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 第2课时 无氧呼吸、细胞呼吸原理的应用(共41张PPT)

(共41张PPT)
第2课时　无氧呼吸、细胞呼吸原理的应用
2019版生物学必修1 《分子与细胞》
同步课件
学习目标
1.从物质与能量视角,阐明无氧呼吸的概念;说出无氧呼吸的发生条件和生成产物。
2.通过讨论对比有氧呼吸和无氧呼吸的异同,提高自我构建知识体系的能力和对相关知识进行分析比较的能力。
3.通过分析细胞呼吸的原理在生产、生活中的应用,激发学习生物学的兴趣,培养关心科学技术发展、关心社会生活的意识。
问题探究·知识生成
新知探究一　无氧呼吸
建立概念·达成素养
问题探究
活动1:阅读教材P94内容,思考、讨论、回答下列问题。
问题(1):无氧呼吸第一阶段和有氧呼吸完全相同,也有[H]的产生,这部分[H]去了哪里
提示: 参与第二阶段乳酸或酒精的生成。
问题(2):1 mol葡萄糖在分解成乳酸以后,只释放出196.65 kJ 的能量,其中有
61.08 kJ的能量储存在ATP中,其余的能量都以热能的形式散失。那么,1 mol葡萄糖通过乳酸发酵可形成多少摩尔ATP 其能量转换效率是多少
提示:1 mol ATP水解释放的能量是30.54 kJ,故1 mol葡萄糖通过乳酸发酵可形成
2 mol的ATP。其能量转换效率是31.06%。
问题(3):细胞呼吸过程中能量发生了怎样的变化 为什么无氧呼吸产生的能量是少量的
提示:细胞呼吸过程中储存在有机物中的稳定化学能,转化成储存在ATP特殊化学键中的活跃化学能和热能。无氧呼吸产生的能量少是因为无氧呼吸生成的乳酸或酒精中储存大部分能量。
问题(4):储藏在通风条件不好的环境中的梨会有酒味散发,而马铃薯储藏久了却不会有酒味产生,请分析其中的原因。为什么会产生这种差异
提示:梨无氧呼吸的产物是酒精和CO2,马铃薯无氧呼吸的产物是乳酸。因为不同生物细胞所具有的酶不同,导致反应途径不同,产物也不同。
问题(5):剧烈运动过后的肌肉酸疼是怎样造成的
提示:剧烈运动时,氧气供应不足,肌肉细胞无氧呼吸产生了乳酸。
活动2:据图分析有氧呼吸和无氧呼吸过程。

问题(6):反应①②③④中,可在人体细胞中进行的有哪些
提示:①②④。
问题(7):粮食储藏过程中有时会发生粮堆湿度增大现象,其原因是什么
提示:种子在有氧呼吸过程中产生了水。
问题(8):根系缺氧会导致根细胞无氧呼吸增强,实验过程中能否改用CO2作为检测有氧呼吸速率的指标 为什么
提示:不能。因为植物根细胞无氧呼吸可能会产生CO2。
问题(9):如果是以脂肪为底物进行有氧呼吸,消耗O2的量与产生CO2的量相等吗 为什么
提示:不相等;消耗O2的量要大于产生CO2的量,其原因是与葡萄糖相比,脂肪含H量高,因此有氧呼吸消耗O2的量大于产生CO2的量。
问题(10):列表法比较有氧呼吸与无氧呼吸过程中[H]和ATP的来源和去路。
提示:
项目 来源 去路
[H] 有氧呼吸:C6H12O6和H2O 无氧呼吸:C6H12O6 有氧呼吸:与O2结合生成水
无氧呼吸:还原丙酮酸
ATP 有氧呼吸:三个阶段都产生 无氧呼吸:只在第一阶段产生 用于各项生命活动
(1)无氧呼吸的过程及反应式
①过程
第一阶段:与有氧呼吸第一阶段 (填“完全相同”“完全不同”或“不完全相同”)。
归纳总结
完全相同
2C2H5OH(酒精)
C6H12O6
少量能量
2C3H6O3(乳酸)
少量能量
(2)比较有氧呼吸与无氧呼吸的异同
项目 有氧呼吸 无氧呼吸
场所 . .
