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第3节 细胞呼吸的原理和应用
第五章细胞的能量供应和利用
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
在有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放的能量多，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
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的能量.
生活中的酿酒、做面包、馒头等都是利用了这种单细胞真菌——酵母菌的呼吸作用（细胞呼吸）
让我们走进今天的课堂
一、细胞呼吸的方式
学生活动：请带着这些问题阅读教材P90实验部分相关内容。然后分组讨论进行回答。（时间5分钟）
1.本实验为什么选择酵母菌？它是一种咋样的生物？
2. 实验中如何控制有氧和无氧条件？
3.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？
4.有人说可以通过检测CO2的有无来判定有氧呼吸还是无氧呼吸，你认为对吗？若不对如何修改呢？
5.有人在实验中用酸性重铬酸钾溶液检测后两组实验均出现了灰绿色，这最可能是什么原因？如何证明这一原因？
6.请仔细分析两组装置各锥形瓶的作用。
酵母菌是一种单细胞真菌，属于兼性厌氧菌。依赖外来的有机物进行异养生活，主要以出芽生殖的方式产生后代。
结构：单细胞，真核生物
营养：异养
生殖方式：出芽生殖
呼吸方式：兼性厌氧型
初步认识酵母菌
探究酵母菌细胞呼吸的方式
怎样鉴定二氧化碳？
二氧化碳可使澄清的石灰水变混浊
也可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄
怎样鉴定有无酒精产生？
橙色的重铬酸钾(K2Cr2O7)溶液，
在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色．
具体做法：让司机呼出的气体直接接触到用硫酸处理过的重铬酸钾，如果呼出的气体中含有酒精，重铬酸钾会变成灰绿色的硫酸铬．
探究过程
1.配制酵母菌培养液时为什么要用新鲜的食用酵母菌？
根据实验思考一下问题
提示：新鲜的酵母菌繁殖快，细胞代谢旺盛，实验效果明显。
2.为什么要将葡萄糖溶液煮沸，且冷却到常温后方可加入新鲜的酵母菌？
提示：煮沸的目的是杀菌和除去溶液中的氧，冷却到常温的目的是防止高温杀死酵母菌。
3.本实验的自变量和因变量分别是什么？甲、乙装置中是如何控制自变量的？
提示：自变量是氧气的有无，因变量为是否有CO2和酒精的产生。甲中用橡皮球或者气泵充气的目的是保证A瓶中有氧气存在，乙中B瓶密封是保证无氧环境。
4.图A中质量分数为10%的NaOH溶液的作用是什么？
提示：NaOH与空气中的CO2反应生成Na2CO3和H2O，保证了通入酵母菌培养液的气体中不含CO2，避免对实验结果造成干扰。
提示：B瓶封口后，锥形瓶内的空气中有氧，酵母菌开始进行有氧呼吸，也产生CO2。所以，要过一段时间，等B瓶中的氧气消耗完以后，再将产生的气体通入澄清石灰水，保证通入澄清石灰水中的是无氧呼吸产生的CO2。
5.B瓶装好后，要过一段时间再连接装有澄清石灰水的锥形瓶，这是为什么？
特别提醒
(1)CO2可使澄清石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。两种检测方法只能检测出CO2是否产生，并不能直接判断呼吸方式。
