生物人教版（2019）必修1 5.3细胞呼吸的原理和应用（共77张ppt）

(共77张PPT)
第3节 细胞呼吸的原理和应用
发酵生产葡萄酒的车间
问题探讨
有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放能量多，为细胞增殖提供充足的动力。
1.都是培养酵母菌，为什么有的通气有的需要密封？
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自身有什么意义？
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。
密封发酵时，酵母菌将有机物分解为酒精时，也能为自身的生命活动提供少量能量。
通气让酵母菌进行有氧呼吸,有利于酵母菌快速繁殖; 密封让酵母菌进行无氧呼吸,产生酒精。
一
细胞呼吸的方式
01
1. 呼吸作用实质：细胞内有机物的氧化分解，并释放出能量，因此也叫细胞呼吸。
细胞内
+ 有机物
+ 水
CO2
能 量
呼吸作用（本质）
O2
O2
呼吸（现象）
呼吸器官
血液循环
血液循环
呼吸器官
CO2
气体运输
+
【注意】呼吸≠呼吸作用
呼吸是指肺部CO2与O2进行气体交换的过程
.
2.探究酵母菌细胞呼吸的方式
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。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。
酵母菌的电镜照片（放大4750倍）
设计实验
提出问题
进行实验
验证假设、形成结论
作出假设
探究酵母菌细胞的呼吸方式
探究·实践
提出问题：根据对生活中对酵母菌了解或者查阅资料，提出问题。
做出假设：酵母菌在有氧条件下产生CO2 ，在无氧条件下产生CO2和酒精。
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；
…
探究·实践
设计实验：
自变量？
因变量？
如何控制自变量
如何检测因变量
控制那些可能影响实验结果的因素
方法步骤
材料用具等
细化
确定实验目的
控制无关变量
写出具体做法
探究·实践
设计实验：
自变量
因变量
有氧/无氧条件
是否产生酒精/CO
相同且适宜
无关变量
影响
温度、pH等
探究·实践
设计实验：
实验思路：分别给酵母菌提供有氧和无氧的条件，一段时间后检测其产物是否含酒精或CO2。
问题细化：
1、怎样控制有氧和无氧条件？
2、怎样检测有无酒精产生、有无CO2产生？如何比较CO2产生的多少？
3、怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？
解决问题：
1、怎样控制有氧和无氧条件？请设计出简易实验装置并思考：
有氧条件
装置连接
无氧条件
装置连接
2）B瓶为什么要封口放置一段时间，
再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶？
接气泵
A
10% NaOH
酵母菌培养液
澄清石灰水
B
酵母菌培养液
澄清石灰水
1）NaOH的作用是什么？
思考：
吸收通入空气中CO2，排除空气中CO2的干扰。
让酵母菌耗尽瓶内O2，造成无氧环境，确保产物是无氧呼吸产生的
2、怎样检测有无酒精产生？怎样检测有无CO2产生？如何比较CO2产生的多少？
（1）检测CO2
①使澄清石灰水变混浊（根据混浊程度检测CO2产生的多少）
②溴麝香草酚蓝：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，时间越短，CO2越多）
2、怎样检测有无酒精产生？怎样检测有无CO2产生？如何比较CO2产生的多少？
（2）检测酒精：
3、怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？
在酵母菌生长的适宜温度、pH下进行试验，以保证酵母菌高效活性。
酒精+重铬酸钾（浓硫酸溶液）：橙色→灰绿色
呼气式酒精检测仪（酒精气体传感器）
让司机呼出的气体直接接触到用硫酸处理过的重铬酸钾，如果呼出的气体中含有酒精，重铬酸钾会变成灰绿色。
汽车司机酒驾检测
饮酒驾车是指车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或者等于20mg/100ml，小于80mg/100ml的驾驶行为。
