《細(xì)胞呼吸的原理和應(yīng)用》素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)

第3節(jié)細(xì)胞呼吸的原理和應(yīng)用一、細(xì)胞呼吸1.概念:(1)物質(zhì)變化:有機(jī)物在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)過一系列的氧化分解,生成_________或其他產(chǎn)物。(2)能量變化:_______中穩(wěn)定的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為____中活躍的化學(xué)能。二氧化碳有機(jī)物ATP【激疑】人的呼吸運動和細(xì)胞呼吸是同一生理過程嗎?提示:不是。人的呼吸運動是指肺部與外界進(jìn)行氣體交換的過程,細(xì)胞呼吸是在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的分解有機(jī)物釋放能量的過程。

2.兩種類型:(1)分類依據(jù):有無____的參與,有機(jī)物是否______________。(2)類型:___________________。O2徹底氧化分解有氧呼吸和無氧呼吸3.探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式:(1)酵母菌細(xì)胞呼吸的方式:(2)呼吸產(chǎn)物的檢測:檢測產(chǎn)物試劑現(xiàn)象CO2澄清石灰水____________________溶液由藍(lán)變綠再變黃酒精酸性條件下的_________溶液_____________變混濁溴麝香草酚藍(lán)重鉻酸鉀橙色變灰綠色(3)實驗結(jié)論。①酵母菌在___________條件下都能進(jìn)行細(xì)胞呼吸。有氧和無氧二、有氧呼吸1.有氧呼吸:(1)反應(yīng)物:__________________。(2)產(chǎn)物:_____________。(3)能量:釋放能量,一部分以_____的形式釋放,一部分儲存在____中。葡萄糖等有機(jī)物和O2二氧化碳和水熱能ATP2.過程:(1)寫出圖中①②③代表有氧呼吸的對應(yīng)階段:①:_________;②:_________;③:_________。(2)寫出a、b、c代表的物質(zhì):a:_______;b:____;c:__。(3)三個階段均釋放出能量,釋放能量最多的階段是___。第一階段第二階段第三階段丙酮酸[H]O2③3.總反應(yīng)式:__________________________________。C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量三、無氧呼吸請結(jié)合無氧呼吸的概念和過程,判斷下列有關(guān)無氧呼吸說法的正誤:(1)無氧呼吸發(fā)生的場所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。 ()√(2)不同生物無氧呼吸的產(chǎn)物相同。 ()提示:不同生物無氧呼吸的產(chǎn)物不一定相同,如酵母菌無氧呼吸的產(chǎn)物為酒精和二氧化碳,乳酸菌無氧呼吸的產(chǎn)物是乳酸?！?3)無氧呼吸兩個階段都可以產(chǎn)生ATP。 ()提示:無氧呼吸只在第一階段產(chǎn)生ATP。(4)無氧呼吸產(chǎn)物中只有酒精或乳酸。 ()提示:無氧呼吸的產(chǎn)物是乳酸或酒精和二氧化碳。(5)葡萄糖經(jīng)無氧呼吸后釋放的能量大部分以熱能的形式散失。()

××√四、細(xì)胞呼吸原理的應(yīng)用說出下列做法所依據(jù)的原理或目的:(1)包扎傷口用透氣的敷料:避免厭氧菌的大量繁殖。(2)利用糧食生產(chǎn)各種酒:_______________________。(3)及時松土:_____________________。(4)儲藏水果、糧食要低溫、低氧:_________________________。酵母菌無氧呼吸產(chǎn)生酒精利于根細(xì)胞的有氧呼吸減弱呼吸作用,延長保質(zhì)期(5)鍛煉時提倡慢跑等有氧活動:__________________________。避免肌肉無氧呼吸產(chǎn)生乳酸知識點一探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式1.探究過程:2.實驗分析:(1)材料分析:酵母菌必須是新鮮的,防止酵母菌因存放時間過長而死亡,導(dǎo)致實驗結(jié)果不明顯。(2)裝置分析。①有氧呼吸裝置必須持續(xù)通入空氣,保證氧氣充足。②通入甲中A瓶的空氣需先通過NaOH溶液的目的是保證進(jìn)入A瓶的氣體中不含有CO2,保證使第三個錐形瓶中的澄清石灰水變混濁的CO2完全是由酵母菌有氧呼吸產(chǎn)生的。③乙中B瓶應(yīng)封口放置一段時間,待酵母菌將B瓶中的氧氣消耗完后,再連通盛有澄清石灰水的錐形瓶,確保通入澄清石灰水中的CO2完全是由酵母菌無氧呼吸產(chǎn)生的。3.實驗拓展:(1)若探究種子的呼吸狀況則不必遮光,但需“死種子”作對照。(2)若探究“植株或幼苗”的呼吸狀況,應(yīng)進(jìn)行遮光處理,以防止光合作用的干擾,同時可設(shè)置同種狀況但殺死的植株或幼苗作對照。【思考·討論】1.配制酵母菌培養(yǎng)液時,將葡萄糖溶液先煮沸再冷卻后加入錐形瓶。(生命觀念)(1)先煮沸的原因是什么?提示:煮沸是為了除去其他雜菌,防止其他雜菌的干擾。

