5.3 细胞呼吸的原理和应用 学案

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5.3 细胞呼吸的原理和应用 课前案
【学习目标】
1.通过探究酵母菌的细胞呼吸方式，说出细胞呼吸的类型。
2.描述线粒体适于进行有氧呼吸的结构，说明有氧呼吸过程中物质与能量的变化。
【重难点】
1.说出线粒体的结构和功能，理解线粒体是有氧呼吸的主要场所。
2.有氧呼吸的过程和原理。 3.探究酵母菌的细胞呼吸方式。
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
请仔细阅读教材第90～92页，完成下面的问题。
1．酵母菌作为实验材料的原因
酵母菌在________的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。
2．不同条件下的装置[填图]
(1)有氧条件装置： （2）无氧条件装置：
3．检测细胞呼吸产物所用试剂与现象[填表]
检测产物 所用试剂 实验现象
二氧化碳 澄清的石灰水 ________
________ 由蓝变绿再变黄
酒精 (酸性)重铬酸钾溶液 橙色变成________
4．结论：酵母菌的呼吸方式：
二、有氧呼吸
请仔细阅读教材第92～93页，完成下面的问题。
1．主要场所——线粒体[据图填空]
(1)写出序号代表的结构名称：
①____________；②__________；③____________。
(2)与有氧呼吸有关的酶分布在：________。
(3)线粒体的分布：集中在________的部位。
2．化学反应式
3．物质转化过程
4.能量转化[填图]
三、无氧呼吸
请仔细阅读教材第94页，完成下面的问题。
类型及反应式
2．场所： 。
3．过程
(1)第一阶段：与________的第一阶段完全相同。
(2)第二阶段：________在不同酶的催化作用下，分解成 ，或者转化成乳酸。
四、细胞呼吸原理的应用
请仔细阅读教材第94～95页，完成下面问题。
1.包扎伤口时，需要选用________的消毒纱布。
2.酿酒时要先通气后密封，通气的目的是____________、密封的目的是______________。
3．对花盆里的土壤经常进行______________。
4．粮食贮藏需要的条件是____________；蔬菜、水果贮藏的条件是____________和适宜的____________。
5．判断有关叙述的正误
(1)无氧呼吸的全过程都在细胞质基质中进行(　　)
(2)无氧呼吸和有氧呼吸的第一阶段完全相同(　　)
(3)无氧呼吸的两个阶段都能产生ATP(　　)
(4)苹果储存久了会有酒味产生(　　)
(5)稻田定期排水有利于根系进行有氧呼吸，防止幼根黑腐(　　)
5.3.1 细胞呼吸的原理和应用 课中案
【导】
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。
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？
【思】
1.细胞呼吸的概念？实质？细胞呼吸的类型？
2.酵母菌的代谢类型？生物类型？呼吸类型？酵母菌呼吸产物中二氧化碳和酒精的检测方法？
3.有氧呼吸的过程。
【议】
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
1.该实验的自变量是什么？如何设置自变量？
2.该实验的因变量是什么？如何检测因变量？请完善下表。
因变量 检测方法
澄清石灰水变混浊的程度
是否有酒精产生 　　　　的　　　　　　　　　　　　　　在　　　　条件下可与酒精发生化学反应，使溶液变成　　　　　　。可通过观察溶液颜色是否变化来确定
3.该实验的无关变量有哪些？如何控制无关变量？
4.某课外活动小组想探究酵母菌细胞在有氧条件下的细胞呼吸情况，用如图装置作为备选装置。
①该课外活动小组应该选用的装置序号及正确排序是　　　　　　　　　　。
