细胞呼吸的原理和应用 高一上学期生物人教版（2019）必修1

呼吸作用的实质是细胞内有机物的氧化分解，并释放能量，也叫细胞呼吸。在发面时，早期并没有酒味，发面中会有很多的小孔，保鮮膜上有水珠，而后期会有酒味。思考：1.发面主要与什么微生物有关?2.面团上的小孔是怎么产生的呢，薄膜上的水珠呢？3.为什么早期没有酒味而后期会有酒味呢?4.发面团里是热乎乎的，这说明了什么？第5章第3节

细胞呼吸的原理和应用

实验原理提出问题作出假设设计实验进行实验分析结果得出结论一、细胞呼吸的方式1.探究酵母菌细胞呼吸方式

酵母菌（为单细胞真菌）在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。实验方法：用对比实验的方法，分析在有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的情况产物的检测：①CO2的检测：澄清石灰水或溴麝香草酚蓝溶液②酒精的检测：酸性重铬酸钾（见后）实验原理提出问题作出假设设计实验进行实验分析结果得出结论一、细胞呼吸的方式1.探究酵母菌细胞呼吸方式实验原理提出问题作出假设设计实验进行实验分析结果得出结论一、细胞呼吸的方式1.探究酵母菌细胞呼吸方式酵母菌的细胞呼吸是否一定需要O2？酵母菌在有氧和无氧的条件下产生的二氧化碳是否一样多?酵母菌在什么条件下使葡萄糖发酵产生酒精?实验原理提出问题作出假设设计实验进行实验分析结果得出结论一、细胞呼吸的方式1.探究酵母菌细胞呼吸方式作出的假设可能有：·无氧条件下产生酒精，无氧条件下产生的CO2多；·有氧条件下产生酒精，无氧条件下产生的CO2多；·无氧条件下产生酒精，有氧条件下产生的CO2多；·有氧条件下和无氧条件下都产生酒精，有氧条件下产生的CO2多；

。。。实验原理提出问题作出假设设计实验进行实验分析结果得出结论一、细胞呼吸的方式1.探究酵母菌细胞呼吸方式分析变量实验方法实验装置通气密封相同且适宜实验原理提出问题作出假设设计实验进行实验分析结果得出结论一、细胞呼吸的方式1.探究酵母菌细胞呼吸方式实验方法：对比实验对比实验（P92）是指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，这样的实验叫做对比实验，也叫相互对照实验。对比实验不设对照组，均为实验组，可以看成是对照实验的一种特殊形式。实验组A组：有氧条件（有氧呼吸组）B组：无氧条件（无氧呼吸组）实验原理提出问题作出假设设计实验进行实验分析结果得出结论一、细胞呼吸的方式1.探究酵母菌细胞呼吸方式用以上材料组合搭建有氧呼吸和无氧呼吸的实验装置：（用字母和箭头表示，字母可重复）有氧呼吸装置：C→A→D（或C→D→A→D）无氧呼吸装置：B→D接橡皮球（或气泵）质量分数为10%的NaOH溶液C酵母菌培养液酵母菌培养液D澄清的石灰水实验原理提出问题作出假设设计实验进行实验分析结果得出结论一、细胞呼吸的方式1.探究酵母菌细胞呼吸方式1.NaOH溶液在实验中的起什么作用?2.如何说明CO2产生的多少?3.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，这是为什么?根据石灰水的浑浊程度可以让酵母菌消耗完瓶中原有氧气，创造无氧环境。吸收空气中的CO2，排除它对实验结果的影响。实验原理提出问题作出假设设计实验进行实验分析结果得出结论一、细胞呼吸的方式1.探究酵母菌细胞呼吸方式1.NaOH溶液在实验中的起什么作用?2.如何说明CO2产生的多少?3.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，这是为什么?根据石灰水变浑浊程度（变浑浊所用时间）让酵母菌消耗完瓶中原有氧气，创造无氧环境。吸收空气中的CO2，排除它对实验结果的影响（确保澄清石灰水变浑浊是酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致）。一、细胞呼吸的方式进行实验实验原理提出问题作出假设设计实验进行实验分析结果得出结论一、细胞呼吸的方式1.探究酵母菌细胞呼吸方式实验组澄清石灰水浑浊/时间溴麝香草酚蓝溶液颜色由蓝变绿再变黄的时间酸性重铬酸钾颜色变化A组（有氧呼吸组）B组（无氧呼吸组）实验结论1.酵母菌在有氧气条件下进行有氧呼吸，产生大量二氧化碳，不产生酒精；2.酵母菌在无氧条件下进行无氧呼吸，产生了少量二氧化碳，同时也产生了酒精。浑浊程度高/短浑浊程度低/长用时更短用时更长不变色（橙色）变成灰绿色一、细胞呼吸方式2.细胞呼吸的概念和方式2.实质

细胞内的有机物氧化分解，并释放能量。1.概念有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成CO₂或其他物质，释放出能量

