細(xì)胞呼吸的原理和應(yīng)用 高一上學(xué)期生物人教版（2019）必修1

呼吸作用的實(shí)質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)有機(jī)物的氧化分解，并釋放能量，也叫細(xì)胞呼吸。在發(fā)面時，早期并沒有酒味，發(fā)面中會有很多的小孔，保鮮膜上有水珠，而后期會有酒味。思考：1.發(fā)面主要與什么微生物有關(guān)?2.面團(tuán)上的小孔是怎么產(chǎn)生的呢，薄膜上的水珠呢？3.為什么早期沒有酒味而后期會有酒味呢?4.發(fā)面團(tuán)里是熱乎乎的，這說明了什么？第5章第3節(jié)

細(xì)胞呼吸的原理和應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)原理提出問題作出假設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果得出結(jié)論一、細(xì)胞呼吸的方式1.探究酵母菌細(xì)胞呼吸方式

酵母菌（為單細(xì)胞真菌）在有氧和無氧的條件下都能生存，屬于兼性厭氧菌，因此便于用來研究細(xì)胞呼吸的不同方式。實(shí)驗(yàn)方法：用對比實(shí)驗(yàn)的方法，分析在有氧和無氧條件下酵母菌細(xì)胞呼吸的情況產(chǎn)物的檢測：①CO2的檢測：澄清石灰水或溴麝香草酚藍(lán)溶液②酒精的檢測：酸性重鉻酸鉀（見后）實(shí)驗(yàn)原理提出問題作出假設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果得出結(jié)論一、細(xì)胞呼吸的方式1.探究酵母菌細(xì)胞呼吸方式實(shí)驗(yàn)原理提出問題作出假設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果得出結(jié)論一、細(xì)胞呼吸的方式1.探究酵母菌細(xì)胞呼吸方式酵母菌的細(xì)胞呼吸是否一定需要O2？酵母菌在有氧和無氧的條件下產(chǎn)生的二氧化碳是否一樣多?酵母菌在什么條件下使葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精?實(shí)驗(yàn)原理提出問題作出假設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果得出結(jié)論一、細(xì)胞呼吸的方式1.探究酵母菌細(xì)胞呼吸方式作出的假設(shè)可能有：·無氧條件下產(chǎn)生酒精，無氧條件下產(chǎn)生的CO2多；·有氧條件下產(chǎn)生酒精，無氧條件下產(chǎn)生的CO2多；·無氧條件下產(chǎn)生酒精，有氧條件下產(chǎn)生的CO2多；·有氧條件下和無氧條件下都產(chǎn)生酒精，有氧條件下產(chǎn)生的CO2多；

