人教版高一生物必修一示范教案：第 五 章 细胞的能量供应和利用

第5章 细胞的能量供应和利用
●章节规划
《细胞的能量供应和利用》一章包括4节内容，1个“科学·技术·社会”。本部分内容的单元知识点有：（1）酶在代谢中的作用、本质和特性。（2）解释ATP的化学组成和特点以及ATP在能量代谢中的作用。（3）简述线粒体的结构和功能，说明细胞呼吸的方式、原理和实质，探讨细胞呼吸原理的应用。（4）简述叶绿体的结构和功能，说明光合作用的原理和应用以及科学家对光合作用原理的认识过程，研究影响光合作用强度的环境因素等，要求是：探究活细胞内酶的来源、作用、化学属性，以及酶作用的特性；探究温度、pH等因素对酶活性的影响。简述ATP分子结构，解释ATP与ADP相互转化的关系，说明ATP的生成途径，阐明ATP在能量代谢中的作用。探究酵母菌的呼吸方式，阐述有氧呼吸的化学过程，举例说明无氧呼吸与有氧呼吸的异同，理解细胞呼吸是生物体获得能量的主要代谢途径。分析科学家对光合作用的认识过程，形成光合作用的基本概念；提取和分离叶绿体色素，简述叶绿体色素的吸收光谱和作用光谱；阐明光合作用的过程及实质，探究影响光合作用速率的环境因素，认识光合作用原理对提高作物产量的指导作用，理解光合作用是生物界乃至整个自然界最基本的物质代谢和能量代谢。
本章和本模块的其他章节有着密切的联系,具有承上启下的重要作用：通过第一节知识的学习可以进一步加深对有机物鉴定的掌握；第二节知识的学习使学生可以进一步理解只有在能量的供应下，细胞膜才能行使主动运输的功能；第三节和第四节知识可以和第二章的知识联系在一起，加深理解把叶绿体和线粒体分别比喻为植物细胞的“能量转换站”和所有细胞的“动力车间”的含义；学生便于加深领会活细胞之所以能够经历生长、增殖等生命历程，是与能量的供应和利用分不开的。
为了学好本章，可以采用下列方式，第一节《降低化学反应活化能的酶》可通过实验来进行，让学生在实验和活动过程中领悟科学探究的一般方法，学会合作。第2节《细胞的能量“通货”——ATP》可从具体的事例入手，增强学习的趣味性。第3节和第4节在关注基础知识的基础上，特别关注这两节知识在生产、生活和社会发展方向的应用，比如光合作用与粮食产量的关系，呼吸作用与农产品的保鲜和储藏等等，让学生感觉到这些知识和生活密不可分，进而加深对知识的理解。
第1节 降低化学反应活化能的酶
●从容说课
该节主要介绍了酶在细胞代谢中的作用、酶的本质以及酶的3个特性。本节在学生学习过初中生物学的基础上，创设了“问题探讨”的情境——200多年前科学家斯帕兰札尼有关探究鹰消化食物原理的著名实验，引导学生分析和讨论，明确在这个实验过程中酶起了重要作用。那么酶在细胞代谢中有何作用？教材安排了实验来比较过氧化氢在不同条件下分解速率快慢的实验，引导学生自己得出结论，从而切身体会到酶具有很高的催化速率，该实验还介绍了生物实验的常用方法，所以要特别注意理解掌握设计对照实验的原则——单一变量原则（只有一个实验条件不同，其他的实验条件都相同），从而确定实验结果的不同就是有该不同的条件造成的。在学生获得感性知识的基础上，教材利用卡通式插图、图解和文字叙述，指出酶能够显著降低化学反应所需的活化能。这种编排有助于引导学生学会确认和控制变量，有助于培养学生的科学探究能力。
关于酶的化学本质，教材没有平铺直叙地讲述，而是引导学生对有关资料进行分析。需要指出的是，巴斯德和李比希等科学家的观点都有正确的成分，但限于各种原因又都不够全面、准确。随着科学技术的不断进步，后来的科学家对酶的本质不断获得新的研究成果。教材引导学生分析这些资料，这在培养学生继承、创新、实事求是和大胆实践等科学精神和态度方面，都具有重要的教育价值。至于酶的定义，教材要求学生在分析资料后自己进行归纳、总结和完善。这体现出教材在促进学生积极改变学习方式，力求培养学生主动建构知识的编写意图。本节资料分析后面的一段短文，同样是意在结合本节的有关知识，培养学生具备正确的科学精神和态度。
关于酶具有高效性，教材是引导学生回忆上一节的实验现象以及联系自己的生活经验后得出的。关于酶具有专一性，教材是通过举实例和打比喻得出的。关于酶的第三个特性，教材设计了一个探究哪些因素影响酶活性的实验，让学生在探究后得出结论。本探究的实验指导提供了相关的背景知识，目的是便于学生提出所需探究的问题。在学生探究的基础上，教材配合两个曲线图，概括出酶的作用条件较温和的结论。本节的“科学·技术·社会”，通过多个侧面，体现出酶与人类生活的密切关系，从而进一步开阔学生的眼界。
●三维目标
1.知识与技能
（1）细胞代谢的概念。
（2）酶的作用和本质。
（3）酶的特性。
（4）提高学生观察、分析、判断的思维能力，提高学生的实验操作能力。
2.过程与方法
（1）通过本节课教学，让学生进行有关的实验和探索，学会控制自变量，观察和检测因变量的变化，以及设置对照组和重复实验。
（2）通过让学生了解酶的发现过程，使学生体会实验在生物学研究中的作用地位；通过讨论酶在生产、生活中的应用，使学生认识到生物科学技术与社会生产、生活的关系；体会科学、技术、社会之间相互促进的关系，进而体会研究生命科学价值。
（3）在实验能力提高的基础上，提高学生运用语言表达的能力和分享信息、分享实验成果的能力。
3.情感态度与价值观
（1）通过学习生物学家研究酶的本质的过程，激励学生学习科学家实事求是的科学态度和勇于探索的科学精神。
（2）通过实验探究影响酶活性的条件，培养学生的探索精神、创新精神和合作精神。
●教学重点
1.比较过氧化氢酶在不同条件下分解速率快慢的实验，并引导学生得出结论——酶的高效催化作用（酶的作用）。
2.酶的本质。
3.酶的特性。
●教学难点
1.酶的活化能降低的原理。
2.实验中控制变量的科学方法。
●教具准备
酶活性受温度、pH影响的示意图。
●课时安排
3课时
