(共42张PPT)
第五章细胞的能量供应和利用
第3节 细胞呼吸的原理(课时2、3)
教学目标
1. 生命观念
2. 科学思维
3. 科学探究
4. 社会责任
通过分析有氧呼吸与无氧呼吸的过程，深入理解细胞内物质与能量的统一性，以及生物体结构与功能（如线粒体结构）、稳态与平衡（如能量逐级释放）的适应性。
通过分析科学史料，培养归纳与推理的能力；通过解读细胞呼吸速率随O 浓度、温度变化的曲线图，培养信息转换和模型分析的能力。
基于“液滴移动法”实验装置，学会设计和分析探究细胞呼吸类型的实验方案。
运用细胞呼吸原理，分析和解释农业生产（如松土、仓储）、食品保鲜（如果蔬、种子储存）、人类健康（如有氧运动、破伤风预防）中的实际问题。
教学目标
(1) 有氧呼吸的三个阶段（场所、物质变化、能量变化）。
(2) 有氧呼吸与无氧呼吸的过程比较与本质区别。
(3) 细胞呼吸原理在生产生活中的应用。
(1) 有氧呼吸过程中物质和能量的变化规律。
(2) 理解O2浓度对细胞呼吸影响的曲线图。
(3)细胞呼吸类型的判断方法。
1. 教学重点
2. 教学难点
三、目录 CONTENTS
一、有氧呼吸
1.1主要场所
二、无氧呼吸
2.2过程
三、细胞呼吸的原理与应用
当堂训练
小结
2.1主要场所
2.3总反应式
四、影响细胞呼吸的因素
1.2反应过程
1.3总反应式
1.4概念
1.5特点
2.4概念
五、细胞呼吸类型的判断
细胞呼吸
的原理
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。
细胞内的有机物氧化分解，并释放能量。
实质:
探究·实践1 探究酵母菌细胞呼吸的方式
有氧呼吸: 产生大量二氧化碳和水
无氧呼吸: 产生酒精和少量二氧化碳
温故知新
线粒体结构
一、有氧呼吸
嵴
基质
核糖体
内膜
外膜
使内膜的表面积大大增加
线粒体
1.1主要场所
含有许多种与有氧呼吸有关的酶
史料1:将酵母菌细胞破碎后进行离心处理获得细胞质基质和线粒体，隔绝空气，进行如下实验：
阅读史料1,分析有氧呼吸的第一阶段的反应过程及场所
试管 加入物质 结果 结论
1号试管 (细胞质基质) 加入等量的02、葡萄糖、荧光素和荧光素酶。 原料：葡萄糖减少，02不变 产物：丙酮酸 现象：微弱荧光 葡萄糖初步分解的场所是？
2号试管 (线粒体) 原料：不变化 产物：无 现象：无荧光 3号试管 (线粒体和细胞质基质) 原料：葡萄糖减少，02减少 产物：产生CO2和H2O 现象：较强荧光 第一阶段反应式 细胞质基质
C6H12O6
酶
2C3H4O3
+ 4[H]
+ 少量能量
一、有氧呼吸
【探究活动1】
1.2反应过程
史料2:将酵母菌细胞破碎后进行离心处理获得细胞质基质和线粒体，隔绝空气，进行如下实验：
试管 加入物质 结果 结论
4号试管 (线粒体基质) 加入等量的02、丙酮酸、荧光素和荧光素酶。 原料:丙酮酸减少，02不变 产物:产生CO2 现象:微弱荧光 丙酮酸在线粒体的哪个部位进行氧化分解？
5号试管 (线粒体内膜) 原料:不变化 产物:无 现象:无荧光 6号试管 (线粒体基质和 线粒体内膜) 原料：丙酮酸减少，02减少 产物：产生CO2和H2O 现象：较强荧光 第二阶段反应式 线粒体基质
酶
2C3H4O3
20[H]
+ 少量能量
+ 6H2O
+ 6CO2
一、有氧呼吸
阅读史料2,分析有氧呼吸的第二阶段的反应过程及场所
【探究活动1】
史料3:将酵母菌细胞破碎后进行离心处理获得细胞质基质和线粒体，隔绝空气，进行如下实验：