(2)為什么要冷卻后再加入錐形瓶?提示:冷卻后再加入錐形瓶是防止高溫將酵母菌殺死。2.有氧和無氧條件下澄清的石灰水都變混濁,且有氧條件下比無氧條件下石灰水變混濁的程度大而速度快,由此說明什么問題?(科學(xué)思維)提示:有氧呼吸產(chǎn)生的二氧化碳比無氧呼吸產(chǎn)生的多?！舅仞B(yǎng)案例】將圖中果酒發(fā)酵裝置改裝后用于探究酵母菌呼吸方式的實驗,下列相關(guān)操作錯誤的是(

)A.探究有氧條件下酵母菌呼吸方式時打開閥aB.經(jīng)管口3取樣檢測酒精和CO2的產(chǎn)生情況C.實驗開始前對改裝后整個裝置進(jìn)行氣密性檢查D.改裝時將盛有澄清石灰水的試劑瓶與管口2連通【解題導(dǎo)引】解答本題的思維流程如下:【解析】選B。A項中,打開閥a,向裝置內(nèi)通入O2,可用來探究有氧條件下酵母菌的呼吸方式,故正確;B項中,經(jīng)管口3取樣可以檢測酒精的產(chǎn)生情況,如果檢驗CO2的產(chǎn)生情況,需要將管口2通入澄清的石灰水或溴麝香草酚藍(lán)溶液中,故錯誤;C項中,由于要制造無氧或有氧環(huán)境,實驗開始前必須對改裝后的整個裝置進(jìn)行氣密性檢查,故正確;D項中,管口2是出氣口,將盛有澄清石灰水的試劑瓶與管口2連通,可以檢測CO2的產(chǎn)生情況,故正確?！舅仞B(yǎng)·探究】——母題追問(1)科學(xué)思維——分析與討論利用圖中裝置探究有氧條件下酵母菌細(xì)胞呼吸時,充入瓶中的氣體應(yīng)為空氣還是氧氣?試解釋原因。提示:氧氣。原因是該裝置沒有連通盛有氫氧化鈉的錐形瓶,不能除去空氣中的二氧化碳。直接通入空氣,其中的二氧化碳會對實驗結(jié)果造成影響。(2)科學(xué)探究——制訂并實施方案探究無氧和有氧條件下酵母菌細(xì)胞呼吸的方式,除控制有氧和無氧條件外,還應(yīng)控制哪些因素?提示:酵母菌培養(yǎng)液濃度、溫度等?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】1.下列關(guān)于“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”實驗的敘述,不正確的是(

)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.在探究有氧呼吸的實驗過程中,泵入的空氣應(yīng)去除CO2C.實驗中需控制的無關(guān)變量有溫度、培養(yǎng)液濃度等D.可通過觀察澄清石灰水是否變混濁來判斷酵母菌的呼吸方式【解析】選D。“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”實驗中需要將葡萄糖溶液煮沸,目的是滅菌和去除溶液中的O2,故A項正確;在探究有氧呼吸的實驗過程中,泵入的空氣應(yīng)去除CO2,是為了避免空氣中的CO2對酵母菌呼吸產(chǎn)物CO2的檢測產(chǎn)生干擾,故B項正確;有無O2是實驗中的自變量,溫度、培養(yǎng)液濃度等屬于無關(guān)變量,故C項正確;因為有氧呼吸和無氧呼吸均能產(chǎn)生CO2,所以通過觀察澄清石灰水是否變混濁不能判斷酵母菌的呼吸方式,故D項錯誤。2.為了探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式,某同學(xué)將實驗材料和用具按下圖安裝好。以下關(guān)于該實驗的說法,不正確的是(

)A.甲組探究酵母菌的有氧呼吸,乙組探究酵母菌的無氧呼吸B.甲、乙兩組中澄清的石灰水若換成溴麝香草酚藍(lán)溶液,則C中先變?yōu)辄S色C.A瓶中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaOH溶液是為了吸收空氣中的O2D.D瓶應(yīng)先封口放置一段時間后再與E瓶相連,以除去瓶中的O2