第一课时 酶的作用
●教学过程
［课前准备］
教师准备实验器材，并设计好观察记录表；学生预习实验，掌握实验的原理并设计好实验的过程。
［情境创设］
人不吃饭行吗？食物进入人体内发生了怎样的变化？这些问题在现在来说都已经十分清楚了。这些变化过程在其他生物中有没有呢？早在二百多年前科学家就对此进行了探索。
实验介绍：1783年意大利科学家斯帕兰札尼将肉块放在小巧的金属笼中，然后让鹰吞下，过了一段时间，将笼子取出，肉块不见了。
［师生互动］
问：（1）为何要将肉块放在笼子中？
答：排除了胃对肉块的物理性消化。
问：（2）对肉起消化作用的是什么物质？
答：一定是某些物质进入到金属笼中，使肉分解。现在已经知道这个能让肉分解的物质就是——酶。
问：（3）进行肉类消化的过程的条件是怎样的？
答：进行分解肉的反应是在一种极温和的条件下进行的。
问：（4）在实验室中能否也能让肉分解？能的话需要怎样的条件？
答：实验室也能进行肉的分解，但是比起在生物体中来说，需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈的条件才能进行。
总结：对于一个生物体来说要进行的生理活动非常之多，构成生物体的每一个细胞内的物质需要不断地合成与分解，不断地处于自我更新的状态，而这种自我更新的过程完全依赖于细胞内发生的生物化学反应，每一个化学反应都伴随着能量的变化。细胞中全部有序的化学变化的总称就叫细胞代谢。
细胞生存的条件是很温和的，那么细胞内数量如此巨大的生物化学反应如何在常温、常压、水溶液环境、pH接近中性的条件下，迅速高效地进行呢？在化学反应中有没有提高化学反应的方法呢？
过氧化氢在不同条件下的分解
实验前介绍：动植物在代谢中产生的过氧化氢，对机体是有毒的。机体通过过氧化氢酶，催化过氧化氢迅速分解成水和氧气而解毒。铁离子也可催化这一反应。
2H2O2H2O＋O2
问：如何获得过氧化氢酶？
答：新鲜肝脏中含有较多的过氧化氢酶，所以新鲜肝脏研磨液含有较多的过氧化氢酶。
按以下实验步骤来进行实验：
试管编号
1
2
3
4
实验原理
过氧化氢在高温或Fe3＋或过氧化氢酶的作用下都可分解成水和氧气
第一步
每支试管各加入2 mL 3%的H2O2溶液
第二步
90 ℃热水浴
用滴管加2滴
3.5%FeCl3溶液
用滴管加2滴质量分数为20%肝脏研磨液
观 察
观察气泡冒出情况，并记录
现象
无
较多
较多
很多
将点燃的卫生香
放在液面上
没变化
火头变亮
火头变亮
复燃
原 因
没有生
成氧气
生成了少量氧气
生成了少量氧气
生成了大量氧气
结 论
酶的催化效率比无机催化剂的催化作用更显著
对上述实验进行分析，对照实验的特点。
问：上述实验分成了1、2、3、4号四支试管，哪些是四支试管共同的条件？两两比较不同的条件有几个？
答：共同点：都在试管中加入2 mL H2O2溶液，都在相同的压力下进行。
不同点：1和2：只有温度不同；1和3：3多了2滴FeCl3溶液；1和4：4多了2滴肝脏研磨液；3和4：加入的催化剂不同。
问：1号试管没有加任何试剂，它起的作用是什么？
答：它起的是对照的作用。
结论：进行该实验的其他因素相同，而只有其中某一因素不同，观察其对实验结果的影响。如果结果不同，那么影响该结果的就是这一不同的因素。在上述实验3试管和4试管只有加入的催化剂不同，那么该实验的结果3放的氧气少，4放出氧气多就是因为加入到4号催化剂的催化效率比加入到3号的高。即酶具有高效性。
问：2和4试管现象基本相同，能否在生物体中也利用2的方法来解毒？
答：不能。加热到这样的温度会造成生物的细胞死亡。
问：能否用同一滴管给3和4试管加FeCl3溶液和肝脏研磨液？
答：不能。共用滴管会让肝脏研磨液（或FeCl3溶液）残留在滴管内，难以判断出过氧化氢的分解是哪种滴加液的作用，影响实验结果的准确。
问：为何酶的催化效率会比无机催化剂更高呢？
答：酶降低了活化能。活化能就是分子从常态转化变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。活化能越大，反应就越不容易进行，反之就容易进行。
［教师精讲］
在生物体中，生物体内的化学反应每时每刻进行着。以人为例：据估计人体细胞内每分钟大约要发生几百万次的化学反应，这么多的化学反应能在人体中顺利而迅速地完成，完全是靠酶的催化作用。它和无机催化剂相比，具有更高的催化效率。
酶在细胞内的物质变化过程中起着重要作用，这个作用是其他物质无法代替的。它降低了化学反应中的活化能，而自身却没有发生变化，所以是一种催化剂。它是细胞内产生的，所以它也是细胞中具有高效催化效率的生物催化剂。它的作用就是降低活化能。
［评价反馈］
1.选用新鲜肝脏来比较过氧化氢在不同的条件下分解的实验，是因为新鲜的肝脏中
A.含Fe离子多
B.含酶的种类多
C.温度高
D.过氧化氢酶多且活性高
2.在医院常用双氧水作为身体出现小伤口的消毒用药，能观察到什么现象吗？试解释该现象。
参考答案：
1.D 2.能看到伤口有气泡产生。原因是人体细胞中产生的酶将双氧水分解成了水和 氧气。
［课堂小结］
［布置作业］
1.查资料：催化剂之所以能加快化学反应，它的作用原理是什么？
2.预习P81的资料分析，说出酶的研究过程。从这些过程中你得到了什么启示？
［课后拓展］
1.酶—底物复合物的形成及诱导契合假说
酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过程为酶－底物结合的诱导契合假说。
2.酶促反应的机制
（1）邻近效应与定向排列：两种或数种底物分子在酶活性中心聚集、特异结合，使活性中心的底物浓度增加；底物受催化攻击部位对准活性中心的催化基团，可增加催化效率。
（2）多元催化：一种酶常兼有酸、碱双重催化作用，发生多个功能基团的协同作用，提高酶的催化效率。