试管 加入物质 结果 结论
4号试管 (线粒体基质) 加入等量的02、丙酮酸、荧光素和荧光素酶。 原料：丙酮酸减少，02不变 产物：产生CO2 现象：微弱荧光 第三阶段的发生场所是
5号试管 (线粒体内膜) 原料：不变化 产物：无 现象：无荧光 6号试管 (线粒体基质和 线粒体内膜) 原料：丙酮酸减少，02减少 产物：产生CO2和H2O 现象：较强荧光 第三阶段反应式 线粒体内膜
酶
24[H]
12H2O
+ 大量能量
+ 6O2
阅读史料3,分析有氧呼吸的第三阶段的反应过程及场所
【探究活动1】
一、有氧呼吸
1.4概念
有氧呼吸是指细胞在有氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。
1.3总反应式
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
一、有氧呼吸
1.5特点
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有相当一部分储存在ATP中。
一、有氧呼吸
有氧呼吸的过程(视频)
为什么线粒体不能直接氧化分解葡萄糖？
① 线粒体膜上没有葡萄糖转运载体；
② 线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。
其余1892.72kJ主要以热能的形式散失掉。
1mol葡萄糖释放能量2870kJ
有977.28kJ转移至ATP能量效率高达34％，使32molADP转化为ATP。
1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870 kJ能量，可以使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？
一、有氧呼吸
讨论
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？
一、有氧呼吸
讨论
①可使有机物中的能量逐步转移到ATP中，保证能量得到最充分的利用
意义
②能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定
长时间处于水淹的水稻为何会出现烂根现象？
二、无氧呼吸
PART ONE
无氧呼吸 场所 反应物 产物 释能 反应式
第一阶段
第二阶段
总反应式 2.有机物中能量的去路有哪些？绝大部分能量去路呢？
3.总结无氧呼吸的概念。
4.细胞呼吸对生物有什么意义？
二、无氧呼吸
自主阅读课本P94-95页，小组合作完成以下问题。
【探究活动2】
2.2过程：
无氧呼吸 场所 反应物 产物 释能
第一阶段
第二阶段
细胞质基质
细胞质基质
C6H12O6
2C3H4O3
[H]
2C3H4O3
[H]
少量能量
无能量
2C3H6O3
2C2H5OH和CO2
第一阶段反应式：
第二阶段反应式：
C6H12O6
酶
+ 4[H] +少量能量
2C3H4O3
2C3H6O3(乳酸)
+ 4 [H]
2C3H4O3
2CO2 + 2C2H5OH(酒精)
二、无氧呼吸
2.1主要场所：
细胞质基质
+ 4 [H]
2C3H4O3
酶
酶
C6H12O6
酶
2C3H6O3(乳酸)
+ 少量能量
C6H12O6
2C2H5OH(酒精)
+ 2CO2 + 少量能量
酶
乳酸发酵
酒精发酵
无氧呼吸中的葡萄糖分子中的大部分能量存留在酒精或乳酸中.
