人教版（2019）必修一
分子与细胞
第5章
细胞的能量供应和利用
第3节
细胞呼吸的原理和应用
一、教学目标的确定
课程标准与本节对应的要求是：“说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量。”根据上述要求和建议，本节课教学目标确定如下：
1.说明有氧呼吸和无氧呼吸的异同。
2.说明细胞呼吸的原理，并探讨其在生产和生活中的应用。
3.探究酵母菌呼吸的方式。
二、教学重难点
教学重点
1.细胞呼吸的基本过程及原理的应用。
2.细胞有氧呼吸和无氧呼吸的联系和区别。
教学难点
1.细胞呼吸的原理和本质。
2.探究酵母菌细胞呼吸的方式。
三、教学步骤
1.新课导入
教师活动：展示葡萄酒发酵的流程及图片。
教师活动：引导学生思考问题：
1.为什么在葡萄酒发酵时需要密封？
2.为什么通气有利于酵母菌的繁殖？
讲解要点为：
1.提示：密封是避免空气进入，便于酵母菌在无氧条件下分解有机物产生酒精。
2.提示：在有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放的能量多，这些能量可以为酵母菌细胞进行物质代谢和细胞分裂提供充足的动力。
教师活动：展示近期河南暴雨的图片。
教师活动：在持续的下雨天中，好多农民的庄稼被淹，颗粒无收，为什么水太多会让植株死亡？
教师活动：庄稼长期处于水浸状态，土壤中含水量过高，缺少氧进行正常呼吸，必然导致根系腐烂而死亡。
教师活动：那有什么措施可以避免庄稼死亡呢？其中利用的原理是什么？下面让我们学习细胞呼吸的有关知识。
2.新课讲授
一、细胞呼吸的方式
教师活动：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。细胞呼吸是否都需要氧？生物在有氧和无氧条件下否都能进行细胞呼吸呢？下面现在做一个探究实验——探究酵母菌细胞呼吸的方式。
教师活动：在做实验之前我们要思考：
1.自变量是什么？如何设置自变量？
2.因变量是什么？如何检测因变量？
3.无关变量是什么？
教师活动：讲解要点为：1.自变量：有氧或无氧环境—通入氧气或密闭
2.因变量：产物的区别。通过观察相同时间内澄清石灰水混浊的程度或者相同混浊程度所需的时间长短，用滴管取出部分培养液加入酸性条件下的重铬酸钾检测。
3.无关变量：温度、葡萄糖溶液浓度酵母菌活性等。
教师活动：如有时间带领学生进行实验，或者观看实验视频。
教师活动：进行实验现象分析并得出结论：
实验现象
甲、乙两装置中澄清的石灰水都变混浊，且甲装置中混浊程度高、反应速度快
乙装置中的溶液经酸性重铬酸钾溶液鉴定后，由橙色变成灰绿色，甲装置中溶液经鉴定后不变色
现象分析
酵母菌在有氧（相对于无氧）条件下产生的CO2更多
酵母菌在无氧条件下会产生酒精
实验结论
酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸，在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的CO2和水；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CO2
教师活动：讲解对比实验的相关内容。
教师活动：通过以上实验我们可以得出，细胞呼吸分为有氧呼吸和无氧呼吸。那么进行呼吸的场所是什么？
教师活动：展示线粒体的电镜图片。
教师活动：讲解线粒体的结构：
（1）外膜：表面光滑。
（2）内膜：向内突起形成嵴，增大了内膜面积；含与有氧呼吸有关的酶。
（3）线粒体基质：含有多种与有氧呼吸有关的酶，另外，还含有少量的DNA和RNA。
二、有氧呼吸
教师活动：展示有氧呼吸的相关视频。
教师活动：根据线粒体的结构分阶段讲解细胞的有氧呼吸。
第1阶段
第2阶段
第3阶段
场所
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
条件
酶
酶
O2、酶
反应物
C6H12O6
丙酮酸、H2O
[H]、O2
产物
丙酮酸、[H]
CO2、[H]
H2O
释放能量多少
少
少
多
合成ATP多少
少
少
多
教师活动：引导学生分析并写出各个阶段的反应式。并写出有氧呼吸的总反应式。
教师活动：讲解产物中各原子的来源。
教师活动：展示课本思考讨论的问题，讲解要点为：
1.提示：有氧呼吸的能量转化效率大约为34%。结合上一节所学内容，1
mol
ATP分子的高能键含有30.54J的能量，因此，1mol葡萄糖能够使32
mol
ADP分子转化为ATP分子。
