高中生物人教版（2019）必修1 5.3 细胞呼吸的原理和应用（共42张ppt）

(共42张PPT)
第3节 细胞呼吸的原理和应用
课标要求 核心素养
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。 1.生命观念：认同线粒体的结构特点与其作为有氧呼吸的主要场所相适应。
2．科学思维：构建有氧呼吸和无氧呼吸的过程模型，理解二者之间的关系。
3．社会责任：运用细胞呼吸原理，对生活和生产中的应用实例作出科学解释。
细胞呼吸：
呼吸：
机体与外界环境之间气体交换的过程。
高等动物的呼吸和细胞呼吸
？
酵母菌是一种单细胞真菌，它与人类的生活息息相关。做馒头、面包，酿酒等，都是利用酵母菌的呼吸作用。
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。
呼吸作用
细胞呼吸
1.提出问题：酵母菌什么条件下产生CO2，什么条件下产生酒精呢？
一、细胞呼吸方式
探究.实验
探究酵母菌细胞呼吸的方式
(一)实验原理
酵母菌细胞呼吸以葡萄糖作为底物时，通过测定在有氧条件和无氧条件下细胞呼吸的产物，来确定细胞呼吸作用的类型。
（二）实验方法：
对比试验:设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素与实验现象的关系。
一、细胞呼吸方式
1.提出问题
2.作出假设
3.设计实验
5.得出结论
6.交流讨论
4.进行实验
探究酵母菌细胞呼吸的方式
一、细胞呼吸方式
2.作出假设
同学们给出的答案可能有：
有氧条件下产生CO2，无氧条件下产生酒精；
有氧条件下产生酒精，无氧条件下产生CO2；
有氧条件下和无氧条件下都产生酒精和CO2 ；
有氧、无氧条件下都产生CO2，无氧条件下产生酒精；
…
如何作出假设？
根据自己已有的知识和经验，针对所提出的问题作出假设
如果已有知识和经验较少怎么办？
观察
实验
查阅资料
3.设计实验：
确定实验目的：
自变量是什么？
因变量是什么？
细化：
如何控制自变量？
如何检测因变量？
控制无关变量：
控制那些可能影响实验结果的因素
写出具体做法：
方法步骤
材料用具等
一、细胞呼吸方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
一、细胞呼吸方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
3.设计实验：
自变量
因变量
有氧/无氧条件
是否产生CO2/酒精
通气/密封
用澄清石灰水、酸性重铬酸钾溶液检测
细化：
CO2能使澄清石灰水变浑浊
酒精能使酸性重铬酸钾溶液由橙色变灰绿色
其它量保持一致
CO2能使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。
酵母菌培养液的浓度和体积、温度、PH等
浓硫酸溶液
一、细胞呼吸方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
运用下列元件分别搭建有氧呼吸和无氧呼吸装置
4.实验步骤：
取20g新鲜的食用酵母菌，分两等份，分别放入锥形瓶A和锥形瓶B中；
分别向瓶中注入240mL质量分数为5%的葡萄糖溶液；
搭建有氧呼吸装置和无氧呼吸装置；
培养、观察、检测、记录
气泵
为酵母菌的生命活动提供营养物质
有氧呼吸装置：
甲同学 E-A-D；
乙同学 ：E-C-A-D
无氧呼吸装置：
甲同学 B-D；
乙同学 ：B-D
A
B
C
D
E
一、细胞呼吸方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
4.实验步骤：
除去空气中的CO2
避免对实验结果造成影响。
B瓶先封口放置一段时间，再联通盛有澄清石灰水的锥形瓶，这是为什么？
让酵母菌消耗完瓶中原有氧气,确保生成的CO2是无氧呼吸产生的。
结果现象 澄清石灰水 （酸性）重铬酸钾
有氧
无氧
一、细胞呼吸方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
5.得出结论