醉酒驾车是指车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或者等于80mg/100ml的驾驶行为。
与社会的联系
喝酒驾车危及生命！害人害己！
2.探究酵母菌细胞呼吸的方式
（1）实验原理
①酵母菌是单细胞真菌，有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。
②CO2的检测方法
a是否有CO2产生：澄清石灰水变混浊/溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。
bCO2产生多少：澄清石灰水混浊程度/溴麝香草酚蓝溶液变黄色时间的长短。
③酒精的检测方法
橙色的重铬酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应，变成灰绿色。
(2)实验假设
酵母菌在有氧情况下进行有氧呼吸，产生CO2，在无氧情况下进行无氧呼吸，产生CO2和酒精。
2.探究酵母菌细胞呼吸的方式
①配制酵母菌培养液：酵母菌+葡萄糖溶液
取20g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A（500mL）
和锥形瓶B（500mL）中，分别向瓶中注入240mL质量分数为5%的煮沸
冷却后的葡萄糖溶液。
煮沸：灭菌、除去葡萄糖溶液中的氧气。
为什么葡萄糖溶液需要煮沸后冷却再加入？
思考：
冷却：防止温度过高将酵母菌杀死。
酵母菌
（3）方法步骤
②实验装置
有氧呼吸装置
无氧呼吸装置
③检测CO2和酒精的产生
A
10% NaOH
酵母菌培养液
澄清石灰水
接橡皮球
（或气泵）
注意：
NaOH的作用：吸收CO2，保证通入酵母菌培养液中的气体不含CO2，避免对实验结果的干扰。
间歇性通空气的原因：使NaOH充分吸收CO2，保证使澄清石灰水变混浊的CO2为酵母菌产生。
B瓶封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的原因：让酵母菌将瓶中氧气耗尽，保证通入澄清石灰水的是无氧呼吸产生的CO2。
由于葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，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。
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
B
酵母菌培养液
澄清石灰水
有氧呼吸装置 无氧呼吸装置
澄清石灰水出现混浊所需时间及混浊程度 短且混浊程度较大 长且混浊程度较小
溴麝香草酚蓝溶液变色情况 变黄且时间短 变黄且时间长
酸性重铬酸钾变色情况 不变色 由橙色变成灰绿色
（4）实验现象
酵母菌既能进行有氧呼吸，也能进行无氧呼吸。
①有氧条件下，酵母菌细胞呼吸产生大量CO2。
②无氧条件下，酵母菌细胞呼吸产生酒精和少量CO2。
（5）实验结论
科学方法
对比实验
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，也叫相互对照实验。对比实验也是科学探究中常用的方法之一。
该实验有对照组吗？
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
二
有氧呼吸
外膜
内膜
DNA/RNA
核糖体
嵴
基质
分布有氧呼吸的酶
1. 主要场所：线粒体
（1）主要特点
①内膜向内折叠形成嵴,大大增加了内膜表面积。
②内膜和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶。
C6H12O6
2C3H4O3
少量能量
酶
2C3H4O3
4[H]
+
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
6CO2
6H2O
6H2O
酶
20[H]
少量能量
6O2
24[H]
12H2O
大量能量
2. 有氧呼吸过程
酶
第一阶段
C6H12O6
2丙酮酸C3H4O3
酶
4[H]
ATP
热能
能量
线粒体
场所：细胞质基质
①
C6H12O6
酶
+4 [H] +少量能量
2C3H4O3
2. 有氧呼吸过程
通常将NADH简化为[H]，读作还原氢，是氧化型辅酶Ⅰ（NAD+）转化成还原型辅酶Ⅰ（NADH）。
2. 有氧呼吸过程
第二阶段
线粒体
6CO2
