资源简介

(共47张PPT)
O2
呼吸系统
循环系统
组织细胞
CO2
细胞呼吸：呼吸作用的实质是细胞内有机物的氧化分解，并释放能量。
第3节 细胞呼吸的原理和应用
发酵生产葡萄酒的车间
通气让酵母菌进行有氧呼吸,有利于酵母菌
快速繁殖; 密封让酵母菌进行无氧呼吸,产生酒精。
有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放能量多，为细胞增殖提供充足的动力。
密封发酵时，酵母菌将有机物分解为酒精时，也能为自身的生命活动提供少量能量。
1、都是培养酵母菌，为什么有的通气有的需要
密封？
2、为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？
3、在密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精对自身有什么意义？
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。
讨论
是一种单细胞真菌，我们生活中做馒头、面包、酿酒等，都是利用酵母菌的呼吸作用。
在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。
酵母菌
酵母菌的电镜照片
（放大4750倍）
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验（验证假设）
分析结果
得出结论
科学探究步骤
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
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
（对比实验）
自变量
因变量
有氧/无氧条件
通气/密闭
产生CO 的多少/是否产生酒精
CO2的检测：
酒精的检测：
无关变量
影响
温度、pH等相同且适宜
①通入澄清的石灰水：
②使溴麝香草酚蓝水溶液：
澄清→浑浊
蓝→绿→黄
酸性重铬酸钾溶液：
橙色→灰绿色
（对比实验）
实验现象
条件 澄清石灰水/出现的时间 重铬酸钾-浓硫酸溶液
有氧
无氧
变混浊程度高／快
不变灰绿色
变混浊程度低／慢
出现灰绿色
加入重铬酸钾
A: 有氧条件下；B: 无氧条件下
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？
酵母菌培养液
气泵
质量分数为10%的NaOH溶液
澄清的
石灰水
澄清的
石灰水
还有的同学认为，在无氧呼吸实验装置中不能保证装置内的O2已经被完全消耗完，以致可能对实验结果有干扰。你能不能避免这种可能性的发生，以保证实验更严谨？
酵母菌培养液
澄清的
石灰水
石蜡油或植物油密封
用酸性重铬酸钾检测时，有氧和无氧装置产生的颜色反应几乎一样。可能原因是什么？
①有氧呼吸装置实验操作中可能供氧不足，导致部分酵母菌进行无氧呼吸产生少量酒精
②有氧和无氧组葡萄糖未消耗完所致，重铬酸钾是强氧化剂，酵母菌培养液中的葡萄糖是还原性糖，同样也可以被重铬酸钾氧化，其颜色反应与酒精相同。
注意：
葡萄糖（具有还原性）也能和酸性重铬酸钾反应，故检测时需要等培养液中葡萄糖耗尽再进行。
4.进行实验
煮沸：灭菌、除去葡萄糖溶液中的氧气。
1、为什么葡萄糖溶液需要煮沸后冷却再加入？
思考讨论：
冷却：避免高温杀死酵母菌。
酵母菌
2、怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？
在酵母菌生长的适宜温度下进行试验，以保证酵母菌高效活性
3、如何确定酵母菌通过细胞呼吸产生的CO2量的多少？
根据石灰水变浑浊的程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短。
4、NaOH的作用是什么？
除去空气中的CO2，以保证D瓶中使澄清石灰水变浑浊的CO2是由酵母菌有氧呼吸产生的。
5、B瓶为什么要封口放置一段时间，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶？
刚封口的时候，锥形瓶中有氧气，本实验探究的是无氧呼吸，所以应先把氧气消耗完，确保通入澄清石灰水中的CO2是无氧呼吸产生的。
