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第五章 细胞的能量供应和利用
第3节 细胞呼吸的原理和应用
(第一课时)
目标
01
02
03
利用结构与功能观分析线粒体结构与细胞呼吸的关系。(生命观念）
根据实验目的，设计探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置，实施方案，观察实验结果，得出正确结论。（科学探究）
运用细胞呼吸原理，对生活和生产中的应用实例作出科学解释。（社会责任）
学习目标
ATP
ADP
水解
合成
（各项生命活动）吸能反应
放能反应
能量
能量
葡萄糖、脂肪等
温故知新：细胞的能量“货币”ATP
问题1: 葡萄糖、脂肪等中储存的能量如何转化为生命活动的直接能源物质ATP的能量呢
情景材料一
酵母菌细胞富含蛋白质，可以用作饲料添加剂。在培养酵母菌用作饲料添加剂时，要给培养装置通气或进行振荡，以利于酵母菌大量繁殖。在利用酵母菌生产葡萄酒时，却需要密封发酵。
培养酵母菌
酵母菌发酵
通气可以给酵母菌提供呼吸需要的氧气，利于酵母菌进行旺盛的细胞分裂；密封则是避免空气进入，便于酵母菌在无氧条件下分解有机物产生酒精。
问题2: 都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？
问题3: 为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？
情景材料一
酵母菌细胞富含蛋白质，可以用作饲料添加剂。在培养酵母菌用作饲料添加剂时，要给培养装置通气或进行振荡，以利于酵母菌大量繁殖。在利用酵母菌生产葡萄酒时，却需要密封发酵。
培养酵母菌
酵母菌发酵
问题3: 为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？
在有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放能量多，这些能量可以为酵母菌细胞进行物质代谢和细胞分裂提供充足的动力。
问题4: 在密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精对它自身有什么意义？
情景材料一
酵母菌细胞富含蛋白质，可以用作饲料添加剂。在培养酵母菌用作饲料添加剂时，要给培养装置通气或进行振荡，以利于酵母菌大量繁殖。在利用酵母菌生产葡萄酒时，却需要密封发酵。
培养酵母菌
酵母菌发酵
问题4: 在密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精对它自身有什么意义？
密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精的同时，能为自己的生命活动提供少量能量。
问题5: 通过以上的学习，你知道酵母菌的培养和酵母菌发酵的运用了什么原理吗？
CO2
O2
CO2
O2
CO2
O2
O2
O2
CO2
CO2
肺泡
细胞呼吸
毛细血管
O2
呼吸
呼吸：机体与环境之间O2和CO2交换的过程。
细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。
细胞呼吸是否
都需要氧气呢？
【注意】呼吸≠呼吸作用
问题6: 细胞呼吸是否一定需要氧呢？生物在有氧和无氧条件下是否都能进行细胞呼吸呢？请用实例来论证你的猜想。
合作探究二：请同学们自主阅读教材P90-91探究酵母菌细胞呼吸的方式相关内容，小组合作完成以下问题。
一、细胞呼吸的方式
1.你能对酵母菌细胞呼吸的方式提出什么问题？
2.作出假设:___________________________________________
3.自变量？因变量？因变量如何检测？
4.实验思路及预期结果。
5.如何选择器材设计实验装置
酵母菌培养液
酵母菌培养液
10%NaOH培养液
澄清石灰水
A
B
C
D
E
橡皮球
一、细胞呼吸的方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
探究.实验
酵母菌
单细胞真菌，在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。
产生二氧化碳和水
产生酒精和二氧化碳
有氧呼吸
无氧呼吸
1
实验材料
一、细胞呼吸的方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
探究.实验
一、细胞呼吸的方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
探究.实验
提出问题
作出假设
设计实验
酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是什么
实验组
组A：有氧呼吸组
组B：无氧呼吸组
（对比实验）
如何控制有氧和无氧的条件？
怎样鉴定有无酒精产生？
怎样鉴定有无CO2产生？如何比较CO2产生的多少？
无氧
CO2和酒精
产生
CO2
有氧
产生