【解析】選C。由于甲組有接橡皮球(或氣泵)的結(jié)構(gòu),而乙組沒有,所以甲、乙組實驗探究的分別是酵母菌在有氧、無氧條件下的呼吸方式,A項正確;甲、乙兩組中澄清的石灰水若換成溴麝香草酚藍(lán)溶液,由于在消耗糖的量相同的情況下,有氧呼吸產(chǎn)生的CO2多,則C中先變?yōu)辄S色,B項正確;由于空氣中有CO2,所以加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaOH溶液是為了吸收空氣中的CO2,C項錯誤;由于D瓶中有空氣,存在少量的O2,所以乙組D瓶先封口放置一段時間的目的是消耗瓶中的O2以形成無氧的環(huán)境,D項正確。知識點二細(xì)胞呼吸的類型及過程1.有氧呼吸和無氧呼吸過程圖解:2.有氧呼吸和無氧呼吸的比較:項目有氧呼吸無氧呼吸不同點條件需氧不需氧場所細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)(第一階段)、線粒體(第二、三階段)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)分解程度葡萄糖徹底分解葡萄糖不徹底分解產(chǎn)物CO2、H2O乳酸或酒精、CO2項目有氧呼吸無氧呼吸不同點能量釋放大量能量少量能量相同點反應(yīng)條件需酶和適宜溫度本質(zhì)氧化分解有機(jī)物、釋放能量,生成ATP過程第一階段(葡萄糖→丙酮酸)相同3.細(xì)胞呼吸方式的判斷方法:(1)方法秘訣:寫出反應(yīng)式,找出O2消耗量和CO2產(chǎn)生量之間的關(guān)系:①有氧呼吸:C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量②產(chǎn)生酒精:C6H12O62C2H5OH+2CO2+少量能量③產(chǎn)生乳酸:C6H12O62C3H6O3+少量能量(2)依據(jù)O2消耗量和CO2產(chǎn)生量,具體判斷如下:條件結(jié)論情況1O2消耗量=CO2產(chǎn)生量只進(jìn)行有氧呼吸或既進(jìn)行有氧呼吸又進(jìn)行產(chǎn)乳酸的無氧呼吸情況2O2消耗量<CO2產(chǎn)生量同時進(jìn)行有氧呼吸和產(chǎn)生酒精的無氧呼吸條件結(jié)論情況3不消耗O2,產(chǎn)生CO2只進(jìn)行產(chǎn)生酒精的無氧呼吸情況4不消耗O2,不產(chǎn)生CO2只進(jìn)行產(chǎn)生乳酸的無氧呼吸或細(xì)胞已死亡【思考·討論】1.線粒體是有氧呼吸的主要場所,試從結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的角度,說明線粒體與有氧呼吸相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)特點:(生命觀念)(1)從線粒體內(nèi)膜結(jié)構(gòu)上分析:____________________________________________________________________________。線粒體的內(nèi)膜向內(nèi)折疊形成嵴,大大增加了線粒體的內(nèi)膜表面積(2)從有氧呼吸所需酶的附著上分析:__________________________________________________。線粒體的內(nèi)膜上和基質(zhì)中含有與有氧呼吸有關(guān)的酶2.酵母菌和乳酸菌無氧呼吸的產(chǎn)物不同,二者所含有的酶是否完全不同?二者產(chǎn)物不同的根本原因分別是什么?(科學(xué)思維)提示:二者無氧呼吸第一階段所需要的酶相同,但第二階段所需要的酶不同。二者產(chǎn)物不同的根本原因是二者的遺傳物質(zhì)不同。【素養(yǎng)案例】如圖為生物體內(nèi)葡萄糖分解過程的圖解,請回答:(1)可在人體細(xì)胞中進(jìn)行的是__________________(填序號)。

(2)過程①和②中,除了圖示的物質(zhì)外,還產(chǎn)生了______________。

(3)反應(yīng)②③中均產(chǎn)生CO2,產(chǎn)生場所分別為__________________和__________________。檢測CO2,除了用澄清石灰水外,還可用__________________溶液,現(xiàn)象為_______________________________________________________________________________。(4)如果有氧呼吸和無氧呼吸產(chǎn)生等量的CO2,則所消耗的葡萄糖之比為__________________。