20[H]
②
酶
6CO2 +20[H]+ 少量能量
2C3H4O3
+6H2O
2丙酮酸
酶
6H2O
ATP
热能
能量
C3H4O3
场所：线粒体基质
2. 有氧呼吸过程
第三阶段
线粒体
6CO2
20[H]
②
C6H12O6
2丙酮酸
酶
4[H]
①
酶
6H2O
ATP
热能
能量
ATP
热能
能量
C3H4O3
酶
12H2O + 大量能量
24[H] + 6O2
12H2O
6O2
酶
③
ATP
热能
大量
能量
场所：线粒体内膜
2. 有氧呼吸过程
有氧呼吸 反应场所 反应式
第一阶段
第二阶段
第三阶段
总反应式:
C6H12O6 + 6H2O+6O2 6CO2 +12H2O+能量
酶
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
C6H12O6→2C3H4O3＋4[H]＋少量能量
酶
2C3H4O3＋6H2O→6CO2＋20[H]＋少量能量
酶
24 [H]＋6O2→ 12H2O ＋大量能量
酶
2. 有氧呼吸过程
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
3. 有氧呼吸总反应式
（2）H原子运动：
（1）C原子运动：
（3）O原子运动：
C6H12O6
2C3H4O3
6CO 2
C6H12O6
4[H]
2C3H4O3+6H2O
20[H]
12H2O
C6H12O6
2C3H4O3+6H2O
6CO 2
6O2
12H2O
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。
4. 有氧呼吸概念
（1）有氧呼吸过程温和；
（2）有机物中的能量经过一系列化学反应逐步释放；
（3）有氧呼吸释放的能量部分储存在ATP中。
5.有氧呼吸特点
① 在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放2870kJ的能量，可使977.28kJ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（P93）
提示：转化效率34％；1molATP水解释放出30.54kJ，合成也是需要吸收30.54kJ，所以约使32mol ADP转化为ATP，其余1892.72kJ主要以热能的形式散失掉。
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？
思考·讨论（P93）
提示：可使有机物中的能量逐步转移到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，不损伤人体。
①反应式中的能量不能写成ATP，因为葡萄糖中的能量只有一部分储存在ATP中。
②反应式前后的H2O不能消去。反应过程中，在第二阶段消耗了水，而第三阶段生成了水。
③反应式中间不能用等号，要用箭头。
④反应条件“酶”不能省去。
易错提示
线粒体膜上没有葡萄糖载体；
线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。
思考·讨论
1.为什么线粒体不能直接氧化分解葡萄糖？
2.原核生物（如蓝藻、硝化细菌等）没有线粒体，但也能进行有氧呼吸的原因及场所是
原因：含有与有氧呼吸有关的酶
场所：细胞质和细胞膜内表面
三
无氧呼吸
2丙酮酸
（C3H4O3）
C6H12O6
酶
少量能量
4[H]
酶
酶
2酒精（C2H5OH）+2CO2
2乳酸（C3H6O3）
细胞质基质
1.无氧呼吸场所：细胞质基质
第一阶段：
第二阶段：
C6H12O6
酶
+ 4[H] +少量能量
2C3H4O3
2C3H6O3(乳酸)
+ 4 [H]
2C3H4O3
2CO2 + 2C2H5OH(酒精)
酶
酶
2.无氧呼吸过程
2丙酮酸
（C3H4O3）
C6H12O6
酶
少量能量
4[H]
酶
酶
2酒精（C2H5OH）+2CO2
2乳酸（C3H6O3）
细胞质基质
3.无氧呼吸总反应式（不同生物无氧呼吸的产物不同）
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+少量能量
酶
例：酵母菌、水稻根、苹果果实等大多数植物细胞等。
例：马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚、动物和人剧烈运动时骨骼肌细胞、哺乳动物成熟红细胞、乳酸菌等。