2.3 总反应式：
同样是分解葡萄糖，为何无氧呼吸只能释放少量能量？
二、无氧呼吸
例:高等动物、乳酸菌、高等植物的某些器官：马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚细胞 简记：马吃甜玉米
例：高等植物被水淹、水果、酵母菌
2.4.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。
二、无氧呼吸
呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 场所
条件
产物
能量
ATP产生阶段
相同点 联系 实质 意义 细胞质基质、线粒体
细胞质基质
O2、多种酶
无O2参与、多种酶
彻底分解为12H2O+6CO2
不彻底分解为2酒精和2CO2或2乳酸
大量能量，大部分能量以热能散失
少量能量，大部分能量储存在乳酸或酒精中
三个阶段均产生ATP
仅在第一阶段产生ATP
分解有机物，释放能量，合成ATP
第一阶段反应完全相同，且都在细胞质基质中进行
为生物体的各项生命活动提供能量
二、无氧呼吸
呼吸方式分两种，有氧无氧看氧气。
有氧三步彻底解，线粒体里产水电。
无氧一步在质基，乳酸酒精是产物。
动物乳酸植物酒，记住特点分得清。
记忆口诀
三、细胞呼吸的原理与应用
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。
三、细胞呼吸的原理与应用
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。
1. （2021河北卷·改编） 下列有关细胞呼吸的叙述，错误的是（ ）
A. 与有氧呼吸相比，无氧呼吸过程中有机物分解不彻底，释放的能量少
B. 人体剧烈运动时，骨骼肌细胞产生的CO 量等于消耗的O 量
C. 蔬菜零上低温保鲜，主要目的是减少有机物的消耗
D. 农田适时排水松土，可促进作物根系的呼吸作用，利于作物生长
当堂训练
解析:C错误:零上低温保鲜的主要目的不仅是减少有机物消耗，更重要的是抑制微生物的繁殖，从而延缓腐烂。
2.下图是细胞代谢过程中某些物质的变化过程示意图，下列叙述正确的是( )
A.在乳酸菌细胞中，能进行过程①②④
B.过程①④都需要O2的参与才能正常进行
C.植物细胞中均不会发生②
D.真核细胞中催化过程①②③酶均位于细胞质基质中
当堂训练
解析:A错误:乳酸菌是严格厌氧菌，只能进行乳酸发酵（②），不能进行有氧呼吸（①和④）。B无氧呼吸的第一阶段和有氧呼吸的过程①一样；C错误:某些植物细胞在缺氧时也会产生乳酸（如马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等）。
3. 下列关于细胞呼吸原理应用的叙述，错误的是（ ）
A. 创可贴要求透气性好，是为了防止厌氧菌大量繁殖
B. 给农作物松土，可促进根细胞的有氧呼吸，利于无机盐的吸收
C. 皮肤破损较深时，应及时到医院注射破伤风抗毒血清
D. 零下低温、无氧环境有利于水果、蔬菜的保鲜
当堂训练
解析:D选项:零下低温会使水果、蔬菜细胞结冰，导致细胞结构破坏，无法保鲜。应采用零上低温、低氧环境。
6CO2 + 12H2O+能量
C6H12O6+ 6H2O + 6O2
酶
四、影响细胞呼吸的因素
反应物
条件
产物
影响细胞呼吸
因素
不同植物呼吸速率不同（水生＞旱生；阳生＞阴生）
同一植物不同发育时期不同（幼苗期、开花期＞成熟期）
同一植物不同器官呼吸速率不同（生殖器官＞营养器官）
内因
外因
温度、O2浓度、 H2O 、CO2浓度等
四、影响细胞呼吸的因素
(1) O2浓度
影响原理:
O2是有氧呼吸的反应物,O2促进有氧呼吸,抑制无氧呼吸
5
O2（%）
1.0
0.5
B
10
15
20
A
C
O
CO2释放量
CO2释放量
无氧呼吸
有氧呼吸
①Q点：
②P点：
③R点：
④A点：
⑤B点：
不消耗O2，只产生CO2
只进行 呼吸。
消耗O2量=产生CO2量
只进行 呼吸
无氧
有氧