一、细胞呼吸的方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
探究.实验
实验原理
CO2的检测
①通入澄清的石灰水：
②使溴麝香草酚蓝水溶液：
酒精的检测
酸性重铬酸钾溶液：
澄清→浑浊
蓝→绿→黄
由橙色变成灰绿色
CO2产生的多少检测：
根据石灰水的混浊程度或溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短。
一、细胞呼吸的方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
探究.实验
实验步骤
（1）配置酵母菌培养液
排除无关变量对实验结果的影响
取20g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A（500mL）和锥形瓶B （500mL）中，分别向瓶中注入240mL质量、分数为5%的葡萄糖溶液。
问题7: 两锥形瓶中酵母菌溶液的体积以及葡萄糖溶液的体积和浓度均保持一致是为什么？
一、细胞呼吸的方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
探究.实验
实验步骤
（2）实验过程及现象
无氧呼吸
酵母菌培养液
酵母菌培养液
质量分数为10%的NaOH溶液
澄清的石灰水
澄清的石灰水
A
B
如何在通入空气中去除CO2？
B瓶应封口放置一段时间后再连通澄清石灰水，为何？
空气
有氧呼吸
NaOH溶液可吸收空气中的CO2。
消耗瓶内的氧气，造成无氧环境。
一、细胞呼吸的方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
探究.实验
结果分析
（1）CO2的检测及结论
现象：
结论：
澄清石灰水都变浑浊，且有氧呼吸装置比无氧呼吸的更浑浊。
有氧呼吸与无氧呼吸都产生CO2，且有氧呼吸产生的更多。
溴麝香草酚蓝水溶液
由蓝变绿再变黄
一、细胞呼吸的方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
探究.实验
结果分析
（1）酒精的检测及结论
酵母菌培养液
酵母菌培养液
质量分数为10%的NaOH溶液
澄清的石灰水
澄清的石灰水
A
B
空气
橙色重铬酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应，变成灰绿色
结论：
有氧呼吸不产生酒精，无氧呼吸产生酒精。
由于葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，因此应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。
一、细胞呼吸的方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
探究.实验
结果结论
细胞呼吸
有氧呼吸:产生大量二氧化碳和水
无氧呼吸:产生酒精和少量二氧化碳
绝大多数生物细胞呼吸的的主要形式都是有氧呼吸
酵母菌单细胞真菌，在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。
拓展延伸
有同学认为，在有氧呼吸实验装置中10％的NaOH溶液不能完全吸收空气中的CO2，以致可能对实验结果有干扰，你同意吗？你如何避免这种可能性的发生，以保证实验更严谨？
质量分数为10%NaOH溶液
酵母菌
培养液
澄清
石灰水
A
气泵
E
C
D
质量分数为10%NaOH溶液
澄清
石灰水
澄清
石灰水
D
气泵
E
C
酵母菌
培养液
D
A
验证空气中的CO2是否完全被吸收
　实战训练　
1.如图是某同学制作的探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置，下列叙述正确的是( )
A.实验中可依据澄清石灰水是否变浑浊来判断细胞呼吸的方式
B.甲装置中空气先通过NaOH溶液的目的是去除空气中的CO2
C.在酸性条件下，乙醇可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄
D.乙装置中B瓶连接后即可连通盛有澄清的石灰水的锥形瓶进行实验
　实战训练　
2.下列关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的叙述，错误的是（ ）
A.实验中将葡萄糖溶液煮沸的目的是灭菌和去除溶液中的O2
B.可以根据石灰水的浑浊程度或溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短检
测CO2产生情况
C.葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，所以应该等葡萄糖充分
消耗完以后再进行酒精的检测
D.该实验通过设置有氧和无氧两种条件探究酵母菌细胞呼吸的方式，其中
有氧条件为实验组，无氧条件为对照组
问题8: 本实验中哪个是对照组，哪个是实验组？
一、细胞呼吸的方式
