高中生物学 人教版（2019）必修一 5.3细胞呼吸的原理和应用(共60张PPT1个视频)

(共60张PPT)
生物学（新人教版）
分子与细胞
第五章 细胞的能量供应和利用
第 3 节
细胞呼吸的原理和应用
Biology
2024/12/25
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。
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？
1、概念：细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并产生ATP的过程。
一、细胞呼吸
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。
2、细胞呼吸的方式
细胞呼吸是否都需要氧？
生物在有氧和无氧条件下是否都能进行细胞呼吸呢？
醋酸杆菌细胞
实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
酵母菌
制作馒头
酿酒
蒸馒头之前，我们要先发面。先用温水把干酵母粉化开，加入面团中，几个小时后面团会逐渐膨大，用手抠开里面，会发现面团里面有许多孔隙。你知道这些孔隙是怎么形成的吗？
工业生产中，利用麦芽、葡萄糖、粮食和酵母菌以及发酵罐等酿制啤酒。在酿制的早期需要向发酵罐中通入氧气，而后期必须隔绝氧气，以产生酒精，同时发酵装置需要定期放排出气体。结合上述对氧气条件的控制，你能得到什么启发吗？
酵母菌细胞呼吸可产生CO2
酵母菌细胞呼吸可产生酒精
实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
实验原理：
一种_______的真菌，依赖外来的有机物进行异养生活，以出芽生殖等方式产生后代；
在有氧和无氧条件下都能生存，属于___________。
兼性厌氧菌
单细胞
酵母菌
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
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？
2.作出假设：
（1）有氧条件下产生CO2，无氧条件下产生酒精；
（2）有氧条件下产生酒精，无氧条件下产生CO2；
（3）有氧条件下和无氧条件下都产生酒精和CO2 ；
（4）有氧、无氧条件下都产生CO2，无氧条件下产生酒精；…
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
设计实验：
（1）自变量：
有氧/无氧条件
通气/密封
（2）因变量：
是否产生CO2/酒精
酒精的检测：
橙色的重铬酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应： 橙色→灰绿色
CO2的检测：
通入澄清的石灰水：澄清→浑浊
溴麝香草酚蓝水溶液：蓝→绿→黄
3倍速
酸性重铬酸钾1mL
（3）无关变量：
营养物质、培养温度、酵母菌活性等
无关变量的相同且适宜原则
设计实验：
①酵母菌是异养兼性厌氧型生物，培养时必须提供_________
酵母菌培养液
酵母菌
配制成
＋ 5%的葡萄糖溶液
思考：如何保证酵母菌在实验过程中的正常生活？
②尽量在酵母菌生长的最适温度(25~35℃)下进行实验，以保证酵母菌的高活性
有机物
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
4.实施实验：
实验设计--有氧呼吸装置
10％NaOH溶液
（吸收通入空气中的CO2，避免对实验结果产生影响）
葡萄糖溶液＋酵母菌
（培养酵母菌）
第一个锥形瓶：
第二个锥形瓶：
第三个锥形瓶：
澄清的石灰水或者溴麝香草酚蓝水溶液
（根据混浊程度进行比较CO2的产生量或者根据溶液颜色的变化时间长短比较）
接入橡皮球或气泵
（保持通入空气）
实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
实验设计--无氧呼吸装置
葡萄糖溶液＋酵母菌
封口放置一段时间后，再与第二个锥形瓶连接
（使酵母菌消耗瓶内的氧气，造成无氧环境，确保产物是无氧呼吸的产生的）
第二个 锥形瓶：
澄清的石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液
根据混浊程度、颜色的变化时间进行比较CO2的产生量
第一个 锥形瓶：
实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
