(共26张PPT)
第3节
细胞呼吸的原理和应用(第1课时）
通过对线粒体的结构适于进行有氧呼吸的认识，认同生物体结构与功能相统一的生命观念。
通过对有氧呼吸过程的学习，阐明细胞生命活动过程中贯穿着物质与能量的变化，形成物质与能量观。
通过实验探究酵母菌的呼吸方式，领悟科学研究的方法并习得相关的操作技能，提高科学探究的能力。
桃源米酒
问题探讨
发酵生产葡萄酒的车间
通气让酵母菌进行有氧呼吸,利于快速繁殖;密封进行无氧呼吸,产生酒精。
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。
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
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。
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
【阅读书本P90-92的内容，思考下列问题】
1.选用酵母菌作为实验研究对象的优点？
2.关于酵母菌细胞呼吸的方式，你会提出什么探究问题？根据已有的知识经验应该作出怎样的假设？
3.本实验的自变量是什么？如何控制？有哪些无关变量？
4.本实验的因变量是什么？怎样鉴定有无二氧化碳产生？如何比较产生二氧化碳产生的多少？怎样鉴定有无酒精产生？
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
酵母菌电镜照片
代谢类型
同化类型
异化类型
自养型
异养型
需氧型
厌氧型
兼性厌氧型
酵母菌:
单细胞真菌，生长周期短，繁殖速度快；
在有氧和无氧的条件下都能生存，是异养兼性厌氧菌。
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
有氧条件下产生二氧化碳，无氧条件下产生酒精
1.提出问题
酵母菌有氧和无氧条件下呼吸作用的产物分别是什么
用酵母菌，分别至于有氧和无氧环境下培养一段时间，然后分别检测在不同条件下酵母菌呼吸产物。
3.大概思路
2.作出假设
4.设计实验
自变量：
因变量：
有氧/无氧条件
是否产生CO2/酒精
无关量：
实验温度
营养物质的量
酵母菌的量
相同且适宜条件
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
1.怎样为酵母菌的生长提供有氧和无氧的环境？
一组通气
自变量的控制
另一组密封
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
酵母菌在有氧和无氧条件下产生酒精和CO2的情况
2.该实验的因变量是什么呢？
3.如何检测呢？
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
CO2产生速率
澄清石灰水变浑浊的快慢或浑浊程度
溴麝香草酚蓝溶液颜色变化(蓝→绿→黄)的时间
3.如何检测呢？
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
是否产生酒精
一段时间后取A、B锥形瓶的滤液，分别加入酸性重铬酸钾(橙色)，观察是否有灰绿色出现。
3.如何检测呢？
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
5.进行实验：
①称取食用酵母菌（20g），分成两等份放入锥形瓶；加入质量分数为5%的葡萄糖溶液作为酵母菌的培养液；
②搭建有氧呼吸（左）和无氧呼吸（右）装置；
③培养、观察、检测CO2和酒精
有氧呼吸
无氧呼吸
质量分数为10%的NaOH溶液
5%的酵母菌
葡萄糖培养液
澄清的石灰水
5%的酵母菌
葡萄糖培养液
澄清的石灰水
接气泵
(或橡皮球)
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
6.分析结果：
7.得出结论：
酵母菌在有氧条件下进行有氧呼吸，产生大量的CO2。
在无氧条件下进行无氧呼吸，无氧呼吸的产物有酒精，同时也产生少量的CO2。
CO2产生的情况
初始状态
无氧条件
有氧条件
酒精产生的情况
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
思考：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，因为两组实验的结果实验前是未知的
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。P92
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
1.呼吸作用的实质：
有氧呼吸
无氧呼吸
2.根据是否有O2的参与
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
