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细胞呼吸的原理和应用
复 习 提 问
1.生物体生命活动的主要能源物质是什么？
2.生物体生命活动所需的直接能源物质主要是什么？
糖类
ATP
糖类中储存的能量如何转化为生命活动所需要的直接能量ATP的呢？
？
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。
一、呼吸作用的实质：
是细胞内的有机物氧化分解，并释放出能量。
【注意】呼吸≠呼吸作用
氧化分解有机物，释放能量
关键：
（也叫细胞呼吸）
细胞呼吸是否一定需要氧呢？
探究
酵母菌细胞的呼吸方式
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。
事例1：老面馒头和包子里面都有一个个的小孔，都很松软，是因为发面时加入酵母菌，酵母菌细胞呼吸产生了CO2 ， CO2受热膨胀。
事例2：酿酒过程中，酵母菌进行细胞呼吸产生了酒精。
设计实验
酵母菌细胞呼吸的方式
提出问题
进行实验
验证假设、形成结论
CO2
有氧
产生
无氧
CO2和酒精
产生
作出假设
探究酵母菌细胞的呼吸方式
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
影响实验结果的可变因素如温度、酵母菌活性
酒精、CO2
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二氧化碳
CO2的检测：
1.澄清的石灰水：
2.溴麝香草酚蓝水溶液：
酒精的检测：
酸性条件下的重铬酸钾溶液
澄清→浑浊
蓝→绿→黄
橙色→灰绿色
2.实验原理
1.实验材料：
酵母菌
酵母菌培养液的配置（p91）
酒精
（1）以上锥形瓶中的溶液在实验中的作用分别是什么？
10%NaOH的作用是：吸收空气中的CO2
澄清的石灰水作用是：检测CO2的产生
有氧呼吸
无氧呼吸
（2）如何说明CO2产生的多少？
（3） B瓶应封口放置一段时间后，在连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，这是为什么？
根据相同时间内石灰水的浑浊程度
瓶口密封放置一段时间,可以让酵母菌消耗完瓶中原有氧气,造成无氧环境.
有氧呼吸
无氧呼吸
是否完美？
有氧
无氧
改进实验装置
1.4
有氧呼吸装置图
接橡皮泵
质量分数为10%的NaOH溶液
酵母菌培养液
澄清的石灰水
酵母菌培养液
澄清的石灰水
无氧呼吸装置图
澄清的石灰水
油层
在有氧呼吸装置中添加装有澄清石灰水的锥形瓶，以检测进入酵母菌培养液中的气体没有CO2 。
在无氧呼吸装置的酵母菌培养液的表层滴加适量的植物油或石蜡油，可以完全隔绝O2以提供严格的无氧环境。
配制培养液时必须高温灭菌的目的是什么？
杀死杂菌，防止杂菌对实验结果产生干扰。
冷却至常温。
A
B
加入酵母菌前，必须对培养液进行如何处理？
对培养液A进行检测时，发现有酒精生成，试分析原因。
充入空气不充分，导致部分酵母菌进行了无氧呼吸生成酒精。
条件 澄清石灰水/出现的时间 酸性重铬酸钾溶液
有氧
无氧
变混浊／快
不变灰绿色
变混浊／慢
出现灰绿色
初 始
相同时间后
有氧装置
无氧装置
酵母菌
有氧条件下产生大量CO2和水
无氧条件下产生酒精和少量CO2
3.实验
现象
4.实验结论
科学方法
概念
对比实验
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。
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。
举例
有氧
无氧
1.下图为“探究酵母菌的呼吸方式”的实验装置，有关叙述正确的是(　　)
A．装置甲中NaOH溶液的作用是吸收B处的CO2
B．装置乙在E处可检测到有酒精生成
C．可根据溴麝香草酚蓝水溶液变黄的时间长短，来检测CO2的产生速率
D．若C瓶和E瓶中溶液都变混浊，不能据此判断酵母菌的呼吸方式
C
课堂小练
2.下列关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的叙述,
不正确的是(　　)
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.在探究有氧呼吸的实验过程中,泵入的空气应去除CO2
C.实验中需控制的无关变量有温度、培养液浓度等
D.可通过观察澄清石灰水是否变混浊来判断酵母菌的呼吸方式
D
细胞呼吸的方式
有氧呼吸
无氧呼吸
氧化分解过程中是否需氧
有氧呼吸
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。
一般地说，线粒体均匀地分布在细胞质中。但是，活细胞中的线粒体往往可以定向地运动到代谢比较旺盛的部位。
线粒体的结构与功能
1.