（3）表面效应：酶的活性中心提供的疏水环境可排除水分子对各功能基团的干扰性吸引或排斥，防止底物与酶之间形成水化膜，利于酶与底物结合。
●板书设计
第5章 细胞的能量供应和利用
第1节 降低化学反应活化能的酶
第一课时 酶的作用
细胞代谢：细胞内全部的化学反应。
酶的作用：降低活化能更显著，催化效率更高。
●习题详解
一、问题探讨（课本P78）
1.这个实验要解决的问题是：鸟类的胃是否只有物理性消化，没有化学性消化。
2.是胃内的化学物质——酶将肉块分解了。
3.收集胃内的化学物质，将肉块放入这些物质中，看看这些物质在体外是否也能将肉块分解。
二、本节聚焦（课本P78）
1.因为细胞内每时每刻都进行着大量的生化反应，而这些反应都需要在相对温和的条件下进行，只有酶才能满足这样的要求。
2.绝大多数酶都是蛋白质，它是活细胞产生的具有催化作用的有机物。
3.通过实验来进行研究。其中有重要贡献的科学家有巴斯德、李比希、毕希那、切赫等。
三、实验（课本P79）
1.2号试管放出的气泡多。这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。
2.不能。
3.说明FeCl3中的Fe3＋和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。
4.4号试管的反应速率比3号试管快得多。说明过氧化氢酶比Fe3＋的催化效率高得多。细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效率地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。
第二课时 酶的本质
●教学过程
［课前准备］
教师收集有关酶研究的资料，比如酶工程、酶的分类等。学生整理酶本质探索的基本过程，了解这些科学家所作的重要贡献和基本观点。
［情境创设］
现在已经知道细胞内的生理活动之所以如此有序地快速进行，酶的作用无可替代，但是19世纪以前，人们对这些所知甚少，人们对酶的认识是科学家不懈努力的结果。
［师生互动］
巴斯德和李比希观点的比较
巴斯德 李比希
1822～1895（法国） 1803～1873（德国）
微生物学家、通过显微镜观察 化学家，通过对化学变化的研究
发现发酵的过程中有酵母菌存在 认为糖类变成酒精就是一个化学反应
结论：没有活细胞 结论：在这个变化过程中，只有细胞
糖类不可能变成酒精 死亡之后放出了某些物质起了作用
问：从巴斯德研究的领域来看，他得出结论的出发点主要是什么？
答：巴斯德是微生物学家，他主要强调生物体或细胞的整体作用。
问：从李比希研究的领域来看，它得出结论的出发点主要是什么？
答：李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。
问：他们的争论被哪位科学家的研究成果平息了？
答：毕希纳。
请分析毕希纳研究的过程（学生活动）。
实验：酵母细胞研磨加水搅拌加压过滤含酵母细胞的提取液加入葡萄糖。
现象：冒出气泡。
结论：酵母细胞的提取液和活酵母细胞的作用一样。
酵母细胞中引起发酵的物质称为酿酶。
问：你认为毕希纳只凭上面的实验能不能说明酵母细胞的提取液和活酵母细胞的作用 一样？
答：不能。
问：那还应做怎样的实验？
答：对照实验。将酵母菌分成两等份，一半直接加入葡萄糖，另一半通过研磨、过滤等过程来进行，观察结果是否一样。
问：有人说毕希那的研究成果与前人无关，你同意这样的观点吗？
答：不同意。正是由于巴斯德、李比希的研究确定了争论的焦点，使得毕希纳的研究更加具有针对性。
虽然已经确定了酶在物质变化中的作用，但酶到底是什么物质仍然是困扰大家的问题。要研究酶是什么物质，首先要得到纯度较高的酶，然后才能作出鉴定。美国科学家萨姆纳在研究酶究竟是什么过程中作出了杰出贡献。
萨姆纳的研究过程
问：萨姆纳研究哪种酶？是如何确定的？
答：脲酶。借助其他科学家的研究，知道刀豆种子中脲酶的含量比较高。
问：脲酶提取出了，根据你学过的知识如何证明它就是脲酶，不是细胞中其他的有机物呢？
答：在这个实验中首先可以证明是不是蛋白质。用双缩脲试剂这个特有反应来鉴定。然后根据脲酶的特性：尿素氨＋二氧化碳，来判定它不是脲酶。
1926年萨姆纳的重要科学研究成果让人们知道脲酶就是蛋白质，后来其他科学家也提取了其他种类的酶，也证明是蛋白质，所以在以后一段较长的时间，人们都认为酶就是蛋白质。
问：科学家得出的结论应用的什么方法？
答：概括法。
问：你能说出当时概括得出这个结论的基本思路吗？
答：脲酶是蛋白质，胰蛋白酶也是蛋白质，胃蛋白酶也是蛋白质。人们发现的酶都是蛋白质，所以酶就是蛋白质。
问：这样的结论到了20世纪80年代美国科学家的重要发现出现了什么变化？
答：美国科学家切赫和奥特曼发现了一种酶，它也有催化功能，但是它是RNA。这样酶的定义就有了发展。即：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少量的是RNA。
［教师精讲］
酶作为生物催化剂，人们对它的认识经历了较长的时间，从酶究竟是在活细胞中能起作用还是释放出来起作用一直争论到到底是什么物质，每次争论的结果都让人们对酶的认识更深入一步，更加准确，所以可以说酶的本质的发现过程也正是人们认识自然的一个真实写照。
［评价反馈］
1.细胞内合成酶的主要的场所是
A.细胞质 B.线粒体 C.核糖体 D.内质网
2.分析上题中能不能说合成酶的场所是核糖体？
参考答案：
1.C 2.不能。因为还有少量的酶是RNA，它的合成场所就不在核糖体。
［课堂小结］
通过对酶本质的发现过程的学习，我们知道酶的本质就是具有催化作用的有机物。酶的本质的发现过程也说明了一个问题，这个科学结论的得出是科学家不断探索、不断进行实验，最终揭示出来的。它是许多科学家共同努力的结果。