(2)在酸性(浓硫酸溶液)条件下，橙色的重铬酸钾溶液与乙醇发生化学反应，变成灰绿色。但葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，因此培养酵母菌的时间要适当延长，以消耗尽溶液中的葡萄糖。
分析该实验的科学方法
学生活动：请根据上述实验的结果，分析并构建酵母菌利用葡糖糖进行有氧呼吸和无氧呼吸的总化学反应式。
细胞呼吸的类型：有氧呼吸和无氧呼吸
二、有氧呼吸
学生活动：请带着这些问题阅读教材P92—93有氧呼吸有关的内容。然后分组讨论进行回答。（时间5分钟）
1.有氧呼吸的主要场所是谁？它有哪些结构特点来决定它的功能？
2. 请用化学反应式的形式在草稿纸上写出每个阶段的化学反应式，并注明反应的场所。
3.请根据各阶段的反应式组织语言描述教材P93“有氧呼吸过程示意图”，并请同学到黑板上来填空。
5.请根据你的阅读，书写有氧呼吸的总反应式，并分析反应物中的水能够与生成物中的水相抵消吗？并给有氧呼吸下定义。
4.请分组讨论回答教材P93的思考讨论题。
6.请根据有氧呼吸的过程分析，影响有氧呼吸的因素有哪些？
内膜：向内折叠形成嵴，含有多种与有氧呼吸有关的酶
基质：含有多种与有氧呼吸有关的酶。
C6H12O6
2 丙酮酸
酶
少量能量
4 [H]
+ 6 H2O
酶
20 [H]
ATP
6 CO2+少量能量
有氧呼吸的全过程
+ 6 O2
酶
12 H2O + 大量能量
ADP + Pi
ATP
ADP
+
Pi
ATP
ADP
+
Pi
酶
酶
酶
思考：1.丙酮酸进入线粒体的方式？
2.CO2和H2O分别在哪个阶段生成？
3. O2在哪个阶段参与反应？
4.产生能量的阶段是？产生大量能量 的阶段是？
5.写出总反应方程式：
6.产物 H2O 和 CO2 中的O来自葡萄糖还是氧气？
热能
热能
热能
24 [H]
2 丙酮酸
第一阶段：
第二阶段：
第三阶段：
(细胞质基质)
(线粒体基质)
(线粒体内膜)
C6H12O6 2 CH3COCOOH + 4 [H] + 少量能量
酶
2 CH3COCOOH + 6 H2O 6 CO2 + 20 [H] + 少量能量
酶
24 [H] + 6 O2 12 H2O + 大量能量
酶
丙酮酸
丙酮酸
有氧呼吸的全过程小结
有氧呼吸 场所 反应物 产物 释能
第一阶段
第二阶段
第三阶段
有氧呼吸三个阶段的比较
细胞
质基质
主要是
葡萄糖
丙酮酸[H]
少量
丙酮酸、H2O
CO2、[H]
少量
[H]、O2
H2O
大量
线粒体基质
线粒体内膜
有氧呼吸的全过程小结
有氧呼吸的概念：
　　　指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把糖类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。
Aerobic respiration
有氧呼吸的总反应式
1.请根据左图，用准确、通顺的语言描述有氧呼吸的全过程。
学生活动—自主小结有氧呼吸
2.请你填一填有氧呼吸的全过程。
细胞质基质
少量能量
线粒体基质
丙酮酸＋H2O CO2＋[H]
酶
少量能量
线粒体内膜
大量的能量
P93思考讨论
学生活动—有氧呼吸的能量转换
追问：1mol葡萄糖大约能使多少molADP转化为ATP呢？
32mol
2.保证有机物中的能量得到最充分的利用，主要表现在两个方面：
可以使有机物中的能量逐步转移至ATP中；
能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。
三、无氧呼吸
学生活动：请带着这些问题阅读教材P94无氧呼吸有关的内容。然后分组讨论进行回答。（时间5分钟）