2.提示：燃烧是一种迅速释放能量的过程，而有氧呼吸过程则是逐步缓慢释放能量，这种方式保证有机物中的能量得到最充分的利用，主要表现在两个方面：可以使有机物中的能量逐步地转移到ATP中；能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。
教师活动：总结有氧呼吸的定义：有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等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。
教师活动：讲解各个阶段释放ATP的多少。
三、无氧呼吸
教师活动：引导学生阅读课本无氧呼吸的有关知识。并提出以下问题：
1.真核细胞中，无氧呼吸的过程可分为几个阶段，分别发生在什么场所？
2.无氧呼吸在第几阶段有能量释放和ATP的合成，未释放的能量储存在什么物质中？
3.哪些生物的无氧呼吸生成酒精，哪些生物的无氧呼吸生成乳酸？
教师活动：讲解要点为：
1.两个阶段；细胞质基质。
2.第一阶段；酒精或乳酸。
3.植物和酵母菌等生物。高等动物、马铃薯的块茎、甜菜块根、玉米胚等细胞和乳酸菌等
教师活动：展示无氧呼吸各个过程的图片，并讲解无氧呼吸的各个过程：
第1阶段
第2阶段
场所
细胞质基质
细胞质基质
条件
无氧、酶
无氧、酶
反应物
葡萄糖
丙酮酸、[H]
产物
丙酮酸、[H]
乳酸或酒精和CO2
释放能量多少
少
无
合成ATP多少
少
无
教师活动：引导学生根据各个阶段的反应物和产物，写出无氧呼吸的总反应式。
教师活动：总结无氧呼吸概念：在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程，就是无氧呼吸。
教师活动：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。
教师活动：细胞呼吸除了能为生物体提供能量，还是生物体代谢的枢纽。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。
四、细胞呼吸原理的应用
教师活动：展示课本思考讨论中各个应用，并讲解其原理。
教师活动：1.选用“创可贴”包扎伤口，既为伤口散上药物，又为伤口创造了疏松透气的环境，避免厌氧病原菌的繁殖，从而有利于伤口的痊愈。
2.酿酒早期要通气，有利于酵母菌在有氧条件下进行有氧呼吸，大量繁殖；后期封闭，有利于酵母菌在无氧条件下进行无氧呼吸产生酒精。
3.及时松土有利于根进行细胞呼吸（产生大量能量），促进无机盐（矿质离子）的主动吸收。此外，松土透气还有利于土壤中需氧微生物的生长繁殖，能够促使这些微生物对土壤中有机物的分解，从而有利于植物对无机盐的吸收。
4.通过降低温度，从而降低酶的活性使细胞呼受速率下降，通过降低O2含量，从而降低有氧呼吸速率，并且无氧呼吸受到抑制，减少细胞内有机物的消耗。
5.原理：较深的伤口里缺少O2，破伤风芽孢杆菌适合在这种环境中生存并大量繁殖。所以伤口较深或被锈钉扎伤后，患者应及时请医生处理，避免破伤风芽孢杆菌等进行无氧呼吸而大量繁殖，引发破伤风。
6.人在剧烈运动时，既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸。慢跑能避免肌细胞进行无氧呼吸积累过多的乳酸而使肌肉酸胀乏力。
教师活动：引导学生思考细胞呼吸在生产生活中的其他应用。
教师活动：对细胞呼吸在生产生活中的应用进行总结：
类型
应用
有氧呼吸
中耕松土（农作物及时松土透气）
稻田适时排水
生产食醋
发面（馒头、面包的制作）
提倡有氧运动
无氧呼吸
选用透气“创可贴”
伤口过深或被锈钉扎伤，需及时治疗
工业生产青霉菌，制作味精、酸奶、泡菜等
有氧呼吸和无氧呼吸
酿酒；储藏果实、蔬菜
四、板书设计
第5章
第3节
细胞呼吸的原理和应用
一、细胞呼吸的方式
二、有氧呼吸
第一阶段：
第二阶段：
第三阶段：
总反应：
有氧呼吸的概念：
有氧呼吸的场所：
三、无氧呼吸
第一阶段
第二阶段
总反应：
无氧呼吸的概念：
无氧呼吸的场所：
四、细胞呼吸原理的应用(共43张PPT)
第5章
细胞的能量供应和利用
第3节
细胞呼吸的原理和应用
思考
1.为什么在葡萄酒发酵时需要密封？
密封是避免空气进入，便于酵母菌在无氧条件下分解有机物产生酒精。
思考
2.为什么通气有利于酵母菌的繁殖？
在有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放的能量多，这些能量可以为酵母菌细胞进行物质代谢和细胞分裂提供充足的动力。
河南暴雨
思考
在持续的下雨天中，好多农民的庄稼被淹，颗粒无收，为什么水太多会让植株死亡？
庄稼长期处于水浸状态，土壤中含水量过高，缺少氧进行正常呼吸，必然导致根系腐烂而死亡。
细胞呼吸