［布置作业］
1.P82一基础题1、2、3。
2.预习酶的特性的内容。分小组来设计实验验证酶的专一性和酶要起作用需要温和条件。
［课后拓展］
通过对酶的研究，证实绝大多数的酶都是蛋白质。酶按照化学组成可分成两类：单纯酶和结合酶，单纯酶就是只有氨基酸组成，不含其他成分。例如：脲酶、胃蛋白酶等。结合酶就是除了蛋白质之外，还含有对热稳定的非蛋白质的小分子物质（如金属离子，也可以是小分子有机物），前者称为酶蛋白，后者称为辅酶。只有两者结合才具有活力。如转氨酶、乳酸脱氢酶都属于此类酶。
●板书设计
第二课时 酶的本质
酶本质的发现过程：
结论：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数为蛋白质。
●习题详解
一、练习（课本P82）
（一）基础题
1.巴斯德：发酵是在整个活细胞参与下进行的。李比希：发酵是细胞中的某些物质参与下进行的，这些物质只有在细胞死亡之后才能释放出来，才能发挥作用。毕希纳：发酵在完整细胞内或不完整细胞下都可进行，说明某些物质可促使物质进行发酵，它在细胞内外的作用相同。萨姆纳：酶是蛋白质。
2.（1）细胞代谢就是细胞内全部的化学反应，细胞内每时每刻都在进行大量的化学反应，而这些反应要进行，没有具有极高催化效率的酶是不可能完成的。（2）细胞内的化学反应之所以能在常温常压下迅速进行，也完全依赖酶的催化作用。
3.D（绝大多数酶是蛋白质，还有一些酶是RNA等有机物）
（二）拓展题
1.（1）取将待检测样品少许溶于2 mL水中；将该溶液注入试管，并向试管注入双缩脲试剂A液1 mL;向试管内注入双缩脲试剂B液4滴，摇匀；观察试管溶液的颜色呈紫色，说明该样品为蛋白质；如不为紫色则不是蛋白质。
（2）在萨姆纳之前，人们还没有一个好办法来提取和纯化细胞中的酶，当然更谈不上鉴定它了。
二、资料分析（课本P81）
1.巴斯德认为发酵与活细胞有关是合理的，但是认为发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用是不正确的；李比希认为引起发酵的是细胞中的某些物质是合理的，但是认为这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用是不正确的。
2.巴斯德是微生物学家，特别强调生物体或细胞的作用；李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。他们的争论促使后人把对酶的研究的目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。
3.毕希纳的实验说明，酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样。
4.萨姆纳历时9年用正确的科学方法，将酶提纯出来。他有一种坚持不懈、百折不挠的科学精神。成功属于不畏艰苦的人。
5.酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少量的酶是RNA。
第三课时 酶的特性
●教学过程
［课前准备］
教师准备有关实验的器材和材料（根据学生的设计来提供）。学生预习探究——影响酶活性的条件，以小组为单位设计自己所选做的实验。
［情境创设］
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，从物质本质来看它是有机物，不同于无机催化剂，但是它们又有共性，就是都具有催化功能，那么它们的功能是不是完全一样呢？
［师生互动］
回顾：过氧化氢在不同的条件下的分解。
问：过氧化氢（H2O2）在Fe3＋的催化下，可分解成H2O和O2，动物新鲜肝脏中含有的过氧化氢酶也能催化这个反应。如果现在我们想弄清楚Fe3＋与过氧化氢酶，哪一种催化剂的催化效率高，那么，我们应该如何设计这个实验？
答：要比较Fe3＋和过氧化氢酶的催化效率，设计实验中的其他条件应该相同，如两支试管中过氧化氢溶液的量应该相同，Fe3＋和动物肝脏也应尽可能同时加入两支试管中。
问：上一节我们已经做过实验，试管3和试管4的现象有何不同？从这个实验你可以得出什么结论？
答：试管4（加了过氧化氢酶）放出的氧气比试管3（加了无机催化剂）多了许多，过氧化氢酶的催化能力强）
过氧化氢酶的催化效率和Fe3＋相比，要高很多。事实上，酶的催化效率一般是无机催化剂的107～1013倍。上述实验说明了酶的一个特性——高效性。
酶还具有什么特性呢？让我们继续通过实验来探索。让学生根据自己的选择的材料来 进行。
问：淀粉和蔗糖都是非还原性糖，淀粉在酶的催化下能水解为麦芽糖和葡萄糖，蔗糖在酶的催化下能水解为葡萄糖和果糖。麦芽糖、果糖、葡萄糖均属还原性糖。还原性糖能够与斐林试剂发生氧化还原反应，生成砖红色的沉淀。现在给你淀粉酶溶液，要观察淀粉酶能催化哪种糖水解，应该如何设计这个实验？你又怎么能知道淀粉酶催化了糖的水解呢？（可引导学生复习P17实验）
答：设计一个对照实验，分别取两支试管，加入等量的淀粉和蔗糖，然后加入同样的淀粉酶，放在同样的环境（60 ℃）。
实验过程总结如下表：
淀粉溶液（1号试管）
蔗糖溶液（2号试管）
实验原理
淀粉酶能让淀粉水解成还原性糖，还原性糖与斐林试剂反应生成砖红色沉淀
淀粉酶不能让蔗糖水解，所以与斐林试剂不能反应生成砖红色沉淀
实验步骤
一
试管各加入2 mL淀粉溶液
试管各加入5 mL蔗糖溶液
二
加入淀粉酶2滴，振荡，放在60 ℃的左右，反应约5 min
三
加斐林试剂→振荡→水浴加热煮沸
实验现象
蓝色→棕色→砖红色沉淀
无变化
结 论
问：哪支试管加入斐林试剂后再加热会出现砖红色的沉淀？
答：在加入淀粉的试管中。
