高中生物苏教必修1学案4-3-2 无氧呼吸与细胞呼吸原理的应用

第二课时无氧呼吸与细胞呼吸原理的应用学习目标1．探究阐明无氧呼吸的过程，比较有氧呼吸和无氧呼吸的异同(重点)。2.概述细胞呼吸原理的应用。(重难点)|基础知识|一、无氧呼吸1．条件：无氧或缺氧环境、多种酶催化。2．场所：细胞质基质。3．反应物：葡萄糖等有机物。4．反应式(1)产物为酒精：C6H12O6(葡萄糖)eq\o(→,\s\up14(酶))2C2H5OH(酒精)＋2CO2＋能量(少量)(2)产物为乳酸： C6H12O6(葡萄糖)eq\o(→,\s\up14(酶))2C3H6O3(乳酸)＋能量(少量)5．意义：在缺氧的环境条件下为生物供能。二、影响细胞呼吸的因素1．呼吸速率与温度的关系(1)温度影响细胞呼吸的实质：主要是通过影响呼吸酶的活性来实现的。(2)呼吸速率最大时对应的温度是最适温度。(3)曲线趋势变化描述：在一定温度范围(最适温度之前)内，随着温度的升高，呼吸速率不断增大；超过一定温度(最适温度)之后，随着温度的升高，呼吸速率不断减小。(4)应用①储存蔬菜、水果应设置为低温条件；②大棚蔬菜栽培过程中夜间适当降温，降低细胞呼吸强度，减少有机物消耗，提高产量。2．呼吸速率与O2浓度的关系(1)O2浓度影响细胞呼吸的实质：O2促进有氧呼吸，抑制无氧呼吸。(2)各曲线的含义①曲线ABD：随O2浓度的增大，无氧呼吸速率逐渐减小。②曲线OC：随O2浓度的增大，有氧呼吸速率逐渐增大。③曲线AC：随O2浓度的增大，细胞呼吸速率先减小后增大。3．CO2浓度与呼吸速率的关系增加CO2的浓度对呼吸作用有明显的抑制效应。4．呼吸速率与含水量的关系(1)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。(2)应用：在作物种子储藏时，将种子风干，以减弱细胞呼吸，减少有机物的消耗。三、细胞呼吸原理的应用1．在农业生产中的应用适当增强细胞呼吸，促进作物的生长发育。2．在粮食储藏中的应用降低温度和保持干燥，抑制细胞呼吸，延长保存期限。3．在水果和蔬菜储藏中的应用降低氧浓度或温度等方法，目的是抑制细胞呼吸。|自查自纠|判断正误：(1)酵母菌无氧呼吸的反应式为C6H12O6eq\o(→,\s\up14(酶))2C2H5OH＋2CO2＋能量(少量)。()(2)苹果储存久了会有酒味产生。()(3)无氧呼吸的全过程都在细胞质基质中进行。()(4)无氧呼吸的两个阶段都能产生ATP。()(5)与无氧呼吸相比，有氧呼吸的特点是分解有机物不彻底。()(6)稻田需要定期排水，否则水稻幼苗因缺氧生成乳酸而变黑、腐烂。()答案(1)√(2)√(3)√(4)×(5)×(6)×|图解图说|★人在剧烈运动时，会因骨骼肌进行无氧呼吸积累过多的乳酸而感到肌肉酸痛。★洪涝灾害时，植物因无氧呼吸产生大量的酒精对细胞有毒害作用。★低温抑制细胞呼吸，减少有机物消耗，有利于蔬菜水果的储存。★低温、干燥减少细胞呼吸。想一想从温度和水分角度来看，储存水果和储存粮食有何区别？提示：储存粮食是：低温、干燥；储存水果是：低温、保持一定湿度。探究点一无氧呼吸1．归纳、比较有氧呼吸与无氧呼吸，并回答下列问题：(1)二者生化反应相同的阶段是哪个？提示：有氧呼吸和无氧呼吸的共有阶段是第一阶段，在细胞质基质中进行。(2)二者在哪些阶段产生ATP?提示：有氧呼吸的三个阶段都产生ATP，无氧呼吸只在第一阶段产生ATP。