②C装置中的质量分数为10%的NaOH溶液有什么作用？
5.该实验有没有对照组？
有氧呼吸
有氧呼吸的概念？场所？三个阶段发生的场所、反应物、生成物、释放能量多少总分应式、能量的去向分别是什么？
【展】 学生展示讨论结果
【评】
【检】 总结本节所学
【练】 完成课后案
5.3.2 细胞呼吸的原理和应用 课中案
【导】回顾上节所学知识
【思】
1.无氧呼吸的概念？场所？两个阶段发生的场所、反应物、生成物、释放能量多少总分应式、能量的去向分别是什么？
2.有氧呼吸和无氧呼吸的相同点和不同点分别是什么？
3.影响细胞呼吸的因素及应用分别是什么？
【议】
无氧呼吸
无氧呼吸的概念？场所？两个阶段发生的场所、反应物、生成物、释放能量多少总分应式、能量的去向分别是什么？
有氧呼吸和无氧呼吸的比较
项目 有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 条件
场所
分解程度
产物
能量释放
相同点 反应条件
本质
过程
意义
【展】 学生展示讨论结果
【评】
影响细胞呼吸的因素及应用
内因——遗传因素（决定酶的种类和数量）
（1）不同种类的植物，细胞呼吸速率不同 如：旱生植物＜水生植物，阴生植物＜阳生植物
（2）同一植物在不同的生长发育时期，细胞呼吸速率不同 如：幼苗期 & 开花期＞成熟期
同一植物的不同器官，细胞呼吸速率不同 如：生殖器官＞营养器官
外因——环境因素
温度 ①原理：影响呼吸酶的活性 ②曲线图（见右图）
③应用：·零上低温（冰箱冷藏）储存食品，减少有机物的消耗
·大棚栽培在夜间和阴天适当降温以降低呼吸作用消耗的有机物，增加有机物的积累
·温水和面能加快酵母菌的无氧呼吸，产生更多CO2，面团发得快
（2）CO2浓度 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
高浓度CO2对细胞呼吸有明显的抑制作用 ②曲线图（见右图）
③应用：·在蔬菜和水果保鲜中，增加CO2浓度可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗
（3）含水量 ①原理：一定范围内，自由水含量越多，代谢越旺盛，细胞呼吸越强 ②曲线图
③应用：·粮食在收仓前要进行晾晒处理，减少水分，降低呼吸消耗
·干种子萌发前要进行浸泡处理，增加含水量，增大细胞呼吸强度
·水果、蔬菜储存时要保持一定的湿度
（4）O2浓度 ①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.一定范围内，O2能促进有氧呼吸、抑制无氧呼吸②曲线图（前提：底物→葡萄糖，无氧呼吸产物→酒精）
③应用：·中耕松土促进植物根部有氧呼吸
·稻田定期排水，抑制无氧呼吸产生酒精，防止酒精中毒，烂根死亡
·选用透气消毒纱布包扎伤口，抑制破伤风杆菌等厌氧微生物的无氧呼吸
·提倡慢跑，防止肌细胞无氧呼吸产生乳酸
注意：粮食储藏时的条件是低O2、高CO2、干燥、零上低温；水果、蔬菜保鲜时的条件是低O2、高CO2、一定湿度、零上低温
【检】 总结本节所学
【练】 完成课后案
5.3 细胞呼吸的原理和应用 课后案
1．如图为“探究酵母菌细胞呼吸方式”的实验装置，下列相关叙述错误的是（　　）
A．在相同时间内B瓶中酵母菌释放的热量比D瓶的多
B．取D瓶中的溶液加入酸性重铬酸钾，溶液会变成灰绿色
C．为减少实验误差，D瓶酵母菌培养液配好后要立即连接E瓶
D．通过观察澄清石灰水是否变混浊不能判断酵母菌的呼吸方式
2．关于生物学原理在农业生产上的应用，下列叙述正确的是（ ）
A．快速登山时，人体的能量主要来自有机物不彻底氧化分解的过程
B．“低温、干燥、无 O2储存种子”，更能降低细胞呼吸，减少有机物的消耗
C．萌发初期，种子的代谢加快，有机物种类增加
D．“轮作”利用了不同作物对光照强度的充分利用，提高了光能利用率
3．百米冲刺时，运动员骨骼肌细胞中产生的CO2来自于（ ）
A．细胞溶胶 B．线粒体基质
C．线粒体内膜 D．细胞溶胶和线粒体基质
