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5.3 细胞呼吸的原理和应用学案
【学习目标】
①通过学习，进一步认识线粒体的结构和功能,理解线粒体是有氧呼吸的主要场所
②通过自主学习，理解细胞进行有氧呼吸和无氧呼吸的过程
③通过比较和讨论，理解细胞有氧呼吸和无氧呼吸的异同和联系
【学习重难点】
教学重点：（1）探究酵母菌细胞呼吸的方式
有氧呼吸过程中物质与能量的变化
教学难点：（1）探究酵母菌细胞呼吸的方式
（2）有氧呼吸过程中物质与能量的变化
【预习新知】
（一）细胞呼吸的方式
1．呼吸作用的实质是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量，因此也叫细胞呼吸。
2．探究酵母菌细胞呼吸的方式
(1)酵母菌细胞呼吸的方式
(2)呼吸产物的检测
检测产物 试剂 现象
CO2 澄清石灰水 石灰水变混浊
溴麝香草酚蓝溶液 由蓝变绿再变黄
酒精 酸性条件下的重铬酸钾溶液 橙色变灰绿色
(3)实验步骤
(4)实验结论
①酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。
②产物
3．细胞呼吸的类型：有氧呼吸和无氧呼吸。
（二）有氧呼吸
1．主要场所——线粒体[据图填空]
(1)写出图中序号代表的结构名称：
①外膜；②；③内膜；④线粒体基质。
(2)与有氧呼吸有关的酶分布在：②、③、④。
2．过程
第一阶段 第二阶段 第三阶段
场所 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜
反应物 葡萄糖 丙酮酸、水 [H]、O2
生成物 丙酮酸、[H]、 ATP CO2、[H]、 ATP H2O、ATP
能量 少量能量 少量能量 大量能量
3.化学反应式：C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量 。
4．概念：细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。
（三）无氧呼吸
1.概念　在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程。
2.场所　细胞质基质。
3.过程　 葡萄糖丙酮酸＋[H]
4.分别写出无氧呼吸两种形式的总反应式
产生乳酸：C6H12O62C3H6O3（乳酸）＋少量能量。
人和其他动物体内CO2只能来自有氧呼吸所产生，即使发生无氧呼吸（如剧烈运动时）也不会产生CO2（产物为乳酸）
产生酒精：C6H12O62C2H5OH（酒精）＋2CO2＋少量能量。
（四）细胞呼吸原理的应用
1．温度
(1)影响：细胞呼吸是一系列酶促反应，温度通过影响酶的活性而影响细胞呼吸速率。如下图所示，细胞呼吸的最适宜温度一般在25～35 ℃之间。
(2)应用
2．氧气
(1)分析：如下图，O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。
①O2浓度＝0时，只进行无氧呼吸。
②0＜O2浓度＜10%时，同时进行有氧呼吸和无氧呼吸。
③O2浓度≥10%时，只进行有氧呼吸。
④O2浓度＝5%时，有机物消耗最少。
(2)应用
3．水分
(2)应用
4．二氧化碳
(1)影响：CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行。
(2)应用：适当增加CO2浓度，有利于水果和蔬菜的保鲜。
【巩固训练】
1.某同学利用光合作用和细胞呼吸的原理提供了一些大棚蔬菜种植及保鲜的建议，下列建议恰当的是( )
A.应用绿色的透明薄膜覆盖大棚 B.连续阴雨天时应升高大棚温度
C.合理使用农家肥能提高蔬菜产量 D.蔬菜应置于干燥低氧环境下保鲜
2.从小鼠的肝细胞中提取细胞质基质和线粒体，分别保存于试管中，置于适宜环境中进行相关实验。下列对实验的分析错误的是( )
A.为保持活性应将提取出的线粒体置于清水中保存
B.向盛有线粒体的试管中注入丙酮酸，会生成CO2
C.向盛有细胞质基质的试管中注入葡萄糖，有乳酸生成
D.向盛有线粒体的试管中注入葡萄糖，不会消耗氧气
3.某种饮料是以面包液、糖化液为主要原料，利用保加利亚乳酸菌、酵母菌进行发酵，经过过滤、高温杀菌后得到的低度酒精饮料。下列叙述错误的是( )