1．pH传感器是一种能够快速准确获取溶液酸碱度的仪器。某兴趣小组设置如图甲、乙所示的装置，探究酵母菌细胞呼吸过程中pH的变化。下列叙述正确的是( )
1．pH传感器是一种能够快速准确获取溶液酸碱度的仪器。某兴趣小组设置如图甲、乙所示的装置，探究酵母菌细胞呼吸过程中pH的变化。下列叙述正确的是( )
【对点练习】
A
A．图甲装置溶液X的目的是除去空气中的CO2
B．实验过程中，图甲装置检测到pH先上升后下降
C．实验过程中，图乙装置检测到pH先下降后上升
D．环境温度和酵母菌数量不会影响实验结果
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
【对点练习】
2．“酸性重铬酸钾溶液会被具有还原性的物质还原成灰绿色”，某生物研究小组利用该实验原理验证酵母菌在无氧或缺氧条件下才能产生酒精，装置如图。下列回答正确的是( )
A．a、d装置中注射器的作用是便于加入酸性重铬酸钾溶液进行检验
B．d装置中的培养液加入酸性重铬酸钾溶液后也变色，可能是剩余的葡萄糖导致的
C．将b、e试管中的清水换成溴麝香草酚蓝溶液，一段时间后溶液颜色由黄变绿再变蓝
D．增加a装置中酵母菌的数量，可以提高酒精的最大产量
B
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
二、有氧呼吸
【阅读书本P92-93的内容，思考下列问题】
1、以葡萄糖为例，尝试分析有氧呼吸过程总共分为几个阶段？每个阶段的反应过程是怎样的？发生场所在哪里？能量的产生情况如何？
2、CO2在哪个阶段产生？O2在哪个阶段被消耗？
3、分析产物CO2与H2O中“O”的来源，产物H2O中“H”的来源。
二、有氧呼吸
外膜
内膜
线粒体基质
嵴
1.场所：
线粒体(主要)、细胞质基质
2.线粒体结构特点：
线粒体
外膜：
内膜
线粒体基质:
含有与有氧呼吸相关的酶
向内折叠形成嵴：增大内膜表面积
也含有与有氧呼吸相关的酶，还含有少量DNA和RNA
表面光滑
(还含有核糖体，可在线粒体DNA的控制下合成少量蛋白质)
二、有氧呼吸
请阅读教材P92-93,总结有氧呼吸每个阶段的反应及反应场所
第一阶段：
C6H12O6 → 2丙酮酸 (C3H4O3)+ 4[H] + 少量能量
酶
第三阶段：
第二阶段：
2丙酮酸(C3H4O3)+ 6H2O → 6CO2 + 20[H] + 少量能量
酶
24[H] + 6O2 → 12H2O + 大量能量
酶
场所：（细胞质基质）
场所：（线粒体基质）
场所：（线粒体内膜）
化学总反应式简写为：
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 → 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
1.全过程复杂，概括的分为三个阶段
二、有氧呼吸
（1）生成物中的CO2和H2O 中的O分别来自反应物中的什么物质
（2）反应式中两边的水能否抵消？
（3）有氧呼吸过程能量是发生了什么样的转化？
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 → 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
O
O
O
2870kJ
有氧呼吸
977.28kJ左右的能量储存在ATP(34%)
其余的能量则以热能形式散失掉了
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 → 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
大部分以热能的形式散失，少部分储存在ATP中
1mol葡萄糖
有机物中稳定的化学能
二、有氧呼吸
1.有氧呼吸的场所：
细胞质基质和线粒体
（1）线粒体为什么不能分解葡萄糖？
（2）无线粒体一定不能进行有氧呼吸吗？
不一定
真核细胞：
不能，如哺乳动物成熟红细胞
原核细胞：
能，如好氧细菌利用细胞质和细胞膜完成有氧呼吸
2. 化学总反应式简写为：
思考
3.概念：
指细胞在氧的参与下，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。
①线粒体没有氧化分解葡萄糖的酶
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 → 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
二、有氧呼吸
1.在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870KJ的能量，可使977.28KJ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？
有氧呼吸的能量转化效率大约为34%。1mol葡萄糖能够使32molADP分子转化为ATP分子。