4．关于细胞呼吸在生产和生活中的应用，下列叙述错误的是（ ）
A．选择透气性好的创可贴，抑制厌氧病菌的繁殖
B．大棚种植夜间适当降低温度，可以提高产量
C．制作馒头时，酵母菌细胞呼吸产生CO2使面团蓬松
D．在剧烈运动时，肌肉细胞只进行厌氧呼吸
5.为探究酵母菌细胞呼吸的方式，某研究小组利用图中a、b、c、d装置进行实验。下列叙述错误的是
A．若探究厌氧呼吸可选择的装置及连接顺序为d→b
B．若探究需氧呼吸可选择的装置及连接顺序为c→b→a→b
C．可在b瓶中加入酸性重铬酸钾用于检测是否产生酒精
D．不能通过装置中的b瓶是否变浑浊来判断呼吸方式
6.在动物细胞中，葡萄糖的部分代谢过程如下图。其中①～③表示有关生理过程。下列叙述正确的是（ ）
A．①阶段葡萄糖中的能量大部分以热能的形式散失
B．②阶段丙酮酸被彻底分解为CO2，产生少量ATP
C．③阶段发生在线粒体基质中，产生H2O
D．人在缺氧时的产物可用酸性重铬酸钾溶液检测
7．如图表示不同O2浓度下小麦种子CO2释放量和O2吸收量的变化情况，假设呼吸底物均为葡萄糖，下列有关说法错误的是（ ）
A．氧气浓度为C时，1/4的葡萄糖用于小麦种子的需氧呼吸
B．氧气浓度为E时，小麦种子只进行需氧呼吸
C．氧气浓度为0时，最适合用于储存小麦种子
D．两条曲线的差值，表示该O2浓度下单位时间厌氧呼吸释放的CO2量
8．下图为细胞呼吸的图解，数字表示生理过程，字母表示物质。下列叙述正确的是（ ）
A．①②③过程释放的能量大部分用于e的合成
B．图中的b和c表示的是同一种物质
C．人体的骨骼肌细胞会发生图中所有的代谢过程
D．②③过程所需要的酶均位于线粒体基质
9．下图为人体细胞呼吸过程示意图，字母表示物质（A为生物大分子），数字表示代谢过程，据图回答下列问题：
(1)若A为淀粉，则①过程属于 反应（填“水解”、“氧化”或“还原”），发生在 （填“细胞内”或“细胞外”）。
(2)图中能代表需氧呼吸过程的有 （填图中数字），能量释放最多的过程是 （填图中数字）。物质D产生的场所是 ，它是 的载体，能将O2还原为H2O。
(3)ATP的作用是生命活动的 能源物质。⑤过程的发生场所是 ，该过程 （填“会”或“不会”）形成ATP。
(4)若用14C对物质B进行标记，则图中除了丙酮酸外，还含有14C的物质有 （填图中图中的字母）。
课后案
1．C
【分析】1、装置甲是探究酵母菌的有氧呼吸方式，其中A瓶中的质量分数为10%NaOH的作用是吸收空气中的二氧化碳；B瓶是酵母菌的培养液；C瓶是澄清石灰水，目的是检测有氧呼吸产生的二氧化碳。
2、装置乙是探究酵母菌无氧呼吸方式，D瓶是酵母菌的培养液，E瓶是澄清石灰水，目的是检测无氧呼吸产生的二氧化碳。
【详解】A、B瓶酵母菌进行有氧呼吸，能释放大量能量，而D瓶中酵母菌进行无氧呼吸，只能释放少量能量，所以在相同时间内B瓶中酵母菌释放的热量比D瓶的多，A正确；
B、D瓶中酵母菌进行无氧呼吸产生酒精，加入酸性重铬酸钾后，溶液会变成灰绿色，B正确；
C、D瓶酵母菌培养液配好后，应封口放置一段时间，再连接E瓶，这样能消耗瓶中的氧气，C错误；
D、酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO2，可通过观察澄清石灰水变混浊的程度或时间来判断酵母菌的呼吸方式，不能通过观察澄清石灰水是否变混浊来判断酵母菌的呼吸方式，D正确。
故选C。
2．C
【分析】1、有氧呼吸的第一、二、三阶段的场所依次是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。有氧呼吸第一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸和[H]，合成少量ATP；第二阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳和[H]，合成少量ATP；第三阶段是氧气和[H]反应生成水，合成大量ATP。