(3)不同生物进行无氧呼吸时的产物不相同，原因是什么？提示：不同的生物利用相同呼吸底物进行无氧呼吸时的产物不相同，直接原因是不同生物所含的酶不同，根本原因是不同生物体内的DNA不同。2．人和酵母菌均可通过细胞呼吸产生CO2，你能说出二者CO2的产生场所吗？提示：人体细胞只能通过有氧呼吸产生CO2，无氧呼吸过程只产生乳酸，不产生CO2，而酵母菌细胞无论有氧呼吸还是无氧呼吸均可产生CO2，故人体细胞CO2只产生于线粒体中，酵母菌细胞CO2则产生于细胞质基质和线粒体中。3．(1)若某生物细胞呼吸产物中有水生成，能判断该生物进行细胞呼吸的类型吗？提示：可以。根据有氧呼吸和无氧呼吸的反应式可知，两种无氧呼吸均不会产生水，所以反应如果有水生成，则一定是有氧呼吸。(2)若某生物细胞呼吸产物中有CO2释放，你能判断该生物进行细胞呼吸的类型吗？提示：不能。因为有氧呼吸的产物中有CO2释放，无氧呼吸产生酒精的类型中也有CO2的释放，所以无法根据有无CO2的释放来判断细胞呼吸的类型。1．有氧呼吸与无氧呼吸的区别与联系项目有氧呼吸无氧呼吸不同点场所在细胞质基质和线粒体内始终在细胞质基质中条件需氧分子、酶不需氧分子、需酶产物CO2＋H2O酒精和CO2或乳酸能量大量少量相同点联系由葡萄糖分解为丙酮酸的阶段完全相同，以后的阶段不同实质分解有机物，释放能量，合成ATP意义为生物体的各项生命活动提供能量，为体内其他化合物的合成提供原料(1)无氧呼吸产生酒精，酒精使细胞质的蛋白质变性；(2)无氧呼吸释放的能量很少，大部分能量仍然储存在不彻底的分解产物中，如酒精、乳酸中。植物维持正常生理活动，需要消耗更多的有机物，造成体内养料耗损过多；(3)没有丙酮酸的氧化过程，许多由这个过程的中间产物形成的物质无法继续合成。【例1】下列关于呼吸作用的叙述，正确的是()A．无氧呼吸的最终产物是丙酮酸B．有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合生成水C．无氧呼吸不需要O2的参与，该过程最终有[H]的积累D．质量相同时，脂肪比糖原氧化分解释放的能量多尝试解答解析丙酮酸是有氧呼吸和无氧呼吸第一阶段的共同产物，但不是最终产物，A错误；有氧呼吸产生的[H]，在线粒体内膜上与氧结合生成水，B错误；无氧呼吸的最终产物是酒精和二氧化碳或乳酸，所以，无氧呼吸过程最终没有[H]的积累，C错误；相同质量的脂肪和糖原比较，前者H原子含量较多，氧化分解时释放的能量多，D正确。答案D细胞呼吸方式的判断方法(1)不消耗O2，释放CO2→只进行无氧呼吸；(2)O2吸收量＝CO2释放量→只进行有氧呼吸；(3)O2吸收量<CO2释放量→两种呼吸方式同时进行，多余CO2来自无氧呼吸；(4)酒精量＝CO2量→只进行无氧呼吸；(5)酒精量<CO2量→两种呼吸方式同时进行，多余CO2来自有氧呼吸；(6)有H2O生成一定是有氧呼吸，有CO2生成一定不是产生乳酸的无氧呼吸。(7)无CO2释放：细胞只进行产生乳酸的无氧呼吸。【跟踪训练】1．如图表示细胞呼吸过程中葡萄糖分解的两个途径。酶1、酶2和酶3依次存在于()A．线粒体、线粒体和细胞质基质B．线粒体、细胞质基质和线粒体C．细胞质基质、线粒体和细胞质基质D．细胞质基质、细胞质基质和线粒体解析酶1使葡萄糖变为丙酮酸，所以是有氧呼吸第一阶段，发生在细胞质基质中；酶2使丙酮酸变为CO2和H2O，所以是有氧呼吸第二、三阶段，发生在线粒体中；酶3使丙酮酸变为乳酸，是乳酸发酵的第二阶段，发生在细胞质基质中。