并生成ATP的过程。3.方式

细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸二、有氧呼吸1.有氧呼吸的场所①资料分析：将酵母菌细胞破碎后进行离心处理，获得上清液(细胞质基质)和沉淀物(线粒体)两部分，与未离心处理过的酵母菌培养液分别放入3支试管中，往3支试管中分别加入等量的氧气、葡萄糖、荧光素和荧光素酶，一段时间后，检测各试管中的变化情况。分析结果，得出结论：葡萄糖可以在细胞质基质中分解产生丙酮酸，释放少量能量；葡萄糖不能在线粒体中直接分解，但线粒体可能使中间产物（丙酮酸）分解产生CO2，释放较多的能量。②线粒体的结构与功能相适应的特点：外膜内膜线粒体基质嵴为什么说线粒体是有氧呼吸的就要场所？内膜向内折叠形成嵴，使得内膜的变面积大大增加。线粒体内膜和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶。2.有氧呼吸的过程①过程图解：少量能量C6H12O62C3H4O3[H]2C3H4O36CO2H2O[H][H]O2H2O少量能量酶酶酶大量能量丙酮酸丙酮酸细胞呼吸中的[H]是一种十分简化的表示方式，产生[H]的过程主要是指氧化型辅酶Ⅰ（NAD+）转化为还原型辅酶Ⅰ（NADH）②人为将有氧呼吸划分为三个阶段

第一阶段发生在细胞质基质，简记：第二阶段发生在线粒体基质，简记：第三阶段发生在线粒体内膜，简记：C6H12O6→2C3H4O3＋4[H]＋少量能量酶2C3H4O3＋6H2O→6CO2＋20[H]＋少量能量酶24[H]＋6O2→12H2O＋大量能量酶特点与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸过程温和；有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放；这些能量有相当一部分储存在ATP中。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。逐步释放的意义①可以使有机物中的能量逐步地转移到ATP中；②能量能够缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。③归纳有氧呼吸的概念和特点总反应式剖析：有氧呼吸各个阶段的反应式和总反应式中的能量都不能写成ATP,因为ATP并不是有氧呼吸的直接产物，只是糖类等有机物氧化分解时释放的部分能量可以用于合成ATP。思考：在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870kJ的能量，可使977.28kJ左右的能量储存在ATP中，其余的能量则以热能的形式散失掉了。有氧呼吸的能量转化效率大约是

，这些能量大约能使

ADP转化为ATP。34%32mol易错提醒(1)葡萄糖是有氧呼吸最常利用的物质，但不是唯一的物质。(2)葡萄糖不能进入线粒体，需要在细胞质基质中分解为丙酮酸和[H]后，丙酮酸才能进入线粒体中进一步分解。(3)真核细胞中哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫中无线粒体，只能进行无氧呼吸。线粒体不是进行有氧呼吸必需的结构，如蓝细菌(原核生物)无线粒体，但能进行有氧呼吸。1.如图是某同学制作的探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置，下列叙述正确的是()A.实验中可依据澄清石灰水是否变浑浊来判断细胞呼吸的方式B.甲装置中空气先通过NaOH溶液的目的是去除空气中的CO2C.在酸性条件下，乙醇可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄D.乙装置中B瓶连接后即可连通盛有澄清的石灰水的锥形瓶进行实验B2.下列关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的叙述，错误的是()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O2B.可以根据石灰水的浑浊程度或溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短检测CO2产生情况C.葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，所以应该等葡萄糖充分消耗完以后再进行酒精的检测D.该实验通过设置有氧和无氧两种条件探究酵母菌细胞呼吸的方式，其中有氧条件为实验组，无氧条件为对照组D3.线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所。研究发现，经常运动的人肌细胞中线粒体数量通常比缺乏锻炼的人多。下列与线粒体有关的说法，正确的是()A.葡萄糖在线粒体中分解释放大量能量B.线粒体内膜上的酶可以参与丙酮酸的分解C.肌细胞有氧呼吸形成水的[H]来源于细胞质基质和线粒体基质D.进行有氧运动时，细胞内葡萄糖氧化分解释放的能量大部分储存在ATP中C

人为将无氧呼吸划分为两个阶段：第一阶段发生在细胞质基质，与有氧呼吸第一阶段相同；第二阶段发生在细胞质基质，丙酮酸和[H]在不同酶催化下形成酒精和二氧化碳，或者转化为乳酸，不生成ATP。4[H]C6H12O62C3H4O3少量能量酶丙酮酸2C2H5OH＋2CO2或2C3O6O3ATP细胞质基质三、无氧呼吸1.无氧呼吸的过程和场所2.无氧呼吸的总反应C6H12O6→2C3H6O3＋少量能量酶C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋少量能量酶提示：酵母菌无氧呼吸产物是酒精，乳酸菌无氧呼吸产生乳酸。动物细胞无氧呼吸产物是乳酸，大部分植物细胞无氧呼吸产物是酒精，特殊部位也会生成乳酸（如马铃薯块茎、甜菜块根）。3.无氧呼吸的概念及能量分析概念：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，就是无氧呼吸。能量分析：有氧呼吸1mol葡萄糖彻底氧化分解释放2870kJ能量，而无氧呼吸1mol葡萄糖在分解成乳酸以后，只释放出196.65kJ的能量，其中只有61.08kJ的能量储存在ATP中，近