实验设计—注意事项
②质量分数为10%的NaOH溶液的作用是什么？
③B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，为什么？
①配制酵母菌培养液时，必须先将煮沸的葡萄糖溶液冷却至常温，才可加入酵母菌，为什么？
煮沸葡萄糖溶液为了灭菌，防止其他微生物的干扰；放至室温，防止高温杀死酵母菌；
去除空气中的CO2，排除空气中的CO2对实验的干扰；
将B瓶中的O2消耗完，确保通入澄清石灰水中的CO2均来自无氧呼吸；
④葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，所以应将酵母菌的培养时间适当_____以_____________________；
延长
耗尽溶液中的葡萄糖
实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
实验结论
1.酵母菌在有氧气条件下进行有氧呼吸，产生大量二氧化碳，不产生酒精；
2.酵母菌在无氧条件下进行无氧呼吸，产生了少量二氧化碳，同时也产生了酒精。
注意1：
澄清石灰水变浑浊（CaCO3）后，如果再通入过量CO2，又会变澄清（CaHCO3）。
注意2：
新配的溴麝香草酚蓝（BTB）是弱碱性的（蓝色），通入CO2后pH逐渐降低，BTB变色。
注意3
葡萄糖能和酸性重铬酸钾反应（慢一些），故检测时需要等培养液中葡萄糖耗尽再进行。
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
接气泵或
橡皮球
A
10% NaOH
酵母菌培养液
澄清石灰水
注意事项：
科学方法
讨论：本实验中哪个是对照组，哪个是实验组？
对比实验（相互对照实验）
　　设置两个或两个以上的实验组，通过对几个实验组结果的分析比较，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。
实验组
实验组
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
二、科学探究实验的一般步骤
酵母菌细胞呼吸的产物
有氧：CO2+H2O
无氧： CO2+酒精
细胞呼吸方式：有氧呼吸、无氧呼吸
小结
即时练习
1、下列关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验，说法不正确的是( )
A.酵母菌常被用作研究细胞呼吸的实验材料，其主要原因是酵母菌属于兼性厌氧生物
B.在有氧呼吸的装置中，可将空气直接通入酵母菌的培养液
C.酵母菌呼吸产生的CO2可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄
D.酵母菌呼吸产生的酒精在酸性条件下能与橙色的重铬酸钾溶液反应变成灰绿色
B
即时练习
2、某生物兴趣小组对酵母菌细胞呼吸方式进行探究实验。他们想探究的具体问题:酵母菌是否在有氧、无氧条件下均能产生CO2。现提供若干套(每套均有数个)实验装置如图(A-B)所示，请分析回答:
(1)请根据实验目的选择装置序号，并按照实验的组装要求排序(装置可重复使用)。有氧条件下的装置序号： ;无氧条件下的装置序号: 。
(2)装置中c瓶的作用是 。b瓶中澄清的石灰水还可用 代替。
c→a→b
d→b
除去空气中的CO2
溴麝香草酚蓝溶液
3、适宜的温度条件下，在下列装置中都加入活酵母，其中适于产生酒精的装置是（ ）
即时练习
A
A
B
C
D
加入葡萄
糖和水
加入葡萄糖
加入水
加入葡萄糖
并不断搅拌
即时练习
4、下图是某研究小组在探究酵母菌细胞呼吸方式时的两套实验装置图,下列分析合理的是(　　)。
A.为检验空气中的二氧化碳是否被A瓶完全
吸收,可在B瓶前加一个盛有澄清石灰水的
锥形瓶
B.实验中发现C瓶先变混浊后又澄清了,说明实验不成功
C.实验进行一段时间后用酸性的重铬酸钾溶液检测E瓶中物质会出现灰绿色
D.D瓶封口后应立即接通E瓶,防止D瓶中的培养液被分解完
A
即时练习
5、检测酵母菌细胞呼吸的产物,下列叙述正确的是(　　)。
A.如果产生的气体使澄清的石灰水变混浊,则酵母菌只进行有氧呼吸
B.如果产生的气体使溴麝香草酚蓝溶液变黄色,则酵母菌只进行无氧呼吸
C.无论是进行有氧呼吸还是无氧呼吸,酵母菌都能产生CO2
D.酵母菌无氧呼吸不产生气体,但其中的产物能使酸性重铬酸钾溶液变成灰绿色
C
细胞呼吸的原理和应用（课时2）
02
一、有氧呼吸
C6H12O6＋6H2O＋6O2 6CO2＋12H2O＋能量
外膜
内膜
DNA/RNA