2、无氧呼吸的场所是细胞质基质，无氧呼吸的第一阶段和有氧呼吸的第一阶段相同。无氧呼吸由于不同生物体中相关的酶不同，在植物细胞和酵母菌中产生酒精和二氧化碳，在动物细胞和乳酸菌中产生乳酸。
【详解】A、快速登山时，人体细胞会进行有氧呼吸和无氧呼吸，但还是以有氧呼吸为主，因此人体的能量主要来自有机物的彻底氧化分解的过程，A错误；
B、种子在入库贮藏以前，都要晒干，并且把种子贮藏在低温、干燥、低氧（不是无氧）的环境中，这样做的目的是降低种子的呼吸作用，减少有机物的消耗，延长种子的贮藏时间，B错误；
C、种子萌发初期，不能进行光合作用合成有机物，也不能从土壤中吸收有机物，只能消耗子叶中储存的有机物，并且在此过程中大分子有机物不断分解成小分子有机物，因此萌发初期，种子的代谢加快，有机物的种类增加、总量减少，C正确；
D、“轮作”利用了不同作物对无机盐的吸收有选择作用，所以通过“轮作”可以减缓土壤肥力下降，“D错误。
故选C。
3．B
【分析】1、有氧呼吸：第一阶段：葡萄糖分解成丙酮酸和[H]，释放少量能量，在细胞质基质中进行；第二阶段：丙酮酸和水反应生成二氧化碳和[H]，释放少量能量，在线粒体基质中进行；第三阶段：[H]和氧气反应生成水，释放大量能量，在线粒体内膜上进行。
2、人体细胞无氧呼吸：第一阶段：葡萄糖分解成丙酮酸和[H]，释放少量能量，在细胞质基质中进行；第二阶段：丙酮酸和[H]反应生成乳酸，在细胞质基质中进行。
【详解】当运动员百米冲刺时，体细胞主要进行有氧呼吸，其第二阶段在线粒体基质中产生的CO2。部分肌细胞进行无氧呼吸，只产生乳酸，不产生CO2，B正确，ACD错误。
故选B。
4．D
【分析】细胞呼吸原理的应用：
（1）种植农作物时，疏松土壤能促进根细胞有氧呼吸，有利于根细胞对矿质离子的主动吸收。
（2）利用酵母菌发酵产生酒精的原理酿酒，利用其发酵产生二氧化碳的原理制作面包、馒头。
（3）利用乳酸菌发酵产生乳酸的原理制作酸奶、泡菜。
（4）稻田中定期排水可防止水稻因缺氧而变黑、腐烂。
（5）皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，破伤风芽孢杆菌容易大量繁殖，引起破伤风。
（6）提倡慢跑等有氧运动，剧烈运动会导致氧气供应不足，使肌细胞因无氧呼吸产生乳酸，引起肌肉酸胀乏力。
（7）粮食要在低温、低氧、干燥的环境中保存。
（8）果蔬、鲜花的保鲜要在低温、低氧、适宜湿度的条件下保存。
【详解】A、皮肤创伤后，选用透气的创可贴，增加通气量，抑制厌氧病菌的繁殖，A正确；
B、大棚种植夜间适当降低温度，酶的活性降低，细胞呼吸强度减弱，消耗的有机物减少，可以提高产量，B正确；
C、制作馒头时，用到了酵母菌，酵母菌进行细胞呼吸产生二氧化碳气体，使面团蓬松，C正确；
D、在剧烈运动时，大部分肌肉细胞进行需氧呼吸（有氧呼吸），少部分肌肉细胞进行厌氧呼吸（无氧呼吸），D错误。
故选D。
5．C
【分析】实验原理：
1、酵母菌是一种单细胞真菌，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。
2、CO2可使澄清石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄．根据石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养CO2的产生情况。
3、橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与乙醇（酒精）发生化学反应，在酸性条件下，变成灰绿色。
【详解】A、厌氧呼吸不消耗氧气，产生二氧化碳，故若探究厌氧呼吸可选择的装置及连接顺序为d→b（检测二氧化碳），A正确；
B、需氧呼吸需要消耗氧气，产生二氧化碳，故若探究需氧呼吸可选择的装置及连接顺序为c（除去空气中的二氧化碳）→b（检测空气中的二氧化碳是否除净）→a→b（检测二氧化碳），B正确；
C、检测酵母菌无氧呼吸是否产生酒精，鉴定酒精时，应从b瓶中定时取少许培养液，加入酸性重铬酸钾溶液，观察颜色变化来判断有无酒精产生，C错误；