本实验中哪个是对照组，哪个是实验组？
本实验的两组都是实验组
设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验叫作对比实验，也叫相互对照实验。
对比实验（相互对照实验）
酵母菌
10%NaOH
澄清石灰水
有氧呼吸装置
酵母菌
澄清石灰水
无氧呼吸装置
　实战训练　
3．关于生物实验中“对照”及“变量”的相关叙述，正确的是（　　）
A．观察紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞质壁分离与复原实验中，滴加蔗糖和清水，属于自变量，原生质层位置为因变量，该实验不存在对照
B．蝾螈受精卵横缢实验是对比试验，只存在相互对照，无自身前后对照
C．检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质实验中，没有进行对照
D．探究酵母菌细胞呼吸的方式的实验中，没有对照组，只有两个实验组
4．对照原则是科学实验中的重要原则，下列实验中对照组的设计，错误的是（ ）
A．还原糖的鉴定实验中，可以设置清水组和葡萄糖组作对照
B．血浆对pH的调节实验中对照组也应该分别滴加相应剂量的HCl和NaOH
C．探究水温对加酶洗衣粉的效果影响实验，分别设置0℃和100℃作对照
D．探究酵母菌细胞呼吸的方式实验中两组均为实验组，相互对照
　实战训练　
问题9: 对比实验与对照实验有何区别呢？
拓展延伸
拓展：对比实验与对照实验区别
对比实验：
对照实验：
实验组1：
实验组2：
对照组：
实验组：
结果未知
结果未知
结果已知
结果未知
与社会的联系
饮酒驾车是指车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或者等于20mg/100ml，小于80mg/100ml的驾驶行为。
醉酒驾车是指车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或者等于80mg/100ml的驾驶行为。
　实战训练　
(1)配制酵母菌培养液时，葡萄糖溶液煮沸后，即可加入新鲜食用酵母
(　　)
(2)如果产生的气体使澄清的石灰水变混浊，则酵母菌进行有氧呼吸(　　)
(3)橙色的重铬酸钾溶液在碱性条件下遇酒精变为灰绿色(　　)
(4)在有氧和无氧条件下的实验分别是对照组和实验组(　　)
×
×
×
×
5.判断下面的正误
　实战训练　
6.一种微生物一般只有一条无氧呼吸途径，研究者将乳酸脱氢酶基因导入普通酵母，并选取普通酵母和转基因酵母分别进行培养与相关检测，证明转基因酵母具有两条无氧呼吸途径，可同时产生乙醇和乳酸。下列说法正确的是（　　）
A．不同无氧呼吸途径，相同阶段的反应发生的场所相同、产物不同
B．普通酵母和转基因酵母都需要在无氧条件下培养才能达到实验目的
C．普通酵母培养液和转基因酵母培养液都能使酸性重铬酸钾溶液变为橙色
D．相同实验条件下，普通酵母组培养液的pH比转基因酵母组培养液的pH低
　实战训练　
7．中学生物实验可培养学生动手实践和分析问题的能力。下列有关实验的叙述合理的是（　　）
A．利用0.3g/mL的蔗糖溶液处理黑藻细胞，其细胞质流动会变慢
B．向左下方移动玻片可将光学显微镜视野右上方的物像移至视野中央
C．pH分别为2与7时，淀粉酶催化淀粉水解速率相同，说明酶的活性相同
D．探究酵母菌无氧呼吸方式时，实验装置需立即连通盛有澄清石灰水的锥形瓶
　实战训练　
8．某生物兴趣小组利用酵母菌设计了4组实验如下表，培养相同时间（8h）后，可选择溴麝香草酚蓝溶液或重铬酸钾溶液进行产物的鉴定。下列相关叙述正确的是（ ）
实验① 用50mL含酵母菌的葡萄糖培养液，破碎酵母菌细胞后（保持细胞器完整），无氧培养
实验② 用50mL含酵母菌的葡萄糖培养液，破碎酵母菌细胞后（保持细胞器完整），通气培养
实验③ 用50mL含酵母菌的葡萄糖培养液，不破坏酵母菌细胞，在无氧条件下培养
实验④ 用50mL含酵母菌的葡萄糖培养液，不破坏酵母菌细胞，在通气条件下培养
A．实验①和②互为实验组，均可以使溴麝香草酚蓝溶液的颜色发生变化
B．实验①和③互为对照组，两者产生的酒精量相等
C．实验①和③的培养液中均含酒精，均可使橙色的碱性重铬酸钾溶液变为灰绿色
D．4组实验中，各组产生的二氧化碳的差异是自变量，培养时间为无关变量
　实战训练　
9．乳酸脱氢酶（ADH，利用NADH将丙酮酸还原成乳酸）和乙醇脱氢酶（LDH，利用NADH将丙酮酸还原成酒精）能催化不同类型的无氧呼吸。低氧胁迫处理玉米第3天，研究人员发现玉米品系A根系中ADH活性显著提高，LDH活性无显著变化，而玉米品系B根系中LDH活性显著提高，ADH活性变化不大。下列说法正确的是（　　）
A．ADH和LDH都催化丙酮酸分解，并释放少量能量，生成少量的ATP
B．低氧胁迫下，玉米品系A和品系B细胞呼吸的途径完全不同
C．玉米品系B被水淹后，体内可能会出现酒精、乳酸、CO2等呼吸产物
D．低氧胁迫下，玉米品系A是否产生酒精可通过是否能让酸性重铬酸钾变蓝来判断
　实战训练　
10．兴趣小组利用自制的纤维素水解液(含5%葡萄糖)培养酵母菌并探究其细胞呼吸(如图)。下列说法正确的是（ ）