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。
自变量是什么？如何设置自变量？
无关变量是什么？
因变量是什么？如何检测因变量？
探究酵母菌细胞呼吸的方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
自变量：有氧或无氧环境—通入氧气或密闭。
因变量：产物的区别。通过观察相同时间内澄清石灰水混浊的程度或者相同混浊程度所需的时间长短，用滴管取出部分培养液加入酸性条件下的重铬酸钾检测。
无关变量：温度、葡萄糖溶液浓度酵母菌活性等。
活动：搭建实验装置
气泵
A
B
C
D
E
运用以上元件分别搭建有氧呼吸和无氧呼吸装置
实验步骤
称取等量的两份食用酵母菌（10g）；
配制质量分数为5%葡萄糖溶液作为酵母菌的培养液；
搭建如图的有氧呼吸（左）和无氧呼吸（右）装置；
培养、观察、检测、记录
3.产物检测：
检测CO2
使澄清石灰水变浑浊（根据浑浊程度检测CO2产生的多少）
溴麝香草酚蓝水溶液：蓝→变绿→再变黄（根据其变黄色时间的长短，检测CO2产生的多少）
检测酒精：
酒精+重铬酸钾（浓硫酸溶液）：橙色→灰绿色
实验现象及结论
实验现象
甲、乙两装置中澄清的石灰水都变混浊，且甲装置中混浊程度高、反应速度快
乙装置中的溶液经酸性重铬酸钾溶液鉴定后，由橙色变成灰绿色，甲装置中溶液经鉴定后不变色
现象分析
酵母菌在有氧（相对于无氧）条件下产生的CO2更多
酵母菌在无氧条件下会产生酒精
实验结论
酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸，在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的CO2和水；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CO2
线粒体的结构
外膜：表面光滑。
内膜：向内突起形成嵴，增大了内膜面积；含与有氧呼吸有关的酶。
线粒体基质：含有多种与有氧呼吸有关的酶，另外，还含有少量的DNA和RNA。
有氧呼吸
（少量）
C6H12O6
酶
+4[H]
+
能量
2丙酮酸
酶
6CO2
+20[H]
+
能量
2丙酮酸
+6H2O
（少量）
酶
12H2O
+
能量
24[H]
+6O2
（大量）
第一阶段：
第二阶段：
第三阶段：
场所：细胞质基质
场所：线粒体基质
场所：线粒体内膜
第1阶段
第2阶段
第3阶段
场所
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
条件
酶
酶
O2、酶
反应物
C6H12O6
丙酮酸、H2O
[H]、O2
产物
丙酮酸、[H]
CO2、[H]
H2O
释放能量多少
少
少
多
合成ATP多少
少
少
多
C6H12O6+6H2O+6O2
6CO2+12H2O+能量
酶
有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等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。
产物中各原子的来源
思考
1.在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870kJ的能量，可使977.28kJ左右的能量储存在ATP中，其余的能量则以热能的形式散失掉了。请你计算一下，有氧呼吸的能量转化效率大约是多少，这些能量大约能使多少ADP转化为ATP？
有氧呼吸的能量转化效率大约为34%。结合上一节所学内容，1
mol
ATP分子的高能键含有30.54J的能量，因此，1mol葡萄糖能够使32
mol
ADP分子转化为ATP分子。
思考
2.与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐级释放能量的，这对于生物体来说具有什么意义？
燃烧是一种迅速释放能量的过程，而有氧呼吸过程则是逐步缓慢释放能量，这种方式保证有机物中的能量得到最充分的利用，主要表现在两个方面：可以使有机物中的能量逐步地转移到ATP中；能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。
有氧呼吸的定义
有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等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.真核细胞中，无氧呼吸的过程可分为几个阶段，分别发生在什么场所？
两个阶段；细胞质基质。
思考
2.无氧呼吸在第几阶段有能量释放和ATP的合成，未释放的能量储存在什么物质中？
