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第三节 细胞呼吸的原理与应用
？
问题探讨
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。
1、都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？
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它自身有什么意义？
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能量。
探究酵母菌细胞呼吸的方式
一、细胞呼吸的方式
实验原理
酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。
1.提出问题
2.作出假设
酵母菌在有氧、无氧条件下进行的细胞呼吸的产物分别是什么？
酵母菌在有氧条件下进行细胞呼吸产生CO2，在无氧情况下进行细胞呼吸产生CO2和酒精。
3.设计实验
实验思路
分析变量
自变量:
因变量:
无关变量:
细胞呼吸的条件
细胞呼吸的产物
有氧
无氧
温度、酵母菌活性等
CO2
酒精
分别给酵母菌提供有氧和无氧的条件，一段时间后检测其产物是否含酒精或CO2
细化
1.怎样控制有氧和无氧条件
2.怎样检测CO2和酒精？
3.怎样保证酵母菌正常生活？
通入氧气：气泵
隔绝氧气：密封、石蜡油
澄清石灰水：变浑浊
溴麝香草酚蓝溶液：蓝→绿→黄
酸性重铬酸钾溶液：橙色→灰绿色
4.进行实验
1.配制酵母菌培养液：酵母菌+葡萄糖溶液
2.实验装置
酵母菌培养液
酵母菌培养液
澄清的石灰水
10%的NaOH
A
B
C
D
请用下列材料将实验中的有氧装置和无氧装置连通好
有氧组：CAD
无氧组：BD
2.实验装置
分析1：NaOH溶液的作用是什么？
吸收空气中CO2，排除空气中CO2的干扰。
分析2：B瓶为什么要封口一段时间再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶？
让酵母菌耗尽瓶内O2，造成无氧环境，确保产物是无氧呼吸的产生的
分析3：请问此实验是否有对照组？
科学方法：对比实验
有氧组
无氧组
科学方法
3.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。
举例
在“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验中，需要设置有氧和无氧两种条件来探究酵母菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式，这两个实验组的结果都是事先未知的，通过对比可以看出氧气条件对细胞呼吸的影响。
对比实验也是科学探究中常用的方法之一。
3.检测CO2
变浑浊/快
变浑浊/慢
4.检测酒精
橙色
灰绿色
有氧组
无氧组
5.实验结果
酸性重铬酸钾
6.实验结论
酵母菌在有氧和无氧条件下都进行细胞呼吸。
在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量CO2
在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精和少量CO2
★注意事项
甲组中通过含NaOH溶液的目的是什么？
去除空气中CO2 ，保证澄清石灰水变浑浊是酵母菌有氧条件产生CO2所致。
B瓶应封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的目的是什么？
消耗掉B瓶中的氧气，确保通过澄清石灰水的CO2是无氧呼吸产生的。
A、B培养瓶中加入煮沸后冷却的葡萄糖溶液，加热煮沸的目的是什么？
除去溶液中的氧气，避免对自变量的影响。
杀死葡萄糖溶液中可能存在的杂菌，避免对实验结果的干扰。
下图是某研究小组在探究酵母菌细胞呼吸方式时的两套实验装置图,下列分析合理的是(　　)。
A.为检验空气中的二氧化碳是否被A瓶完全
吸收,可在B瓶前加一个盛有澄清石灰水的
锥形瓶
B.实验中发现C瓶先变混浊后又澄清了,说明实验不成功
C.实验进行一段时间后用酸性的重铬酸钾溶液检测E瓶中物质会出现灰绿色
D.D瓶封口后应立即接通E瓶,防止D瓶中的培养液被分解完
A
基质
嵴
外膜
内膜
膜内空间
线粒体结构
主要场所：
有氧呼吸
总反应式：
　　C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+ 12H2O +能量
酶
主要是在线粒体
有氧呼吸 反应场所 反应式
第一阶段
第二阶段
第三阶段
总反应式:
C6H12O6 + 6H2O+6O2 6CO2 +12H2O+能量
酶
2.有氧呼吸过程
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
有氧呼吸 反应场所 反应式
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
C,H,O三种元素的来源和去路？
2.有氧呼吸过程图解
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。
酶
能量
C6H12O6 +6H2O+6O2 6CO2+12H2O+
1mol葡萄糖释放2870kJ 的能量
977.28kJ储存在ATP中
其余以热能形式散失
稳定化学能
活跃化学能
有机物中稳定的化学能转变为热能、ATP中活跃的化学能
有氧呼吸中
能量变化
产生的能量相关问题
03
有氧呼吸的特点(同有机物体外燃烧相比)
a.过程温和(常温、常压、一定的pH等)
b.能量逐步释放
c.释放的能量有一部分储存在ATP中。
思考讨论：1mol葡萄糖彻底氧化分解，释放能量2870kJ。其977.28kJ储存在ATP分子中。则转化效率为 ，这些能量能使 ADP转化为ATP.