问：出现砖红色沉淀的原因是什么？
答：装有淀粉溶液的试管中出现了还原性糖。
问：装有蔗糖溶液的试管中有何现象？
答：没有出现砖红色的沉淀。
问：实验得出的结论是什么？
答：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。
上述实验说明了酶具有的又一个特性——专一性。
问：根据酶的专一性，催化蔗糖的水解，应该是哪一种酶？
答：蔗糖酶。
（用实验来验证上述实验现象）
从上面进行的实验我们看出进行实验需要一定的条件，比如淀粉酶要在60 ℃左右最好，那么我们能不能在低于或高于这个温度下进行这个实验呢？
答：在最适温度下，酶的活性最高，低于或高于最适温度时酶的活性都降低。
问：能不能设计一个这样的实验，来证明温度会影响酶的活性？
答：把淀粉酶放在不同的温度下进行实验。
设计实验如下表：
淀粉溶液（1号试管）
淀粉溶液（2号试管）
淀粉溶液（3号试管）
实验原理
淀粉酶能让淀粉水解成还原性糖，还原性糖与斐林试剂反应生成砖红色沉淀酶只有在合适的温度时候它的催化效率才最大
实验步骤
一
试管各加入2 mL淀粉溶液
二
加入淀粉酶2滴，振荡，加热至60 ℃左右，反应约5 min
加入淀粉酶2滴，振荡，保持20 ℃左右，反应约5 min
加入淀粉酶2滴，振荡，加热至100℃左右，反应约5 min
三
加斐林试剂→振荡→水浴加热煮沸
实验现象
无变化
蓝色→棕色→砖红色沉淀
无变化
结 论
只有在一定温度下酶的催化效率最好
介绍右图（P 85图5－3）
图5－1－1
温度对酶促反应速度有很大影响，如图5－1－1所示，每种酶都有自己的最适温度。在最适温度的两侧，反应速度都比较低，所以我们看到的是一个钟形的曲线。大部分酶在较高的温度下（如60 ℃以上）时，会因为酶的分子结构遭到破坏而失去活性。根据这个道理，我们在使用加酶洗衣粉时，用哪种水（如凉水、沸水、温水）浸泡好呢？
答：温水。
酶的催化效率还能受pH的影响，展示图介绍，科学实验证实，不同的pH条件下测同一种酶的活性，并且根据所得到的数据绘制成曲线图5－1－2。
图5－1－2
问：pH与酶的活性有什么关系呢？
答：在最适的pH下，酶的活性最高。
设计实验来验证不同的pH下，酶的活性不同：
1号试管
2号试管
3号试管
实验原理
过氧化氢酶能使过氧化氢快速分解
实验步骤
一
试管各加入2 mL体积分数为3%的过氧化氢溶液
二
pH为2左右
pH为7左右
pH为12左右
三
分别加入过氧化氢酶溶液2滴
实验现象（用卫生香来检验）
反应不剧烈，几乎无变化
复燃
反应不剧烈，几乎无变化
结 论
不同的pH下过氧化氢酶的催化效率不同
［教师精讲］
酶的专一性是普遍存在的，生物体内有些酶能够催化某些分子结构相近的矿物质，如二肽酶，可以催化任何两种氨基酸组成的二肽水解。所以，确切地说，酶的专一性是指一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应。
酶的催化效率的高低与温度有关，它影响酶的活性，进而影响酶的催化效率。
酶的催化效率还与pH等条件有关。因为在过酸、过碱的条件下，都会使酶的分子结构遭到破坏而失去恬性。
生物催化剂——酶和无机催化剂相比，具有高效性、专一性，并且需要适宜的条件。
［评价反馈］
1.人在发高烧时，常常食欲大减，最根本的原因是
A.所吃食物不能消化
B.胃没有排空
C.体温超过合适温度，消化酶的活性下降
D.吃药使人没有了胃口
2.胃蛋白酶在进入小肠后就几乎没有了催化作用，主要原因是
A.pH不适合
B.胃中已经起了消化作用，不能再起作用了
C.被小肠中的物质包裹起来，所以起不到催化作用
D.小肠中没有蛋白质可被消化
3.苹果削皮之后，不马上吃掉会变色，但是放在盐水中泡一下，却不会变色，试解释为什么会出现这样的现象？
答案：1.C? 2.A ? ?削皮后，水果里的酶和水果的物质充分接触，把水果的有机物转变成了褐色的物质。放入盐水中泡一下，使水果中的酶变性，失去了作用，就不会生成褐色的物质了。
［课堂小结］
酶在细胞中的生理活动过程中的作用是无可代替的，它在催化过程中高效性、专一性和作用条件温和的特点对生物有何重要意义呢？高效性保证细胞中的化学反应快速进行，专一性使细胞代谢有条不紊地进行，作用条件的温和符合生物体存在的基本环境。
［布置作业］
P86一、基础题1、2、3，二、拓展题1。
［课后拓展］
酶和一般的催化剂相比，有共同点也有不同点。共同点：（1）都能加快反应进行；（2）只能催化热力学上允许进行的反应，而不能使本来不能进行的反应进行；（3）只能加快反应达到平衡，不能改变达到平衡时反应物和生成物的浓度。不同点：酶的特点就是它的高效性和专一性，而且作用的条件比较温和。
●板书设计
第三课时 酶的特性
●习题详解
一、练习（课本P86）
（一）基础题
1.B（唾液淀粉酶是一种蛋白质，所以要水解它只能用蛋白酶）
2.B（细胞壁的主要成分是纤维素，所以要去掉它而不损坏内部结构，就只能用水解的方法来进行）
3.这个模型中A代表酶，B代表反应物，C和D代表反应产物。该模型说明了酶的专一性。酶A专一性和反应物B结合，使B产生了产物C和D。
（二）拓展题
1.（1）A点：随着反应物浓度的增加（减少），反应速率加快（减慢）；B点：反应速率在此时达到最大值（该点对应的横坐标为最合适浓度）；C点：反应速率不再随反应物浓度的增加而升高。（2）因为图中的曲线表示的是在最适温度下催化的反应速率，所以在A点时温度升高（降低）10 ℃，则在该浓度下的反应速率就会减小。即纵坐标的值会低于原曲线。如图5－1－3所示。
图5－1－3
（3）原曲线在B点的反应物浓度足够大，说明是酶的浓度限制了反应速率的提高，此时加入少量酶，会使反应速率加快。如图5－1－4所示。
图5－1－4
2.（略）