对比实验
概念：
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。
施加实验因素处理的，且实验结果未知。
实验组：
通过对比可以看出氧气条件对细胞呼吸的影响。
举例：
1.什么叫有氧呼吸？
2.有氧呼吸的场所？主要场所？主要场所适于进行有氧呼吸的特点有哪些？葡萄糖能否直接进入线粒体被分解？
3.有氧呼吸可以分为几个阶段？每个阶段的场所、物质和能量变化是？（请用方程式的方式表示）
4.总结有氧呼吸的总反应式
5.同有机物在生物体外燃烧相比，有氧呼吸具有哪些不同的特点？
有氧呼吸最常利用的物质是葡萄糖，请阅读P92-93页，思考
细胞呼吸：
有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成CO2或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。
有氧呼吸：
细胞在_______的参与下，通过_________的催化作用，把_________等有机物_________________，产生______和_______，释放________，生成___________的过程。
氧
多种酶
葡萄糖
能量
彻底氧化分解
大量ATP
CO2
H2O
细胞呼吸包括有氧呼吸和无氧呼吸。
细胞呼吸分类：
对于绝大多数生物来说，有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式，这一过程必须有氧的参与。有氧呼吸的主要场所是线粒体。
一、有氧呼吸
酶
C6H12O6
＋
6H2O
＋ 6O2
6CO2
＋12H2O
＋ 能量
线粒体结构：
（1）线粒体增大膜面积的方式： 。
（2）线粒体增大膜面积的意义： 。
（3）有氧呼吸的酶分布在： 。
（4）线粒体的功能： 。
内膜向内折叠成嵴
增大有氧呼吸酶的附着位点
线粒体内膜和线粒体基质
进行有氧呼吸的主要场所
外膜
内膜
嵴
线粒体基质
有氧呼吸过程:
将有氧呼吸划分为三个阶段，每一阶段都需要酶催化，并有ATP生成。
1个分子的葡萄糖分解成2分子的丙酮酸，产生少量[H]，并且释放出少量的能量。这一阶段不需要氧的参与，是在细胞质基质中进行的。
2C3H4O3+ 4[H]+少量能量
C6H12O6
酶
[H]指的是还原型辅酶Ⅰ（NADH）
第一阶段
1.热能形式散失（大部分）
2.合成ATP（少部分）
少量能量
有氧呼吸过程:
[H]指的是还原型辅酶Ⅰ（NADH）
丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和[H]，并释放出少量的能量。这一阶段不需要氧的参与，是在线粒体基质中进行的。
2C3H4O3+6H2O
20[H]+6CO2+少量能量
酶
第二阶段
1.热能形式散失（大部分）
2.合成ATP（少部分）
少量能量
有氧呼吸过程:
[H]指的是还原型辅酶Ⅰ（NADH）
上述两个阶段产生的[H]，经过一系列的化学反应，与氧结合形成水，同时释放出大量的能量。这一阶段需要氧的参与，是在线粒体内膜上进行的。
第三阶段
24[H]+6O2
12H2O + 大量能量
酶
1.热能形式散失（大部分）
2.合成ATP（少部分）
大量能量
C6H12O6
2C3H4O3
2C3H4O3+ 4[H]+少量能量
C6H12O6
酶
细胞质基质
少量能量
场 所：
物质变化：
产生能量：
第一阶段：
场 所：
物质变化：
产生能量：
第二阶段：
6CO2+20[H]+少量能量
2丙酮酸
+6H2O
酶
线粒体基质
少量能量
场 所：
物质变化：
产生能量：
第三阶段：
线粒体内膜
酶
12H2O+大量能量
24[H]+6O2
大量能量
6H2O
6CO2
4[H]
20[H]
6O2
12H2O
有氧呼吸总反应式：
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
指细胞在氧的参与下，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，同时生成大量ATP的过程。
有氧呼吸定义：