1.无氧呼吸的场所是谁？
2. 请用化学反应式的形式在草稿纸上写出每个阶段的化学反应式，并注明反应的场所。
3.请根据你写的各阶段的反应式，认真总结无氧呼吸的总反应式。
5.请根据有氧呼吸的概念，给无氧呼吸和细胞呼吸下一个定义。
4.无氧呼吸释放的能量转化情况如何？为什么释放的能量比有氧呼吸释放的能量少？那些没有释放的能量存在于何处？
6.细胞呼吸的主要意义是什么？
C6H12O6
4[ H ]
2C2H5OH + 2CO2
酶
酶
2C3H6O3
2CH3COCOOH
酶
ATP
酒精发酵：酵母菌、高等植物
无氧呼吸全过程
能量
热能
+
乳酸发酵：
动物和人、乳酸菌、高等植物的某些器官，如：甜菜的块根、玉米胚、马铃薯块茎、胡萝卜的叶
提醒：无氧呼吸第一阶段产生少量的能量196.65KJ，61.08KJ能量储存在ATP中，第二阶段不产生能量。
提醒：不同生物无氧呼吸的产物不同，其直接原因是催化反应的酶不同；根本原因是遗传物质不同。
思考：为什么无氧呼吸比有氧呼吸释放的能量少，那些能量哪去啦？
或
切记：无氧呼吸第二阶段不释放能量！
第一阶段：
第二阶段：
(细胞质基质)
(细胞质基质)
C6H12O6 2 CH3COCOOH + 4 [H] + 少量能量
酶
2 CH3COCOOH + 4 [H] 2C3H6O3
酶
丙酮酸
丙酮酸
无氧呼吸的全过程小结
2 CH3COCOOH + 4 [H] 2C2H5OH+2CO2
酶
无氧呼吸总反应式：
C6H12O6
酶
2CO2 + 2C2H5OH +
能量
酶
2C3H6O3 +
能量
C6H12O6
无氧呼吸概念
细胞呼吸概念
是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，释放能量并生产ATP的过程
是指细胞在没有氧参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程。
学生活动—无氧呼吸的能量转换
学生活动—设计表格并填写
P94旁栏思考题
需要O2、酶和适宜的温度
不需要O2、酶和适宜的温度
四、细胞呼吸原理的应用
学生活动：请分组教材P94-95“思考讨论”，然后进行回答。（时间5分钟）
原理：为伤口创造有氧环境，避免厌氧菌的繁殖，有利于伤口愈合。
原理：早期通气，有利于酵母菌进行有氧呼吸从而快速繁殖；后期密封，有利于酵母菌进行无氧呼吸产生酒精
原理：根对无机盐的吸收是主动运输过程，消耗能量；及时松土透气，能增加土壤中O2的浓度，使根的有氧呼吸加强，产生大量的能量，从而促进植物根对无机盐的吸收
原理：避免破伤风芽孢杆菌等进行无氧呼吸而大量繁殖，引起破伤风
原理
思考：如何控制条件储存种子、蔬菜、水果？
种子的储存条件：低温、低氧、干燥
水果蔬菜的储存条件：低温、低氧、低湿
原理
生产醋酸、味精：
利用醋酸菌、谷氨酸棒状杆菌的有氧呼吸
制作酸奶、泡菜：
利用乳酸菌的无氧呼吸产生乳酸
稻田定期排水：
避免根因无氧呼吸产生大量酒精，对细胞产生毒害作用，造成烂根。
发面：
利用酵母菌的有氧呼吸，是馒头、面包变得松软可口





C
B
拓展应用
1.提示:松土可以促进空气(氧气)进入土壤,进而促进根部细胞的有氧呼吸,提高能量利用率,并且避免了可能由于无氧呼吸积累酒精而对植物根系造成伤害。这会促进植物根系更加健康地生 长,有利于根系吸收水分和无机盐,利 于农作物的 长。
同时,也能够增加根系对土壤和水分的保持作用,甚至可能由于促进了作物 长而更多的吸收 CO2,对全球气候变暖产生缓解的作用。但是,松土不当,有可能伤害到植物根系,得 偿失。因此,需要根据不同的植物、植物的不同 长阶段等,采 用适当的松土 方法.