酵母菌在有氧和无氧条件下均进行细胞呼吸。在有氧条件下，通过细胞呼吸产生大量的CO2，在无氧条件下通过细胞呼吸产生酒精和少量的CO2。
注意：取出滤液在试管中鉴定酒精，不能在锥形瓶中直接鉴定
本实验中哪个是对照组，哪个是实验组？
本实验的两组都是实验组
对比实验（相互对照实验）
　　设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来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。
科学方法
一、细胞呼吸方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
你如何确定通入A瓶的空气完全不含CO2？如何改进装置？
进一步探究
质量分数为10％
的NaOH溶液
酵母菌培养液
澄清的石灰水
接像皮球
（或气泵）
通过澄清的石灰水检测
1、酵母菌在有氧和无氧条件下进行细胞呼吸的产物是否相同？为什么只检测CO2并不能确定酵母菌的呼吸方式？
易错提示：
不相同。因为有氧和无氧条件下均可产生CO2。
2、如何确定酵母菌通过细胞呼吸产生的CO2量的多少？
3、如何确定酵母菌通过无氧呼吸产生的酒精的多少？
根据石灰水变浑浊的程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短。
根据重铬酸钾变成灰绿色所需时间的长短。
二、有氧呼吸
细胞呼吸
有氧呼吸
无氧呼吸
包括
科学家根据大量的实验结果得出结论
绝大多数生物的主要呼吸方式
酵母菌、许多真菌和细菌能够进行
知识回顾：线粒体（有氧呼吸的主要场所）
（1）分布：
普遍存在于真核细胞中
新陈代谢旺盛的细胞含量多
（如心肌细胞>表皮细胞 ）
（2）形态：
（光学显微镜下）
短棒状、圆球状、线形、哑铃形。
（3）结构
（电子显微镜下）
双层膜
基质（含有与有氧呼吸有关的酶，少量DNA、RNA和核糖体等。）
外膜
内膜（折叠成嵴，增大膜表面积。能附着更多的酶）
二、有氧呼吸
二、有氧呼吸
阅读课本92页-93页尝试在下图画中出有氧呼吸简要过程：
少能
ATP
热能
2丙酮酸(C3H4O3)
酶
二、有氧呼吸
1.有氧呼吸第一阶段
还原型辅酶Ⅰ
①细胞质基质
4[H]
酶
4[H]
20[H]
①细胞质基质
酶
ATP
热能
6CO2
6H2O
②线粒体基质
2.有氧呼吸第二阶段
2丙酮酸(C3H4O3)
少能
ATP
热能
2丙酮酸(C3H4O3)
少能
葡萄糖不能进入线粒体
二、有氧呼吸
12H2O
6O2
大能
ATP
热能
酶
③线粒体内膜
3.有氧呼吸第三阶段
酶
4[H]
20[H]
①细胞质基质
酶
ATP
热能
6CO2
6H2O
②线粒体基质
2丙酮酸(C3H4O3)
少能
ATP
热能
2丙酮酸(C3H4O3)
少能
二、有氧呼吸
有氧呼吸过程总结
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
第一阶段
场所:
物质能量变化：
第二阶段
场所:
物质能量变化：
第三阶段
场所:
物质能量变化：
C6H12O6→2丙酮酸＋4[H]＋少量能量
酶
2丙酮酸＋6H2O→6CO2＋20[H]＋少量能量
酶
24[H]＋6O2→12H2O＋大量能量
酶
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+ 12H2O +能量
酶
总反应式
元素追踪
*
*
二、有氧呼吸
对恒温动物维持体温具有重要意义
1．在细胞内，1 mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2 870 kJ的能量，可使977.28 kJ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
思考·讨论
有氧呼吸的能量转化效率大约为34%。
1 mol ATP水解释放30.54 kJ的能量，
因此，1 mol葡萄糖能够使约32 mol ADP转化为ATP。
二、有氧呼吸