答案C探究点二影响细胞呼吸的因素细胞呼吸原理的应用1．观察温度对呼吸速率影响的曲线，回答下列问题。(1)试阐述呼吸速率在不同温度下发生的变化。A→B段含义：一定温度范围内，细胞呼吸速率随温度的升高而增大。B→C段含义：超过一定的限度，细胞呼吸速率随温度的升高而下降。(2)温度影响呼吸速率的实质是什么？提示：温度通过影响酶的催化活性影响呼吸速率。2．储藏的粮食若含水量较高，会出现粮食发热，最终导致霉变的现象。(1)发热的根本原因是什么？提示：细胞呼吸放热。(2)水影响细胞呼吸的哪个阶段？提示：水既是细胞呼吸的原料，又为细胞呼吸提供液体环境，因为细胞呼吸是酶促反应，必须在水环境中进行。因此就反应物来说，水影响有氧呼吸的第二阶段；但就反应条件来说，水影响整个反应过程。3．作物栽培时要及时中耕松土，稻田需要定期排水，这有什么好处？提示：作物栽培时要及时松土透气，利于根系的有氧呼吸，促进水和无机盐的吸收，稻田需定期排水，否则会因根进行无氧呼吸产生大量对细胞有毒害作用的酒精，而使根腐烂。4．在粮食储藏过程中，为什么要降低呼吸速率？提示：若呼吸速率太快，会引起有机物的大量消耗，呼吸释放的水分和能量(使种子温度增高)，都会使呼吸作用进一步加强，最后导致发热霉变，使粮食变质。5．为什么选用“创可贴”等敷料包扎伤口？提示：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。1．呼吸速率呼吸速率是指单位数量的活体组织，在单位时间内，消耗的氧气量或释放的CO2量。2．O2浓度对无氧呼吸和有氧呼吸的影响(1)对无氧呼吸的影响：在一定范围内，随着氧气浓度的增加无氧呼吸的强度不断降低，当氧气的浓度达到一定值时，无氧呼吸被完全抑制。(2)对有氧呼吸的影响：在一定范围内，随着氧气浓度的增加有氧呼吸的强度不断增大，当氧气的浓度达到一定值时，有氧呼吸的强度达到最大值。3．细胞呼吸原理的应用分析(1)种子的贮藏，必须降低含水量，使种子呈风干状态，使细胞呼吸降至最低，以减少有机物消耗。若种子含水量过高，呼吸加强，会使种子堆中温度上升，反过来又进一步促进种子的细胞呼吸，使种子品质变坏。(2)某些水果和蔬菜可放在低温下或降低空气中的氧含量及增加二氧化碳的浓度，减弱细胞呼吸，使整个器官代谢水平降低，延缓衰老。【例2】如图表示某植物幼根的细胞呼吸过程中，O2的吸收量和CO2的释放量随环境中O2浓度的变化而变化的曲线，其中线段XY＝YZ，则在氧浓度为a时说法正确的是()A．有氧呼吸比无氧呼吸消耗的有机物多B．有氧呼吸和无氧呼吸释放的能量相等C．有氧呼吸比无氧呼吸释放的能量多D．有氧呼吸比无氧呼吸释放的二氧化碳多尝试解答解析YZ为有氧呼吸的O2吸收量，也就是有氧呼吸释放的CO2量。因为XY＝YZ，有氧呼吸放出的CO2量等于无氧呼吸释放的CO2量。根据C6H12O6＋6O2→6CO2＋6H2O＋2870kJ能量和C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋196.65kJ能量，可计算出有氧呼吸消耗的有机物量是无氧呼吸的1/3，释放的能量却约是无氧呼吸的5倍。答案C【跟踪训练】2．如图表示某植物的非绿色器官在氧浓度为a、b、c、d时，CO2释放量和O2的吸收量的变化。