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1、 夯实必备知识5.3 细胞呼吸的原理和应用第五章 细胞的能量供应和利用本节聚焦1.细胞呼吸过程中能量是怎样转化的？细胞呼吸过程中能量是怎样转化的？2.有氧呼吸与无氧呼吸各有什么特点？有氧呼吸与无氧呼吸各有什么特点？3.细胞呼吸原理在生产和生活中有哪些应用？细胞呼吸原理在生产和生活中有哪些应用？新课引入呼吸作用的实质是：细胞内的有机物氧化分解，并释放能量，因此也叫细胞呼吸。通常酵母和面，放置一段时间后就会成为发面，发面可以用来做包子馒头等。(1)发面中的“窟窿”是怎么产生的？(2)发面团里头经常是热乎乎的，这说明了什么？(3)酵母菌还可以用来酿酒，说明酵母细胞能产生什么物质？(4)酿米酒时为什么
2、要密封？发面过程中产生了气体。该过程中有能量的转化。酵母菌能产生酒精。给酵母菌提供无氧的环境。夯实必备知识一、细胞呼吸的方式酵母菌：酵母菌：单细胞真菌，真核生物，有细胞壁，在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。1 1.实验原理：实验原理：【探究实践】探究酵母菌细胞呼吸的方式生活现象：酵母菌能使葡萄糖发酵产生酒精；酵母菌的细胞呼吸会产生CO2。提出问题：（1）酵母菌发酵产生酒精是在有氧还是在无氧条件下进行的呢？（2）酵母菌的细胞呼吸会产生CO2，在不同条件下产生的CO2是否一样多？你还能提出哪些问题？夯实必备知识确定实验思路自变量：无关变量：有哪些因素可能干扰到实验结果？(1)该实验的自变
3、量是什么？(2)怎样控制有氧和无氧的条件？因变量：其他条件：怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？(1)怎样鉴定有无酒精产生？(2)怎样鉴定有无CO2产生？怎样比较CO2产生的多少？无关变量遵循相同且适宜的原则温度、酵母菌活性、酵母菌培养液pH等。作出假设：作出假设：酵母菌可以进行有氧呼吸和无氧呼吸。夯实必备知识2 2.材料用具：材料用具：n实验生物：实验生物：新鲜的食用酵母菌n实验器材：实验器材：天平、药匙、吸管、气泵、量筒、锥形瓶、试管、试管架、烧杯、玻璃导管繁殖快，细胞代谢旺盛，实验效果明显n实验药品：实验药品：5%的葡萄糖溶液、10%的NaOH溶液 检验CO2：澄清的石灰水、溴麝香
4、草酚蓝溶液 检验酒精：酸性重铬酸钾溶液 夯实必备知识3 3.配制酵母菌培养液：配制酵母菌培养液：取20g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A(500mL)和B(500mL)中。分别向瓶中注入240mL质量分数为5的葡萄糖溶液。4.4.组装装置组装装置:葡萄糖溶液先加热煮沸、冷却后再加入。加热目的：杀菌、除去溶解的氧气 冷却目的：防止高温杀死酵母菌。B B酵母菌培养液澄清石灰水接橡皮球接橡皮球(或气泵或气泵)A A酵母菌培养液澄清石灰水10%NaOH B瓶先反应一段时间，然后再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶。为什么？消耗完B瓶中的O2，确保酵母菌在无氧条件下进行呼吸。夯实必备知识5.5.实
5、验过程：实验过程：将两组装置放到2530地环境中培养810h。保证有充足的O2，提供有氧环境。除去空气中原有的CO2，防止空气中的CO2对实验结果造成干扰。该温度时酵母菌中的酶活性较高，生命活动旺盛，细胞呼吸较强。夯实必备知识6.6.实验现象：实验现象：条条件件检测检测CO2澄清石灰水澄清石灰水溴麝香草酚蓝溶液溴麝香草酚蓝溶液有有氧氧无无氧氧变混浊快，且程度大变混浊慢，且程度小由蓝变绿再变黄时间短由蓝变绿再变黄时间长溴麝香草酚蓝溶液溴麝香草酚蓝溶液 夯实必备知识条件条件检测酒精检测酒精重铬酸钾重铬酸钾-浓硫酸溶液浓硫酸溶液有氧有氧无氧无氧从A、B中各取2mL酵母菌培养液的滤液，分别注入1、2号