思考: 与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐级释放能量的，这对于生物体来说具有什么意义？
区别：
有氧呼吸过程温和
有机物中的能量经过一系列化学反应逐步释放
有氧呼吸释放的部分能量储存在ATP中
意义：可使有机物中的能量逐步转移到ATP中，保证能量得到最充分的利用；能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定
共同：有氧呼吸和有机物体外燃烧的本质是一致的，都是有机物氧化分解释放能量的过程。
思考: 为什么线粒体不能直接氧化分解葡萄糖？
①线粒体膜上没有葡萄糖载体；②线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。
思考: 化学式前后的水分子能否抵消？如若不能，请说明理由？
不能
①反应物的水是在线粒体基质中参与反应的，而产物中的水在线粒体内膜中产生；
②反应物中水在有氧呼吸第二阶段被消耗，而产物水在有氧呼吸第三阶段产生。
C3H6O3(乳酸)
+ 4 [H]
2C3H4O3
CO2 + C2H5OH(酒精)
酶1
酶2
第一阶段
细胞质基质
第二阶段
细胞质基质
4
2
2
+ [H] +少量能量
C6H12O6
酶
C3H4O3
2
2
C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量
酶
酒精发酵：
乳酸发酵：
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+少量能量
酶
实例：大多数植物（水稻根、苹果果实等）、酵母菌等。
实例：乳酸菌、动物细胞、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚乳等。
总反应式
无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量
二、无氧呼吸
C3H6O3(乳酸)
+ 4 [H]
2C3H4O3
CO2 + C2H5OH(酒精)
酶1
酶2
第一阶段
细胞质基质
第二阶段
细胞质基质
4
2
2
+ [H] +少量能量
C6H12O6
酶
C3H4O3
2
2
C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量
酶
酒精发酵：
乳酸发酵：
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+少量能量
酶
实例：大多数植物（水稻根、苹果果实等）、酵母菌等。
实例：乳酸菌、动物细胞、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚乳等。
总反应式
无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量
有氧呼吸和无氧呼吸的比较
项目 有氧呼吸 无氧呼吸
不 同点 条件
场所
分解程度
产物
能量转化
能量释放
相同点
需氧
不需氧
细胞质基质(第一阶段)、
线粒体(第二、三阶段)
细胞质基质
葡萄糖被彻底分解
葡萄糖分解不彻底
CO2、H2O
乳酸或酒精和CO2
大量能量
少量能量
本质都是氧化分解有机物，释放能量，生成ATP；第一阶段反应场所和过程完全相同。
有机物中的化学能释放，
约34%储存在ATP中，其余能量以热能形式散失
有机物中的化学能大部分存留在酒精或乳酸中，少部分释放，释放的能量约31%储存在ATP中，69%以热能形式散失
2、呼吸作用意义：
（1）为生物体提供能量。
（2）生物体代谢的枢纽。
葡萄糖
丙酮酸
非必需氨基酸
甘油
1、概念：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。
蛋白质、糖类和脂质代谢可以通过细胞呼吸过程联系起来。
三、细胞呼吸的概念和意义
包扎伤口时，需要选用透气的消毒纱布或“创可贴”等敷料。
原理：增加通气量，抑制破伤风杆菌等厌氧菌的无氧呼吸，从而抑制其繁殖。
利用麦芽、葡萄、粮食和酵母菌以及发酵罐等，在控制通气的情况下，可以生产各种酒。
原理：早期通气，促进酵母菌有氧呼吸，有利于菌种繁殖；后期密封，促进酵母菌无氧呼吸产生酒精。