C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量
酶
（1）酒精途径
（2）乳酸途径
少部分合成ATP
4.无氧呼吸能量利用
有机物中化学能
大部分存留在酒精或乳酸中
少部分释放（只在第一阶段释放少量能量）
大部分以热能的形式散失
5. 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。
注：微生物的无氧呼吸叫做发酵。但工业上的发酵并非完全无氧，比如醋酸发酵。
酿酒是利用酵母菌无氧呼吸产生酒精。
酸奶是利用乳酸菌无氧呼吸产生乳酸。
①为生物体提供能量。
②生物体代谢的枢纽。
（2）意义：
丙酮酸
葡萄糖
氨基酸
甘油
6. 细胞呼吸
（1）概念：有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成CO2或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。
注：呼吸作用最常利用的是葡萄糖，细胞呼吸的底物不只有葡萄糖，脂肪等有机物都可以作为细胞呼吸的底物。
呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸
呼吸场所
条件
分解产物
能量
ATP 产生阶段
相同点
主要在线粒体内
细胞质基质
氧气、多种酶
无氧气参与，需要多种酶
葡萄糖等有机物彻底分解形成CO2和H2O
葡萄糖等有机物分解不彻底,形成酒精和CO2、乳酸
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
有氧呼吸三个阶段
均产生ATP
仅在第一个阶段产生ATP
有氧呼吸与无氧呼吸的比较
①第一个阶段反应完全相同，并且都是在细胞质基质内进行；
②两种呼吸作用方式实质相同：分解有机物，释放能量，合成ATP。
四
细胞呼吸的影响因素
C6H12O6 +6H2O +6O2
酶
6CO2 +12H2O+能量
温度
水
氧气
二氧化碳
1. 呼吸速率（强度）：单位时间内呼吸作用消耗的反应物的量或生成物的产生量（通常用单位时间内O2吸收量或CO2 释放量表示）。
2. 影响因素：温度、氧气、二氧化碳、水
（1）温度
①原理：温度通过影响酶的活性来影响呼吸强度。
温度
呼吸速率
②应用：零上低温储存蔬菜和水果；大棚栽培作物在夜间和阴天适当降温；温水和面发酵快。
温度
酶活性
最适温度
O2浓度
CO2释放量
无氧呼吸
P
CO2释放量
O2浓度
有氧呼吸
O
P
（2）O2浓度
①原理
绿色植物或酵母菌在完全缺氧条件下进行无氧呼吸，在低氧条件下通常无氧呼吸与有氧呼吸并存，O2的存在对无氧呼吸起抑制作用。在一定范围内，有氧呼吸强度随O2浓度的增加而增强。
1.0
B
R
O2浓度（%）
CO2释放量
O
CO2释放总量
C
有氧呼吸释放的CO2量
②曲线
5
10
15
A
无氧呼吸释放的CO2量
D
0.5
②曲线
A点： O2浓度=0，只进行无氧呼吸
B点：无氧呼吸与有氧呼吸CO2释放量相等
R点：CO2释放量最少，呼吸作用最弱，有机物消耗最少
②曲线
C点：无氧呼吸停止，有氧呼吸释放CO2量=CO2释放总量
D点：O2浓度=10%，无氧呼吸消失，只进行有氧呼吸
OD：同时进行有氧呼吸和无氧呼吸
AOC：无氧呼吸生成的CO2总量
思考：B点时，无氧呼吸与有氧呼吸CO2释放量相等，消耗的葡萄是否相等，若不等，其比值为多少？
C6H12O6
酶
2C2H5OH (酒精)＋ 2CO2 ＋少量能量
C6H12O6＋6H2O＋6O2 6CO2＋12H2O＋能量
酶
无氧呼吸：
有氧呼吸：
C6H12O6
酶
2C2H5OH (酒精)＋ 2CO2 ＋少量能量
C6H12O6＋6H2O＋6O2 6CO2＋12H2O＋能量
酶
产生CO2相等时，有氧呼吸与无氧呼吸消耗葡萄糖比例为1：3。
消耗葡萄糖相等时，有氧呼吸与无氧呼吸产生CO2比例为3：1。
无氧呼吸：
有氧呼吸：
注意
a 中耕松土促进植物根部有氧呼吸；
b 酿酒时先通氧气再密封；
c 细胞呼吸强度最弱（R点），对应的O2浓度适宜储藏粮食、水果和蔬菜。
③应用
①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，CO2 浓度越高，抑制作用越明显。
②应用：储藏果蔬、粮食适当增加CO2浓度，抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。