。。。實(shí)驗(yàn)原理提出問題作出假設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果得出結(jié)論一、細(xì)胞呼吸的方式1.探究酵母菌細(xì)胞呼吸方式分析變量實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)裝置通氣密封相同且適宜實(shí)驗(yàn)原理提出問題作出假設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果得出結(jié)論一、細(xì)胞呼吸的方式1.探究酵母菌細(xì)胞呼吸方式實(shí)驗(yàn)方法：對比實(shí)驗(yàn)對比實(shí)驗(yàn)（P92）是指設(shè)置兩個或兩個以上的實(shí)驗(yàn)組，通過對結(jié)果的比較分析，來探究某種因素對實(shí)驗(yàn)對象的影響，這樣的實(shí)驗(yàn)叫做對比實(shí)驗(yàn)，也叫相互對照實(shí)驗(yàn)。對比實(shí)驗(yàn)不設(shè)對照組，均為實(shí)驗(yàn)組，可以看成是對照實(shí)驗(yàn)的一種特殊形式。實(shí)驗(yàn)組A組：有氧條件（有氧呼吸組）B組：無氧條件（無氧呼吸組）實(shí)驗(yàn)原理提出問題作出假設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果得出結(jié)論一、細(xì)胞呼吸的方式1.探究酵母菌細(xì)胞呼吸方式用以上材料組合搭建有氧呼吸和無氧呼吸的實(shí)驗(yàn)裝置：（用字母和箭頭表示，字母可重復(fù)）有氧呼吸裝置：C→A→D（或C→D→A→D）無氧呼吸裝置：B→D接橡皮球（或氣泵）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaOH溶液C酵母菌培養(yǎng)液酵母菌培養(yǎng)液D澄清的石灰水實(shí)驗(yàn)原理提出問題作出假設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果得出結(jié)論一、細(xì)胞呼吸的方式1.探究酵母菌細(xì)胞呼吸方式1.NaOH溶液在實(shí)驗(yàn)中的起什么作用?2.如何說明CO2產(chǎn)生的多少?3.B瓶應(yīng)封口放置一段時間后，再連通盛有澄清石灰水的錐形瓶，這是為什么?根據(jù)石灰水的渾濁程度可以讓酵母菌消耗完瓶中原有氧氣，創(chuàng)造無氧環(huán)境。吸收空氣中的CO2，排除它對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)原理提出問題作出假設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果得出結(jié)論一、細(xì)胞呼吸的方式1.探究酵母菌細(xì)胞呼吸方式1.NaOH溶液在實(shí)驗(yàn)中的起什么作用?2.如何說明CO2產(chǎn)生的多少?3.B瓶應(yīng)封口放置一段時間后，再連通盛有澄清石灰水的錐形瓶，這是為什么?根據(jù)石灰水變渾濁程度（變渾濁所用時間）讓酵母菌消耗完瓶中原有氧氣，創(chuàng)造無氧環(huán)境。吸收空氣中的CO2，排除它對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響（確保澄清石灰水變渾濁是酵母菌有氧呼吸產(chǎn)生的CO2所致）。一、細(xì)胞呼吸的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理提出問題作出假設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果得出結(jié)論一、細(xì)胞呼吸的方式1.探究酵母菌細(xì)胞呼吸方式實(shí)驗(yàn)組澄清石灰水渾濁/時間溴麝香草酚藍(lán)溶液顏色由藍(lán)變綠再變黃的時間酸性重鉻酸鉀顏色變化A組（有氧呼吸組）B組（無氧呼吸組）實(shí)驗(yàn)結(jié)論1.酵母菌在有氧氣條件下進(jìn)行有氧呼吸，產(chǎn)生大量二氧化碳，不產(chǎn)生酒精；2.酵母菌在無氧條件下進(jìn)行無氧呼吸，產(chǎn)生了少量二氧化碳，同時也產(chǎn)生了酒精。渾濁程度高/短渾濁程度低/長用時更短用時更長不變色（橙色）變成灰綠色一、細(xì)胞呼吸方式2.細(xì)胞呼吸的概念和方式2.實(shí)質(zhì)

細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)物氧化分解，并釋放能量。1.概念有機(jī)物在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)過一系列的氧化分解，生成CO?或其他物質(zhì)，釋放出能量

并生成ATP的過程。3.方式

細(xì)胞呼吸可分為有氧呼吸和無氧呼吸二、有氧呼吸1.有氧呼吸的場所①資料分析：將酵母菌細(xì)胞破碎后進(jìn)行離心處理，獲得上清液(細(xì)胞質(zhì)基質(zhì))和沉淀物(線粒體)兩部分，與未離心處理過的酵母菌培養(yǎng)液分別放入3支試管中，往3支試管中分別加入等量的氧氣、葡萄糖、熒光素和熒光素酶，一段時間后，檢測各試管中的變化情況。分析結(jié)果，得出結(jié)論：葡萄糖可以在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中分解產(chǎn)生丙酮酸，釋放少量能量；葡萄糖不能在線粒體中直接分解，但線粒體可能使中間產(chǎn)物（丙酮酸）分解產(chǎn)生CO2，釋放較多的能量。②線粒體的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的特點(diǎn)：外膜內(nèi)膜線粒體基質(zhì)嵴為什么說線粒體是有氧呼吸的就要場所？內(nèi)膜向內(nèi)折疊形成嵴，使得內(nèi)膜的變面積大大增加。線粒體內(nèi)膜和基質(zhì)中含有許多種與有氧呼吸有關(guān)的酶。2.有氧呼吸的過程①過程圖解：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細(xì)胞呼吸中的[H]是一種十分簡化的表示方式，產(chǎn)生[H]的過程主要是指氧化型輔酶Ⅰ（NAD+）轉(zhuǎn)化為還原型輔酶Ⅰ（NADH）②人為將有氧呼吸劃分為三個階段