2.提示:有氧呼吸第一阶段与无氧呼吸第一阶段完全相同,都不需要氧 气,都与线粒体无关。
联想到地球的早期以及原核细胞的结构,可以大胆作出这样的推测:在生物进化史上先出现无氧呼吸, 而后才出现有氧呼吸。继 而推测,地球早期的单细胞 生物只进 无氧呼吸,体内骨骼肌细胞保留进 无氧呼吸的能力,可以理解为漫 的生物进化史在 类身上留下的印记，同时也可以理 解为 体在进 长跑等剧烈运动时,在供氧不足的情况下,骨骼肌细胞保留一定的无氧呼吸来供能,有利于生物的生存和对环境的适应。
细胞呼吸知识拓展
影响细胞呼吸的因素及实验
1．内部因素
(1)遗传特性
(2)器官种类：生殖器官＞营养器官
(3)生长时期：幼苗、开花期升高，成熟期下降。
影响细胞呼吸的因素
2.影响细胞呼吸的外因
呼吸酶
降低
下降
降温
抑制
减少
最强
无氧
有氧
无氧
有氧
降低
请你在草稿纸上绘制出有氧呼吸、无氧呼吸、总呼吸作用与氧气关系的曲线。
(2)模型解读
①点的含义
R点：
P点之前：
CO2释放总量＝
P点以后：
Q点：
B点：
只进行无氧呼吸；
有氧呼吸与无氧呼吸共存，
有氧呼吸释放量＋无氧呼吸释放量；
只进行有氧呼吸；
释放的CO2量最少，此条件最有利于蔬菜水果或种子的保存；
有氧呼吸吸收的O2量(或释放的CO2量)等于无氧呼吸释放的CO2量。
(2)模型解读
②线的含义
两种呼吸方式同时存在的区段是 ；RQ区段CO2生成量急剧减少的原因是随着O2浓度增加，无氧呼吸受到抑制；区域ORP的面积表示 产生的CO2量。
RQP
无氧呼吸
增加
加强
减弱
细胞呼吸方式的判断与实验探究
1．细胞呼吸反应式中各物质间量的比例关系(以葡萄糖为呼吸底物)
(1)有氧呼吸： C6H12O6∶O2∶CO2＝ 。
(2)无氧呼吸： C6H12O6∶CO2∶酒精＝ 或
C6H12O6∶乳酸＝ 。
(3)消耗等量的葡萄糖时需要的O2和产生的CO2摩尔数：
有氧呼吸需要的O2∶有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2之和＝ 。
(4)产生等量的CO2时消耗的葡萄糖摩尔数：
无氧呼吸∶有氧呼吸＝
1∶6∶6
1∶2∶2
1∶2
3∶4
3∶1
2．据反应物、产物及物质的量的关系判断细胞呼吸方式
(1)据反应物和产物判断：
(2)据物质的量的关系进行判断：
细胞呼吸方式的判断及实验探究
(1)探究细胞呼吸方式的实验装置
欲确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置，如图
所示(以发芽种子为例)：
实验结果与预测
只进行产乳酸的无氧呼吸或种子已死亡
只进行产生酒精的无氧呼吸
进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
只进行有氧呼吸或进行有
氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸
以脂肪为呼吸底物的有氧呼吸
(2)物理误差的校正
为使实验结果精确除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置。对照装置与装置二相比，不同点是用“煮熟的种子”代替“发芽种子”，其余均相同。
特别提醒　(1)为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应将装置进行灭菌、所测种子进行消毒处理。
(2)若选用绿色植物作实验材料，测定细胞呼吸速率，需将整个装置进行遮光处理，否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。
例1 呼吸熵(RQ)是指单位时间内进行细胞呼吸的生物释放CO2量与吸收O2量的比值。下图表示测定消毒过的萌发小麦种子呼吸熵的实验装置，下列说法不准确的是(　　)
A．KOH中放置筒状滤纸的目的是增大吸收CO2的面积
B．假设小麦种子只以糖类为呼吸底物，在25 ℃时经10 min
观察发现：甲装置中墨滴右移，乙装置中墨滴不动，说明
10 min内小麦种子进行了无氧呼吸
C．若在25 ℃时经10 min观察发现：甲装置中墨滴左移30 mm，
乙装置中墨滴左移200 mm，则萌发小麦种子的呼吸熵是0.85
D．为了校正还应设置一个对照装置，对照装置的大试管和小烧杯
应分别放入死亡的小麦种子、清水，其他条件不变
D
例2 以下甲、乙两图都表示某植物的非绿色器官CO2释放量和O2吸收量的变化。下列相关叙述不正确的是(　　)
A．甲图中氧浓度为a时的情况对应的是乙图中的A点
B．甲图中氧浓度为b时的情况对应的是乙图中的D点
C．甲图的a、b、c、d四种浓度中c是最适合贮藏的
D．甲图中氧浓度为d时没有酒精产生
B

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