细胞呼吸的场所：
线粒体
外膜
内膜
嵴
基质
细胞质基质、线粒体（主要）
线粒体
外膜
内膜
基质
含有与有氧呼吸相关的酶
向内折叠形成嵴，增大内膜表面积
也含有与有氧呼吸相关的酶
一般地说，线粒体均匀地分布在细胞质中。但是，活细胞中的线粒体往往可以定向地运动到代谢比较旺盛的部位。肌细胞内的肌质体就是由大量变形的线粒体组成的，肌质体显然有利于对肌细胞的能量供应。
有氧呼吸 场所 反应物 产物 释能 是否需氧
第一阶段
第二阶段
第三阶段
细胞质基质
主要是葡萄糖
丙酮酸、
[H]
少量
丙酮酸、水
CO2、[H]
少量
[H]、O2
H2O
大量
线粒体基质
线粒体内膜
否
否
是
一、有氧呼吸
有氧呼吸的过程是怎样的呢？
自主阅读课本92-93页，完成表格。
C6H12O6
2C3H4O3
酶
6CO2
4[H]
能量
少量ATP
热能
能量
少量ATP
热能
酶
6H2O
20[H]
12H2O
6O2
酶
能量
大量ATP
热能
线粒体
细胞质基质
②
①
③
有氧呼吸的全过程图解：
有氧呼吸的过程
第一阶段
细胞质基质
第二阶段
线粒体基质
线粒体内膜
4
20
2
C6H12O6
酶
+ [H] +少量能量
丙酮酸
第三阶段
6
6
+ H2O
酶
2丙酮酸
CO2 + [H] + 少量能量
12
6
酶
H2O +大量能量
24[H] + O2
总反应式
C6H12O6 + 6H2O + 6 O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
H2O →[H] →H2O
O2 →H2O
C6H12O6 →丙酮酸→CO2
丙酮酸→[H] →H2O
[H] →H2O
C6H12O6
C6H12O6+6H2O+6*O2 6CO2+ 12H2*O +能量
酶
C：
H：
O：
C、H、O的来龙去脉：
C6H12O6 →丙酮酸
H2O
CO2
3、有氧呼吸的总反应式：
思考：给酵母菌提供放射性18O2，酵母菌释放的CO2是否含放射性18O？原因是？
有氧呼吸的概念
有氧呼吸是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，生成大量ATP的过程。
同有机物在体外燃烧相比，有氧呼吸有什么不同的特点？
区别：
1.有氧呼吸过程温和。
2.有机物中的能量经过一系列化学反应逐步释放。
3.有氧呼吸释放的部分能量储存在ATP中。
相同：
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。
同有机物在体外燃烧相比，有氧呼吸有什么不同的特点？
有氧呼吸过程中物质和能量的变化
【例题】现把匀浆及分离得到的细胞质基质和线粒体，注入几支试管中，并使各试管悬液体积相等，各试管之间同一成分的浓度相同，然后在一定的适宜条件下分别进行以下实验，请填写表格。
试管 1 2 3 4
成分 细胞质基质+线粒体 +葡萄糖 +O2 线粒体 +葡萄糖+O2 细胞质基质 +葡萄糖 +O2 线粒体
+丙酮酸
+O2
处理 在适宜条件下，反应5分钟 有无CO2
有CO2
没有反应
有丙酮酸产生
无CO2
有CO2
C6H12O6
2丙酮酸 + 4 [H]+
2C2H5OH（酒精）+2CO2
酶
酶
2C3H6O3（乳酸）
酶
第一阶段：
第二阶段：
能量
ATP
热能
与有氧呼吸第一阶段完全相同
细胞质基质
细胞质基质
二、无氧呼吸
不释放能量
C6H12O6
酶
2C3H6O3+（少量）能量
例：动物、乳酸菌、高等植物的某些器官（马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等）。
C6H12O6
酶
2C2H5OH+2CO2+（少量）能量
例：植物、酵母菌。
无氧呼吸的总反应式
3.4
注：微生物的无氧呼吸也叫作发酵，产生酒精的叫作酒精发酵，产生乳酸的叫作乳酸发酵。
1.生成酒精
2.生成乳酸
思考
尝试运用所学知识，解释以下现象：
现象1：长久较封闭放置的苹果，会腐烂并有酒香味。
现象2：洪灾导致农田被淹后，引发农作物死亡。
现象3：剧烈运动后，容易产生肌肉酸痛的现象。
无氧呼吸：是指细胞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，释放出少量能量的过程。