二、本节聚焦（课本P83）
1.酶具有高效性、专一性、作用条件温和等特性。
2.受环境中的温度、pH以及抑制剂的影响。
三、旁栏思考题（课本P85）
绝大多数酶是蛋白质，强酸、强碱、高温等剧烈条件都会影响到蛋白质的结构，所以酶比较“娇气”。
第2节 细胞的能量“通货”——ATP
●从容说课
《细胞的能量“通货”——ATP》主要介绍了ATP分子的组成和结构特点,ATP具有与ADP相互转化的特性,以及ATP在细胞生命活动中的作用等内容。
关于ATP与ADP的相互转化既是本节的重点也是难点。教师可以继续利用前面的比喻，将细胞中的能量通货比作我们日常生活中的零用钱，它会随着每天的花销而减少，因此要维持正常生活必须不断破开大面值的钞票给予补充，细胞中的大面值钞票主要是糖类等有机物。在有机物分解时释放出的能量能被用来合成ATP，这个过程通过ATP与ADP的相互转化来实现。教师在介绍这部分内容时可以充分利用教材上的图解，告诉学生ATP水解时，远离腺苷的磷酸键断裂时释放出较多的能量，是一种放能的过程，所以当ADP与磷酸再次结合形成ATP时，必然从周围吸收相同的能量，而且这个过程在细胞中时刻发生，这就是为什么ATP可以作为一种能量的“小票”而在细胞中流通使用的原因。
关于ATP的利用，一是要讲清楚吸能反应和放能反应与ATP的分解和合成的关系，二是要充分利用教材上的图解，让学生在看懂图解的基础上，讨论ATP还有哪些用途，从而对该图解进行补充和完善。
●三维目标
1.知识与技能
（1）简述ATP的化学组成和特点。
（2）写出ATP的分子简式。
（3）解释ATP在能量代谢中的作用。
2.过程与方法
（1）通过ATP与ADP相互转化关系的多媒体动画，认识ATP在细胞中作为能量流通的原因。
（2）通过分析，比较在生物体生命活动中，ATP如何生成又如何消耗，找出能量代谢的规律。
3.情感态度与价值观
（1）激发学生的学习兴趣和渗透热爱自然和生命的情感教育。
（2）通过对课本P90图5－7进行补充和完善，以调动学生学习积极性,培养主动参与的学习态度,培养用准确的科学术语阐述观点和进行合作学习的态度。
●教学重点
1.ATP化学组成的特点及其在能量中的作用。
2.ATP与ADP的相互转化。
●教学难点
ATP与ADP的相互转化。
●教具准备
1.教师课件。
2.ATP结构式挂图。
●课时安排
1课时
●教学过程
［课前准备］
思考问题:在人类的生产和生活中是怎样解决能量的“稳定储存”和“灵活利用”这一矛盾的？例如,发电厂是如何转化能量的?人们是如何从农产品转化成各种生活用品的?
［情境创设］
1.老师提出问题，学生讨论
（1）萤火虫发光需要能量吗？
（2）细胞中的糖类、蛋白质等有机物都储存着大量稳定化学能，生物的生命活动需要能量能直接利用它们吗？
2.教师讲解
从课文中的唐诗中我们知道，生物的生命活动需要能量。实际上，细胞中还有许多化学反应是需要能量的，这些能量是从哪里来的呢？我们知道，细胞中的糖类、蛋白质等有机物都储存着大量稳定化学能，这些能源物质的稳定性，利于大量地储存，但它们不能直接为细胞的生命活动提供能量，细胞是怎样解决“稳定储存”和“灵活利用”这一矛盾的？细胞把稳定的能量转化成另一种能直接给细胞的生命活动提供能量的有机物——ATP，解决了这一问题。ATP什么物质呢？
［师生互动］
1.ATP分子结构特点
学生阅读课本P88相关内容后，教师讲解：
（1）展示ATP结构式挂图，向学生介绍腺嘌呤、核糖（两者结合而成腺苷）、磷酸。
（2）ATP是三磷酸腺苷的英文名称的缩写。ATP分子的结构可以简写成A—P～P～P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，T代表三，～代表一种特殊的化学键，叫做高能磷酸键，ATP分子中大量的能量就储存在高能磷酸键中。ATP水解时高能磷酸键可以水解放出大量的能量，达到30.54 kJ/mol。所以说，ATP是细胞内的高能磷酸化合物。
2.ATP与ADP相互转化
（1）学生阅读课本P88～P89页相关内容，回答问题：ATP与ADP是怎样相互转化的？
（2）教师讲解：ATP的化学性质不稳定。在有关酶的催化作用下，ATP分子中远离A的那个高能磷酸键很容易水解脱离开来，形成游离的Pi（磷酸），同时，储存在这个高能磷酸键中的能量释放出来，ATP就转化成ADP（二磷酸腺苷的英文名称的缩写）。在有关酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同时与一个游离的Pi结合，重新形成ATP（播放多媒体课件：ATP与ADP相互转化）。
资料显示，正常人每天ATP的转变量几乎接近于体重，但在体内存在的ATP的量是很少的。ATP和ADP在体内总是处于不断转化的动态平衡之中。如下所示：
3.ATP的形成途径
（1）学生阅读课本P89相关内容后，分组讨论：动植物ATP的形成途径有哪些？
（2）教师讲解：对于绿色植物来说，ADP转化成ATP时所需的能量来自于呼吸作用和光合作用；对于人、高等动物、真菌和大多数细菌来说，ADP转化成ATP时所需的能量除来自于呼吸作用外，人和高等动物还可以来自磷酸肌酸的转移。
4.ATP的利用
（1）教师讲解：吸能反应总是与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量；放能反应总是与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中。能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通。
（2）学生看课本图，讨论ATP还有哪些用途，从而对该图进行补充和完善。
［教师精讲］
