生物人教版（2019）必修1 5.3 细胞呼吸的原理和应用（共43张ppt）

(共43张PPT)
第3节 细胞呼吸的原理及应用
问题探讨
酵母菌细胞富含蛋白质，可以用作饲料添加剂。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，却需要密封发酵。
讨论：
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？
通气可以给酵母菌提供细胞呼吸需要的氧气，利于酵母菌进行旺盛的细胞分裂；密封则是避免空气进入，便于酵母菌在无氧条件下分解有机物产生酒精。
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。
密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精的同时，能为自己的生命活动提供少量能量。
酵母菌的相关资料
酵母菌是单细胞真菌，广泛分布于自然界中，尤其是葡萄等水果和蔬菜上更多。酵母菌与我们的生活有着密切的关系。
在通风情况下，酵母菌发酵面团，可以制成松软多孔的馒头、面包；但在密闭的情况下，发面会有酒精味。
酿酒时，用塑料膜密封酒缸口一段时间后会发现塑料膜微微鼓胀。
酵母菌的电镜照片（放大4750倍）
探究·实践
探究酵母菌细胞呼吸的方式
实验原理
酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。设计和进行对比实验，分析有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的情况
提出问题
1
酵母菌是否在有氧和无氧条件下都能进行呼吸？其呼吸产物是否相同？
做出假设
2
酵母菌在有氧条件下，产生二氧化碳，在无氧条件下产生酒精和二氧化碳
设计实验
3
自变量是什么？如何控制？因变量是什么？如何检测？
a. 怎样控制有氧和无氧的条件？
b.怎样鉴定有无酒精产生？怎样鉴定有无CO2产生？如何比较CO2产生的多少？
c. 怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？
氧气的有无
如何控制氧气的有无？
装置1
装置2
无氧气
有氧气
实验的自变量：
4
实验的观测指标
5
如何鉴定有无酒精产生
在酸性条件下与橙色的重铬酸钾溶液发生反应变成灰绿色
如何鉴定有无CO2产生
①使澄清的石灰水变混浊。
②使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。
酵母菌的生活状态
如何保证整个实验过程中酵母菌的生活状态
加入营养物质，如加入葡萄糖溶液控制适宜的温度，如25-35℃
6
B瓶应封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶。想一想，这是为什么？
质量分数为10%的NaOH溶液
酵母菌培养液
澄清的石灰水
A
接橡皮球
（或气泵）
甲组
酵母菌培养液
澄清的石灰水
B
乙组
A瓶在酵母菌培养液前加一个NaOH溶液，为什么？
9
装置一现象？
结论：
有氧条件下，酵母菌细胞呼吸产生了二氧化碳
空气
装置一
A
装置二
B
装置二现象？
结论：
无氧条件下，酵母菌细胞呼吸产生了二氧化碳和酒精
对比实验与对照实验
设置两个或两个以上的实验组，其实验组的结果是未知的
对比实验
设置实验组和对照组，其实验组的结果是未知的，对照组的结果是可预知的
对照实验
实验一：将酵母菌细胞破碎后进行离心处理，获得上清液和沉淀物两部分，与未离心、处理过的酵母菌培养液分别加入等量的氧气、葡萄糖、荧光素和荧光素酶，一段时间后，检测各试管的变化情况。
分别加入等量的氧气、葡萄糖、荧光素和荧光素酶
1
2
3
只含线粒体
只含细胞质基质
含细胞质基质和线粒体
一段时间后，各试管的实验结果
葡萄糖的量不变，没有荧光出现
葡萄糖的量减少，有丙酮酸生成，微弱荧光出现
葡萄糖的量减少，有CO2以及较强的荧光出现
上清液
沉淀物
未离心处理过的酵母菌培养液
请分析自变量、因变量，判断实验目的
葡萄糖 2丙酮酸+4[H]+少量能量
酶
实验二：使用超声波将线粒体破碎，分离线粒体膜状结构和线粒体基质，加入等量的氧气、葡萄糖、荧光素和荧光素酶，一段时候后，检测各试管的变化。