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？
保证有机物中的能量得到最充分的利用，主要表现在两个方面：可以使有机物中的能量逐步地转移到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。
【对点练习】
D
A．过程①的场所是细胞质基质
B．a代表的是氧气，参与有氧呼吸的第三阶段
C．b代表二氧化碳，是有氧呼吸第二阶段产物
D．只有过程①会释放出少量能量，生成少量ATP
3．下图是细胞有氧呼吸过程简图，下列说法错误的是( )
二、有氧呼吸
【对点练习】
4．如图甲是绿色植物在晴朗的白天有氧呼吸各阶段的反应示意图，其中1～7表示能量或物质，图乙是线粒体简图。下列叙述错误的是( )
D
A．图甲中2→3过程，所有活细胞内都能进行
B．图甲中3→6过程，发生在图乙的②处
C．图乙的③处能发生图甲中生成4的反应
D．叶肉细胞内产生的6将全部释放到大气中
二、有氧呼吸
二、有氧呼吸
[H] [H]
C6H12O6
1
2
3
O2
酶
酶
4
5
6
酶
2
(1)写出长方框内1、2、3所依次代表的物质名称： 、_____、 。
H2O
丙酮酸
CO2
(2)依次填出椭圆框内4、5、6所代表
的能量的多少 、 、 。
少量
少量
大量
(3)有氧呼吸的主要场所是 ，
进入该场所的呼吸底物是 。
线粒体
丙酮酸
(4)用含18O的葡萄糖跟踪有氧呼吸过
程中的氧原子，18O转移的途径是
。
葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳
【对点练习】课时分层训练(十七) 细胞呼吸的方式
知识点1 探究酵母菌细胞呼吸的方式
1．下列有关“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的叙述，错误的是( )
A．在探究无氧呼吸的实验中，可用石蜡层隔绝O2
B．在探究有氧呼吸的实验中，可用NaOH溶液除去泵入空气中的CO2
C．实验中需控制的无关变量如温度、pH等要相同且适宜
D．可通过观察溴麝香草酚蓝溶液是否变色来判断酵母菌的呼吸方式
D [在探究无氧呼吸的实验中，可用石蜡层隔绝O2，A正确；在探究有氧呼吸的实验中，可用NaOH溶液除去泵入空气中的CO2，B正确；实验中需控制的无关变量有温度、pH等，且无关变量应相同且适宜，C正确；酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生二氧化碳，都能使溴麝香草酚蓝溶液变色，可用其变色的速率或澄清石灰水的浑浊程度来检测酵母菌培养液中CO2的产生情况，用酸性重铬酸钾判断酵母菌的呼吸方式，D错误。]
2．在检测酵母菌细胞呼吸产物时，下列描述错误的是( )
A．CO2可使澄清的石灰水变浑浊
B．CO2可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄
C．酒精在碱性条件下与灰绿色的重铬酸钾溶液反应变成橙色
D．葡萄糖在酸性条件下能与橙色的重铬酸钾溶液发生颜色反应
C [酒精在酸性条件下与橙色的重铬酸钾溶液反应变成灰绿色。]
知识点2 有氧呼吸
3．有氧呼吸的反应底物有葡萄糖、O2和水，这三种物质参与有氧呼吸反应过程的阶段分别是( )
A．第一阶段、第一阶段、第一阶段
B．第一阶段、第二阶段、第二阶段
C．第一阶段、第二阶段、第三阶段
D．第一阶段、第三阶段、第二阶段
D [第一阶段是1分子葡萄糖分解成2分子丙酮酸和[H]，第二阶段是丙酮酸进入线粒体与水在酶的作用下分解生成二氧化碳和[H]，第三阶段是O2与前两个阶段产生的[H]经过一系列的化学反应生成水。]
4．用含18O的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的氧原子，18O转移的途径是( )
A．葡萄糖→丙酮酸→水
B．葡萄糖→丙酮酸→氧
C．葡萄糖→氧→水
D．葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳
D [在细胞质基质中，葡萄糖在酶的作用下分解为丙酮酸，丙酮酸进入线粒体与水在酶的作用下彻底分解成二氧化碳和[H]。]
知识点3 无氧呼吸
5．酵母菌进行细胞呼吸消耗葡萄糖3 mol，释放CO2 12 mol。下列叙述正确的是( )
A．有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2一样多
B．有氧呼吸和无氧呼吸消耗的葡萄糖一样多
C．有氧呼吸和无氧呼吸产生的能量一样多
D．有氧呼吸和无氧呼吸合成的ATP一样多
B [假设有氧呼吸消耗的葡萄糖为x mol，则无氧呼吸消耗的葡萄糖为(3－x)mol，有氧呼吸释放的CO2为6x mol，无氧呼吸释放的CO2为2(3－x)mol，因为6x＋2(3－x)＝12，所以x＝1.5，即有氧呼吸和无氧呼吸均消耗1.5 mol葡萄糖。消耗等量的葡萄糖时有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2、能量和合成的ATP都不相等。]