条件 需O2、需酶 不需O2、需酶
产物 CO2、H2O .
能量 大量 少量
特点 有机物彻底氧化分解,能量完全释放 有机物没有彻底氧化分解,能量没有完全释放
联系 葡萄糖分解为丙酮酸阶段完全相同 实质 . 意义 为生物体的各项生命活动提供能量 细胞质基质和线粒体
细胞质基质
酒精和CO2或乳酸
分解有机物,释放能量,合成ATP
有氧呼吸和无氧呼吸(产生酒精)的有关计算(以葡萄糖为呼吸底物)
(1)消耗等量的葡萄糖时产生的CO2物质的量:
无氧呼吸∶有氧呼吸=1∶3。
(2)消耗等量的葡萄糖时需要的氧气和产生的CO2物质的量:
有氧呼吸需要的氧气∶有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2之和=3∶4。
(3)产生等量的CO2时消耗的葡萄糖物质的量:
无氧呼吸∶有氧呼吸=3∶1。
拓展
即时应用
1.某兴趣小组在室温下进行了酵母菌无氧呼吸的探究实验(如图),下列分析错误的是(　 　)
A.滴管中冒出的气泡是反应产生CO2的结果
B.试管中加水的主要目的是制造无氧环境
C.若试管中的水换成冷水,气泡产生速率下降
D.被分解的葡萄糖中的能量一部分转移至ATP,其余的存留在酒精中
D
解析:被分解的葡萄糖中的能量,一部分释放出来,另一部分存留在酒精中,释放的能量大部分以热能的形式散失,少部分转移到ATP中。
2.不同生物在不同条件下的呼吸方式可能不同,下列关于细胞呼吸的叙述,正确的是(　 　)
A.若细胞既不吸收O2也不放出CO2,则说明细胞已停止呼吸
B.植物分生组织细胞的呼吸速率通常比成熟组织细胞的小
C.高等植物在黑暗环境中既可以进行有氧呼吸也可以进行无氧呼吸
D.若细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸,则其吸收O2的量比释放CO2的量多
C
解析:若细胞既不吸收O2也不放出CO2,则细胞可能进行的是产乳酸的无氧呼吸;分生组织细胞的代谢旺盛、分裂能力强,其呼吸速率通常比成熟组织细胞的大;细胞呼吸与光照无关,所以高等植物在黑暗中可进行有氧呼吸也可进行无氧呼吸;若细胞同时进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸,则其吸收O2的量与释放CO2的量相等。
新知探究二　细胞呼吸原理的应用
问题探究
资料1:细胞呼吸的原理在生产和生活中有多种应用。作物栽培时人们需要适时中耕松土、适当灌溉;成熟的地瓜储藏在地下窖穴中;早春的蔬菜一般用地膜覆盖……
问题(1):细胞呼吸中酶的活性主要受哪些因素的影响
提示:温度和pH。
问题(2):说明外界环境中各种因素影响细胞呼吸作用的原理并画出曲线。
提示:①温度
Ⅰ.原理:细胞呼吸是一系列酶促反应,温度通过影响酶的活性进而影响细胞呼吸速率。
Ⅱ.曲线模型
②O2浓度
Ⅰ.原理:O2是有氧呼吸所必需的,且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。
Ⅱ.曲线模型
③CO2浓度
Ⅰ.原理:CO2是细胞呼吸的最终产物,积累过多会抑制细胞呼吸的进行。
Ⅱ.曲线模型
④含水量
Ⅰ.原理:水作为有氧呼吸的原料和环境因素影响细胞呼吸的速率。
Ⅱ.曲线模型