核糖体
嵴
增大膜面积
分布有氧呼吸的酶
1、主要场所：线粒体
基质
2、总反应式
分布有氧呼吸的酶
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
6O2
12H2O
多能
热能
ATP
场所：线粒体内膜
+6H2O
葡萄糖的初步分解
C6H12O6
酶
+4[H] + 能量
场所：细胞质基质
第一阶段：
丙酮酸彻底分解
酶
6CO2 +20[H] + 能量
场所：线粒体基质
第二阶段：
2CH3COCOOH
[H]的氧化
酶
12H2O + 能量
第三阶段：
24[H] + 6O2
（大量）
（少量）
（少量）
2CH3COCOOH
（丙酮酸）
（丙酮酸）
过程
三、有氧呼吸
一、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
元素去向
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
2870kJ
977.28kJ
1892.72kJ
一、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
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
酶
C6H12O6
＋
6H2O
＋ 6O2
6CO2
＋12H2O
＋ 能量
6CO2+20 [H] +能量(少量)
2丙酮酸
+6H2O
酶
酶
12H2O+能量(大量)
24[H]+6O2
C6H12O6
酶
2丙酮酸 +4 [H] + 能量(少量)
小结
（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
不释放能量
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 →
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
不彻底的氧化产物
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
细胞质基质
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？
抑制厌氧病原菌（破伤风杆菌）的繁殖，从而有利于伤口的痊愈
四、细胞呼吸原理的应用
1、利于土壤中好氧微生物的生长繁殖及对有机物的分解;
2、促进根细胞的有氧呼吸，有利于根系的生长和对无机盐的吸收；
3、避免根细胞无氧呼吸产生酒精，对细胞有毒害作用
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
应用 原理
土壤松土 利于土壤中好氧微生物的生长繁殖及对有机物的分解;促进根细胞的有氧呼吸，有利于根系的生长和对无机盐的吸收；避免根细胞无氧呼吸产生酒精，对细胞有毒害作用
稻田定期排水 促进水稻根细胞有氧呼吸,同时避免根无氧呼吸产生大量酒精对细胞产生毒害作用
慢跑等有氧运动 防止无氧呼吸产生过多乳酸,使肌肉酸胀乏力
蔬菜、水果、粮食储藏 蔬菜水果：低温（零上）、低氧、湿度适宜等措施减弱果蔬的呼吸作用,减少有机物的消耗；粮食：低温（零上）、低氧、干燥
包扎伤口选用“创口贴”等透气敷料,伤口较深应及时请医生处理 避免厌氧菌的繁殖，如破伤风芽孢杆菌
酿酒、制作酸奶等 无氧呼吸
五、影响细胞呼吸的因素
呼吸速率
又称呼吸强度。指在一定温度下，单位时间内细胞吸收氧气或释放二氧化碳的量，呼吸速率的大小可反映某生物体代谢活动的强弱。
呼吸速率 = 释放的CO2量或吸收的O2量（单位时间）
测定绿色植物的呼吸速率必须在黑暗条件下进行，以排除光合作用的影响。
以植物为例：
①不消耗O2，释放CO2→
②CO2释放量=O2吸收量→
③CO2释放量＞O2吸收量→
④O2吸收量＞CO2释放量→
只进行无氧呼吸
只进行有氧呼吸
有氧呼吸+无氧呼吸
反应物中有脂肪
①遗传特性：不同种类的植物细胞呼吸速率不同。
实例：旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。
②生长发育时期：同一植物在不同的生长发育时期细胞呼吸速率不同。
实例：幼苗期细胞呼吸速率高，成熟期细胞呼吸速率低。
③器官类型：同一植物的不同器官细胞呼吸速率不同。
实例：生殖器官大于营养器官。
1、内因
四、影响细胞呼吸的因素
2.外因
（1）温度：
应用：
低温贮存水果、蔬菜、粮食等。
大棚种植蔬菜，夜间适当降温，提高产量。
新疆哈密瓜