分别加入等量的氧气、丙酮酸、荧光素和荧光素酶
4
5
6
只含线粒体膜状结构
只含线粒体基质
含线粒体膜状结构和线粒体基质
一段时间后，各试管的实验结果
丙酮酸的量不变，没有荧光出现
丙酮酸减少，产生CO2，微弱荧光出现
丙酮酸减少，产生CO2，较强的荧光出现
2丙酮酸+6H2O 20[H]+6CO2+少量能量
酶
实验三：超声波震碎了线粒体之后，内膜自然卷成了颗粒朝外的小囊泡。这些小囊泡具有氧化【H】的功能。当用胰蛋白酶处理后，这些小囊泡不再具有氧化【H】的功能。当把这些小颗粒装上去之后，小囊泡重新具有了氧化【H】的功能。这些小颗粒后被证实是一系列线粒体内膜上的酶。通过以上事实可以确定在线粒体内膜上发生了什么样的反应？
24[H]+6O2 12H2O+大量能量
酶
一.有氧呼吸
1.主要场所：线粒体
①外膜
②内膜
③嵴
④线粒体基质
向内折叠
线粒体基质和内膜上含有许多种与有氧呼吸有关的酶
2.过程：
第一阶段
①场所：
细胞质基质
②物质变化和能量变化
葡萄糖
丙酮酸
【H】
少量能量
酶
葡萄糖
2丙酮酸+4【H】+少量能量
酶
C6H12O6
酶
2C3H4O3 +4【H】+少量能量
有机物中稳定的化学能
热能和ATP中活跃的化学能
物质变化：
能量变化：
2.过程：
第二阶段
①场所：
线粒体基质
②物质变化和能量变化
葡萄糖
丙酮酸
【H】
少量能量
酶
丙酮酸+H2O
CO2+【H】+少量能量
酶
2C3H4O3+6H2O
酶
6CO2 +20【H】+少量能量
有机物中稳定的化学能
热能+ATP中活跃的化学能
CO2
【H】
H2O
少量能量
物质变化：
能量变化：
2.过程：
第三阶段
①场所：
线粒体内膜
②物质变化和能量变化
葡萄糖
丙酮酸
【H】
少量能量
酶
24【H】+6O2
12H2O+大量能量
酶
【H】中活跃的化学能
热能+ATP中活跃的化学能
CO2
【H】
H2O
少量能量
O2
H2O
大量能量
酶
酶
物质变化：
能量变化：
葡萄糖
少量能量
[H]
H2O
[H]与O2结合
[H]
CO2
少量能量
大量能量
细胞质基质
有氧呼吸过程示意图
H2O
O2
丙酮酸
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量
酶
3.概念：
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。
氧原子的去路
6O2
12H2O
C6H12O6+6H2O
6CO2
4.特点：（同有机物体外的燃烧相比）
①过程温和（常温、常压）
②能量逐步释放
③释放的能量有一部分储存在ATP中
5.能量转化效率：
1mol葡萄糖彻底氧化分解，释放能量2870KJ.其中977.28KJ储存在ATP分子中
①转化效率=
977.28/2870*100%=34%
②产生ATP分子数=977.28/30.54=32mol
③
32molATP
第一阶段：
第二阶段：
第三阶段：
2mol
2mol
28mol
抢答题.看谁最快
1、哪个阶段产生CO2？
2、哪个阶段有氧气参与反应？
3、哪个阶段产生能量最多？
7、能产生ATP的场所是？
在有氧呼吸过程中
细胞质基质、线粒体
5、哪个阶段产生水？
4、哪个阶段有水参与？
6、哪个阶段产生[H]最多
第二阶段
第三阶段
第三阶段
第二阶段
第三阶段
第二阶段
C6H12O6
丙酮酸+[H]
酶
酶
2CO2+C2H5OH
2C3H6O3
少量能量
第一阶段
第二阶段
二.无氧呼吸
阅读教材94页，请归纳无氧呼吸的反应物、场所、产物、过程、意义
⑴以酒精和二氧化碳为呼吸产物的无氧呼吸：
C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+ 2CO2 + 能量
酶
①反应式：
②常见例子：
水稻根、苹果果实等绝大多数高等植物在缺氧时可进行这样的反应；
酵母菌在缺氧时也可进行这样的反应。
⑵以乳酸为呼吸产物的无氧呼吸：
①反应式：
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+ 能量
酶
②常见例子：
高等动物和人在剧烈运动时骨胳肌细胞会进行这样的呼吸；