32mol
34%
有氧呼吸释放的能量大部分以热能形式散失，少部分能量存储在ATP中
意义：1.可以使有机物中的能量逐步转移到ATP中
2.能量缓慢有序的释放，有利于维持细胞相对稳定的状态
1.有氧呼吸第一阶段发生在细胞质基质中,而不是线粒体中。
2.有氧呼吸三个阶段产生的能量是不相同的,第三阶段产生的能量多,第一、二阶段产生的能量都很少。
3.三个阶段需要的酶各不相同。
4.葡萄糖不能进入线粒体被氧化分解。
5.有氧呼吸前两个阶段不消耗O2，只有第三个阶段消耗O2。
情境导入
1.加入酵母后，为什么能制作酒？
2.加入乳酸菌后，牛奶为什么会变成酸奶？
均在无氧条件下，细胞进行了无氧呼吸，产生了酒精 或者乳酸。
三、无氧呼吸
1.场所：______
细胞质基质
2.过程
第一阶段
第二阶段
总反应式：
C6H12O6
酶
2C3H6O3（乳酸）+少量能量
例：乳酸菌、动物、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等
C6H12O6
酶
2C2H5OH（酒精）+ 2CO2+ 少量能量
例：酵母菌、大多数植物
乳酸发酵
酒精发酵
阅读p94及相关信息
3.概念：
4.实质：
不彻底分解有机物，释放少量能量
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。
呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸
不 同 点 场所
条件
产物
能量
ATP 产生 阶段
相 同 点 联系 实质 细胞质基质、线粒体
细胞质基质
需要O2、多种酶
不需要O2、多种酶
葡萄糖彻底分解为
CO2和H2O
葡萄糖不彻底分解，形成
乳酸或酒精和CO2
释放大量能量
释放少量能量，大部分能量储存在乳酸或酒精中
有氧呼吸的三个阶段均产生ATP
仅在第一阶段产生ATP
四、有氧呼吸与无氧呼吸的比较
讨论并归纳有氧呼吸的异同
分解有机物，释放能量
第一阶段反应场所和过程完全相同
五、细胞呼吸的概念和意义
（1）为生物体提供能量
（2）生物体代谢的枢纽
细胞呼吸
能
量
热能
散失
能量
转移
ATP
ADP
Pi
能
量
细胞分裂
生长发育
主动运输
肌肉收缩
C6H12O6
CO2＋H2O
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。
2、细胞呼吸的意义
丙酮酸
葡萄糖
氨基酸
甘油
细胞呼吸是蛋白质、糖类和脂质代谢的枢纽
思考：人和酵母菌进行细胞呼吸产生CO2的场所相同吗？
细胞呼吸方式的判断:
(1)呼吸作用中各物质之间的比例关系(以葡萄糖为底物的细胞呼吸)
①有氧呼吸——葡萄糖∶O2∶CO2＝
②无氧呼吸——葡萄糖∶CO2∶酒精＝
③消耗等量的葡萄糖时，无氧呼吸与有氧呼吸产生的CO2摩尔数之比为：
④消耗等量的葡萄糖时，有氧呼吸消耗的O2摩尔数与有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2摩尔数之和的比为：
1∶6∶6
1∶2∶2
1∶3
3∶4
第三节 细胞呼吸的原理与应用
(第三课时）
细胞呼吸原理的应用
选用“创可贴”等敷料包扎伤口，既为伤口敷上了药物，又为伤口创造了疏松透气的环境、避免厌氧病原菌的繁殖，从而有利于伤口的痊愈。
酵母菌是兼性厌氧微生物。酵母菌在适宜的通气、温度和pH等条件下，进行有氧呼吸并大量繁殖；在无氧条件下则进行酒精发酵。
对于板结的土壤及时松土透气，可以促进根细胞有氧呼吸，有利于根系的生长和对无机盐的吸收。
物质的储存：（1）储存粮食：适宜的低温，低氧，干燥（水分很少）；（2）储存水果、蔬菜：适宜的低温，低氧，适宜的湿度。较深的伤口里缺少氧气，破伤风芽孢杆菌适合在这种环境中生存并大量繁殖。所以，伤口较深或被锈钉扎伤后，患者应及时请医生处理。有氧运动是指人体细胞充分获得氧的情况下所进行的体育锻炼。人体细胞通过有氧呼吸可以获得较多的能量。① 不同种类的植物细胞呼吸速率不同，如旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。
② 同一植物在不同的生长发育时期细胞呼吸速率不同，如幼苗期、开花期细胞呼吸速率较高，成熟期细胞呼吸速率较低。
③ 同一植物的不同器官细胞呼吸速率不同，如生殖器官大于营养器官。
（1）内部因素
遗传因素(决定酶的种类和数量)
影响细胞呼吸的因素——内部因素
1.O2浓度：
（1）对有氧呼吸：