A.保加利亚乳酸菌和酵母菌分别属于原核生物和真核生物
B.保加利亚乳酸菌、酵母菌发酵过程是将原料中有机物彻底分解
C.该种饮料的酒精含量较低与酵母菌、乳酸菌的酒精耐受力有关
D.发酵过程中需保持密闭，发酵时间长短受室内温度的影响
4.用培养液培养三种细菌，让它们在三支不同的试管中生长，如图显示了细菌的生长层，如果此时往三支试管中通入氧气，则细菌的繁殖速度将是( )
A.甲不变，乙减慢，丙加快 B.甲加快，乙加快，丙减慢
C.甲减慢，乙减慢，丙加快 D.甲减慢，乙加快，丙减慢
5.细胞的有氧呼吸需要经过糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化三个阶段。糖酵解的终产物是丙酮酸，大多数情况下，它可以通过氧化脱羧形成乙酰辅酶A，也可以形成酒精、乳酸或甘油等，乙酰辅酶A也可来自氨基酸等非糖物质。下列相关说法错误的是( )
A.糖酵解全过程都是在细胞质基质中进行的
B.细胞呼吸的中间产物可以为合成必需氨基酸提供原料
C.氨基酸代谢的产物有尿素、二氧化碳和水
D.糖酵解产生的NADH可用于酒精发酵时乙醇的合成
6.传说杜康的儿子墨塔在一次酿酒时发酵过头，直至第21天开缸时，发现酒液已变酸但香气扑鼻，酸甜可口，于是他结合“甘一日”和“酉”字，给这种酸水起名为“醋”，下列有关叙述正确的是( )
A.酿酒过程中发酵液出现的气体都是在酵母菌细胞的细胞质基质中产生的
B.酿酒时糖类未耗尽，酵母菌的发酵也会停止，由pH上升和酒精含量增多导致
C.墨塔酿酒制成醋可能是由于发酵装置密封不严造成的，若适当升温则醋味更浓
D.统计活酵母菌数量时，可用显微镜直接计数法，统计的结果比实际数目低
7.细胞呼吸的原理可用于指导生产和生活实际。下列相关叙述正确的是( )
A.储藏种子、水果和蔬菜的适宜条件是低温、低氧和干燥
B.利用酵母菌酿酒时、装置内留有一定空间，有利于酵母菌在有氧呼吸过程中大量繁殖
C.夏季对水淹的玉米田排涝，可以避免玉米根细胞无氧呼吸产生乳酸
D.蔬菜大棚夜间适当降温可以使细胞呼吸暂时停止，有利于蔬菜的增产
8.游泳时人体在水中耗能增多，呼吸运动加强，肺泡呼吸表面积扩大，肺泡壁上开放的毛细血管数量增加，从而加快了肺泡内气体的扩散速度，有利于提高血氧含量，从而提高组织对氧的利用率。下列关于人体细胞呼吸的叙述正确的是( )
A.游泳时人体所需能量来自线粒体中葡萄糖的氧化分解
B.缺氧时骨骼肌细胞无氧呼吸第二阶段也释放能量产生ATP
C.有氧呼吸过程中生成CO2的阶段释放的能量最多
D.剧烈运动时骨骼肌细胞呼吸分解葡萄糖产生的CO2量与消耗的O2量之比等于1
9.糖酵解是葡萄糖分解产生丙酮酸的过程，氧气可以降低糖类的分解和减少糖酵解产物的积累，这种现象称为巴斯德效应。研究发现ATP对糖酵解相关酶的活性有抑制作用，而ADP对其有激活作用。下列说法错误的是( )
A.催化糖酵解反应的酶均存在于细胞质基质中
B.NADH全部来自于糖酵解过程
C.供氧充足时，细胞质基质中ATP/ADP增高对糖酵解速度有抑制作用
D.供氧不足时，NAD+和NADH的转化速度减慢且糖的消耗增加
10.下列关于酵母菌的叙述，错误的是( )
A.属于兼性厌氧的真核生物
B.有氧和无氧条件下都能产生H2O
C.有氧和无氧条件下都能产生CO2
D.有氧呼吸时释放的能量主要以热能形式散失
参考答案
1.答案：C
解析：A、植物对绿光的利用率最低，因此用绿色的透明薄膜覆盖大棚不利于植物对光能的吸收，A错误；
B、连续阴雨天时应适当降低温度以抑制细胞呼吸，B错误；
C、合理使用农家肥能通过微生物的分解产生CO2和无机盐，从而提高光合作用速率，提高蔬菜产量，C正确；
D、蔬菜应置于一定湿度的低氧环境下保鲜，D错误。
故选C。
2.答案：A
解析：A、为保持活性应将线粒体置于生理盐水中保存，A错误;
B、向盛有线粒体的试管中注入丙酮酸，丙酮酸可以在线粒体中进行有(需)氧呼吸的第二、三阶段，并消耗氧气生成CO2，B正确;
C、向盛有细胞质基质的试管中注入葡萄糖，可能发生无(厌)氧呼吸过程，产生乳酸，C正确;
D、向盛有线粒体的试管中注入葡萄糖，由于葡萄糖的分解发生在细胞质基质中，线粒体不能利用葡萄糖，因此没有氧气的消耗，D正确。
3.答案：B