某些高等植物的某些器官在缺氧时也可进行这样的呼吸，如马铃薯块茎、玉米胚、甜菜块根等；
某些微生物，如乳酸菌也进行这样的呼吸。
（3）
请对比有氧呼吸的概念，概括无氧呼吸的概念,再总结出细胞呼吸的概念
无氧呼吸的概念
有氧呼吸
无氧呼吸
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
释放大量能量，生成大量ATP的过程。
细胞在无氧的条件下
通过多种酶的催化作用
把葡萄糖等有机物不完全氧化分解
产生酒精和二氧化碳或乳酸
释放少量能量，生成少量ATP的过程。
细胞呼吸
有机物在细胞内经过一系列氧化分解
生成二氧化碳或其他产物
释放能量并生成ATP的过程
（4）有氧呼吸与无氧呼吸之间的区别
呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 场所
条件
分解产物
能量
ATP产生阶段
相同点
细胞质基质、线粒体
细胞质基质
氧气、多种酶
无氧气参与、多种酶
葡萄糖彻底分解为CO2和H2O
葡萄糖分解不彻底，形成乳酸或酒精和CO2
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
三个阶段均产生ATP
仅在第一阶段产生ATP
第一阶段反应完全相同，并且都是在细胞质基质内进行。
两种呼吸作用方式实质相同，都能够分解有机物，释放能量
三. 细胞呼吸在生产实践中的应用
1.糯米的作用？
2.糯米为什么要事先蒸一下
3.加水时为什么不加开水和自来水，而加凉开水？
4.糯米罐中糯米为什么不加满？
5.发酵罐为什么要密封？
思考：
包扎伤口时，需要选用透气的消毒纱布或“创可贴”等敷料
利用麦芽、葡萄、粮食和酵母菌以及发酵罐等，在控制通气的情况下，可以生产各种酒
花盆里的土壤板结后，空气不足，会影响根系生长，需要及时松土透气。
储藏水果、粮食的仓库，往往要通过降低温度、降低氧气含量等措施，来减弱水果、粮食的呼吸作用，以延长保质期。
破伤风由破伤风芽孢杆菌引起，这种病菌只能进行无氧呼吸。皮肤破损较深或被铁绣钉扎伤后，病菌就容易大量繁殖。
提倡慢跑等有氧运动的原因之一是；有氧呼吸能避免肌细胞因供氧不足进行无氧呼吸产生大量乳酸。乳酸的大量积累会使肌肉酸胀乏力。
思维训练 运用证据和逻辑评价论点
关于真核细胞线粒体的起源，科学家提出了一种解释:约几十亿年前，有一种真核细胞吞噬了原始的需氧细菌，被吞噬的细胞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细胞器。

以下哪些证据支持这一论点，哪些不支持这一论点
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和细菌的却不是样。
4.线粒体能像细菌一样进行分裂增殖。

支持:
不支持:
1、3、4
2
①写出产物为酒精的无氧呼吸反应式
③写出有氧呼吸第一阶段的反应式
②写出产物为乳酸的无氧呼吸反应式
④写出有氧呼吸第二阶段的反应式
⑤写出有氧呼吸第三阶段的反应式
⑥写出有氧呼吸总的反应式
项目 规律 举例
遗传特性
器官类型
生长发育阶段
四.影响细胞呼吸的因素及应用
1.内因：
②同一生物的不同器官或组织，呼吸速率不同。
③同一器官不同生长发育阶段，呼吸速率不同。
旱生植物小于水生植物
①不同生物种类，呼吸速率不同。
阴生植物小于阳生植物
生殖器官大于营养器官
幼苗期、开花期植株器官
的呼吸速率高，成熟期呼
吸速率低
（以植物为例）
2.外因：
（环境因素）
①温度
温度通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸速率，如植物等。
温度
呼吸速率
0
注意：恒温动物具有体温调节能力，体温不会随着外界温度变化而变化，因此，细胞呼吸速率不会随着温度变化呈现如图所示的变化。
相反地，在外界温度低时，恒温动物会通过增加呼吸速率来增加产热进而维持体温恒定。
应用：
a.冰箱（零上低温储存蔬菜和水果）
b.大棚夜间或阴雨天适当降低温度
目的：降低呼吸作用消耗有机物的量，从而增加农作物的产量
PH
呼吸速率
0
②PH
PH通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸速率.