6、试管中；分别滴加0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液，振荡并观察溶液的颜色变化。葡萄糖也能与酸性重铬酸钾发生颜色反应，因此，应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。不变（仍为橙色）橙色变为灰绿色 夯实必备知识7.7.实验结论：实验结论：条件条件检测检测CO2检测酒精检测酒精澄清石灰水澄清石灰水溴麝香草酚蓝溶液溴麝香草酚蓝溶液重铬酸钾重铬酸钾-浓硫酸溶液浓硫酸溶液有氧有氧无氧无氧酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸；在有氧条件下，通过细胞呼吸产生水和大量的CO2；在无氧条件下通过细胞呼吸产生酒精和少量的CO2。夯实必备知识n设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来
7、探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验叫作对比实验，也叫相互对照实验。n对比实验是科学探究中常用的方法之一。对比实验对比实验将B瓶先反应一段时间，然后再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶。科学家根据大量的实验结果得出结论：细胞呼吸分为有氧呼吸有氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸 夯实必备知识二、有氧呼吸1.1.场所场所：细胞质基质；线粒体（主要）内膜和线粒体基质中含有多种酶有氧呼吸最常利用的物质是葡萄糖，但不唯一但不唯一（脂肪脂肪、蛋白质）。、蛋白质）。利用葡萄糖进行有氧呼吸的化学反应式可以简写为：C6H12O6+6 H2O+6 O2 6 CO2+12 H2O+能量酶2.2.呼吸底物呼吸底物：热能（散失）热能（
8、散失）合成合成ATPATP 夯实必备知识3.3.有氧呼吸的三个阶段有氧呼吸的三个阶段：C6H12O6 2C3H4O3+4H+少量能量少量能量酶酶第第1阶段：阶段：场所：细胞质基质场所：细胞质基质2C3H4O3 +6H2O 6CO2+20H+少量能量少量能量酶酶第第2阶段：阶段：场所：线粒体基质场所：线粒体基质24H+6O2 12H2O+大量能量大量能量酶酶第第3阶段：阶段：场所：线粒体内膜场所：线粒体内膜易错提醒：易错提醒：在细胞呼吸中氧化型的辅酶(NAD+)，转化成还原型辅酶(NADH)，就是此处的H。氧气不是第二阶段的反应物，但若没有氧气，丙酮酸不能进入线粒体。夯实必备知识4.4.有氧呼吸
9、过程示意图有氧呼吸过程示意图H HO O2 2H H2 2O OH HCOCO2 2少量少量能量能量丙酮酸丙酮酸H H2 2O O大量大量能量能量少量少量能量能量丙酮酸丙酮酸HH与与O O2 2结合结合NADNAD+NADH NADH线粒体基质线粒体基质线粒体内膜线粒体内膜思考思考讨论讨论（1）三个阶段所需要的酶相同吗？水的生成与消耗分别在哪个阶段？哪个阶段产生的H 最多？H在什么场所被利用？（3）用18O（无放射性）标记O2，18O最早会在哪些物质中？若时间够长，还有哪些物质中会出现18O？（2）分析反应中C、H、O原子的转移路径，并在反应式中标出氧元素的转移途径。酶酶C6H12O6+6 H
10、2O+6 O2 6 CO2+12 H2O+能量能量（4）依据教材93思考讨论第1题，计算有氧呼吸的能量转化效率？思考思考讨论讨论不同点：不同点：燃烧：将有机物中能量迅速释放，能量全部转化为光能和热能。有氧呼吸：有机物中的能量缓慢有序释放出来；（5）葡萄糖在体外能够燃烧，与有氧呼吸相比有什么异同？有氧呼吸逐级释放能量，对于的意义？使有机物中的能量逐步转移到ATP中，保证能量得到充分的利用，有利于维持细胞的相对稳定状态。葡萄糖的燃烧葡萄糖的燃烧相同点：相同点：二者都释放能量，产物主要都是水和二氧化碳。夯实必备知识5.5.有氧呼吸的定义有氧呼吸的定义细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等