细胞呼吸原理的应用
花盆里的土壤板结后，空气不足，会影响根系生长，需要及时松土透气。
细胞呼吸原理的应用
原理：促进根部有氧呼吸，为主动运输提供能量，有利于矿质元素的吸收。
储藏水果、粮食的仓库，往往要通过降低温度、降低氧气含量等措施，来减弱水果、粮食的呼吸作用，以延长保质期。
原理：降低温度、降低氧气含量可以降低呼吸作用强度，减少有机物的消耗。
细胞呼吸原理的应用
破伤风由破伤风芽孢杆菌引起，这种病菌只能进行无氧呼吸。皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，病菌就容易大量繁殖。
原理：避免破伤风芽胞杆菌（只能进行无氧呼吸）进行无氧呼吸而大量繁殖，引起破伤风。
提倡慢跑等有氧运动的原因之一是:有氧运动能避免肌细胞因供氧不足进行无氧呼吸产生大量乳酸。乳酸的大量积累会使肌肉酸胀乏力。
原理：避免肌肉细胞因供氧不足进行无氧呼吸而产生大量乳酸。
环境因素：
C6H12O6 +6H2O +6O2
酶
6CO2 +12H2O+能量
温度
氧气、温度、二氧化碳、水
水
氧气
二氧化碳
主要通过影响酶的活性，从而影响呼吸作用。
自由水越多呼吸作用越旺盛
原料越多促进反应
积累过多抑制细胞呼吸的进行。
内因：遗传因素
（决定酶种类和数量）
四、影响呼吸作用的因素
五、影响细胞呼吸的因素
1.O2浓度
氧气促进有氧呼吸，抑制无氧呼吸。
O2浓度
CO2释放量
O2浓度
CO2释放量
无氧呼吸：以酒精发酵为例，无氧呼吸随O2浓度增加而受抑制，O2浓度越高，抑制作用越强， O2浓度达到一定值时，被完全抑制。
有氧呼吸：在一定范围内，有氧呼吸随O2浓度增加而增加，当O2浓度达到一定值时，由于酶和底物浓度的抑制，将不再增加。
无氧呼吸
有氧呼吸
（1）O2浓度为0时，
（2）O2浓度为10%时， ，
。
（3）O2浓度0-10%时，
（6）O2浓度为5%时， ，
。
（4）O2浓度＞10%时， 。
只有无氧呼吸。
无氧呼吸降为零
只有有氧呼吸
只进行有氧呼吸
有氧呼吸和无氧呼吸并存。
（5）CO2中的C来自于 。
葡萄糖
总CO2释放量最少，有机物消耗量最少，
此时O2浓度为储存的最适氧气浓度，适宜于种子、蔬菜保存
重点分析：O2浓度对细胞呼吸速率的曲线分析
1.O2浓度：
2.温度：
通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸速率。
温度℃
呼吸速率
① 零上低温下贮存蔬菜、水果。
② 在大棚蔬菜的栽培过程中，增加昼夜温差，减少有机物的消耗，提高产量。
③温水和面，发酵快。
应
用
通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸速率。
机
理
3.二氧化碳浓度：
呼吸速率
① 地窖中CO2浓度高，有利于蔬菜水果的储存。
②在水果、蔬菜保鲜中， 增加CO2浓度（或充入N2）可抑制细胞呼吸， 减少有机物消耗
应
用
机
理
CO2（%）
增加CO2的浓度对细胞呼吸有明显的抑制作用
4.含水量：
呼吸速率
①粮食贮藏：零上低温，低氧，干燥；干种子萌发前进行浸泡处理
②果蔬储存：零上低温，低氧，一定湿度
③土壤板结、长期水淹，出现烂根现象，需要及时排水。
应
用
机
理
细胞含水量
在一定范围内,细胞呼吸强度随含水量的增加而增强
内因
(以植物为例)
如，旱生植物小于水生植物；阴生植物小于阳生植物
如，生殖器官大于营养器官
如，幼苗期、开花期植株器官的呼吸速率高，成熟期呼吸速率低
①遗传特性
不同种类的植物呼吸速率不同
①遗传特性
不同种类的植物呼吸速率不同
②器官类型
同植物的不同器官呼吸速率不同
③生长发育阶段
同植物的同器官在不同的生长发育阶段呼吸速率不同
若需消耗氧气或产物有水，则一定存在有氧呼吸
若产物中有酒精或乳酸，则一定有无氧呼吸
看反应物、产物
“三看法”判断细胞呼吸的类型（以葡萄糖为底物）
看物质的量的关系
不消耗O2，释放CO2 → 只进行产酒精的无氧呼吸
不消耗O2，不释放CO2 → 只进行产生乳酸的无氧呼吸或细胞已死亡
CO2释放量 = O2的吸收量 → 只进行有氧呼吸或既进行有氧呼吸又进行产乳酸的无氧呼吸
CO2释放量 > O2的吸收量 → 既进行有氧呼吸，又进行产酒精的无氧呼吸