通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸速率。
四、影响细胞呼吸的因素
（2）氧气浓度
A点：
B点：
C点：
D点：
F点：
只进行无氧呼吸，且无
氧呼吸速率最大
无氧呼吸消失点，O2浓度再增加，只进行有氧呼吸
该点之后（CE），随O2浓度增加，CO2全部由有氧呼吸产生
无氧呼吸和有氧呼吸产生的CO2量相同，消耗葡萄糖比例3:1
细胞呼吸产生的CO2量最少，消耗的有机物最少。
该点的O2浓度一般作为贮藏蔬菜、水果的最佳O2浓度
图中AF段CO2生成量急剧减少的主要原因： O2浓度增加，无氧呼吸受到抑制，而有氧呼吸很弱。
四、影响细胞呼吸的因素
（3）CO2浓度
5
CO2（%）
1.0
0.5
C
10
15
20
O
呼吸速率
① 地窖中CO2浓度高，有利于蔬菜水果的储存。
应
用
作为呼吸产物，根据化学平衡，CO2浓度高会抑制细胞呼吸的进行。
四、影响细胞呼吸的因素
在一定范围内，细胞呼吸强度随含水量的增加而加强，随含水量的减少而减弱。
（4）水
应用：
种子风干，以减弱细胞呼吸，减少有机物的消耗，延长作物的储存时间。水果、蔬菜要求低湿度。
甲、乙两图都表示某植物的非绿色器官CO2释放量和O2吸收量的变化。
① 曲线a、b、c分别表示 、 和呼吸作用CO2释放量。
② 在O2浓度为0时，CO2的释放量为___，此时只进行 ；
当O2浓度 时， 只进行有氧呼吸，此时CO2释放量_____O2吸收量；
当0＜O2浓度＜D时，既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸。
无氧呼吸
有氧呼吸
无氧呼吸
≥ D
A
等于
练习
甲、乙两图都表示某植物的非绿色器官CO2释放量和O2吸收量的变化。
③ 在保存蔬菜、水果时，应选择乙图中 点对应的O2浓度，因为此时 ；保存条件一般为 。
④甲图的a、b、c、d四种氧浓度中___是最适合蔬菜、水果的贮藏；
⑤甲图中氧浓度为a时的情况对应乙图中的_____点；
B
细胞呼吸最弱
零上低温、低氧
A
c
甲、乙两图都表示某植物的非绿色器官CO2释放量和O2吸收量的变化。
⑥甲图中氧浓度为b时的情况对应乙图中的_____段之间；
⑦ 甲图中氧浓度为____时没有酒精产生。
d
AC
1、图为探究酵母菌无氧呼吸产物的装置，操作方法或实验现象错误的是（ ）
A．E瓶密封培养一段时间后，再连通F瓶
B．F瓶中的溶液可用溴麝香草酚蓝水溶液代替
C．实验进行一段时间后，F瓶中的溶液会变浑浊
D．实验结束后，用酸性重铬酸钾溶液检验F瓶中的酒精
D
即时练习
即时练习
2、下列生产措施或生活现象所涉及的细胞呼吸知识，解释不正确的是( 　 )
C
A．提倡慢跑，可防止无氧呼吸产生乳酸使人体肌肉酸胀
B．零度以上低温贮存果蔬，可降低呼吸酶活性，减少有机物的分解
C．马铃薯块茎腐烂的原因是无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用
D．作物种子贮藏前需要干燥，主要是通过减少水分以抑制细胞有氧呼吸
即时练习
3、细胞内糖分解代谢过程如图，下列叙述正确的是（ ）
A．动物细胞内能进行过程①②或过程①③
B．酵母菌的过程②只在线粒体中进行
C．过程①③释放的能量转移至ATP和酒精中
D．乳酸菌细胞内过程④不需要[H]参与
B
4、如图表示大气温度及氧浓度对植物组织内产生CO2的影响，下列相关叙述正确的是(　 　)（多选）
A．从图甲可知细胞呼吸最旺盛的温度为B点所对应的温度
B．图甲曲线变化的主要原因是温度影响与呼吸作用有关的酶的活性
C．图乙中DE段有氧呼吸逐渐减弱，EF段有氧呼吸逐渐增强
D．和D、F点相比，图乙中E点对应的氧浓度更有利于贮藏水果和蔬菜
ABD
即时练习
判断正误：
（1）有氧呼吸的三个阶段均有ATP产生，无氧呼吸只在第一阶段产生ATP。（ ）
（2）有H2O生成的一定是有氧呼吸。（ ）
（3）有CO2生成的一定是有氧呼吸。（ ）
（4）人体细胞细胞呼吸产生CO2的场所只有线粒体。（ ）
（5）没有线粒体的生物一定不能进行有氧呼吸（ ）
（6）真核生物都能进行有氧呼吸。（ ）
（7）葡萄糖在线粒体中彻底氧化分解生成CO2和H2O（ ）
√
√
有些原核生物，如蓝细菌能进行有氧呼吸（含有与有氧呼吸有关的酶）
哺乳动物成熟红细胞、蛔虫没有线粒体，只能进行无氧呼吸
葡萄糖只能在细胞质基质中分解，不能进入线粒体中。
√
X
X
X
人体细胞只能进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸
X
谢谢观看