D、需氧呼吸和厌氧呼吸都会产生二氧化碳，从而使澄清石灰水变混浊，故不能通过装置中的b瓶是否变浑浊来判断呼吸方式，D正确。
故选C。
6．B
【分析】细胞呼吸包括有氧呼吸和无氧呼吸，有氧呼吸第一阶段在细胞质基质中进行，将葡萄糖分解成丙酮酸，第二阶段在线粒体基质中将丙酮酸彻底分解成CO2，第三阶段在线粒体内膜上生成大量的水，同时产生大量的能量；无氧呼吸第一阶段和有氧呼吸第一阶段相同，第二阶段将丙酮酸还原成乳酸或酒精和CO2，释放的能量大部分以热能形式释放，少量储存于ATP中。
【详解】A、①是呼吸作用的第一阶段，葡萄糖中的能量在丙酮酸中，A错误；
B、②是有氧呼吸第二阶段，丙酮酸被彻底分解为CO2，产生少量ATP，B正确；
C、③为有氧呼吸第三阶段，发生在线粒体内膜上，产生H2O，C错误；
D、人在缺氧时的产物为乳酸，不能用酸性重铬酸钾溶液检测，D错误。
故选B。
7．C
【分析】据图分析：O点时氧气浓度为0，只进行无氧呼吸，C点时二氧化碳释放量最少，呼吸作用最弱，E点以后二氧化碳释放量等于氧气吸收量，只进行有氧呼吸。
【详解】A、当O2 浓度为C时，AB=BC，有氧呼吸和无氧呼吸CO2释放量相等，根据有氧呼吸的反应式1葡萄糖~6二氧化碳及无氧呼吸的反应式1葡萄糖~2二氧化碳可知，此时用于有氧呼吸的葡萄糖∶无氧呼吸的葡萄糖=1∶3，即1/4的葡萄糖用于小麦种子的需（有）氧呼吸，A正确；
B、分析题意，呼吸底物均为葡萄糖，E点以后二氧化碳释放量等于氧气吸收量，故氧气浓度为E时，小麦种子只进行需氧呼吸，B正确；
C、氧气浓度为0时，植物只进行无氧呼吸，此时二氧化碳的释放量较多，有机物的消耗多，不适合储存小麦种子，C错误；
D、需氧（有氧）呼吸时，消耗的氧气与释放的二氧化碳相等，故两条曲线的差值，表示该O2浓度下单位时间厌氧呼吸释放的CO2量，D正确。
故选C。
8．B
【分析】题图分析，①过程为有氧呼吸的第一阶段，②为有氧呼吸的第二阶段，③为有氧呼吸的第三阶段，④⑤都为无氧呼吸的第二阶段，a为丙酮酸，d为CO2，b和c均为H2O，e为ATP，据此答题。
【详解】A、①②③过程释放的能量大部分以热能的形式散失，少部分用于合成e（ATP），A错误；
B、图中的b和c表示的是同一种物质，都是水，B正确；
C、人体的骨骼肌细胞无氧呼吸产生的乳酸，不会发生④过程，C错误；
D、③为有氧呼吸的第三阶段，所需的酶位于线粒体内膜，D错误。
故选B。
9．(1) 水解 细胞外
(2) ②③④ ④ 细胞质基质和线粒体基质 氢
(3) 直接 细胞溶胶 不会
(4)C
【分析】1、有氧呼吸分为三个阶段：第一阶段发生于细胞溶胶，1分子葡萄糖分解为两分子丙酮酸，产生少量[H]并释放少量能量；第二阶段发生于线粒体基质，丙酮酸和水彻底分解为二氧化碳和[H] 并释放少量能量；第三阶段发生于线粒体内膜，[H]与氧气结合成水并释放大量能量。
2、无氧呼吸分为两个阶段，第一阶段与有氧呼吸完全相同，第二阶段丙酮酸分解为酒精和二氧化碳或产生乳酸，不产生能量。
【详解】（1）A是淀粉，B是葡萄糖，A水解产生B，淀粉被淀粉酶分解为葡萄糖，淀粉酶是分泌蛋白，因此该过程发生在细胞外。
（2）有氧呼吸分为三个阶段：第一阶段发生于细胞质基质，1分子葡萄糖分解为两分子丙酮酸，产生少量[H]并释放少量能量，是图中的②；第二阶段发生于线粒体基质，丙酮酸和水彻底分解为二氧化碳和[H] 并释放少量能量，是图中的③；第三阶段发生于线粒体内膜，[H]与氧气结合成水并释放大量能量，是图中的④。能量释放最多的过程是第三阶段即④，物质D是前两个阶段产生的[H]，其产生的产生是细胞质基质和线粒体基质，它是氢的载体，能与氧气反应生成水。
（3）ATP是直接供能物质，⑤是无氧呼吸的第二阶段，场所是细胞溶胶，该过程不产生能量。
（4）若用14C对物质葡萄糖进行标记，则产生的丙酮酸、二氧化碳、乳酸中的C都来自于葡萄糖。
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