A．开始培养时向甲瓶中加入重铬酸钾以便检测乙醇生成
B．实验中可通过增加甲瓶的酵母菌数量提高乙醇最大产量
C．通过乙瓶溶液颜色是否变化可判断酵母菌的呼吸方式
D．可根据溴麝香草酚蓝变色的时间长短检测酵母菌 CO 的产生情况
　实战训练　
11．下图所示是以酵母菌和葡萄糖为材料，用澄清石灰水检测CO2的装置简图，下列叙述正确的是（　　）
A．甲溶液为酵母菌和葡萄糖混合液，乙溶液为澄清石灰水
B．在甲溶液表面滴加一薄层液体石蜡以制造无氧条件
C．根据澄清的石灰水变浑浊，可推知酵母菌细胞呼吸产生了CO2
D．若向混合液中通入空气，酵母菌会因为乙醇发酵速率减慢而大量死亡
　实战训练　
12．某兴趣小组为探究酵母菌在无氧条件下的呼吸产物，设计了下图所示装置并进行了相关实验。下列叙述错误的是（ ）
A．需要排尽甲装置中的空气，再进行该实验
B．酵母菌通过无氧呼吸产生酒精和CO 的场所均为细胞质基质
C．取甲瓶溶液与酸性重铬酸钾反应，若溶液为橙色，则说明酵母菌产生了酒精
D．若乙瓶溶液颜色由蓝色变成黄色，则说明酵母菌呼吸产生了CO
　实战训练　
13．生物学实验设计中应遵循单一变量原则和对照原则，在对照实验中可以采用加法原理或减法原理实现对自变量的控制。下列有关实验的叙述中正确的是（　　）
A．在“探究过氧化氢醇的最适pH”的实验中，应将每一组温度控制在适宜温度属于对无关变量的控制
B．在“探究酵母菌细胞呼吸方式”的实验中，通入氧气的组别是实验组，没有通入氧气的组别是对照组
C．在“观察紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞质壁分离与复原”的实验中不存在对照
D．在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中利用了减法原理来控制自变量
　实战训练　
14．“踏浆发酵酿酒法”是唐朝的一种主流红酒酿造工艺。踏浆发酵即是碾碎葡萄，用葡萄汁单纯发酵。已知在葡萄酒的自然发酵过程中，起主要作用的是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌。相关说法正确的是（ ）
A．在葡萄酒酿制的整个过程中需要先通气后密封
B．酒精生成过程合成ATP所需能量来自于丙酮酸中的化学能
C．“踏浆”有利于葡萄皮表面的酵母菌与葡萄汁液充分混合
D．可用溴麝香草酚蓝水溶液来检测发酵液中是否生成了酒精
　实战训练　
15．某生物小组为探究酵母菌细胞呼吸的方式，制作了如图中a-d所示装置。下列说法正确的是（ ）
A．用图中所示的装置探究酵母菌有氧呼吸的过程，则装置的连接顺序为c→b→a→b
B．若增加装置d中酵母菌的量，那么实验结束后d中乙醇的量也会增加
C．要检验d中是否有乙醇产生，反应结束后可直接向d中滴加重铬酸钾溶液
D．装置b中的澄清石灰水可换成溴麝香草酚蓝溶液，若有CO2产生，实验现象应该是由黄变绿再变蓝
　实战训练　
16．小明同学对“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验进行了改进，装置如下图所示。下列叙述不恰当的是（　　）
A．装置1中土豆片含过氧化氢酶，可以持续不断地提供氧气
B．装置2应静置一段时间后再将软管插入溴麝香草酚蓝溶液中
C．装置1和装置2中溴麝香草酚蓝溶液都会由蓝变绿再变黄
D．在实验过程中还要注意对温度等其他条件的控制
　实战训练　
17．关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的相关叙述错误的是（ ）
A．可以在装有质量分数为10%的NaOH溶液的锥形瓶与有酵母菌培养液的锥形瓶中间再增加一个装有澄清石灰水的装置，以检验通入酵母菌培养液中的气体中CO2是否除尽
B．可以根据石灰水的混浊程度或溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短检测CO2产生情况
C．葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，所以应该等葡萄糖充分消耗完以后再进行酒精的检测
D．该实验通过设置有氧和无氧两种条件探究酵母菌细胞的呼吸方式，其中有氧条件下为实验组，无氧条件下为对照组
　实战训练　
18．下图为“探究酵母菌细胞呼吸的方式”设计的实验装置。实验中先向气球中加入10mL酵母菌培养液，再向气球中注入一定量的氧气，扎紧气球，固定于装有20℃温水的烧杯底部。再将整个装置置于20℃的恒温水浴中，记录实验开始30min后烧杯中液面变化量。（备注：水浴温度对气球体积的影响忽略不计）
依据上述材料中的实验装置进行分析，下列叙述错误的是（ ）
A．若酵母菌进行了厌氧呼吸则液面应该下降
B．还应设置一个气球中加入等量煮沸过的酵母菌培养液的相同装置作为对照
C．若30min后液面没有变化是因为酵母菌只进行了需氧呼吸
D．若要确认气球内是否进行了厌氧呼吸，还需用酸性重铬酸钾检测酒精

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