在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870KJ的能量，可以使977.28KJ左右的能量储存在ATP中，其余能量则以热能散失
请计算这些能量大量能使多少ADP转化为ATP？
32mol
ATP
葡萄糖
热能
二、有氧呼吸
细胞在 的参与下，通过酶的催化作用，把 等有机物彻底氧化分解，产生 ，同时释放 ，生成
的过程。
氧气
葡萄糖
二氧化碳和水
能量
大量ATP
4.有氧呼吸的定义
5.有氧呼吸的特点
（1）过程温和
（2）有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放
（3）这些能量有相当一部分储存在ATP中
二、有氧呼吸
及时巩固
①
②
③
④
⑤
⑥
葡萄糖
丙酮酸
O2
少量能量
少量能量
大量能量
练一练
1.下列分别属于有氧呼吸的第几阶段：
①产生CO2的阶段（　　）
②产生H2O的阶段（　　）
③氧气参与的阶段（　　）
④产生ATP的阶段（ 　 　　　 ）
⑤产生ATP最多的阶段（　　）
二
三
三
一、二、三
三
2.产物 H2O 和 CO2 中的O分别来自什么物质？
H2O的O来自氧气
CO2的O来自葡萄糖和水
练一练
（一）场所：细胞质基质
（二）无氧呼吸的过程
第一阶段
C6H12O6
酶
2丙酮酸(C3H4O3)+4[H]+能量（少量）
①
第二阶段
②
酶
2C3H6O3（乳酸）
2丙酮酸
+ 4 [H]
2C2H5OH(酒精) + 2CO2
酶
2丙酮酸
+ 4 [H]
与有氧呼吸第一阶段相同
只在第一阶段释放少量能量
三、无氧呼吸
C6H12O6
酶
2C2H5OH（酒精）+ 2CO2 + 能量（少）
C6H12O6
酶
2C3H6O3（乳酸） + 能量（少）
（1）产生酒精
（2）产生乳酸
高等动物、乳酸菌、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等
大多数植物（苹果果实、水稻根）、酵母菌
总反应式
无氧呼吸的产物不同是由于酶不同
三、无氧呼吸
（三）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。
大部分能量存留在酒精或乳酸中
①物质转化：有机物 →
无机物CO2（部分生物）
不彻底的氧化产物
②能量转化：
（四）无氧呼吸的实质
有机物中稳定的化学能
不彻底的氧化产物中的化学能、ATP和热能。
三、无氧呼吸
（五）发酵
酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫发酵。
为生物体提供能量
生物体代谢的枢纽
酒精发酵
乳酸发酵
（六）细胞呼吸的意义
三、无氧呼吸
有氧呼吸与无氧呼吸的异同
有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 场所
条件
产物
能量释放
相同点 过程
实质
意义
细胞质基质、线粒体
线粒体
氧气、酶、适宜的温度
酶、适宜的温度
CO2、H2O
CO2、酒精或乳酸
大量
少量
第一阶段完全相同
分解有机物，释放能量，合成ATP
①为生物的各项生命活动提供能量；
②为体内其他化合物的合成提供原料
四、细胞呼吸原理的应用
为什么被锈钉扎伤或伤口很深时，需要注射破伤风疫苗，且用透气的创可贴或纱布包扎伤口？
避免破伤风杆菌无氧呼吸大量繁殖，引发破伤风。
抑制厌氧病原菌的繁殖，从而有利于伤口的痊愈
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。
酿酒时先通气，让酵母菌进行有氧呼吸使其大量繁殖
然后隔绝空气，使其发酵，产生酒精
四、细胞呼吸原理的应用
四、细胞呼吸原理的应用
葡萄糖→二氧化碳+水+释放能量（ATP）
根吸收无机盐
为什么农业生产中要通过中耕松土，提高农作产量？
稻田需要定期排水，否则水稻幼根因缺氧而变黑、腐烂。
长时间不排水导致水稻根的细胞进行无氧呼吸产生酒精，时间长了，酒精就会对根细胞产生毒害作用，使根系变黑、腐烂。
四、细胞呼吸原理的应用
四、细胞呼吸原理的应用
储藏水果、粮食的仓库，往往通过降低温度、降低氧气含量含量等措施，延长保质期。