6．有氧呼吸与无氧呼吸的相同点是( )
①都在线粒体中进行 ②都需要酶 ③都产生CO2 ④都产生ATP ⑤都经过生成丙酮酸的反应
A．①②⑤ B．②④⑤
C．②③④ D．②③⑤
B [有氧呼吸和无氧呼吸都需要酶的催化，且都能产生ATP，第一阶段都是将葡萄糖分解为丙酮酸，有的无氧呼吸不产生CO2。]
7．下图是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置。下列说法中正确的是( )
A．两个装置均需要在黑暗条件下进行
B．装置乙在Ⅲ处可检测到有酒精生成
C．装置乙中应让Ⅱ先放置一段时间，再与Ⅲ连接
D．装置甲中NaOH溶液的作用是吸收Ⅰ处的CO2
C [黑暗或光照对酵母菌的细胞呼吸方式没有影响，A错误；装置乙中酵母菌通过无氧呼吸产生的CO2可通过导管进入Ⅲ，但酵母菌通过无氧呼吸产生的酒精保留在Ⅱ中，且酒精的检测要使用酸性重铬酸钾溶液，B错误；装置乙的Ⅱ在封口一段时间后再连通盛有澄清石灰水的Ⅲ，这样做是为了消耗装置Ⅱ内的氧气，防止酵母菌的有氧呼吸对实验结果的干扰，C正确；装置甲中NaOH溶液的作用是使进入Ⅰ的空气先经过NaOH溶液处理，排除空气中CO2对实验结果的干扰，D错误。]
8．以下4支试管置于适合的温度下，经过一定时间后能产生ATP的是( )
A B C D
D [丙酮酸可以在线粒体中通过有氧呼吸产生ATP。]
9．下图为线粒体的结构示意图。在相应区域中会发生的生物过程是( )
A．②处发生葡萄糖分解
B．①中的CO2扩散穿过内膜
C．②处丙酮酸分解为CO2和H2O
D．③处[H]与O2结合生成水
D [②处为线粒体基质，葡萄糖的分解发生在细胞质基质，A错误；①中的CO2往线粒体外扩散，穿过外膜，B错误；②处为线粒体基质，H2O是在线粒体内膜上形成的，C错误；③处为线粒体内膜，此处[H]与O2结合生成水，D正确。]
10．下图为细胞呼吸的过程示意图，其中a、b表示物质，①～④表示主要步骤，请回答下列问题：
(1)图中a、b表示的物质分别是__________、__________。
(2)图中②③过程中都有CO2产生，其场所分别是__________、__________。
(3)过程①除产生能量和a外，还产生______________；在①～④过程中释放能量最多的是__________。
(4)②和④过程一般不会同时发生在同一生物体内，其原因是____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________。
解析：图中a和b分别表示丙酮酸、乳酸。②③过程分别发生在细胞质基质和线粒体(基质)中。在①过程中除产生能量和a，还可以产生[H]。在①～④过程中，有氧呼吸的第三阶段(③)释放的能量最多。
答案：(1)丙酮酸 乳酸 (2)细胞质基质 线粒体(基质) (3)[H] ③ (4)同一生物一般只含一类无氧呼吸酶
11．某研究小组利用如下图所示的装置进行酵母菌细胞呼吸的研究。图中刻度玻璃管可以用来读取液面的高度(水压对气体体积变化的影响可忽略不计)。
实验步骤
①将10 mL酵母菌培养液和10 mL加热煮沸后冷却的酵母菌培养液分别加入甲、乙两个烧杯中。
②将甲、乙两个烧杯分别放入气密性完好的两个气球中，排尽空气后分别向两个气球内注入等量且适量的O2，扎紧气球保持密闭状态，再分别放入上图所示实验装置中。
③两组装置均放入20 ℃恒温水浴锅中，从注水口注入等量的温水，调节刻度玻璃管液面至起始刻度。
④记录实验结果。
实验分析
(1)该实验的自变量是______________________，因变量是______________________。
(2)实验刚开始的短时间内，两组装置的刻度玻璃管液面均不发生变化的原因分别是__________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________。
(3)一段时间后，装有甲烧杯的装置中刻度玻璃管液面上升，原因是____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________。
解析：(1)由题意可知，该实验的自变量是酵母菌培养液是否煮沸，因变量是刻度玻璃管液面高度。(2)实验刚开始，甲装置中的酵母菌进行有氧呼吸消耗的O2与释放的CO2的量相等，气球体积不变，所以刻度玻璃管液面不变化；乙装置中的酵母菌已经被加热杀死，不进行呼吸作用，所以刻度玻璃管液面也不变化。(3)一段时间后，甲装置中的酵母菌进行无氧呼吸，释放CO2，气球体积增大，刻度玻璃管液面上升。
答案：(1)酵母菌培养液是否煮沸 刻度玻璃管液面高度 (2)甲中酵母菌有氧呼吸消耗的O2和产生的CO2的量相等，气球体积不变；乙中酵母菌死亡，不能进行细胞呼吸 (3)甲中酵母菌无氧呼吸产生的CO2使气球体积增大
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