【天成教育】2022年高中生物必修一教师用书-5.3.1细胞呼吸的方式

第3节ATP的主要来源——细胞呼吸一、细胞呼吸概念1．物质变化：有机物氧化分解，生成二氧化碳或其他产物。2．能量变化：释放出能量并生成ATP。二、探究酵母菌细胞呼吸的方式1．试验原理(1)酵母菌：①代谢类型：在有氧和无氧条件下都能生存，是兼性厌氧菌。②细胞呼吸方式推断：在有氧和无氧条件下细胞呼吸的产物不同，以此来确定酵母菌细胞呼吸的方式。(2)产物检测：①CO2的检测eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(CO2使澄清的石灰水变混浊,CO2使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再,变黄))②酒精的检测eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(检测试剂：橙色的重铬酸钾溶液,条件：酸性,现象：溶液由橙色变成灰绿色))(3)试验假设：①有氧条件下：酵母菌进行有氧呼吸，产生CO2和水。②无氧条件下，酵母菌进行无氧呼吸，产生CO2和酒精。2．试验过程及结果分析(1)配制酵母菌培育液：取20g新颖的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A(500mL)和锥形瓶B(500mL)中，再分别向瓶中注入240mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。(2)组装试验装置图并进行试验：①有氧条件下装置，如图甲。②无氧条件下装置，如图乙。③将上述甲、乙两装置放置在25℃～35(3)观看CO2的产生：观看并记录澄清石灰水变混浊的状况。(4)检测酒精的产生：①取两支试管编号1和2；②各取A、B锥形瓶酵母菌培育液的滤液2mL，分别注入试管1和2；③分别滴入0.5mL重铬酸钾的浓硫酸溶液，轻轻振荡、混匀。(5)试验现象及分析：组别项目甲组(有氧条件)乙组(无氧条件)现象澄清的石灰水变混浊且混浊程度高变混浊，但速度和程度次于甲滴加重铬酸钾的浓硫酸溶液1号试管呈现橙色2号试管呈现灰绿色缘由分析有氧条件下释放的CO2多，无酒精产生无氧条件下释放的CO2较少，同时有酒精产生(6)写出试验结论：①酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。②在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量二氧化碳和水。③在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的二氧化碳。一、细胞呼吸概念读教材P91第一、二自然段。试归纳总结细胞呼吸的实质是什么？提示：分解有机物，释放能量。二、细胞呼吸方式探究1．教材问题探讨分析认真阅读教材P91～P92探究内容，思考并争辩下列问题：(1)从产物角度分析，酵母菌在有氧和无氧条件下细胞呼吸产物有何不同。提示：酵母菌在有氧条件下产生H2O和CO2；在无氧条件下产生酒精和CO2。(2)酵母菌细胞呼吸能产生CO2，摸索究如何检测CO2产生量的多少。提示：可依据澄清石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色所需的时间长短，来检测酵母菌产生CO2的多少。(3)探讨将葡萄糖溶液先煮沸再冷却后加入锥形瓶的缘由。提示：①加热煮沸后，葡萄糖溶液里的细菌会被杀死，可排解其他微生物对试验结果的影响；②加热煮沸时，可排出溶液里的O2；③若不冷却后再加入，温度过高会将酵母菌杀死。(4)分析教材P92的试验装置图，思考下列问题：①在有氧条件的装置中，质量分数为10%的NaOH溶液的作用是什么？提示：使进入A瓶的空气先经过NaOH溶液处理，排解空气中CO2对试验结果的干扰。②B瓶封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，试分析其缘由。提示：保证瓶内原有O2被消耗掉造成无氧环境，可确保只有无氧呼吸产生的CO2通入澄清的石灰水。(5)能否以CO2的产生为指标来确定酵母菌的细胞呼吸方式？分析缘由。提示：不能。有氧呼吸和无氧呼吸都产生CO2，故不能以CO2的产生为指标确定细胞呼吸方式。应以酒精为指标，由于酵母菌只有无氧呼吸才能产生酒精。2．推断下列说法是否正确(1)细胞呼吸的产物都是CO2和H2O。(×)(2)检测CO2的产生除澄清石灰水外，还可以用溴麝香草酚蓝水溶液检测。(√)(3)酵母菌无氧呼吸会产生酒精和水。(×)(4)在酸性条件下酒精与橙色的重铬酸钾反应变成灰绿色。(√)一、试验课题的分析1．