(共27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
教学目标
1. 生命观念
2. 科学思维
3. 科学探究
4. 社会责任
通过对细胞呼吸概念和方式的学习，认识到细胞呼吸是生命系统维持稳定(能量供应)的基础，初步形成“物质与能量观”。
通过分析“探究酵母菌细胞呼吸方式”的实验，培养基于证据进行逻辑推理和归纳概括的能力；理解并运用“对比实验”的科学方法。
能够基于给定的实验目的和材料，与他人合作设计并评价探究细胞呼吸方式的实验方案；学会检测CO 和酒精等因变量的方法。
通过分析酵母菌在不同条件下产物不同的实例，认识细胞呼吸原理在生产实践(如酿酒、发面)中的应用价值。
教学目标
(1) 细胞呼吸的概念和实质。
(2) 探究酵母菌细胞呼吸方式的实验原理、设计和结论。
(3) 有氧呼吸和无氧呼吸的条件和产物。
(2)
(1) “探究酵母菌细胞呼吸方式”的实验设计，特别是如何有效控制“有氧”和“无氧”的自变量。
(2) 理解“对比实验”这一科学方法，并区分其与单一变量对照实验的异同。
从实验现象（CO 产生量、酒精有无）准确推导出细胞呼吸方式。
1. 教学重点
2. 教学难点
一、细胞呼吸
1.1 概念
1.2 实质
1.3 水进出植物细胞的原理
二、 细胞呼吸的方式
当堂训练
小结
三、目录 CONTENTS
2.1 探究·实践1 探究酵母菌细胞呼吸的方式
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？
发酵生产葡萄酒的车间
葡萄酒
通气可以给酵母菌提供呼吸需要的氧气，利于酵母菌进行旺盛的细胞分裂；密封则是避免空气进入，便于酵母菌在无氧条件下分解有机物产生酒精。
问题探讨
讨论
2. 为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？
在有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放能量多，这些能量可以为酵母菌细胞进行物质代谢和细胞分裂提供充足的动力。
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？
密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精的同时，能为自己的生命活动提供少量能量。
通过以上的学习，你知道酵母菌的培养和酵母菌的发酵运用了什么原理吗？
问题探讨
发酵生产葡萄酒的车间
葡萄酒
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。
1.1概念：
1.2实质：
细胞内的有机物氧化分解，并释放能量。
细胞呼吸是否一定需要氧呢？
生物在有氧和无氧条件下是否都能进行细胞呼吸呢？
请用实例来论证你的猜想。
【注意】呼吸≠细胞作用
一、细胞呼吸
二、细胞呼吸的方式
【探究活动1】
阅读课本p90-91， 小组合作完成以下任务。
①找出本实验的实验材料用具、自变量、因变量及无关变量;
②写出本实验的原理、目的；
③设计实验方案并基于实验操作完成实验方案。
探究·实践1 探究酵母菌细胞呼吸的方式
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，可用于研究细胞呼吸的不同方式。
酵母菌
(1) 实验材料
生殖方式：出芽
二、细胞呼吸的方式
探究·实践1 探究酵母菌细胞呼吸的方式
(2) 实验原理
酵母菌呼吸方式
有氧
呼吸
CO2
H2O
无氧
呼吸
CO2
酒精
①通入澄清的石灰水:变浑浊。
②使溴麝香草酚蓝水溶液:由蓝变绿再变黄。
酸性重铬酸钾溶液：由橙色变成灰绿色。
CO2 产生量检测指标:
石灰水的混浊程度或溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短。
作出假设
无氧条件
CO2+酒精