下列相关叙述正确的是()A．氧浓度为a时，最适于贮藏该植物器官B．氧浓度为b时，无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的5倍C．氧浓度为c时，无氧呼吸最弱D．氧浓度为d时，有氧呼吸强度与无氧呼吸强度相等解析O2浓度为a时：O2吸收量为零，此时只进行无氧呼吸，产生大量酒精，不利于贮藏该植物器官；O2浓度为b时：有氧呼吸释放CO2量＝吸收O2量＝3，无氧呼吸释放CO2量为(8－3)＝5，据反应式可知，有氧呼吸消耗葡萄糖为0.5，无氧呼吸消耗葡萄糖为2.5；O2浓度为c时：有氧呼吸释放CO2量为4，无氧呼吸释放CO2量为(6－4)＝2，故无氧呼吸不是最弱，最弱应为零；O2浓度为d时：CO2释放量＝O2吸收量，说明只进行有氧呼吸，无氧呼吸不再进行。答案B探究点三细胞呼吸与光合作用1．细胞呼吸和光合作用是可逆反应吗？试分析原因。提示：不是，两者反应场所、条件不同，能量的来源、去路以及所需的酶也不同。2．观察光合速率与呼吸速率的关系图示，试着回答下列问题：(1)绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值表示的是上图哪一生理作用的速率？提示：绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率。(2)绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为哪一生理作用速率？提示：绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。(3)如何用真正光合速率、净光合速率、呼吸速率表示三者的关系？提示：真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。1．光合作用所需的CO2的两个来源(1)呼吸作用产生的。(2)从周围空气中吸收的(若是水生植物，则是从周围的水中吸收的)。2．光合作用释放的O2的两个去向(1)用于细胞呼吸。(2)细胞呼吸用不完的，才释放到周围的空气中。3.光合作用制造(生产、合成)的葡萄糖的两个去向(1)用于细胞呼吸消耗。(2)细胞呼吸消耗不完的，才用于积累。4．光合作用的场所是叶绿体，有氧呼吸的主要场所是线粒体。即叶绿体可独立完成光合作用，而线粒体则不能独立完成有氧呼吸，因为有氧呼吸第一阶段的场所是细胞质基质。5．光合作用光反应阶段产生的ATP只用于暗反应阶段；而细胞呼吸产生的ATP则可用于生物体各项生命活动(除光合作用暗反应阶段外)。6．植物光合作用和细胞呼吸的区别与联系光合作用细胞呼吸(有氧呼吸)发生部位含叶绿体的细胞(主要是叶肉细胞)所有活细胞反应场所叶绿体主要在线粒体内条件光、H2O、CO2、适宜的温度、酶、色素有光、无光均可，适宜的温度、O2、酶能量代谢光能转变为化学能，贮存在有机物中有机物中的化学能释放出来，一部分转移到ATP中物质代谢将无机物(CO2和H2O)合成有机物(如C6H12O6)有机物(如C6H12O6)分解为无机物(H2O和CO2)联系光合作用的产物作为细胞呼吸的原料(有机物和O2均为细胞呼吸的原料)，细胞呼吸产生的CO2可为光合作用所利用【例3】某生物研究小组对栽培在密闭玻璃温室中的植物进行研究，用红外线测量仪对室内空气中的CO2浓度进行24小时测定，并绘制了温室内的CO2浓度与时间关系的曲线(如图所示)。