11、有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。思考1：原核生物无线粒体，能否进行有氧呼吸？思考2：脂肪作为有氧呼吸的底物时，反应过程有何特点？脂肪作为底物时，因C、H比例比较高，单位质量的耗氧量多，放能多、产水多。需氧型原核生物的有氧呼吸场所在细胞质基质和细胞膜上。夯实必备知识 夯实必备知识三、无氧呼吸两个阶段都在细胞质基质1.1.场所：场所：2.2.过程：过程：4H4H2C2C2 2H H5 5OH(OH(酒精）酒精）+2CO+2CO2 2酶酶2C2C3 3H H6 6O O3 3（乳酸）（乳酸）少量能量2 2丙酮酸丙酮酸酶C C6 6H H1212O O6 6C6H
12、12O6酶酶2C3H6O3(乳酸乳酸)+)+少量能量少量能量C6H12O6酶酶2C2H5OH(酒精酒精)+)+2CO2 少量能量少量能量3.3.反应式：反应式：动物动物、蛔虫蛔虫、乳酸菌乳酸菌；马铃薯块茎、甜菜块根、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚玉米胚。植物、酵母菌植物、酵母菌微生物的无氧呼吸也叫发酵。热能（散失）热能（散失）合成合成ATPATP热能（散失）热能（散失）合成合成ATPATP 夯实必备知识4.4.定义：定义：细胞在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物不彻底地氧化分解，释放少量能量的过程。思考3：哪种无氧呼吸会产生气体？场所在？无氧呼吸两个阶段都产能吗？思考4：1 mol葡萄糖分解成
13、乳酸时，放出196.65 kJ的能量，61.08 kJ的能量储存在ATP中，其余以热能形式散失。1 mol葡萄糖通过乳酸发酵可形成多少mol的ATP？能量转换效率是多少？为什么无氧呼吸释放的能量比有氧呼吸少？无氧呼吸是有机物不彻底无氧呼吸是有机物不彻底的氧化分解，的氧化分解，未释放的能未释放的能量储存在量储存在酒精酒精或或乳酸乳酸中。中。思考思考讨论讨论1）骨骼肌中的糖原是 ，骨骼肌细胞无氧呼吸的产物是 ，它的积累会导致肌肉酸胀乏力，过段时间酸痛感会消失，原因是什么？肌细胞无氧呼吸产生的乳酸，乳酸能在肝脏中再次转化为葡萄糖。2）利用酵母菌生产葡萄酒时,酒精含量不会一直增加,当达到12%16%时
14、,发酵就停止了,为什么？酵母菌无氧呼吸产生了酒精，酒精的积累会杀死酵母菌细胞，使发酵停止。3）无氧呼吸对细胞的生命活动有没有积极意义？当氧气供应不足或机体对能量需求非常大时，无氧呼吸可产生少量的能量供生命活动利用，保证机体正常生命活动的进行。夯实必备知识细胞呼吸细胞呼吸定义定义意义意义 细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。所有的生物生存，都离不开细胞呼吸释放的能量。为生物体提供能量。是生物体代谢枢纽。蛋白质、糖类和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸过程联系起来。归纳总结真核生物有氧呼吸和无氧呼吸的比较真核生物有氧呼吸和无氧呼吸的比较呼
15、吸方式呼吸方式有氧呼吸有氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸场所场所条件条件分解产物分解产物能量能量ATP产生阶段产生阶段相同点相同点归纳总结真核生物有氧呼吸和无氧呼吸的比较真核生物有氧呼吸和无氧呼吸的比较呼吸方式呼吸方式有氧呼吸有氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸场所场所细胞质基质、线粒体细胞质基质条件条件氧气、多种酶无氧、多种酶分解产物分解产物葡萄糖彻底氧化分解为CO2和H20（无机物）葡萄糖的不彻底氧化分解，形成乳酸 或 酒精、CO2能量能量释放大量能量释放少量能量，大部分能量储存在乳酸或酒精中ATP产生阶段产生阶段三个阶段均产生ATP仅在第一阶段产生ATP相同点相同点 第一阶段完全相同。实质相同：都是氧化分解有
16、机物，释放能量。教材隐性知识（1）不同生物无氧呼吸产物不同，甚至同一生物不同组织细胞无氧呼吸的产物都有所不同，你认为原因是什么？细胞中的酶不同。（3）现在地球上绝大多数生物的呼吸方式是有氧呼吸，为什么？有氧呼吸释放能量的效率比无氧呼吸高得多，所以有氧呼吸得到较大发展，成为主要方式。（2）真核生物的有氧呼吸一定与 （填细胞器名称）有关，哺乳动物成熟的红细胞进行 呼吸，原因是 。人体细胞呼吸作用产生CO2的场所是 。酵母菌细胞呼吸作用产生CO2的场所是 。夯实必备知识问题探讨：问题探讨：在培养酵母菌用作饲料添加剂时，要给培养装置通气或进行振荡，以利于酵母菌大量繁殖。在利用酵母菌生产葡萄酒时，却需要