产生
CO2
有氧条件
产生
问题：怎样设置实验来对所提出的假说进行验证？
设计实验
实验思路
分别给酵母菌提供有氧和无氧的条件，一段时间后分别检测其产物是否含酒精或二氧化碳。
二、细胞呼吸的方式
提出问题
(3) 实验方案
酵母菌什么条件下产生CO2,什么条件下产生酒精？
二、细胞呼吸的方式
设计实验
实验组
A组：有氧呼吸组
B组：无氧呼吸组
分析变量
①自变量:
②因变量:
③无关变量:
细胞呼吸的条件
无氧
是否产生CO2/酒精
影响实验结果的可变因素
有氧
二、细胞呼吸的方式
实验步骤
酵母菌培养液的配置: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%的葡萄糖溶液。
实验过程
二氧化碳的产生
B组:无氧呼吸
酵母菌培养液
酵母菌培养液
质量分数为10%的NaOH溶液
澄清的石灰水
澄清的石灰水
A
B
如何在通入空气中去除CO2？
B瓶应封口放置一段时间后再连通澄清石灰水，为何？
接橡皮球或气泵
A组:有氧呼吸
NaOH溶液可吸 收空气中的CO2。
消耗瓶内的氧气，造成无氧环境。
二、细胞呼吸的方式
实验现象
① CO2的检测及结论
溴麝香草酚蓝水溶液
由蓝变绿再变黄
条件 澄清石灰水/ 出现的时间
有氧
无氧
溴麝香草酚蓝溶液
变混浊/快
变混浊/慢
黄色/快
黄色/慢
实验结果
酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸；有氧呼吸与无氧呼吸都产生CO2，且有氧呼吸产生的更多。
二、细胞呼吸的方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式(视频)
酵母菌
培养液
酵母菌培养液
质量分数为10%的NaOH溶液
澄清的石灰水
澄清的石灰水
A
B
二、细胞呼吸的方式
接橡皮球或气泵
从A、B酵母菌培养瓶中各取2ml培养液，分别注入2支干净的试管中，再向试管中分别滴加0.5ml溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液，并轻轻震荡混匀。
酒精的产生
实验过程
二、细胞呼吸的方式
实验现象
① 酒精的检测及结论
实验结果
酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸；在无氧条件下产生酒精，还产生少量CO2。
条件 重铬酸钾－浓硫酸溶液
有氧
无氧
出现灰绿色
不出现灰绿色
提示：葡萄糖能和酸性重铬酸钾反应，故检测时需要等培养液中葡萄糖耗尽再进行。
橙色的重铬酸钾溶液
由橙色变成灰绿色
二、细胞呼吸的方式
实验结论
酵母菌单细胞真菌，在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。
细胞呼吸
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
绝大多数生物细胞呼吸的的主要形式都是有氧呼吸
二、细胞呼吸的方式
(1)装置气密性检查
注意事项
注意: 有氧组的进气口和出气口连接要紧密，防止漏气。无氧组的瓶口密封至关重要，必须确保在反应过程中空气无法进入。
目的: 有氧组漏气会导致氧气不足；无氧组漏气会引入氧气，干扰无氧环境的建立。
(2)实验操作阶段
有氧组的空气处理：注意：通入有氧组的空气必须先通过盛有NaOH溶液或澄清石灰水的洗气瓶。目的：除去空气中原有的CO2防止其对检测结果造成干扰，确保后续检测到的CO2完全来自酵母菌的呼吸作用。
二、细胞呼吸的方式
注意事项
无氧组的环境营造：注意：B组封口后，不能立即连接检测装置，应先静置一段时间（约20-30分钟）。目的：让酵母菌消耗掉锥形瓶内残留的氧气，真正创造出无氧环境。
(3)细胞呼吸方式的判断
不能仅凭是否产生CO2来判断呼吸方式，必须结合CO2的产生量/速率以及酒精的检测进行综合判断。因为两种呼吸方式都产生CO2。