（3）CO2浓度
（4）水
②应用：
a 粮食在收仓前要进行晾晒处理；
b 干种子萌发前浸泡处理；
c 合理灌溉。
①原理：在一定范围内，细胞呼吸强度随含水量的增加而加快，超过一定范围，呼吸速率减慢，甚至死亡。
呼吸速率
含水量
粮食储存：
零上低温，低氧，干燥
水果蔬菜储存：
零上低温，低氧，一定湿度
细胞呼吸原理的应用
五
1.为什么包扎伤口要选用透气消毒纱布或创可贴？
2.为什么利用酵母菌酿酒要先通入一定量的无菌空气，再密封？
3.为什么要给作物及时松土？为什么水稻要定期排水？
4.为什么储藏水果粮食要降低温度和氧气含量等措施延长保质期？
5.为什么皮肤伤口较深要到医院及时注射破伤风抗毒血清？
6.为什么提倡慢跑？
自主阅读P95的6个资料，说说细胞呼吸原理在生活生产中有哪些应用？
选用“创可贴”等敷料包扎伤口，既为伤口敷上了药物，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。
酵母菌是兼性厌氧微生物。酵母菌在适宜的通气、温度和pH等条件下，进行有氧呼吸并大量繁殖；在无氧条件下则进行酒精发酵。
对于板结的土壤及时松土透气，可以促进根细胞有氧呼吸，有利于根系的生长和对无机盐的吸收。此外还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，促使这些微生物对有机物的分解，从而有利于植物对无机盐的吸收。
较深的伤口里缺少氧气，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。
有氧运动是指人体细胞充分获得氧的情况下所进行的体育锻炼。人体细胞通过有氧呼吸可以获得较多的能量。相反，百米冲刺等无氧运动，是人体细胞在缺氧条件下进行的高速运动。
物质的储存：
（1）储存粮食：适宜的低温，低氧，干燥（水分很少）。
（2）储存水果、蔬菜：适宜的低温，低氧，适宜的湿度。
细胞呼吸方式判断
六
反应物、产物 细胞呼吸方式
有水生成 一定存在有氧呼吸
消耗O2 一定存在有氧呼吸
有酒精或乳酸生成 一定存在无氧呼吸
无CO2释放 一定为产生乳酸的无氧呼吸
1.细胞呼吸方式的判断
（1）依据一
物质的量的关系 细胞呼吸方式
O2吸收量＝CO2释放量 只进行有氧呼吸（或同时产乳酸的无氧呼吸）
O2吸收量＜CO2释放量 有氧呼吸+产酒精的无氧呼吸，多出的CO2来自无氧呼吸
酒精量＝CO2释放 仅进行产酒精的无氧呼吸
酒精量＜ CO2释放 有氧呼吸+产酒精的无氧呼吸
1.细胞呼吸方式的判断
（2）依据二
注意：
若细胞O2吸收量大于CO2释放量，说明细胞呼吸的底物不只是糖类，可能还有脂肪等。
脂肪进行有氧呼吸时消耗O2的量≠产生CO2的量。
脂肪与葡萄糖相比含H量高，因此有氧呼吸消耗O2量大于产生CO2量，同时单位质量下产生的能量也较多。
.
①真核生物：无线粒体参与的一定是无氧呼吸，有线粒体参与的是有氧呼吸或两种呼吸并存。
②原核生物：呼吸作用发生在细胞膜和细胞质基质中。若产物中有酒精或乳酸，则一定有无氧呼吸。
1.细胞呼吸方式的判断
（3）依据三
（1）实验装置：欲确认某生物的细胞呼吸方式，应设置两套实验装置，如图所示（以发芽种子为例）：
2. 液滴移动法探究细胞呼吸方式
若种子进行有氧呼吸：
液滴左移，左移距离代表氧气的消耗量。
若种子进行酒精发酵：
液滴不动。
若种子进行乳酸发酵：
液滴不动。
①装置一测定有氧呼吸
若种子进行有氧呼吸：
液滴不移动。
若种子进行酒精发酵：
液滴右移，右移的距离代表无氧呼吸释放的CO2。
若种子进行乳酸发酵：
液滴不动。
②装置二测定产酒精的无氧呼吸
（2）实验现象与结论
实验现象 结论
装置一液滴 装置二液滴
不动
不动
只进行产乳酸的无氧呼吸或种子已死亡
不动
右移
只进行产生酒精的无氧呼吸
左移
右移
进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
左移
不动
只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸
（3）物理误差校正：
为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置。
对照装置与装置二相比，不同点是用“煮熟的种子”代替“发芽种子”，其余均相同。
口诀：
强碱看有氧；清水看无氧
乳酸看不出；死的做对照
本节结束