17、密封发酵。(1)都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？(2)为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？(3)在密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精对它自身有什么意义？四、细胞呼吸原理的应用 夯实必备知识密封有酒味密封有酒味水淹烂根水淹烂根稻田定期排水稻田定期排水利用乳酸菌制作酸奶利用乳酸菌制作酸奶中耕松土中耕松土生产青霉素、味精、食醋等生产青霉素、味精、食醋等 夯实必备知识花盆中需及时松土透气花盆中需及时松土透气用透气的纱布包扎伤口用透气的纱布包扎伤口提倡慢跑提倡慢跑水果储藏水果储藏水果储存水果储存米酒制作米酒制作典例分析典例分析2（20202020年山东省高考生物试卷（新高考年山东省高考
18、生物试卷（新高考)1212）我国的酿酒技术历史悠久，古人在实际生产中积累了很多经验。齐民要术记载：将蒸熟的米和酒曲混合前需“浸曲发，如鱼眼汤，净淘米八斗，炊作饭，舒令极冷”。意思是将酒曲浸到活化，冒出鱼眼大小的气泡，把八斗米淘净，蒸熟，摊开冷透。下列说法错误的是（）A“浸曲发”过程中酒曲中的微生物代谢加快B“鱼眼汤”现象是微生物呼吸作用产生的CO2释放形成的C“净淘米”是为消除杂菌对酿酒过程的影响而采取的主要措施D“舒令极冷”的目的是防止蒸熟的米温度过高导致酒曲中的微生物死亡 夯实必备知识五、细胞呼吸方式的判断1.1.根据反应物和产物：根据反应物和产物：消耗O2且产生H2O：无O2的吸收和CO
19、2的释放：无O2的吸收但有CO2的释放：定为产生酒精的无氧呼吸。一定存在有氧呼吸。但不确定是否存在无氧呼吸。定为产生乳酸的无氧呼吸。夯实必备知识当CO2：O2=1时：当CO2：O2 1时：当CO2：O21时：2.2.根据物质的量关系根据物质的量关系（COCO2 2的释放量的释放量 与与 O O2 2的吸收量的吸收量）：只进行有氧呼吸；或进行有氧呼吸，同时进行产生乳酸的无氧呼吸。两类呼吸并存，差值为无氧呼吸量。可能存在脂肪的氧化分解。教材内容拓展深化呼吸熵判断呼吸熵判断（以以葡萄糖葡萄糖为底物时为底物时）呼吸熵 RQVCO2 VO2=若RQ=1：只进行有氧呼吸。(或同时进行产生乳酸的无氧呼吸)若
20、RQ1：则既有有氧呼吸，又有无氧呼吸（产酒精）。若RQ 旱生植物旱生植物 ；阳生植物阳生植物 阴生植物阴生植物同一植物同一植物不同生长发育时期不同生长发育时期 幼苗期、开花期幼苗期、开花期 成熟期成熟期同一植物的同一植物的不同器官不同器官生殖器官生殖器官 营养器官营养器官（2）外因(环境因素)六、细胞呼吸速率的影响因素 夯实必备知识（1）O2对无氧呼吸有抑制作用，对有氧呼吸有促进作用；1.O1.O2 2浓度对细胞呼吸的影响浓度对细胞呼吸的影响外因(环境因素)有氧呼吸时纵轴还可以表示：O2的吸收量或CO2的释放量若为产生酒精的无氧呼吸，纵轴还可以表示：单位时间内酒精生成量或CO2的释放量 夯实必
21、备知识（2）绝大多数植物非绿色器官或酵母菌的呼吸速率受氧气浓度影响曲线图：O2浓度0时，只进行无氧呼吸。0O2浓度C时，同时进行有氧和无氧呼吸。O2浓度C时，只进行有氧呼吸。F F点的含义：点的含义：有氧呼吸与无氧呼吸释放的CO2量相等。有机物消耗最少的点：有机物消耗最少的点：E点,其对应横轴B点所示的O2浓度，最适宜组织器官的储藏。（F点为AD的中点）夯实必备知识应用：中中耕耕松松土土，保保证证根根细细胞胞正正常常有有氧氧呼呼吸吸，有有利利于肥料的吸收于肥料的吸收。无氧发酵过程需严格控制无氧发酵过程需严格控制无氧环境无氧环境。低氧低氧储存粮食、水果和蔬菜。储存粮食、水果和蔬菜。夯实必备知识2