看反应场所
只在细胞质基质中——无氧呼吸；有线粒体参与——一定存在有有氧呼吸
植物组织呼吸方式的探究（呼吸底物以葡萄糖为例）
(1)装置1中加入NaOH溶液的目的是 ，根据有色液滴移动的刻度可知 。
吸收二氧化碳
呼吸作用消耗的氧气的体积
(2)装置2有色液滴移动代表 。
细胞呼吸消耗的O2体积和释放CO2的体积的差值
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)
(3)实验结果预测和结论
实验现象 结 论
装置一液滴 装置二液滴
不动
不动
只进行产乳酸的无氧呼吸或种子已死亡
不动
右移
只进行产生酒精的无氧呼吸
左移
右移
进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
左移
不动
只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸
(4)误差校正
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。
有氧呼吸与产酒精的无氧呼吸的数量关系
若 V有氧呼吸 = V无氧呼吸
(1)消耗等量葡萄糖，有氧呼吸与无氧呼吸CO2 产生量的比为3：1
(2)产生等量CO2 ，有氧呼吸与无氧呼吸消耗葡萄糖量的比为1：3
(3) 有氧呼吸与无氧呼吸同时进行时
若 V有氧呼吸 < V无氧呼吸
若 V有氧呼吸 > V无氧呼吸
1、若只产生CO2，不消耗O2，细胞呼吸
作用的方式及对应点
2、若产生的CO2比吸收的O2多，细胞呼
吸作用的方式及对应区间
3、若产生CO2与吸收的O2相等，细胞呼
吸作用的方式及对应区间
4、E点时，有氧呼吸与无氧呼吸消耗的葡萄是否相等，若不等，其比值
为多少
下图表示某种植物的非绿色器官在不同氧浓度下CO2的释放量与O2的吸收
量的变化，思考下列问题：
只进行无氧呼吸（A点）
有氧呼吸与无氧呼吸同时存在。（AC段）
只进行有氧呼吸。（图中C点以后）
不等 1:3
曲线分析练一练：
柱形图分析：
a点：只有CO2释放量，无O2吸收量，说明只进行产生酒精的无氧呼吸
b点：O2吸收量3，CO2释放量8，说明有氧呼吸消耗葡萄糖0.5，无氧
呼吸消耗葡萄糖2.5
c点：O2吸收量4，CO2释放量6，说明有氧呼吸消耗葡萄糖2/3，无氧
呼吸消耗葡萄糖1
d点：O2吸收量等于CO2释放量，说明只进行有氧呼吸
注意图例：
O2吸收量代表有氧呼吸，
CO2释放量代表有氧呼吸
和产生酒精的无氧呼吸
.
拓展应用
1.松土是许多农作物栽培中经常采取的一项措施。试分析农田松土给农作物的生长、当地的水土保持以及全球气候变暖等方面可能带来的影响，并指出如何尽量减少不利影响。
松土透气可以使根部细胞进行充分的有氧呼吸，从而有利于根系的生长和对无机盐的吸收，促进作物生长、进行光合作用吸收更多的CO2，缓解全球气候变暖现象；增强根系的水土保持能力；避免根细胞由于无氧呼吸产生酒精对根系造成的伤害。此外，松土透气还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，促使这些微生物对土壤有机物的分解，为植物生长提供更多的CO2，也有可能导致局部大气CO2浓度上升。松土不当，可能伤害植物根系；要根据不同植物、植物不同的生长阶段等，采取不同的松土方法。
.
拓展应用
2.有氧呼吸过程是否含有无氧呼吸的步骤？结合地球早期大气中没有氧气以及原核细胞中没有线粒体等事实，想一想，地球早期的单细胞生物是否只能进行无氧呼吸？你体内的骨骼肌细胞仍保留着进行无氧呼吸的能力，这是否可以理解为漫长的生物进化史在你身上留下的印记？
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行无氧呼吸，体内骨骼肌细胞保留进行无氧呼吸的能力，可以理解为漫长的生物进化史在人类身上留下的印记，同时也可以理解为人体在进行长跑等剧烈运动时，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，有一定的适应意义。

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