问题(3):结合氧气浓度对细胞呼吸强度的影响曲线图,解释图中Q、P、R点及QP段表示的生物学意义。
提示:Q点不耗O2,产生CO2 只进行无氧呼吸;
P点耗O2量=产生CO2量 只进行有氧呼吸;
QP段(不包含Q、P点)产生CO2量大于耗O2量 同时进行有氧呼吸和无氧呼吸;
R点产生CO2量最少 组织细胞呼吸作用最弱。
问题(4):在氧气浓度为0的条件下储藏水果、蔬菜是否更好
提示:氧气浓度为0时,细胞进行无氧呼吸,此时细胞呼吸总强度并不是最低,应在细胞呼吸总强度最低时对应的氧气浓度下进行储藏。
归纳总结
影响细胞呼吸的因素并不是单一的
若需要增强相关植物或器官的细胞呼吸强度,可采取供水、 、 等措施;若需降低细胞呼吸强度,可以采取干燥、 、 等措施。内部因素也会影响细胞呼吸的强度,如生物的遗传特性、器官种类、生长时期等。
升温
增氧
降低温度
降低氧气含量
资料2:利用液滴移动法判断呼吸类型及测定呼吸速率,装置如图,图中NaOH溶液的作用是吸收CO2。(以葡萄糖为底物,无氧呼吸产物只有酒精)
问题(5):有氧呼吸过程中,O2的消耗量与CO2的产生量(指物质的量)有什么关系
提示:相等。
问题(6):产酒精的无氧呼吸有O2消耗和CO2产生吗
提示:无O2消耗,但有CO2产生。
问题(7):结合问题(5)、(6)思考如何根据液滴移动判断细胞呼吸的类型 分析并说明。
提示:①若甲红墨水滴左移,乙红墨水滴不动,则只进行有氧呼吸。②若甲红墨水滴不动,乙红墨水滴右移,则只进行无氧呼吸。③若甲红墨水滴左移,乙红墨水滴右移,则既进行有氧呼吸,又进行无氧呼吸。
问题(8):如何进行物理误差的校正
提示:设置丙装置,除将装置中生物材料换为杀死的等量同种生物材料外,其余均与乙装置相同。
问题(9):说明利用甲装置进行呼吸速率的测定原理。
提示:植物有氧呼吸吸收O2,释放CO2,CO2被NaOH溶液吸收,使容器内气体压强减小,刻度管内的红墨水滴左移。可用单位时间内红墨水滴左移的距离表示呼吸速率。
问题(10):利用图甲测定植物组织呼吸速率时,需要注意哪些问题
提示:①若所放生物材料为绿色组织,整个装置必须遮光处理,否则生物材料的光合作用会干扰呼吸速率的测定。②为防止微生物呼吸对实验结果的干扰,应将装置及所测材料进行消毒处理。③为防止气压、温度等物理因素引起误差,应设置对照实验,除将所测定的生物材料灭活(将种子煮熟)外,其他条件均不变。
细胞呼吸方式和类型的判断
归纳总结
有氧
有氧
无氧
乳酸
有氧
无氧呼吸量
无氧
即时应用
3.如图表示光照、储藏温度对番茄果实呼吸强度变化的影响。下列有关叙述中不正确的是(　 　)
A.番茄果实细胞产生CO2的场所是线粒体和细胞质基质
B.光照对番茄果实呼吸的抑制作用在8 ℃时比15 ℃时更强
C.低温、黑暗条件下更有利于储藏番茄果实
D.储藏温度下降时果实呼吸减弱,可能与细胞内酶的活性降低有关
C
解析:番茄果实细胞既能进行有氧呼吸也能进行无氧呼吸,因此产生CO2的场所是线粒体和细胞质基质;由题图可知,光照对番茄果实呼吸的抑制作用在8 ℃时比15 ℃时更强;图示信息表明,光照条件下细胞呼吸比黑暗条件下细胞呼吸弱,所以低温光照条件下更有利于番茄果实的储藏;温度下降,细胞内酶的活性降低。
4.如图三个装置可用于探究萌发的种子的细胞呼吸方式及其产物,下列有关分析不正确的是(　 　)