22、.2.温度对细胞呼吸的影响温度对细胞呼吸的影响解读：温度通过影响 而影响细胞呼吸速率。细胞呼吸的最适温度一般在2535之间。酶的活性应用大棚栽培在夜间和阴天适当降温以降低呼吸作用消耗的有机物。零上低温储存食品（冰箱）。温水和面发得快。夯实必备知识3.CO3.CO2 2浓度浓度：原理：CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会_(填“促进”或“抑制”)细胞呼吸的进行。抑制应用：在蔬菜和水果保：增加CO2浓度（或充入氮气），抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。夯实必备知识4.4.水水（自由水自由水/结合水结合水）旺盛解读：一定范围内，细胞中自由水含量越多，代谢越 ，细胞呼吸越强。应用：粮食储存要晒干：降低
23、自由水含量，降低细胞呼吸强度，减少有机物的消耗。干种子萌发前要进行浸泡处理。水果、蔬菜储存时保持一定的湿度。归纳总结易错归纳：易错归纳：（1 1）细胞呼吸受）细胞呼吸受多因素综合影响多因素综合影响。（2 2）在物质的储存时（）在物质的储存时（抑制呼吸作用，减少有机物的消耗抑制呼吸作用，减少有机物的消耗）种子贮藏种子贮藏或或果蔬保鲜果蔬保鲜需要：需要：低温低温、低氧低氧、增加、增加COCO2 2浓度。浓度。保持保持干燥干燥保持一保持一定湿度定湿度零上零上低温低温不能不能无氧无氧教材内容拓展深化种子种子萌发萌发时吸水和呼吸方式的变化曲线时吸水和呼吸方式的变化曲线(1)第阶段，种子的吸水方式为吸胀吸
24、水，依靠的是种子内的 物质；呼吸速率也随 。(2)第阶段，是吸水停滞期，此时种子内无中央大液泡；细胞产生CO2的量要比消耗O2的量大得多，说明在此期间主要进行 。(3)在 长出后可大量吸水，此时吸水方式为 ，由于胚根突破种皮，增加了O2的进入量，种子以 为主。教材96页思维训练。夯实必备知识 关于真核细胞线粒体的起源，科学家提出了一种解释：约十几亿年前，有一种真核细胞吞噬了原始的需氧细菌，被吞噬的细菌不仅没有被消化分解，反而在细胞中生存下来了。需氧细菌从宿主细胞那里获取丙酮酸，宿主细胞从需氧细菌那里得到丙酮酸氧化分解释放的能量。在共同生存繁衍的过程中，需氧细菌进化为宿主细胞内专门进行细胞呼吸的
25、细胞器。以下哪些证据支持这一论点，哪些不支持?1.线粒体内存在与细菌DNA相似的环状DNA。2.线粒体内的蛋白质，有少数几种由线粒体DNA指导合成，绝大多数由核DNA指导合成。3.真核细胞内的DNA有极高比例的核苷酸序列经常不表现出遗传效应，线粒体DNA和细菌的却不是这样。4.线粒体能像细菌一样进行分裂增殖。思维.训练课堂小结细胞呼吸细胞呼吸氧化分解有机物氧化分解有机物能量能量 O O2 2 温温度度热热ATPATP无氧呼吸无氧呼吸有氧呼吸有氧呼吸糖酵解糖酵解(第一阶段第一阶段)第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段线粒体线粒体细胞质基质细胞质基质湿湿度度 C CO O2 2 乳酸乳酸乙醇和二氧化碳
26、乙醇和二氧化碳是是释放释放大部分大部分少部分少部分分为分为均涉及均涉及无氧无氧若有氧则进行若有氧则进行发生在发生在发生在发生在外界影外界影 响因素响因素典例分析典例分析1.下图表示细胞内物质转化的部分过程，以下有关叙述不正确的是()A图中的H主要在线粒体内产生B图中物质是O2C用18O标记葡萄糖，产物水中检测不到放射性D图示过程会释放热能典例分析典例分析3.2020全国，2)种子贮藏中需要控制呼吸作用以减少有机物的消耗。若作物种子呼吸作用所利用的物质是淀粉分解产生的葡萄糖，下列关于种子呼吸作用的叙述，错误的是A.若产生的CO2与乙醇的分子数相等，则细胞只进行无氧呼吸B.若细胞只进行有氧呼吸，则吸收O2的分子数与释放CO2的相等C.若细胞只进行无氧呼吸且产物是乳酸，则无O2吸收也无CO2释放D.若细胞同时进行有氧和无氧呼吸，则吸收O2的分子数比释放CO2的多典例分析典例分析4.下图是探究酵母菌呼吸类型的装置，如果装置一中红色液滴向左移，装置二中红色液滴向右移，证明酵母菌()A只进行有氧呼吸B只进行无氧呼吸C可能死亡D既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸5.如果一瓶酵母菌有的进行有氧呼吸有的进行无氧呼吸，已知O2的消耗量等于a mol，CO2的产生量是b mol，则呼吸消耗的葡萄糖中有_ mol用于有氧呼吸，有 mol用于无氧呼吸。典例分析典例分析6.