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

實驗原理提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗進(jìn)行實驗分析結(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。實驗方法：用對比實驗的方法，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）實驗原理提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗進(jìn)行實驗分析結(jié)果得出結(jié)論一、細(xì)胞呼吸的方式1.探究酵母菌細(xì)胞呼吸方式實驗原理提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗進(jìn)行實驗分析結(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?實驗原理提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗進(jìn)行實驗分析結(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；

。。。實驗原理提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗進(jìn)行實驗分析結(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驗方法實驗裝置通氣密封相同且適宜實驗原理提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗進(jìn)行實驗分析結(jié)果得出結(jié)論一、細(xì)胞呼吸的方式1.探究酵母菌細(xì)胞呼吸方式實驗方法：對比實驗對比實驗（P92）是指設(shè)置兩個或兩個以上的實驗組，通過對結(jié)果的比較分析，來探究某種因素對實驗對象的影響，這樣的實驗叫做對比實驗，也叫相互對照實驗。對比實驗不設(shè)對照組，均為實驗組，可以看成是對照實驗的一種特殊形式。實驗組A組：有氧條件（有氧呼吸組）B組：無氧條件（無氧呼吸組）實驗原理提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗進(jìn)行實驗分析結(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驗裝置：（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澄清的石灰水實驗原理提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗進(jìn)行實驗分析結(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溶液在實驗中的起什么作用?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，排除它對實驗結(jié)果的影響。實驗原理提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗進(jìn)行實驗分析結(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溶液在實驗中的起什么作用?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，排除它對實驗結(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)行實驗實驗原理提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗進(jìn)行實驗分析結(jié)果得出結(jié)論一、細(xì)胞呼吸的方式1.探究酵母菌細(xì)胞呼吸方式實驗組澄清石灰水渾濁/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）實驗結(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：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,因為ATP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)胞呼吸方式的實驗裝置，下列敘述正確的是()A.實驗中可依據(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)行實驗B2.下列關(guān)于“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”實驗的敘述，錯誤的是()A.實驗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.該實驗通過設(shè)置有氧和無氧兩種條件探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式，其中有氧條件為實驗組，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，大量能量還蘊藏在

中。69％乳酸或酒精呼吸方式有氧呼吸無氧呼吸不同點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)胞呼吸強度隨含水量的增加而增強曲線模型實踐應(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