产生CO2_____
组织细胞呼吸______
最少
此时有机物消耗最少，R点对应的O2浓度是储藏蔬菜、水果的最佳O2浓度。
最弱点
有氧呼吸释放的CO2量______无氧呼吸释放的CO2量，但二者消耗葡萄糖的速率_______。
等于
不相等
无氧呼吸终止点。
四、影响细胞呼吸的因素
(1) O2浓度
影响原理:
O2是有氧呼吸的反应物,O2促进有氧呼吸,抑制无氧呼吸
5
O2（%）
1.0
0.5
B
10
15
20
A
C
O
CO2释放量
CO2释放量
无氧呼吸
有氧呼吸
通过降低氧气浓度来抑制细胞呼吸，减少有机物消耗，延长蔬菜、水果的保鲜时间。
实践应用
四、影响细胞呼吸的因素
(2) 温度
影响原理:
影响酶的活性
实践应用
温度
呼吸速率
①最适温度: 细胞呼吸最强。
②超过最适温度: 呼吸酶活性降低，甚至变性失活，细胞呼吸受抑制。
③低于最适温度:呼吸酶活性下降，细胞呼吸受抑制。
①在零上低温条件下储存蔬菜、水果
②在大棚蔬菜的栽培过程中，适当增大昼夜温差以减少有机物的消耗，提高产量。
[易错提醒]自然条件下因温度高而使植物死亡的直接原因:水分蒸发过多造成的水分失衡。
四、影响细胞呼吸的因素
(3) CO2浓度
影响原理:
CO2是细胞呼吸的产物,积累过多会抑制细胞呼吸
5
CO2(%)
1.0
0.5
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。
②在水果、蔬菜保鲜中， 增加CO2浓度可抑制细胞呼吸， 减少有机物的消耗
实践应用
四、影响细胞呼吸的因素
(4) 水分
影响原理:
自由水含量较高时细胞呼吸旺盛
实践应用
呼吸速率
含水量
①抑制细胞呼吸:哂干的种子中自由水含量降低，细胞呼吸减慢，更有利于储存
②促进细胞呼吸:浸泡种子有利于种子萌发
在一定范围内，细胞呼吸速率，随含水量的增加而加快；超过一定范围，细胞呼吸速率随含水量的增加而减慢。
注意:土壤板结、长期水淹，出现烂根现象，需要及时排水。
O2吸收 = 0
O2吸收 = CO2释放
O2吸收 ＜ CO2释放
酒精量 = CO2释放
酒精量 ＜ CO2释放
底物为葡萄糖
仅有氧呼吸(如多数植物)或同时进行产乳酸的无氧呼吸(如动物)
仅无氧呼吸
有氧+产酒精无氧呼吸
仅进行产酒精的无氧呼吸
有氧+产酒精的无氧呼吸
无CO2释放
只进行产乳酸的无氧呼吸
注意：若细胞CO2释放量小于O2消耗量，说明细胞呼吸的底物不只是糖类，可能还有脂肪。
五、细胞呼吸类型的判断
五、细胞呼吸类型的判断
(1) 实验装置：欲确认某生物的细胞呼吸方式，应设置两套如下实验装置，
①NaOH溶液: 吸收细胞呼吸所产生的CO2
②液滴移动距离：细胞呼吸吸收的O2量
③液滴移动的距离：细胞呼吸产生的CO2量与吸收的O2量的差值。
液滴移动法探究细胞呼吸的方式
五、细胞呼吸类型的判断
液滴移动法探究细胞呼吸的方式
装置一测定有氧呼吸
①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。
②若种子进行酒精发酵
液滴不动。
③若种子进行乳酸发酵
液滴不动。
五、细胞呼吸类型的判断
液滴移动法探究细胞呼吸的方式
装置二测定酒精的无氧呼吸
①若种子进行有氧呼吸
液滴不移动。
②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。
③若种子进行乳酸发酵
液滴不动。
五、细胞呼吸类型的判断
实验结果 结论
装置一液滴 装置二液滴 不动 不动
不动 右移
左移 右移
左移 不动
左移 左移
只进行产生乳酸的无氧呼吸或种子已经死亡
只进行产生酒精的无氧呼吸
进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸
除糖类外还含有脂质种子进行有氧呼吸时,底物中
五、细胞呼吸类型的判断
(2)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”。
矫正方法