减弱其呼吸作用，减少有机物的消耗以延长保质期
四、细胞呼吸原理的应用
提倡慢跑等有氧运动
有氧运动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
问题探讨
第三节
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？
通气可以给酵母菌提供呼吸需要的氧气，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。
2.为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？
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。
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？
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。
思维.训练
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和细菌的却不是这样。4.线粒体能像细菌一样进行分裂增殖。
【提示】这一论点包含两个要点：线粒体原本是一种独立生存的细菌，后来与真核细胞共生变成细胞内的结构。由此可见,证据1、证据3和证据4，能够支持这一论点，而论据2不支持。
练习与应用
一、概念检测1.某超市有一批过保质期的酸奶出现涨袋现象。酸奶中可能含有的微生物有乳酸菌、酵母菌等。据此分析涨袋现象的原因，判断以下解释是否合理。(1)是乳酸菌无氧呼吸产生气体造成的。（ ）(2)如果有酒味，可能是酵母菌无氧呼吸造成的。（ ）2.下图表示某种植株的非绿色器官在不同氧气浓度下，O2的吸收量和CO2的释放量的变化。下列叙述正确的是（ ）
A.氧气浓度为0时，该器官不进行呼吸作用B.氧气浓度在10%以下时，该器官只进行无氧呼吸C.氧气浓度在10%以上时，该器官只进行有氧呼吸D.保存该器官时，氧气浓度越低越好3.将酵母菌培养液进行离心处理。把沉淀的酵母菌破碎后，再次离心处理为只含有酵母菌细胞质基质的上清液和只含有酵母菌细胞器的沉淀物两部分，与未离心处理过的酵母菌培养液分别放入甲、乙、丙3支试管中，并向这3支试管内同时滴入等量、等浓度的葡萄糖溶液。在有氧条件下，最终能产生CO2和H2O的试管是 （ ）A.甲 B.丙 C.甲和乙 D.丙和乙
×
√
C
B
二、拓展应用1.松土是许多农作物栽培中经常采取的一项措施。试分析农田松土给农作物的生长、当地的水土保持以及全球气候变暖等方面可能带来的影响，并指出如何尽量减少不利影响。
【提示】松土透气可以使根部细胞进行充分的有氧呼吸，从而有利于根系的生长和对无机盐的吸收，促进作物生长，吸收更多的CO2，缓解全球气候变暖现象；增强根系的水土保持能力；避免根细胞由于无氧呼吸产生酒精对根系造成的伤害。此外，松土透气还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，促使这些微生物对土壤有机物的分解，为植物生长提供更多的CO2，也有可能导致局部大气CO2。松土不当，可能伤害植物根系；要根据不同植物、植物不同的生长阶段等，采取不同的松土方法。
第三节
练习与应用
2.有氧呼吸过程是否含有无氧呼吸的步骤？结合地球早期大气中没有氧气以及原核细胞中没有线粒体等事实，想一想，地球早期的单细胞生物是否只能进行无氧呼吸？你体内的骨骼肌细胞仍保留着进行无氧呼吸的能力，这是否可以理解为漫长的生物进化史在你身上留下的印记？
【提示】有氧呼吸第一阶段与无氧呼吸第一阶段完全相同，都不需要氧气，都与线粒体无关。联想到地球的早期以及原核细胞的结构，可以大胆作出这样的推测:在生物进化史上先出现无氧呼吸，而后才出现有氧呼吸。继而推测，地球早期的单细胞生物只进行无氧呼吸，体内骨骼肌细胞保留进行无氧呼吸的能力，可以理解为漫长的生物进化史在人类身上留下的印记，同时也可以理解为人体在进行长跑等剧烈运动时，在供氧不足的情况下，骨骼肌细胞保留一定的无氧呼吸来供能，有一定的适应意义。
第三节
练习与应用