根据曲线可得到的结论是()A．光合速率等于呼吸速率的是B点和C点B．光合速率最大的是B点，最小的是C点C．B点的光合速率为零，C点光合速率最大D．光合速率最小的是C点，呼吸速率最大的是B点尝试解答解析由曲线的变化分析可知，A～B段CO2浓度逐渐增加，表明细胞呼吸速率>光合速率；B～C段CO2浓度逐渐减小，表明光合速率>呼吸速率；C～D段CO2浓度逐渐增加，表明光合速率<呼吸速率，直至不进行光合作用；B、C为曲线的拐点，表明此时光合速率＝呼吸速率。光合速率最大的点是CO2浓度下降速率最快的点，在12时左右；光合速率最小的点为无光照时。根据图示无法判断呼吸速率的高低变化。答案A【跟踪训练】3．如图是[H]随化合物在生物体内的转移过程，下列对其分析错误的是()A．[H]经①→②过程转移到葡萄糖，首先[H]与C3结合，该转变过程属于暗反应B．[H]经②→①过程转移到水中，此过程需要氧气参与C．②→④过程一般在无氧条件下才能进行D．②→①过程产生的[H]和①→②过程产生的[H]全部来自水解析图中①→②表示光合作用过程，②→①表示有氧呼吸过程，②→④表示无氧呼吸过程。在光合作用的光反应阶段，水被光解为[H]和O2，在暗反应阶段[H]用于C3的还原，A正确；葡萄糖氧化分解形成水，需要氧气的参与，B正确；在无氧条件下，丙酮酸和[H]反应生成乳酸或酒精和CO2，C正确；在有氧呼吸的第一、二阶段都产生[H]，[H]和O2结合产生水，这里的[H]并不都来自水，D错误。答案D知识脉络要点晨背1.细胞呼吸不仅为生命活动提供能量，其中间产物还是各种有机物之间转化的枢纽。2.无氧呼吸是指活细胞无需氧参与，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物氧化分解为C2H5OH和CO2或C3H6O3等物质，同时释放较少能量的过程。3.人和动物无氧呼吸产生乳酸，但有些高等植物的某些器官如玉米胚、马铃薯块茎、甜菜块根等无氧呼吸也产生乳酸。4.在一定范围内，细胞呼吸的速率随温度的升高而明显加快，但超过一定限度后，细胞呼吸的速率随温度的升高反而减弱；生产上常用这一原理在低温下贮存水果、蔬菜。2对无氧呼吸有抑制作用。在一定范围内，有氧呼吸的强度随O2浓度的升高而增大；在低氧条件下，有氧呼吸与无氧呼吸都能进行。2是细胞呼吸的最终产物，从化学平衡角度分析，增加CO2浓度对有氧呼吸有明显的抑制作用。可利用该原理储存水果等。1．植物种子萌发时，如果长时间缺氧，就会引起烂芽，主要是由于()A．能量不足 B．酒精中毒C．乳酸中毒 D．CO2中毒解析种子萌发时，如果长时间缺氧，种子进行无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，不产生乳酸，酒精含量过多对细胞有毒害作用，引起烂芽。答案B2．比较动物的有氧呼吸和无氧呼吸，下列叙述最恰当的是()A．糖类是有氧呼吸的主要能源物质，但不是无氧呼吸的主要能源物质B．有氧呼吸和无氧呼吸过程中都能产生还原性氢C．有氧呼吸逐步释放能量，无氧呼吸瞬间释放能量D．有氧呼吸和无氧呼吸的终产物中都有水解析细胞呼吸无论是有氧呼吸还是无氧呼吸都是逐步释放能量，而生成乳酸的高等动物细胞的无氧呼吸终产物中没有水。答案B3．关于细胞呼吸的叙述，正确的是()A．种子风干脱