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
二、细胞呼吸的方式
科学方法
对比实验
小结
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
1.(2023·浙江1月选考)为探究酵母菌的细胞呼吸方式,可利用酵母菌、葡萄糖溶液等材料进行实验。下列关于该实验的叙述,正确的是( )
A.酵母菌用量和葡萄糖溶液浓度是本实验的自变量
B.酵母菌可利用的氧气量是本实验的无关变量
C.可选用酒精和CO 生成量作为因变量的检测指标
D.不同方式的细胞呼吸消耗等量葡萄糖所释放的能量相等
当堂训练
解析:A错误.在探究细胞呼吸方式的实验中，呼吸方式（有氧/无氧）是自变量，而酵母菌用量和葡萄糖溶液浓度是无关变量，需要保持相同且适宜；B错误. 氧气量的有无是区分有氧呼吸和无氧呼吸的关键因素，因此氧气量是自变量，不是无关变量；D错误. 有氧呼吸将葡萄糖彻底氧化分解，释放大量能量（约2870 kJ/mol）；无氧呼吸不彻底分解葡萄糖，释放少量能量（约196 kJ/mol）。两者释放的能量不相等。
2．下列有关实验的叙述，正确的是（ ）
A.可用溴麝香草酚蓝水溶液检测是否产生CO2来探究酵母菌的呼吸方式
B.酶均能与双缩脲试剂发生紫色反应
C.检验CO2时，酵母菌细胞有氧呼吸装置中的澄清石灰水比无氧呼吸装置中的澄清石灰水更浑浊
D.可以用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测酵母菌呼吸产生的CO2
当堂训练
解析:A错误.两种呼吸方式都产生CO2，需要结合酒精检测才能确定呼吸方式；B错误. 双缩脲试剂用于检测蛋白质，但酶的化学本质不全是蛋白质；D错误.酸性重铬酸钾溶液用于检测酒精（颜色由橙色变灰绿色），不是检测CO2的试剂。检测CO2应该用澄清石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液。
3.下图为“探究酵母菌的呼吸方式”的实验装置，有关叙述正确的是( )
A．该实验需设置有氧和无氧两种条件的对比实验，其中乙组作为对照组
B．若向B瓶和D瓶中加入酸性重铬酸钾溶液，则D瓶内的溶液会变黄
C．可根据溴麝香草酚蓝水溶液变黄的时间长短，来检测CO2的产生速率
D．若C瓶和E瓶中溶液都变混浊，能据此判断酵母菌的呼吸方式
当堂训练
实验组
灰绿色
有氧呼吸和无氧呼吸都产生CO ，所以两组石灰水都会变浑浊，仅凭变浑浊无法区分呼吸方式，必须结合酒精检测。
当堂训练
4．兴趣小组利用自制的纤维素水解液(含5%葡萄糖)培养酵母菌并探究其细胞呼吸(如图)。下列说法正确的是（ ）
A．开始培养时向甲瓶中加入重铬酸钾以便检测乙醇生成
B．实验中可通过增加甲瓶的酵母菌数量提高乙醇最大产量
C．通过乙瓶溶液颜色是否变化可判断酵母菌的呼吸方式
D．可根据溴麝香草酚蓝变色的时间长短检测酵母菌 CO2的产生情况
酸性重铬酸钾用于检测乙醇生成，而不是在反应开始时加入培养瓶，培养结束后取部分培养液进行检测。
乙醇最大产量主要取决于底物（葡萄糖）的量
酵母菌的有氧呼吸和无氧呼吸都产生CO ，仅凭CO 无法区分呼吸方式，需要结合乙醇检测
（2）B瓶中澄清石灰水还可用 代替，根据其水溶液变成 （颜色）的时间长短，可以检测酵母菌培养液中的产生CO2情况。
当堂训练
（1）有氧条件下的装置序号：
无氧条件下的装置序号：
5.探究：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（装置可重复使用），如图（A～D）所示，请分析作答：
C→（B）→A→B
D→B
（3）在A、D中取少量培养液滤液，滴加 溶液检测酒精的存在，若存在酒精，出现的颜色变化为 。
溴麝香草酚蓝溶液
黄色
酸性重铬酸钾
橙色变为灰绿色
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