第一階段發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，簡記：第二階段發(fā)生在線粒體基質(zhì)，簡記：第三階段發(fā)生在線粒體內(nèi)膜，簡記：C6H12O6→2C3H4O3＋4[H]＋少量能量酶2C3H4O3＋6H2O→6CO2＋20[H]＋少量能量酶24[H]＋6O2→12H2O＋大量能量酶特點(diǎn)與燃燒迅速釋放能量相比，有氧呼吸過程溫和；有機(jī)物中的能量經(jīng)過一系列的化學(xué)反應(yīng)逐步釋放；這些能量有相當(dāng)一部分儲存在ATP中。概念細(xì)胞在氧的參與下，通過多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機(jī)物徹底氧化分解，產(chǎn)生二氧化碳和水，釋放能量，生成大量ATP的過程。逐步釋放的意義①可以使有機(jī)物中的能量逐步地轉(zhuǎn)移到ATP中；②能量能夠緩慢有序地釋放，有利于維持細(xì)胞的相對穩(wěn)定狀態(tài)。③歸納有氧呼吸的概念和特點(diǎn)總反應(yīng)式剖析：有氧呼吸各個階段的反應(yīng)式和總反應(yīng)式中的能量都不能寫成ATP,因?yàn)锳TP并不是有氧呼吸的直接產(chǎn)物，只是糖類等有機(jī)物氧化分解時釋放的部分能量可以用于合成ATP。思考：在細(xì)胞內(nèi)，1mol葡萄糖徹底氧化分解可以釋放出2870kJ的能量，可使977.28kJ左右的能量儲存在ATP中，其余的能量則以熱能的形式散失掉了。有氧呼吸的能量轉(zhuǎn)化效率大約是

，這些能量大約能使

ADP轉(zhuǎn)化為ATP。34%32mol易錯提醒(1)葡萄糖是有氧呼吸最常利用的物質(zhì)，但不是唯一的物質(zhì)。(2)葡萄糖不能進(jìn)入線粒體，需要在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中分解為丙酮酸和[H]后，丙酮酸才能進(jìn)入線粒體中進(jìn)一步分解。(3)真核細(xì)胞中哺乳動物成熟的紅細(xì)胞、蛔蟲中無線粒體，只能進(jìn)行無氧呼吸。線粒體不是進(jìn)行有氧呼吸必需的結(jié)構(gòu)，如藍(lán)細(xì)菌(原核生物)無線粒體，但能進(jìn)行有氧呼吸。1.如圖是某同學(xué)制作的探究酵母菌細(xì)胞呼吸方式的實(shí)驗(yàn)裝置，下列敘述正確的是()A.實(shí)驗(yàn)中可依據(jù)澄清石灰水是否變渾濁來判斷細(xì)胞呼吸的方式B.甲裝置中空氣先通過NaOH溶液的目的是去除空氣中的CO2C.在酸性條件下，乙醇可使溴麝香草酚藍(lán)溶液由藍(lán)變綠再變黃D.乙裝置中B瓶連接后即可連通盛有澄清的石灰水的錐形瓶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)B2.下列關(guān)于“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”實(shí)驗(yàn)的敘述，錯誤的是()A.實(shí)驗(yàn)中將葡萄糖溶液煮沸的目的是滅菌和去除溶液中的O2B.可以根據(jù)石灰水的渾濁程度或溴麝香草酚藍(lán)溶液變成黃色的時間長短檢測CO2產(chǎn)生情況C.葡萄糖也能與酸性重鉻酸鉀反應(yīng)發(fā)生顏色變化，所以應(yīng)該等葡萄糖充分消耗完以后再進(jìn)行酒精的檢測D.該實(shí)驗(yàn)通過設(shè)置有氧和無氧兩種條件探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式，其中有氧條件為實(shí)驗(yàn)組，無氧條件為對照組D3.線粒體是細(xì)胞進(jìn)行有氧呼吸的主要場所。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常運(yùn)動的人肌細(xì)胞中線粒體數(shù)量通常比缺乏鍛煉的人多。下列與線粒體有關(guān)的說法，正確的是()A.葡萄糖在線粒體中分解釋放大量能量B.線粒體內(nèi)膜上的酶可以參與丙酮酸的分解C.肌細(xì)胞有氧呼吸形成水的[H]來源于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體基質(zhì)D.進(jìn)行有氧運(yùn)動時，細(xì)胞內(nèi)葡萄糖氧化分解釋放的能量大部分儲存在ATP中C