解析：保加利亚乳酸菌属于原核生物，酵母菌属于真核生物，A项正确；保加利亚乳酸菌、酵母菌发酵利用的是无氧呼吸，无氧呼吸过程中有机物没有被彻底分解，B项错误；酵母菌发酵会产生酒精，酒精积累会抑制酵母菌、乳酸菌的生长，该种饮料的酒精含量较低与酵母菌、乳酸菌的酒精耐受力较低有关，C项正确；该种饮料发酵过程中需保持密闭，同时发酵时间长短受室内温度的影响，D项正确。
4.答案：B
解析：分析题图可知，甲中该细菌只在试管的上部繁殖，说明该细菌只进行有氧呼吸;乙中该细菌在试管的上部、中部、底部都繁殖，说明该细菌即进行有氧呼吸也进行无氧呼吸;丙中该细菌只在试管的底部繁殖，该细菌的呼吸方式应是无氧呼吸.若此时通入氧气，甲试管中的细菌进行有氧呼吸，通入氧气后有氧呼吸加快，细菌繁殖速度加快;乙试管中的细菌既可以进行有氧呼吸也可以进行无氧呼吸，通入氧气后，有氧呼吸加快，细菌的繁殖速度加快;丙试管的细菌只进行无氧呼吸，有氧气时无氧呼吸受抑制，细菌繁殖速度减慢，因此甲、乙、丙在通入氧气后，细菌的繁殖速度分别是加快、加快、减慢。
5.答案：B
解析：糖酵解的终产物是丙酮酸，所以糖酵解过程是细胞呼吸的第一阶段，在细胞质基质中进行，A正确；细胞不能合成必需氨基酸，B错误；氨基酸经过脱氨基作用可以生成尿素、二氧化碳和水，C正确；糖酵解产生的NADH可以将丙酮酸脱氢产生的乙醛还原为乙醇，D正确。
6.答案：C
解析：A、酵母菌是兼性厌氧型生物，也可进行有氧呼吸，在线粒体基质中产生CO2，A错误；
B、在酿酒的过程中，糖类即使未耗尽，酵母菌的发酵过程也会停止，原因可能是pH降低和酒精含量增多，对发酵起抑制作用，导致酵母菌发酵停止，B错误；
C、酒变酸是醋酸菌发酵的结果，墨塔酿酒反成醋的原因可能是：发酵装置密封不严，导致醋酸菌混入发酵液中，由于果醋发酵的温度高于果酒发酵温度，故若适当升温则醋味更浓，C正确；
D、用显微镜直接计数所统计的菌体是活菌体和死菌体的总和，统计的结果比实际数目偏多，D错误。
故选C。
7.答案：B
解析：A、水果和蔬菜应在低温、低氧及一定湿度的环境中保存以延长贮存时间，A错误；B、利用酵母菌酿酒时、装置内留有一定空间，这样既有利于酵母菌的有氧呼吸，又有利于防止发酵旺盛时发酵液溢出，B正确；C、及时排涝可以为作物根部提供氧气，避免根细胞进行无氧呼吸产生酒精导致烂根，C错误；D、温室种植蔬菜，要提高产量，夜间应适当降低温度，因为夜间降低温度能减弱呼吸作用（而非停止），减少有机物的消耗，有利于有机物积累，D错误。
故选B。
8.答案：D
解析：A、葡萄糖不能直接进入线粒体被分解，需要先在细胞质基质中分解为丙酮酸，丙酮酸再进入线粒体被进一步分解，A错误；
B、人体细胞无氧呼吸第一阶段是将葡萄糖分解为丙酮酸，释放少量能量，生成少量ATP，第二阶段是将丙酮酸转化为乳酸，不释放能量，B错误；
C、有氧呼吸第一阶段葡萄糖分解，产生丙酮酸，释放少量能量，第二阶段丙酮酸和水彻底分解，产生CO2和NADH，释放少量能量，第三阶段NADH与O2结合生成水，此时会释放大量能量，C错误；
D、人体细胞无氧呼吸不消耗O2、不产生CO2，因此虽然剧烈运动时，骨骼肌细胞既能进行有氧呼吸也能进行无氧呼吸，但分解葡萄糖产生的CO2量与消耗的O2量之比仍为1，D正确。
故选D。
9.答案：B
解析：A、糖酵解是葡萄糖分解产生丙酮酸的过程，该过程指有氧或无氧呼吸的第一阶段，催化糖酵解系列反应的酶均存在于细胞质基质，A正确；
B、供氧充足的条件下进行有氧呼吸，有氧呼吸的第二阶段是丙酮酸和水反应产生二氧化碳和NADH，故NADH不全来自于糖酵解过程，B错误；
C、供氧充足的条件下，ATP对糖酵解相关酶的活性有抑制作用，即细胞质基质中ATP/ADP增高对糖酵解速度有抑制作用，C正确；
D、供氧不足的条件下进行无氧呼吸为主，NAD+和NADH的转化速度减慢且糖的消耗增加，D正确。
故选B。
10.答案：B
解析：A、酵母菌是真核生物，代谢类型是异养兼性厌氧性，A正确；
B、酵母菌只有在有氧条件下才产生水，B错误；
C、酵母菌在有氧呼吸第二阶段丙酮酸和水反应，分解成二氧化碳和[H]，无氧条件下第二阶段丙酮酸氧化分解成酒精和二氧化碳，C正确；
D、有氧呼吸时释放的能量主要以热能形式散失，少量转移到ATP中，D正确。
故选B。

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