的能量都以热能的形式散失了。由此可见，无氧呼吸能量释放并不彻底，大量能量还蕴藏在

中。69％乳酸或酒精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去向ATP生成阶段相同点线粒体（主）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）＋储存在ATP中的化学能乳酸/酒精中的化学能（主）＋热能＋储存在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4.无氧呼吸与有氧呼吸的异同点5.细胞呼吸的意义细胞呼吸能为生物体提供能量。细胞呼吸释放的能量，大部分以热能形式散失有助于维持体温，少部分储存在ATP中，用于各项生命活动细胞呼吸是生物体代谢的枢纽。蛋白质、糖类和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸过程联系起来核酸蛋白质多糖脂肪核苷酸氨基酸丙酮酸单糖脂肪酸糖酵解β氧化脱氨基乙酰辅酶A四、细胞呼吸原理的应用1.影响细胞呼吸的主要因素①氧气浓度O2浓度=0时，只进行无氧呼吸；0＜O2浓度＜b时，同时进行无氧呼吸和有氧呼吸;O2浓度≥b，只进行有氧呼吸；O2浓度=a时，无氧呼吸减弱，有氧呼吸较弱，细胞呼吸总体较弱，消耗有机物最少（相对很少）。O2浓度=b时，无氧呼吸被完全抑制；O2浓度CO2a0bc释放量细胞呼吸有氧呼吸无氧呼吸应用：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。无氧呼吸消失点②温度；③CO2浓度；④含量水因素②温度③CO2浓度④含水量影响机理影响呼吸酶的活性高浓度的CO2对细胞呼吸有明显的抑制效应在一定范围内,细胞呼吸强度随含水量的增加而增强曲线模型实践应用零上低温条件下储存种子、蔬菜、水果,大棚种植中,夜间适当降低温度适当增加CO2的浓度,可提高蔬菜和水果的保鲜效果粮食在收仓前要进行晾晒处理,干种子萌发前要进行浸泡处理2.细胞呼吸的应用举例包扎伤口时，需要选用透气的消毒纱布或“创可贴”等敷料。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。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。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。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。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。乳酸大量积累会使肌肉酸胀乏力。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?通气可以给酵母菌有氧呼吸提供所需要的氧气，有利于酵母菌进行大量繁殖。密封是为了避免空气进入，便于酵母菌在无氧条件下分解有机物产生酒精。②为什么通气有利于酵母菌大量繁殖?在有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放出的能量多，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。提示：有氧呼吸：C6H12O6——6O2——6CO2无氧呼吸：C6H12O6——2CO2+2C2H5OH问题1：酵母菌以葡萄糖为呼吸底物分别进行有氧呼吸和无氧呼吸，产生等量的CO2，无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸消耗葡萄糖的

倍？问题2：酵母菌以葡萄糖进行细胞呼吸，有氧呼吸和无氧呼吸消耗的葡萄糖的量相等，则酵母菌吸收的O2和释放的CO2的体积之比为：_________.细胞呼吸相关计算33:4问题3：（假定二氧化碳和氧气均不溶于水，油滴不允许氧气也不允许二氧化碳通过）培养瓶中是加入了酵母菌的葡萄糖溶液。若小烧杯内盛有NaOH溶液，则油滴移动是由________（有氧、无氧、有氧和无氧）呼吸所致，原因是什么？若小烧杯内盛有清水，则油滴移动是由________（有氧、无氧、有氧和无氧）呼吸所致，原因是什么？有氧无氧装置中的NaOH溶液将CO2全部吸收，油滴的移动代表氧气的消耗量，而细胞呼吸中，只有有氧呼吸才会利用氧气。有氧呼吸吸收的O2与释放CO2的量相等，不会造成油滴移动，油滴的移动只代表酵母菌无氧呼吸产生的CO2的量。一、概念检测1.某超市有一批过保质期的酸奶出现涨袋现象。酸奶中可能含有的微生物有乳酸菌、酵母菌等。据此分析涨袋现象的原因，判断以下解释是否合理。(1)是乳酸菌无氧呼吸产生气体造成的。(

)(2)如果有酒味，可能是酵母菌无氧呼吸造成的。(

)

2.下图表示某种植株的非绿色器官在不同氧浓度下，O2的吸收量和CO2的释放量的变化。下列叙述正确的是(

)A.氧气浓度为0时，该器官不进行呼吸作用B.氧气浓度在10%以下时，该器官只进行无氧呼吸C.氧气浓度在10%以上时，该器官只进行有氧呼吸D.保存该器官时，氧气浓度越低越好×√C3.将酵母菌培养液进行离心处理。把沉淀的酵母菌破碎后，再次离心处理为只含有酵母菌细胞质基质的上清液和只含有酵母菌细胞器的沉淀物两部分，与未离心处理过