【解題導(dǎo)引】(1)抓住關(guān)鍵:有氧呼吸與無氧呼吸第一階段相同,都是在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中完成葡萄糖分解為丙酮酸的過程。(2)識圖判斷:根據(jù)細(xì)胞呼吸的反應(yīng)物與產(chǎn)物判斷,圖中①②③④分別代表的反應(yīng)過程:①為有氧呼吸和無氧呼吸的第一階段,②為有氧呼吸的第二、三階段,③④為無氧呼吸的第二階段?！窘馕觥?1)人體細(xì)胞的呼吸方式是有氧呼吸和產(chǎn)生乳酸的無氧呼吸,即可以發(fā)生圖中①②④過程。(2)有氧呼吸過程除了圖中顯示的物質(zhì)外,還產(chǎn)生了[H]。(3)②過程中有氧呼吸的第二階段產(chǎn)生CO2,發(fā)生的場所是線粒體基質(zhì);③過程產(chǎn)生CO2是無氧呼吸過程,發(fā)生的場所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì);CO2與溴麝香草酚藍(lán)溶液反應(yīng),出現(xiàn)的變化是溶液由藍(lán)變綠再變黃,可以用溴麝香草酚藍(lán)溶液檢測細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的CO2。(4)如果氧氣供應(yīng)不足,酵母菌細(xì)胞進(jìn)行無氧呼吸;如果氧氣供應(yīng)充足,酵母菌細(xì)胞進(jìn)行有氧呼吸。由反應(yīng)式可知,消耗等量的葡萄糖,有氧呼吸與無氧呼吸產(chǎn)生的CO2量之比是3∶1,則若產(chǎn)生等量的CO2,有氧呼吸與無氧呼吸消耗的葡萄糖之比為1∶3。答案:(1)①②④

(2)[H](3)線粒體基質(zhì)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)溴麝香草酚藍(lán)由藍(lán)變綠再變黃(4)1∶3【誤區(qū)警示】不同生物細(xì)胞呼吸的場所不同(1)真核生物如動植物細(xì)胞,有氧呼吸的場所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體。(2)原核生物如藍(lán)細(xì)菌和硝化細(xì)菌雖然沒有線粒體,但也能進(jìn)行有氧呼吸,有氧呼吸的場所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和細(xì)胞膜。【素養(yǎng)·探究】——母題追問(1)科學(xué)思維——分析與綜合若用18O標(biāo)記圖中葡萄糖,則圖中哪些物質(zhì)中含有18O?提示:丙酮酸、酒精和二氧化碳(或乳酸)中都含有18O。(2)生命觀念——結(jié)構(gòu)與功能觀過程③④一般不會發(fā)生在同一生物體內(nèi),請從酶的角度分析其原因。提示:因為③④是兩個完全不同的反應(yīng)過程,需要不同的酶來催化,這是由酶的專一性所決定的。而在同一生物體內(nèi)一般不會同時存在催化這兩個反應(yīng)的酶?！舅仞B(yǎng)·遷移】(2019·全國卷Ⅱ)馬鈴薯塊莖儲藏不當(dāng)會出現(xiàn)酸味,這種現(xiàn)象與馬鈴薯塊莖細(xì)胞的無氧呼吸有關(guān)。下列敘述正確的是(

)A.馬鈴薯塊莖細(xì)胞無氧呼吸的產(chǎn)物是乳酸和葡萄糖B.馬鈴薯塊莖細(xì)胞無氧呼吸產(chǎn)生的乳酸是由丙酮酸轉(zhuǎn)化而來C.馬鈴薯塊莖細(xì)胞無氧呼吸產(chǎn)生丙酮酸的過程不能生成ATPD.馬鈴薯塊莖儲藏庫中氧氣濃度的升高會增加酸味的產(chǎn)生【解析】選B。馬鈴薯塊莖細(xì)胞無氧呼吸的產(chǎn)物只有乳酸,A項錯誤;馬鈴薯塊莖細(xì)胞無氧呼吸的第二階段由丙酮酸轉(zhuǎn)化成乳酸,B項正確;無氧呼吸產(chǎn)生丙酮酸發(fā)生在第一階段,該過程產(chǎn)生少量ATP,C項錯誤;氧氣濃度升高,抑制無氧呼吸,不會增加酸味的產(chǎn)生,D項錯誤?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】如圖表示細(xì)胞呼吸作用的過程,其中①～③代表有關(guān)生理過程發(fā)生的場所,甲、乙代表有關(guān)物質(zhì)。下列相關(guān)敘述正確的是(