第一阶段；酒精或乳酸。
思考
3.哪些生物的无氧呼吸生成酒精，哪些生物的无氧呼吸生成乳酸？
植物和酵母菌等生物。高等动物、马铃薯的块茎、甜菜块根、玉米胚等细胞和乳酸菌等
场所：细胞质基质
产乳酸的类型
①
C6H12O6
+
少量能量
2C3H6O3(乳酸)
酶
场所：细胞质基质
产酒精的类型
②
C6H12O6
酶
+2CO2
+
少量能量
2C2H5OH(酒精)
第二阶段：
第一阶段：
（少量）
C6H12O6
酶
+4[H]
+
能量
2丙酮酸
场所：细胞质基质
第1阶段
第2阶段
场所
细胞质基质
细胞质基质
条件
无氧、酶
无氧、酶
反应物
葡萄糖
丙酮酸、[H]
产物
丙酮酸、[H]
乳酸或酒精和CO2
释放能量多少
少
无
合成ATP多少
少
无
无氧呼吸
在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程，就是无氧呼吸。
细胞呼吸的意义
有氧呼吸和无氧呼吸都属于细胞呼吸。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。所有生物的生存，都离不开细胞呼吸释放的能量。
细胞呼吸除了能为生物体提供能量，还是生物体代谢的枢纽。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。
影响呼吸作用的因素
温度
CO2浓度
水分
氧气浓度
细胞呼吸原理的应用
选用“创可贴”包扎伤口，既为伤口散上药物，又为伤口创造了疏松透气的环境，避免厌氧病原菌的繁殖，从而有利于伤口的痊愈。
细胞呼吸原理的应用
酿酒早期要通气，有利于酵母菌在有氧条件下进行有氧呼吸，大量繁殖；后期封闭，有利于酵母菌在无氧条件下进行无氧呼吸产生酒精。
细胞呼吸原理的应用
及时松土有利于根进行细胞呼吸（产生大量能量），促进无机盐（矿质离子）的主动吸收。此外，松土透气还有利于土壤中需氧微生物的生长繁殖，能够促使这些微生物对土壤中有机物的分解，从而有利于植物对无机盐的吸收。
细胞呼吸原理的应用
通过降低温度，从而降低酶的活性使细胞呼受速率下降，通过降低O2含量，从而降低有氧呼吸速率，并且无氧呼吸受到抑制，减少细胞内有机物的消耗。
细胞呼吸原理的应用
原理：较深的伤口里缺少O2，破伤风芽孢杆菌适合在这种环境中生存并大量繁殖。所以伤口较深或被锈钉扎伤后，患者应及时请医生处理，避免破伤风芽孢杆菌等进行无氧呼吸而大量繁殖，引发破伤风。
细胞呼吸原理的应用
人在剧烈运动时，既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸。慢跑能避免肌细胞进行无氧呼吸积累过多的乳酸而使肌肉酸胀乏力。
细胞呼吸在生产生活中的应用
类型
应用
有氧呼吸
中耕松土（农作物及时松土透气）
稻田适时排水
生产食醋
发面（馒头、面包的制作）
提倡有氧运动
无氧呼吸
选用透气“创可贴”
伤口过深或被锈钉扎伤，需及时治疗
工业生产青霉菌，制作味精、酸奶、泡菜等
有氧呼吸和无氧呼吸
酿酒；储藏果实、蔬菜
练一练
1.有氧呼吸过程中,水参与反应、产生水分别发生在（
）
A.第一阶段，第二阶段
B.第二阶段,第三阶段
C.
第二阶段,第二阶段
D.第三阶段,第三阶段
B
2.马铃薯块茎储藏不当会出现酸味，这种现象与马铃薯块茎细胞的无氧呼吸有关。下列叙述正确的是
(
)
A.马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸和CO2
B.马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生的乳酸是由丙酮酸转化而来
C.马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生丙酮酸的过程不能生成ATP
D.马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高会增加酸味的产生
B
3.如图是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置。以下说法中正确的是(
)
A.两个装置均需要在黑暗条件下同时进行
B.在装置乙Ⅲ处取液体检测是否有酒精生成
C.装置甲中NaOH的作用是吸收Ⅰ处的CO2
D.应让装置乙中Ⅱ先放置一会儿再与Ⅲ连接
D
4.细胞呼吸原理在生活中应用广泛。下列关于细胞呼吸原理应用的叙述，错误的是(
)
A.零度以上低温贮存果蔬，可减少有机物的分解
B.提倡慢跑，可防止无氧呼吸产生乳酸使人体肌肉酸胀
C.皮肤破损较深的患者，应及时到医院注射破伤风抗毒血清
D.选用透气性好的“创可贴”，是为保证人体细胞的有氧呼吸
D