O2是有氧呼吸所必需的，但O2会抑制无氧呼吸。
（2）对无氧呼吸：
限制因素：酶的活性和数量
曲线分析：随着O2浓度升高，有氧呼吸速率增加；但O2浓度升高到一定程度后，受到酶活性和数量限制，有氧呼吸速率不再变化。
曲线分析：随着O2浓度升高，无氧呼吸速率不断下降，最终下降为零。
影响细胞呼吸的因素——O2浓度
1. O2浓度
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。
应用
①中耕松土促进根呼吸
②无氧发酵控制无氧环境
③低氧储存粮食、蔬菜、水果
④O2浓度＝5%时，有机物消耗最少。此时O2浓度为储存的最适氧气浓度
影响细胞呼吸的因素——O2浓度
通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸速率。与温度影响酶催化效率的曲线特征一致。
温度
呼吸速率
2. 温度
应用：①低温储存粮食、水果、蔬菜
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。
影响细胞呼吸的因素——温度
3. CO2浓度
应用：在蔬菜、水果保鲜中，增加CO2浓度(或充入N2)可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。
农村广泛采用密闭的土窖保存水果蔬菜，也是利用水果自身产生的二氧化碳抑制细胞呼吸的原理。
影响细胞呼吸的因素——CO2浓度
4．含水量
应用：适当灌溉
粮食收仓前晾晒有利于储存；
种子萌发前浸泡有利于萌发
在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，随含水量的减少而减慢。当含水量过多时，呼吸速率减慢，甚至死亡。
影响细胞呼吸的因素——含水量
细胞呼吸的类型的判断
1.看反应物、产物
2.看物质的量的关系
细胞呼吸的相关应用
一、测定组织细胞的呼吸速率
测定原理
细胞有氧呼吸既产生CO2，又消耗O2，为测定其真实的呼吸情况，应只对其中一种气体的变化进行测定。为此，通常向装置内添加______溶液吸收释放的CO2
NaOH
测定指标
CO2被吸收后，装置内气体总量减少，压强减小，刻度管内的小液滴向左移动。所以，可用单位时间内小液滴左移的距离代表细胞有氧呼吸消耗____的速率
O2
通常用___________速率或_______速率来表示
CO2的产生
O2消耗
细胞呼吸的相关应用
二、根据实验结果判断呼吸类型
（呼吸底物以葡萄糖为例）
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 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
左移 右移 进行
只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸
有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
不动
不动
不动
不动
右移
左移
细胞呼吸的相关应用
1.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。
① 曲线a、b、c分别表示 、 和呼吸作用CO2释放量。
② 在O2浓度为0时，CO2的释放量为___，此时只进行 ；
当O2浓度 时， 只进行有氧呼吸，此时CO2释放量_____O2吸收量；
当0＜O2浓度＜D 时，既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸。
无氧呼吸
有氧呼吸
无氧呼吸
≥D
A
等于
练习
1.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。
③ 在保存蔬菜、水果时，应选择乙图中 点对应的O2浓度，因为此时 ；保存条件一般为 。
④甲图的a、b、c、d四种氧浓度中___是最适合蔬菜、水果的贮藏；
⑤甲图中氧浓度为a时的情况对应乙图中的_____点；
B
细胞呼吸最弱
零上低温、低氧
A
c
练习
1、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。
⑥甲图中氧浓度为b时的情况对应乙图中的_____段之间；
⑦ 甲图中氧浓度为____时没有酒精产生。
d
AC
练习

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