人為將無氧呼吸劃分為兩個階段：第一階段發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，與有氧呼吸第一階段相同；第二階段發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，丙酮酸和[H]在不同酶催化下形成酒精和二氧化碳，或者轉(zhuǎn)化為乳酸，不生成ATP。4[H]C6H12O62C3H4O3少量能量酶丙酮酸2C2H5OH＋2CO2或2C3O6O3ATP細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)三、無氧呼吸1.無氧呼吸的過程和場所2.無氧呼吸的總反應(yīng)C6H12O6→2C3H6O3＋少量能量酶C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋少量能量酶提示：酵母菌無氧呼吸產(chǎn)物是酒精，乳酸菌無氧呼吸產(chǎn)生乳酸。動物細(xì)胞無氧呼吸產(chǎn)物是乳酸，大部分植物細(xì)胞無氧呼吸產(chǎn)物是酒精，特殊部位也會生成乳酸（如馬鈴薯塊莖、甜菜塊根）。3.無氧呼吸的概念及能量分析概念：在沒有氧氣參與的情況下，葡萄糖等有機(jī)物經(jīng)過不完全分解，釋放少量能量的過程，就是無氧呼吸。能量分析：有氧呼吸1mol葡萄糖徹底氧化分解釋放2870kJ能量，而無氧呼吸1mol葡萄糖在分解成乳酸以后，只釋放出196.65kJ的能量，其中只有61.08kJ的能量儲存在ATP中，近

的能量都以熱能的形式散失了。由此可見，無氧呼吸能量釋放并不徹底，大量能量還蘊(yùn)藏在

中。69％乳酸或酒精呼吸方式有氧呼吸無氧呼吸不同點(diǎn)場所氧氣參與分解程度產(chǎn)物能量去向ATP生成階段相同點(diǎn)線粒體（主）和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)需要不需要CO2＋H2O乳酸或酒精＋CO2熱能（主）＋儲存在ATP中的化學(xué)能乳酸/酒精中的化學(xué)能（主）＋熱能＋儲存在ATP中的化學(xué)能徹底氧化分解不徹底氧化分解第一、第二、第三階段第一階段第一階段完全相同，包括反應(yīng)過程和反應(yīng)場所反應(yīng)實(shí)質(zhì)相同，都能氧化分解有機(jī)物，釋放能量4.無氧呼吸與有氧呼吸的異同點(diǎn)5.細(xì)胞呼吸的意義細(xì)胞呼吸能為生物體提供能量。細(xì)胞呼吸釋放的能量，大部分以熱能形式散失有助于維持體溫，少部分儲存在ATP中，用于各項(xiàng)生命活動細(xì)胞呼吸是生物體代謝的樞紐。蛋白質(zhì)、糖類和脂質(zhì)的代謝，都可以通過細(xì)胞呼吸過程聯(lián)系起來核酸蛋白質(zhì)多糖脂肪核苷酸氨基酸丙酮酸單糖脂肪酸糖酵解β氧化脫氨基乙酰輔酶A四、細(xì)胞呼吸原理的應(yīng)用1.影響細(xì)胞呼吸的主要因素①氧氣濃度O2濃度=0時，只進(jìn)行無氧呼吸；0＜O2濃度＜b時，同時進(jìn)行無氧呼吸和有氧呼吸;O2濃度≥b，只進(jìn)行有氧呼吸；O2濃度=a時，無氧呼吸減弱，有氧呼吸較弱，細(xì)胞呼吸總體較弱，消耗有機(jī)物最少（相對很少）。O2濃度=b時，無氧呼吸被完全抑制；O2濃度CO2a0bc釋放量細(xì)胞呼吸有氧呼吸無氧呼吸應(yīng)用：①中耕松土促進(jìn)根呼吸。②無氧發(fā)酵控制無氧環(huán)境。③低氧儲存糧食、蔬菜、水果。無氧呼吸消失點(diǎn)②溫度；③CO2濃度；④含量水因素②溫度③CO2濃度④含水量影響機(jī)理影響呼吸酶的活性高濃度的CO2對細(xì)胞呼吸有明顯的抑制效應(yīng)在一定范圍內(nèi),細(xì)胞呼吸強(qiáng)度隨含水量的增加而增強(qiáng)曲線模型實(shí)踐應(yīng)用零上低溫條件下儲存種子、蔬菜、水果,大棚種植中,夜間適當(dāng)降低溫度適當(dāng)增加CO2的濃度,可提高蔬菜和水果的保鮮效果糧食在收倉前要進(jìn)行晾曬處理,干種子萌發(fā)前要進(jìn)行浸泡處理2.細(xì)胞呼吸的應(yīng)用舉例包扎傷口時，需要選用透氣的消毒紗布或“創(chuàng)可貼”等敷料。利用麥芽、葡萄、糧食和酵母菌以及發(fā)酵罐等，在控制通氣的情況下，可以生產(chǎn)各種酒?；ㄅ枥锏耐寥腊褰Y(jié)后，空氣不足，會影響根系生長，需要及時松土透氣。儲藏水果、糧食的倉庫，往往要通過降低溫度、降低氧氣含量等措施，來減弱水果、糧食的呼吸作用，以延長保質(zhì)期。破傷風(fēng)由破傷風(fēng)芽孢桿菌引起，這種病菌只能進(jìn)行無氧呼吸。皮膚破損較深或被銹釘扎傷后，病菌就容易大量繁殖。有氧運(yùn)動能避免肌細(xì)胞因供氧不足進(jìn)行無氧呼吸產(chǎn)生大量乳酸。乳酸大量積累會使肌肉酸脹乏力。在培養(yǎng)酵母菌用作飼料添加劑時，要給培養(yǎng)裝置通氣或進(jìn)行振蕩，以利于酵母菌大量繁殖。在利用酵母菌生產(chǎn)葡萄酒時，卻需要密封發(fā)酵。①都是培養(yǎng)酵母菌，為什么有的需要通氣，有的卻需要密封?通氣可以給酵母菌有氧呼吸提供所需要的氧氣，有利于酵母菌進(jìn)行大量繁殖。密封是為了避免空氣進(jìn)入，便于酵母菌在無氧條件下分解有機(jī)物產(chǎn)生酒精。②為什么通氣有利于酵母菌大量繁殖?在有氧條件下，酵母菌分解營養(yǎng)物質(zhì)釋放出的能量多，這些能量可以為酵母菌細(xì)胞進(jìn)行物質(zhì)代謝和細(xì)胞分裂提供充足的動力。提示：有氧呼吸：C6H12O6——6O2——6CO2無氧呼吸：C6H12O6——2CO2+2C2H5OH問題1：酵母菌以葡萄糖為呼吸底物分別進(jìn)行有氧呼吸和無氧呼吸，產(chǎn)生等量的CO2，無氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸消耗葡萄糖的