)A.①和③都具有雙層生物膜B.①和②所含酶的種類不同C.②和③都能產(chǎn)生大量ATPD.甲、乙分別代表ATP、[H]【解析】選B。根據(jù)題圖提供的信息可知,葡萄糖在①中分解為丙酮酸和[H],故①是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì),丙酮酸與水在線粒體基質(zhì)中反應(yīng),生成CO2和[H],故甲是丙酮酸,乙是[H],②是線粒體基質(zhì),[H]被O2氧化生成水,故③是線粒體內(nèi)膜。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體內(nèi)膜不是雙層膜,A錯誤;①和②所含酶的種類不同,B正確;線粒體內(nèi)膜能產(chǎn)生大量ATP,而線粒體基質(zhì)產(chǎn)生的ATP較少,C錯誤;甲是丙酮酸,乙是[H],D錯誤。知識點三影響細(xì)胞呼吸的因素及其應(yīng)用1.溫度對細(xì)胞呼吸速率的影響:(1)作用機(jī)制:通過影響細(xì)胞呼吸酶的活性來影響細(xì)胞呼吸速率,曲線如下:(2)曲線特征:與溫度影響酶活性的曲線特征一致。隨溫度的升高,呼吸速率先升高,達(dá)到一定溫度后,隨溫度的升高,呼吸速率降低。(3)應(yīng)用:生產(chǎn)上常利用這一原理在低溫下儲存蔬菜、水果;在大棚蔬菜的栽培過程中夜間適當(dāng)降溫,降低細(xì)胞呼吸速率,減少有機(jī)物的消耗。2.O2濃度對細(xì)胞呼吸速率的影響:(1)方法秘訣:依據(jù)曲線變化趨勢和關(guān)鍵點的含義,分析O2濃度對細(xì)胞呼吸速率的影響。(2)曲線特征。①O2濃度為0時,只進(jìn)行無氧呼吸。②O2濃度為0～5%時,隨O2濃度增大,無氧呼吸曲線下降,說明無氧呼吸逐漸被抑制,有氧呼吸曲線升高,說明有氧呼吸不斷加強(qiáng)。當(dāng)O2濃度達(dá)到5%時,CO2釋放總量最少,細(xì)胞呼吸曲線達(dá)到最低,說明此時細(xì)胞呼吸強(qiáng)度最弱。③O2濃度達(dá)到10%時,無氧呼吸曲線與橫軸相交,說明無氧呼吸停止,此時只進(jìn)行有氧呼吸。④O2濃度大于10%時,有氧呼吸曲線先增強(qiáng)后基本不變(受呼吸酶數(shù)量等因素的影響),且細(xì)胞呼吸的曲線與有氧呼吸的曲線重合。(3)應(yīng)用:適當(dāng)降低O2濃度,可減少有機(jī)物的消耗,延長蔬菜和水果的保鮮時間?！舅伎肌び懻摗?.鮮果保鮮時常往包裝袋中沖入適量CO2(或氮氣),你知道這樣做的原理是什么嗎?(科學(xué)思維)提示:在鮮果包裝袋中充入CO2(或氮氣)可抑制細(xì)胞的有氧呼吸,減少有機(jī)物的消耗,有利于鮮果的保鮮。2.農(nóng)業(yè)上有一句關(guān)于鋤地(中耕松土)的諺語“鋤頭下面有肥”,請結(jié)合所學(xué)知識分析該諺語的合理性。(生命觀念、社會責(zé)任)提示:松土可增加土壤中的氧氣濃度,促進(jìn)農(nóng)作物的有氧呼吸強(qiáng)度,進(jìn)而增強(qiáng)礦質(zhì)元素的吸收。【素養(yǎng)案例】甲、乙、丙三幅圖描述的是環(huán)境因素與細(xì)胞呼吸間的關(guān)系,下列敘述錯誤的是(

)A.圖甲中的變量①可表示在一定呼吸強(qiáng)度范圍內(nèi)細(xì)胞中的含水量B.圖乙中的變量②可表示溫度,而溫度是通過影響酶的活性來影響呼吸速率的C.圖丙中的曲線①代表無氧呼吸,且氧濃度為10%時無氧呼吸停止D.圖丙中的曲線②代表有氧呼吸,且呼吸作用強(qiáng)度隨氧氣濃度增大而不斷增強(qiáng)【解題導(dǎo)引】(1)分析曲線變化趨勢:圖甲曲線隨變量①升高而逐漸升高,圖乙曲線隨變量②升高先升高后下降,圖丙曲線①隨氧氣濃度升高而逐漸下降,曲線②隨氧氣濃度升高先升高后基本不變。(2)判斷細(xì)胞呼吸類型:圖丙中曲線①表示無氧呼吸,曲線②表示有氧呼吸。【解析】選D。圖甲呼吸速率隨著變量①的升高而升高,而細(xì)胞呼吸強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)隨細(xì)胞含水量的升高而升高,A正確;圖乙呼吸速率隨著變量②的升高先升高后下降,溫度可以影響呼吸酶的活性,即該圖可以表示呼吸速