应用：
微生物发酵时依据生物种类调整PH
氧气浓度
呼吸速率
0
③氧气浓度
氧气浓度
呼吸速率
0
甲
氧气浓度对有氧呼吸速率的影响
乙
氧气浓度对无氧呼吸速率的影响
甲：
一定范围内，有氧呼吸速率随氧气浓度升高而增大，但氧浓度达到一定值时，不再增加。
（底物的量或酶的量限制）
乙：
无氧呼吸速率随氧气浓度升高而受抑制，但氧浓度达到一定值时，被完全抑制。
氧气浓度对酵母菌（或植物非绿色器官）的呼吸速率的影响
氧气浓度
CO2释放量
0
a
b
c
细胞呼吸
有氧呼吸
无氧呼吸
（1）氧气浓度为0时，有氧呼吸速率为0，无氧呼吸速率最大，有机物消耗较多
（2）氧气浓度为0~b时，有氧呼吸和无氧呼吸同时存在，有氧呼吸速率增大，无氧呼吸速率减小
（3）氧气浓度为a时，有氧呼吸速率较弱，无氧呼吸速率减弱，细胞呼吸较弱，消耗有机物较少。
（4）氧气浓度为b时，无氧呼吸被完全抑制，细胞呼吸即为有氧呼吸。
（5）氧气浓度为c时，有氧呼吸达到最大时的最小氧气浓度，再增加氧气浓度，呼吸速率不再增加。
（储存蔬菜、水果、粮食等，应控制氧气浓度为a（或a附近））
（限制因素可能是呼吸底物的量或酶的量与酶的活性等）
A
B
C
D
④含水量
含水量
呼吸速率
0
在一定范围内，含水量越高，呼吸速率越大
应用：
粮食储存：
水果蔬菜储存：
零上低温，低氧，干燥
零上低温，低氧，一定湿度
⑤CO2浓度
超过大气含量的高浓度CO2使呼吸速率显著降低
CO2浓度
呼吸速率
0
应用：
增加CO2浓度可以使蔬菜水果保鲜
CO2是细胞呼吸的产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行
五. 呼吸速率的测定
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量
酶
有机物消耗量
O2吸收量
CO2释放量
1.测定O2消耗速率
红色液滴
NaOH溶液
萌发的种子
①单位时间内红色液滴向左移动的距离代表单位时间内氧气的消耗量
②如果待测生物是植物的话，需要对装置进行遮光，防止植物进行光合作用而干扰呼吸速率的测定
红色液滴
NaOH溶液
萌发的种子
红色液滴
NaOH溶液
煮沸的种子
实验组
对照组
③如何排除温度等非生物因素等对实验结果的干扰？
对照组：
用等量的死的生物代替实验组中的生物，其他与实验组完全相同
实验组中液滴的移动是由生物因素（种子的呼吸作用）和非生物因素（如温度、压强等）引起的
对照组中液滴的移动只是非生物因素（如温度、压强等）引起的
若实验组单位时间内液滴左移a，若对照组单位时间内液滴左移b或右移c。
则由种子呼吸引起的液滴移动为： 。
a-b或a+c
2.测定CO2释放速率
萌发的种子
CO2传感器
3.测定有机物的消耗速率
m1g
取下
烘干称重
黑暗6小时
m2g
取下
烘干称重
呼吸速率=
m1-m2
6