倍？問題2：酵母菌以葡萄糖進(jìn)行細(xì)胞呼吸，有氧呼吸和無氧呼吸消耗的葡萄糖的量相等，則酵母菌吸收的O2和釋放的CO2的體積之比為：_________.細(xì)胞呼吸相關(guān)計(jì)算33:4問題3：（假定二氧化碳和氧氣均不溶于水，油滴不允許氧氣也不允許二氧化碳通過）培養(yǎng)瓶中是加入了酵母菌的葡萄糖溶液。若小燒杯內(nèi)盛有NaOH溶液，則油滴移動是由________（有氧、無氧、有氧和無氧）呼吸所致，原因是什么？若小燒杯內(nèi)盛有清水，則油滴移動是由________（有氧、無氧、有氧和無氧）呼吸所致，原因是什么？有氧無氧裝置中的NaOH溶液將CO2全部吸收，油滴的移動代表氧氣的消耗量，而細(xì)胞呼吸中，只有有氧呼吸才會利用氧氣。有氧呼吸吸收的O2與釋放CO2的量相等，不會造成油滴移動，油滴的移動只代表酵母菌無氧呼吸產(chǎn)生的CO2的量。一、概念檢測1.某超市有一批過保質(zhì)期的酸奶出現(xiàn)漲袋現(xiàn)象。酸奶中可能含有的微生物有乳酸菌、酵母菌等。據(jù)此分析漲袋現(xiàn)象的原因，判斷以下解釋是否合理。(1)是乳酸菌無氧呼吸產(chǎn)生氣體造成的。(

)(2)如果有酒味，可能是酵母菌無氧呼吸造成的。(

)

2.下圖表示某種植株的非綠色器官在不同氧濃度下，O2的吸收量和CO2的釋放量的變化。下列敘述正確的是(

)A.氧氣濃度為0時，該器官不進(jìn)行呼吸作用B.氧氣濃度在10%以下時，該器官只進(jìn)行無氧呼吸C.氧氣濃度在10%以上時，該器官只進(jìn)行有氧呼吸D.保存該器官時，氧氣濃度越低越好×√C3.將酵母菌培養(yǎng)液進(jìn)行離心處理。把沉淀的酵母菌破碎后，再次離心處理為只含有酵母菌細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的上清液和只含有酵母菌細(xì)胞器的沉淀物兩部分，與未離心處理過