1.细胞内储存能量的物质有糖类、脂肪、蛋白质等。细胞内消耗能源物质的顺序是：糖类脂肪蛋白质。一般情况下生物体内细胞利用的能源物质是糖类，而且糖类中的能量需要分解释放传递给ATP，转变成活跃的化学能，才能供给各种生命活动利用，从而解决能量的“稳定储存”和“灵活利用”的矛盾。
2.直接供给生命活动能量的能源物质是ATP。在生物体内能量的转换和传递中，ATP是一种关键物质。ATP是生物体内能量转换的“中转站”，它有利于能量的运输和协调供给，如线粒体呼吸释放能量合成的ATP，可以转移到细胞膜用于主动运输，也可以进入细胞核推动DNA的复制等等，从而解决“产能”和“用能”在空间上的矛盾。
3.ATP的结构与物理、化学知识有密切联系，ATP中的能量可以转变成机械能（如肌肉收缩、鞭毛摆动）、化学能、电能（如神经冲动的传导）、渗透能（如主动运输的能量）、光能等其他形式的能量。
4.胞内供能物质有ATP和磷酸肌酸，ATP普遍存在，但含量不多，当ATP大量消耗时，则磷酸肌酸释放能量供ADP和Pi合成ATP。磷酸肌酸的存在对ATP含量的相对稳定起缓冲作用。
［评价反馈］
学生做课本练习题、教师检查评讲。
［课堂小结］
［课后拓展］
1.其他高能磷酸化合物
在动物和人体细胞（特别是肌细胞）内，除了ATP外，其他的高能磷酸化合物还有磷酸肌酸（可用C～P代表）。磷酸肌酸的结构式是：
当动物和人体细胞由于能量的大量消耗而使细胞内的ATP含量过分减少时，在有关酶的催化作用下磷酸肌酸中的磷酸基团连同能量一起转移给ADP，从而生成ATP和肌酸（可用C代表）；当ATP含量比较多时，在有关酶的催化作用下，ATP可以将磷酸基团连同能量一起转移给肌酸，使肌酸转变成磷酸肌酸。
对于动物和人体细胞来说，磷酸肌酸只是能量的一种储存形式，而不能直接被利用。由此可见，对于动物和人体细胞来说，磷酸肌酸在能量释放、转移和利用之间起着缓冲的作用，从而使细胞内ATP的含量能够保持相对的稳定，ATP系统的动态平衡得以维持。
2.萤火虫发光的原理和意义
萤火虫不论雄性的还是雌性的，夏秋的夜晚都会一闪一闪地发光。雄虫比雌虫的个体小一些，但发出的闪光却亮一些。萤火虫发出的闪光，主要是求偶的信号，用来吸引异性前来交尾。萤火虫有许多种，如平家萤火虫、姬萤火虫等。不同种类的萤火虫会发出各自特定的闪光信号。雌虫看到飞舞着的同种雄虫发出的闪光信号后，就会以特定的闪光信号回应。雄虫的每一组闪光信号是由几个节奏组成的，每个节奏都包括闪光的次数、闪光的频率和每次闪光的时间，这些都是雌虫能够识别的。如果雌虫顺利地回应了闪光信号，则雄虫就会前来交尾，以繁衍后代。有的科学家准确分析出某种雄性萤火虫的闪光规律后，用手电筒模拟这种闪光信号，竟然发现同种的雌虫会迎光而来。
有趣的是，雌虫看到其他种类雄虫的闪光信号后，有时竟能发出该种雌虫的闪光信号，这种闪光信号具有欺骗性，能使该种雄虫误以为可以前去交尾而被雌虫吃掉。雌虫的这一特性，可以使自己获得丰富的营养。这种现象被科学家戏称为“死亡拥抱”。此外，萤火虫发出的荧光还具有一定的警戒作用和照明作用。
萤火虫的发光器官位于腹部后端的下方，该处具有发光细胞。发光细胞的周围有许多微细的气管，发光细胞内有荧光素和荧光素酶。荧光素接受ATP提供的能量后就被激活。在荧光素酶的催化作用下，激活的荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素并且发出荧光。顺便说到，荧光是一种冷光，其发光效率可高达98％左右，而热光则发光效率低得多，如太阳的发光效率只有35％左右。
●板书设计
第2节 细胞的能量“通货”——ATP
1.ATP分子结构特点
（１）化学组成：腺嘌呤、核糖、磷酸；
（２）ATP（三磷酸腺苷），结构简式A—P～P～P，是细胞内的高能磷酸化合物。
2.ATP与ADP相互转化
（1）ATP和ADP在体内总是处于不断转化的动态平衡之中。如下式所示：
ADP＋Pi＋能量ATP
（2）ATP和ADP能相互转化的原因
3.ATP的形成途径
（1）绿色植物：能量来自于呼吸作用和光合作用；
（2）人、高等动物、真菌和大多数细菌：能量除来自于呼吸作用外，人和高等动物还可以来自磷酸肌酸的转移。
4.ATP的利用
（1）运输物质；
（2）肌肉收缩；
（3）合成物质；
（4）生物发电；
（5）神经活动。

●习题详解
一、练习（课本P90）
（一）基础题
1.B
2.吸能反应：如葡萄糖和果糖合成蔗糖的反应，需要消耗能量，是吸能反应。这一反应所需要的能量是由ATP水解为ADP时释放能量来提供的。放能反应：如丙酮酸的氧化分解，能够释放能量，是放能反应。这一反应所释放的能量除以热能形式散失外，还可用于ADP转化为ATP的反应，储存在ATP中。
3.在储存能量方面，ATP同葡萄糖相比具有以下两个特点：一是ATP分子中含有的化学能比较少，一分子ATP转化为ADP时释放的化学能大约只是一分子葡萄糖的1／94；二是ATP分子中所含的是活跃的化学能，而葡萄糖分子中所含的是稳定的化学能。葡萄糖分子中稳定的化学能只有转化为ATP分子中活跃的化学能，才能被细胞利用。
（二）拓展题
提示：植物、动物、细菌和真菌等生物的细胞内都具有能量“通货”——ATP，这可以从一个侧面说明生物界具有统一性，也反映种类繁多的生物有着共同的起源。
二、问题探讨（课本P88）
1.萤火虫发光的生物学意义主要是相互传递求偶信号，以便交尾、繁衍后代。
2.萤火虫腹部后端细胞内的荧光素，是其特有的发光物质。
3.有。萤火虫腹部细胞内一些有机物中储存的化学能，只有在转变成光能时，萤火虫才能发光。
三、思考与讨论（课本P90）
1.1分子葡萄糖所含的能量，约是1分子ATP所含能量的94倍（指ATP转化为ADP时释放的能量）。
2.有道理。糖类和脂肪分子中的能量很多而且很稳定，不能被细胞直接利用。这些稳定的化学能只有转化成ATP分子中活跃的化学能，才能被细胞直接利用。