同样是分解葡萄糖，无氧呼吸中葡萄糖的大部分能量仍存留在酒精或乳酸中，如1mo葡萄糖分解成乳酸后，只释放出196.65kJ的能量，其中只有61.08kJ的能量储存在ATP中，近69%的能量都以热能形式散失了。正因为如此，大部分生物体在长期缺氧状态下，无法生存。此外酒精和乳酸的大量积累对细胞和生物体也是有害的。但无氧呼吸可作为特殊情况下有氧呼吸的补充，是生物适应性的表现。人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸，能在肝脏中再次转化为葡萄糖。
无氧呼吸的概念
3.5
注：只能进行无氧呼吸的真核生物(如蛔虫)，其细胞内无线粒体。
细胞呼吸的概念
是指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，释放出能量并生成ATP的过程。也称呼吸作用。
无氧呼吸的概念
是指细胞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，释放出少量能量的过程。
有氧呼吸的概念
是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，生成大量ATP的过程。
有氧呼吸和无氧呼吸的比较
呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 场所
氧气参与
分解程度
产物
能量
ATP生成
相同点 线粒体和细胞质基质
细胞质基质
需要
不需要
CO2＋H2O
乳酸或酒精＋CO2
热能（主）
＋ATP中的化学能
乳酸/酒精中的化学能（主）
＋热能＋ATP中的化学能
彻底氧化分解
不彻底氧化分解
第一、第二、第三阶段
第一阶段
第一阶段完全相同，包括反应过程和反应场所；
反应实质相同，都能氧化分解有机物，释放能量。
预期结果 (红色液滴移动) 相应结论
装置1 装置2 1
2
3
左移
不移动
只进行有氧呼吸
右移
不移动
只进行无氧呼吸
左移
右移
两种呼吸作用类型都进行
【例题】某兴趣小组欲探究发芽的小麦种子的呼吸作用类型，设计如图所示实验装置，请填写下列表格。
四、细胞呼吸原理的应用
应用：选用透气的消毒纱布或创可贴
原理：为伤口营造有氧环境，避免厌氧微生物的繁殖，有利于伤口愈合。
应用：酿酒（控制通气）
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：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，延长保质期。
应用：水果、蔬菜保鲜
应用：农作物栽培时及时松土透气；
原理:松土改善土壤氧气供应来促进植物根系的呼吸作用，有利于植物的生长和根对无机盐离子的吸收。
应用：伤口过深或被锈钉扎伤，需及时就医
原理：避免破伤风芽胞杆菌进行无氧呼吸而大量繁殖，引起破伤风。
应用：提倡慢跑等有氧运动
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，乳酸大量积累会使肌肉酸胀乏力。
思考：请举例只进行无氧呼吸的生物。
根据生物生存条件，把生物的异化作用类型分为三类：
1.需氧型
2.厌氧型
3.兼性厌氧型
问题探讨
1.都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？
通气提供氧气，利于酵母菌进行旺盛的细胞分裂；
密封便于酵母菌在无氧条件下分解有机物产生酒精。
2.为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？
在有氧的情况下，酵母菌分解有机物释放的能量多。
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？
能为自己的生命活力提供少量能量。
影响呼吸效率的因素？
内因？
外因？
呼吸速率：
单位时间内呼吸作用的反应物的消耗量或生成物的产生量。
影响细胞呼吸的内因—酶的种类和数量
1.1
1.不同生物，细胞呼吸速率不同。
如：阴生植物﹤阳生植物，旱生植物﹤水生植物
2.同一个体在不同发育时期，细胞呼吸速率不同。
如：老年人﹤青年人，幼苗、开花期>成熟期
3.同一个体的不同器官，细胞呼吸速率不同。