A.甲装置可用于探究细胞呼吸是否产生热量
B.乙装置有色液滴向左移动,说明种子萌发只进行有氧呼吸
C.丙装置可用于探究萌发的种子的细胞呼吸是否产生CO2
D.三个装置中的种子都必须进行消毒处理,都需要设置对照实验
B
解析:甲装置中含有温度计,可用于探究呼吸作用是否产生热量;乙装置中NaOH溶液可吸收细胞呼吸产生的CO2,则有色液滴移动的距离代表呼吸消耗的氧气,因此该装置可用于探究萌发的种子是否进行有氧呼吸,但不能说明种子萌发只进行有氧呼吸;丙装置中澄清石灰水可检测CO2,因此该装置可用于探究萌发的种子的呼吸作用是否产生CO2;微生物也会进行呼吸作用,所以三个装置中的种子都必须进行消毒处理,都需要设置对照实验。
联系实际·素养落实
[科技情境]
研究人员分离出一种新型酵母菌株,利用这种菌株发酵农作物秸秆等木质纤维素,可比传统菌株发酵多产生约15.5%的乙醇。与目前市场上的酵母菌株相比,最新分离出的这种菌株具有耐热性,在40 ℃的环境下也能继续发酵,发酵性能不受糠醛等抑制剂影响,并能发酵纤维素中几乎全部有效成分,从而提高产量、降低成本。
知识迁移·培养能力
探究:(1)酵母菌的新陈代谢类型是什么
提示:异养兼性厌氧型。
(2)温度是如何影响该新型酵母菌发酵速率的
提示:温度通过影响酶活性进而影响发酵速率。
课堂小结
完善概念图 关键语句
1.产生CO2的不只是有氧呼吸,无氧呼吸产生酒精的过程中也有CO2的产生。
2.不是所有植物的无氧呼吸产物都是酒精和二氧化碳,玉米胚、甜菜块根、马铃薯块茎等植物组织的无氧呼吸产物为乳酸。
3.无氧呼吸的两种反应类型
随堂反馈
1.下列关于人体骨骼肌细胞无氧呼吸的叙述,错误的是(　 　)
A.产生的乳酸运至肝脏后可再生成葡萄糖
B.无氧呼吸只有第一阶段有[H]的产生
C.剧烈运动时细胞产生的CO2比例明显增加
D.可通过无氧呼吸快速利用有机物产生ATP,短时间内维持生命活动
C
解析:人体骨骼肌细胞无氧呼吸所产生的乳酸被运至肝脏再生成葡萄糖;无氧呼吸第一阶段才能够产生[H],第二阶段是丙酮酸被[H]还原成乳酸;人体细胞无氧呼吸不产生CO2,只有有氧呼吸时,线粒体才会产生CO2;人体可通过无氧呼吸快速利用有机物产生ATP,短时间内维持生命活动。
2.下列关于植物呼吸作用的叙述,正确的是(　 　)
A.高等植物只进行有氧呼吸,不能进行无氧呼吸
B.是否产生CO2是两种细胞呼吸方式的主要区别
C.与高等动物相比,植物细胞特有的细胞呼吸产物是乳酸
D.细胞呼吸产生的ATP可以穿过线粒体双层膜
D
解析:高等植物的根细胞在有氧条件下能进行有氧呼吸,在无氧条件下也能进行无氧呼吸生成酒精与二氧化碳;无氧呼吸会产生酒精和二氧化碳,是否产生CO2不能作为两种细胞呼吸方式的主要区别;有些植物无氧呼吸也会产生乳酸如马铃薯的块茎、玉米的胚等;有氧呼吸第二、三阶段产生的ATP可以穿过线粒体的双层膜,进入细胞质基质,为各项生命活动提供能量。
3.如图表示人体运动强度与血液中乳酸水平和氧气消耗速率的关系。下列说法正确的是(　 　)
A.ab段为有氧呼吸,bc段为有氧呼吸和无氧呼吸,cd段为无氧呼吸
B.无论图中何种运动强度下,肌肉细胞CO2的产生量始终等于O2的消耗量
C.bd段无氧呼吸时有机物中的能量大部分以热能的形式散失