本试验的探究课题可以转变为：探究有氧条件和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的状况。2．依据检测目的不同，可细化为两个子课题：①在有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸产生CO2的多少；②在有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸是否产生酒精。具体分析如下：课题名称课题一课题二自变量有氧和无氧因变量产生CO2的多少酒精的有无观看指标①澄清石灰水变混浊的程度②溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄所用时间的长短重铬酸钾溶液的颜色变化无关变量温度、养分物质的浓度和总量等试验结论在有氧条件下产生的CO2多在无氧条件下才能产生酒精二、试验装置的分析(装置见教材P92)1．第一组装置中的第一个锥形瓶中盛放的试剂是NaOH溶液，其目的是：使进入A中的空气先经NaOH处理后，排解空气中CO2对试验结果的干扰。2．其次组装置中B瓶放置一段时间后，才能与装有澄清石灰水的锥形瓶连接，其目的是让酵母菌将B瓶中的氧气消耗掉，确保产物CO2均来自于无氧呼吸。[例](广东高考)某新能源争辩爱好小组尝试用木薯块根的淀粉制备燃料酒精。他们用酶将木薯淀粉降解成a,单糖。查阅资料后，安装的酒精发酵装置、接受的发酵条件如图所示。(1)向发酵瓶中加入5g酵母菌开头试验，发酵初期，通气阀①需要间或短时间打开，并在A通气口处打气,b)，以利于__________________；试验过程中，通气阀②需要间或短时间打开，目的是______________。(2)第3天，取出少量发酵液，滴加含有__________的浓硫酸溶液来检测酒精。(3)检测后发觉，尽管酵母菌菌种合适、淀粉酶解物充分、操作正确、发酵温度和pH适宜，但酒精含量(＋)比预期低。,c)他们开放了争辩，认为还有其他影响因素，如__________，请设计试验对此因素进行探究并猜测试验结果(用表格形式呈现；用“＋”表示酒精含量，最高含量为“＋＋＋＋＋”)。d(4)请对猜测的结果进行分析，并得出结论。[研析]本题考查酵母菌呼吸方式及试验探究的相关学问。具体解题过程如下：[审]——关键信息信息解读a：由题干“用酶将木薯淀粉降解成单糖”、酒精发酵装置中“12%木薯淀粉酶解物发酵培育基”和淀粉降解成的单糖为葡萄糖可知，发酵底物为葡萄糖。信息解读b：发酵初期充气的目的是让酵母菌进行有氧呼吸。信息解读c：题干排解了各种因素，然后再让推想酒精含量比预期低的缘由。任何一个生化反应都由三部分组成：反应物、产物和反应条件，由信息c可知，反应物和反应条件都没有问题，发酵的产物是酒精和CO2，CO2定时排出，由此可推知酒精含量低于预期的缘由可能是由于产物酒精造成的。信息解读d：由“最高含量为‘＋＋＋＋＋’”可知，试验分组时最少设置为5组。[破]——联系基础设问(1)可联系：酵母菌属于兼性厌氧菌，在有氧条件下进行有氧呼吸，代谢快，增殖快；在无氧条件下进行无氧呼吸，产生酒精和CO2。设问(2)可联系：探究酵母菌细胞呼吸方式的试验原理，即橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下可与乙醇发生化学反应，变成灰绿色。设问(3)(4)可联系：试验设计的单一变量原则和对比原则及试验设计的一般步骤。[答]——研判设问设问(1)：图中的发酵装置是选修1果酒制作装置的一个变形，发酵初期通气的目的是利于酵母菌进行有氧呼吸，繁殖大量酵母菌有利于后期发酵；试验过程中，酵母菌进行酒精发酵，产生CO2，装置内气压上升，通气阀②需要间或短时间打开，排出部分CO2以保持装置内气压的平衡和维持溶液pH稳定。设问(3)(4)：由信息解读c和随着发酵的进行酒精浓度不断增大可推知，酒精含量低于预期的缘由可能是不断增大的酒精含量抑制了酵母菌的无氧呼吸，使酒精的生成量削减，由此可确定试验目的为：探究酒精浓度对无氧呼吸的影响，其中自变量是酒精浓度，因变量为溶液中酒精的量。依据设问(3)题干提示及信息解读d可知，设置5组试验，加入等量的酒精，用不同量的水进行稀释即得5种不同酒精浓度的溶液；其他条件都相同，因酒精浓度不同，对酵母菌无氧呼吸的影响将不同，依据试验结果即可得出试验结论。[答案](1)供应氧气使酵母菌大量繁殖排出产生的CO2以保持装置内气压平衡(2)重铬酸钾(3)酒精浓度试验设计：①取5只锥形瓶，标号为1、2、3、4、5，分别加入等量的酵母菌、葡萄糖培育液和缓冲液。②向锥形瓶中分别加入0、20、40、60、80mL的蒸馏水进行稀释，密封，在相同且适宜条件下培育相同时间。③一段时间后测定溶液中的酒精含量。结果如下：锥形瓶编号1234