如：肝脏细胞﹥皮肤细胞，生殖器官>营养器官
2.0
C6H12O6+ 6H2O + 6O2
酶
6CO2 + 12H2O+能量
反应物
水含量
氧气浓度
条件
温 度
产物
CO2
浓
度
影响呼吸作用的环境因素（外因）
(2)曲线分析：
最适温度时，细胞呼吸最强。
在一定范围内，呼吸强度随温度的升高而增强。超过最适温度呼吸酶活性降低，甚至变性失活，细胞呼吸受抑制。低于最适温度呼吸酶活性下降，细胞呼吸受抑制。
温度
(1)机理：温度影响与细胞呼吸有关酶的活性
(3)应用：
①低温储存食品；
②大棚栽培作物在夜间和阴天适当降温，减少呼吸作用对有机物的消耗。
(1)曲线分析：
①O2浓度＝0时，只进行无氧呼吸；
②0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：
①中耕松土促进植物根部有氧呼吸；
②酿酒时先通氧气再密封，造成无氧环境；
③低氧储存粮食、水果和蔬菜。
O2浓度
(1) B、C、D、 E点所表示的含义，阴影部分表示？
B点表示：
C点表示：
D点表示：
E点表示：
阴影部分表示：
CO2生成量最小，呼吸作用最弱，有机物消耗最少
无氧呼吸停止，只进行有氧呼吸的起始点
O2浓度为10%时，无氧呼吸消失，只进行有氧呼吸。（无氧呼吸消失点）
无氧呼吸与有氧呼吸CO2释放量相等。
无氧呼吸生成的CO2总量。
(2) A、E、C、A B段、BC段的呼吸类型？
A：只进行无氧呼吸；E：有氧和无氧呼吸，C：只进行有氧呼吸
AB：有氧呼吸和无氧呼吸 BC：有氧呼吸和无氧呼吸
(3)A B段CO2释放急剧减少的原因为？ BC段CO2释放不断增加的主要原因为？
(4)储存水果的最佳的点？原因？
(5)图甲中a、b、c、d各点分别对应的前图中的哪段曲线？
O2 浓度较低时， 随着 O2 浓度的增加，无氧呼吸迅速减弱，而有氧呼吸仍较弱。 随着 O2 浓度的增加，有氧呼吸迅速加强。
B点，此时呼吸作用最弱，有机物的消耗最少。
a：A， b：AB c：BC d：C点及以后
(1)曲线分析：
在一定范围内，细胞呼吸速率随外界含水量的增加而加快，当含水过多时，呼吸速率减慢，甚至死亡。
(2)应用：
①粮食在收仓前要进行晾晒处理；
②干种子萌发前进行浸泡处理。
水含量
(1)机理：CO2是细胞呼吸的产物，对细胞呼吸具有抑制作用。
(3)应用：适当增加CO2浓度，有利于水果和蔬菜的保鲜，抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。
(2)曲线分析：CO2是呼吸作用的产物，能抑制细胞呼吸，CO2 浓度越高，抑制作用越明显。
CO2浓度
酵母菌：兼性厌氧型。
思考下列关于酵母菌的问题：
1.消耗O2量=产生CO2量时，呼吸方式为 。
消耗O2量<产生CO2量时，呼吸方式为 。
不消耗O2，产生CO2时，呼吸方式为 。
2.消耗等量葡萄糖时，有氧呼吸和无氧呼吸产生CO2之比为 。
若产生等量的CO2，则有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖之比
为 。
C6H12O6 +6H2O+6O2 6CO2+12H2O+
能量(32ATP)
酶
C6H12O6 2酒精+ 2CO2 + 能量(2ATP)
酶
有氧呼吸
无氧呼吸
有氧呼吸和无氧呼吸
3：1
1：3
计 算
细胞呼吸的意义：（课本第94页小字）
1.为生物体提供能量；
2.是生物体代谢的枢纽。
（为细胞内其他物质合成提供原料）
1.提示:松土透气可以使跟细胞进行充分的有氧呼吸，从而有利于根系的生长和无机盐的吸收，促进作物生长，吸收更多的二氧化碳，缓解全球气候变暖现象；促进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二氧化碳，也有可能导致局部大气二氧化碳浓度上升。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。
完成教材P96二、拓展应用1.
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。
完成P96二、拓展应用第2小题

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