D.c点之后,无氧呼吸急剧上升,且不再进行有氧呼吸
B
解析:分析题图曲线可知,ab段氧气消耗速率逐渐增加,血液中乳酸水平低且保持相对稳定,说明以有氧呼吸为主,bc段乳酸水平逐渐增加,说明无氧呼吸逐渐加强,cd段氧气消耗速率较高,血液中乳酸水平升高,说明该阶段在进行有氧呼吸的同时,无氧呼吸不断增强;人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸,有氧呼吸过程中O2的消耗量与CO2的产生量相等,因此无论题图中何种运动强度下,肌肉细胞CO2的产生量都等于O2的消耗量;无氧呼吸过程中有机物氧化分解不彻底,释放的能量少,大部分能量储存在不彻底的氧化产物乳酸中。
4.下列有关细胞呼吸原理的应用不正确的是(　 　)
A.花盆里的土壤板结后需要及时松土透气
B.储藏水果、粮食的仓库需要降低氧含量
C.皮肤破损较深或被锈钉扎伤后需要打破伤风疫苗
D.利用葡萄、麦芽和酵母在一直通空气的条件下可酿酒
D
解析:给花盆松土透气能够增加土壤的通气量,有利于植物的根系进行有氧呼吸,有利于根系生长,并能促进其吸收土壤中的无机盐;水果、粮食在充足的氧气条件下,能进行有氧呼吸,细胞代谢旺盛,有机物消耗多;在无氧条件下,细胞只进行无氧呼吸,不利于储藏;而在低氧条件下,有氧呼吸较弱,又能抑制无氧呼吸,所以细胞代谢缓慢,有机物消耗少;皮肤破损较深或被锈钉扎伤后,为避免破伤风芽孢杆菌的大量繁殖造成感染,要及时清理伤口并打破伤风疫苗;利用葡萄、麦芽和酵母酿酒是利用了酵母菌无氧呼吸产生酒精的原理,所以不能一直通空气。
5.图甲是细胞内部分生命活动示意图,其中①②③④表示生理过程,A、B、C、D表示生命活动产生的物质。图乙是某植物的非绿色器官CO2释放量和O2吸收量的变化。请据图回答下列相关问题。
解析:(1)图甲中①②③分别表示有氧呼吸第一、二、三阶段,①④分别表示无氧呼吸第一、二阶段,有氧呼吸第一阶段发生在细胞质基质中,第二阶段发生在线粒体基质中,第三阶段发生在线粒体内膜上,无氧呼吸两个阶段均发生在细胞质基质中,所以只有③有氧呼吸第三阶段发生在生物膜上。根据细胞呼吸过程中的物质变化可知,D表示乳酸;有氧呼吸三个阶段均产生能量,其中③第三阶段释放能量最多。
(1)图甲中在生物膜上发生的生理过程是　　　 　(填数字),D表示　　　　。产生能量最多的生理过程是　　　　(填数字)。
答案:(1)③　乳酸
(2)只完成图甲中生理过程①②③的氧浓度对应图乙中的　　　　。
(3)氧浓度为b时,植物细胞无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸的　　　　倍。
解析:(2)图甲中生理过程①②③表示有氧呼吸,由于有氧呼吸过程中吸收的氧气和释放的二氧化碳量相等,因此图乙中只进行有氧呼吸的氧浓度是d。
(3)氧浓度为b时,二氧化碳释放量为8,氧气的消耗量为3,根据有氧呼吸过程可知,有氧呼吸释放的二氧化碳量与消耗的氧气量相等,因此可知有氧呼吸释放的二氧化碳量为3,消耗的葡萄糖为1/2;而无氧呼吸释放的二氧化碳为8-3=5,消耗的葡萄糖为5/2,因此植物细胞无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸的5倍。
答案:(2)d　(3)5