1.以下甲、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。下列相关叙述不正确的是( )
A．甲图中氧浓度为a时的情况对应的是乙图中的A点
B．甲图中氧浓度为b时的情况对应的是乙图中的D点
C．甲图的a、b、c、d四种浓度中c是最适合贮藏的
D．甲图中氧浓度为d时没有酒精产生
解析:B 错误:甲图 b 时，CO2 释放量 > O2，说明有无氧呼吸+有氧呼吸。
乙图 D 点：在乙图里 D 点一般是两条线交点（只有有氧呼吸点），此时CO2 释放量 = O2O2 吸收量，RQ=1。
所以 b 时（有无氧呼吸）不应对应 D 点，而应对应乙图中 RQ>1 的某个点（比如 C 点）。
解析:B 错误:甲图 b 时，CO2 释放量 > O2，说明有无氧呼吸+有氧呼吸。
乙图 D 点：在乙图里 D 点一般是两条线交点（只有有氧呼吸点），此时CO2 释放量 = O2O2 吸收量，RQ=1。
所以 b 时（有无氧呼吸）不应对应 D 点，而应对应乙图中 RQ>1 的某个点（比如 C 点）。
解析:B 错误:甲图b 时，CO2 释放量 > O2，说明有无氧呼吸+有氧呼吸。乙图D 点：在乙图里 D 点一般是两条线交点(只有有氧呼吸点)，此时CO2 释放量 = O2 吸收量，RQ=1。所以b 时(有无氧呼吸)不应对应 D 点，而应对应乙图中 RQ>1 的某个点(比如 C 点)。
当堂训练
2.某同学将酵母菌接种在马铃薯培养液中进行实验，不可能得到的结果是（ ）
A．该菌在有氧条件下能够繁殖
B．该菌在无氧呼吸的过程中无丙酮酸产生
C．该菌在无氧条件下能够产生乙醇
D．该菌在有氧和无氧条件下都能产生CO2
解析:B错误:酵母菌无氧呼吸(酒精发酵)途径:葡萄糖→丙酮酸(糖酵解)→乙醇 + CO2。丙酮酸是必经中间产物，不可能没有丙酮酸产生。
当堂训练
3.在生产实践中，贮存蔬菜和水果的最佳组合条件是（ ）
A、低温、高氧、高CO2 B、低温、低氧、高CO2
C、高温、高氧、高CO2 D、高温、低氧、低CO2
当堂训练
解析:蔬菜水果贮存要降低呼吸作用以减少有机物消耗，同时抑制微生物繁殖，并防止某些果蔬因无氧呼吸产生酒精而变质。
温度：低温能降低酶活性，降低呼吸速率，但不宜冻伤（所以是低温，不是高温）。
O2：适当降低 O2浓度（但不能无氧）可降低有氧呼吸。
CO ：适当提高 CO2浓度可抑制呼吸作用和某些微生物生长。
4.下图表示为探究酵母菌细胞呼吸类型而设计的实验装置,酵母菌以葡萄糖为能源物质(不考虑物理因素对实验的影响)。下列有关实验装置和结果的分析,错误的是( )
当堂训练
A.如果装置甲中液滴左移,装置乙中液滴右移,说明酵母菌既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸
B.如果装置甲中液滴左移,装置乙中液滴不移,说明酵母菌只进行有氧呼吸
C.如果装置甲中液滴不移,装置乙中液滴右移,说明酵母菌只进行无氧呼吸
D.实验中,装置甲中的液滴先不移后向左移,装置乙中的液滴先右移后不移
解析:D错误:装置甲中的液滴先不移,说明酵母菌不进行有氧呼吸，则液滴不会再移动;装置乙中的液滴先右移,说明酵母菌进行无氧呼吸，最后反应停止，液滴将保持不动,D项错误。
细胞呼吸
①呼吸
方式
有氧
呼吸
无氧
呼吸
酶
C6H12O6
＋
6H2O
＋6O2
6CO2
＋12H2O
＋ 能量
C6H12O6
2CO2
＋2C2H5OH
＋少量能量
酶
葡萄糖
酶
2丙酮酸
少量能量
4〔H〕
+
+
6O2
12H2O
酶
大量能量
24[H]
+
+
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+少量能量
酶
细胞质基质
一：细胞质基质:
三：线粒体内膜:
二：线粒体基质:
6CO2
6H2O
酶
2丙酮酸
少量能量
20[H]
+
+
+
②原理与应用
③影响细胞呼吸的因素
④细胞呼吸类型的判断
小结
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