四、本节聚焦（课本P88）
1.因为能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通。因此形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“通货”。
2.ATP的化学性质不稳定。在有关酶的催化作用下，ATP分子中远离A的那个高能磷酸键很容易水解脱离开来，形成游离的Pi（磷酸），同时，储存在这个高能磷酸键中的能量释放出来，ATP就转化成ADP（二磷酸腺苷的英文名称的缩写）。在有关酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同时与一个游离的Pi结合，重新形成ATP。
ATP与ADP在活细胞中一定条件下循环转化。ATP水解时释放出大量能量，不断地为生命活动提供能源补充，保证了新陈代谢的正常进行；由于ATP在细胞内的含量很少，ADP迅速转化形成新的ATP，使ATP含量处于动态平衡之中，从而使ATP不会因能量的不断消耗而枯竭，保证了生命活动能够及时地、不断地得到能量而顺利进行。
3.ATP中的能量可以直接转化成其他各种形式的能量，用于各项生命活动。这些能量的形式主要有以下6种：
渗透能 细胞的主动运输是逆浓度梯度进行的，物质跨膜移动所做的功消耗了能量，这些能量叫做渗透能，渗透能来自ATP。
机械能 细胞内各种结构的运动都是在做机械功，所消耗的就是机械能。例如，肌细胞的收缩，草履虫纤毛的摆动，精子鞭毛的摆动，有丝分裂期间染色体的运动，腺细胞对分泌物的分泌等，都是由ATP提供能量来完成的。
电能 大脑的思考——神经冲动在神经纤维上的传导，以及电鳐、电鳗等动物体内产生的生物电等，它们所做的电功消耗的就是电能。电能是由ATP提供的能量转化而成的。
化学能 细胞内物质的合成需要化学能，如小分子物质合成为大分子物质时，必须有直接或间接的能量供应。另外，细胞内物质在分解的开始阶段，也需要化学能来活化，成为能量较高的物质（如葡萄糖活化成磷酸葡萄糖）。可以说在细胞内的物质代谢中，到处都需要由ATP转化而来的化学能做功。
光能 目前关于生物发光的生理机制还没有完全弄清楚，但是已经知道，生物体用于发光的能量直接来自ATP，如萤火虫的发光。
热能 有机物的氧化分解释放的能量，一部分用于生成ATP，大部分转化为热能通过各种途径向外界环境散发，其中一小部分热能作用于体温。通常情况下，热能的形成往往是细胞能量转化和传递过程中的副产品。此外，ATP释放的能量中，一部分能量也能用于动物体温的提升和维持。
第3节 ATP的主要来源——细胞呼吸
●从容说课
本节课内容需要约2课时完成。第一节课为探究活动，探究酵母菌细胞呼吸的方式，第二节课学习有氧呼吸和无氧呼吸的概念以及细胞呼吸原理应用于生活和生产实践的实例。
学生学过了ATP的知识，对于ATP作为能量的通货有了一定的认识，教师可以此为切入点，提出问题引入新课。探究酵母菌细胞呼吸方式的活动要注意解决几个问题：了解酵母菌作为单细胞生物采取何种方式进行细胞呼吸；酵母菌在有氧和无氧条件下细胞呼吸的产物是什么；在实验中如何控制实验条件和检测实验结果；如何设计对照实验等。
当问题明确后，学生探究的过程就会成为探究学习细胞呼吸概念的过程，同时也是学习科学方法，养成科学态度以及建立科学价值观的过程。教师要随时注意学生在探究过程中的问题，及时引导学生对科学概念的学习和理解。比如在准备实验、观察现象、记录结果等方面，需要特别提醒学生，注意养成尊重事实的习惯，然后根据实验现象来分析可能的原因，将学习引向深入，为下面的概念学习铺设道路。
通过酵母菌细胞呼吸方式的探究，学生认识到有氧呼吸和无氧呼吸的条件和生成的产物，这样就为后面学习有氧呼吸和无氧呼吸打下了基础。然后从酵母菌转向其他生物，为学生介绍普遍存在于生物体中的有氧呼吸和无氧呼吸，同时通过学习细胞呼吸作用，让学生了解细胞呼吸的本质是通过有机物的氧化分解为生命活动提供能量，维持细胞的正常生活。
关于细胞呼吸原理在生产和生活中的应用，可以先让学生分析课本中相关的图文资料，说明这些事例中所应用的细胞呼吸原理，再让学生联想其他事例，进行讨论和交流，从而认识到细胞呼吸原理在实践中应用的广泛性。
●三维目标
1.知识与技能
（1）说出线粒体的结构和功能。
（2）说明有氧呼吸和无氧呼吸的异同。
（3）说明细胞呼吸的原理，并探讨其在生产和生活中的应用。
（4）进行酵母菌细胞呼吸方式的探究。
2.过程与方法
（1）通过酵母菌细胞呼吸方式的探究，学生认识到有氧呼吸和无氧呼吸的条件和生成的产物，为后面学习有氧呼吸和无氧呼吸打下了基础。
（2）通过有氧呼吸和无氧呼吸教学课件，让学生了解细胞呼吸的本质是通过有机物的氧化分解为生命活动提供能量，维持细胞的正常生活。
（3）通过让学生分析课本中相关的图文资料，说明这些事例中所应用的细胞呼吸原理。
（4）通过比较有氧呼吸和无氧呼吸的异同，学会运用对比的方法识记理解相关的生物学知识，培养综合分析能力。
3.情感态度与价值观
（1）通过学习有氧呼吸的主要场所，树立结构和功能相适应的生物学基本观点。
（2）通过分析有氧呼吸与无氧呼吸的关系，理解生命活动不断发展变化以及适应的特性，学会运用发展变化的观点认识生命。
●教学重点
有氧呼吸的过程及原理。
●教学难点
1.细胞呼吸的原理和本质。
2.探究酵母菌细胞的呼吸方式。
●教具准备
教师课件。
●课时安排
2课时
第一课时 细胞呼吸的方式
●教学过程
［课前准备］
要求学生利用各种方式收集有关酵母菌的知识。
［情境创设］
提出问题，学生讨论：
1.你所了解的有关酵母菌的知识有哪些？
酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞的不同呼吸方式。比如平时我们吃的馒头、面包之所以松软多孔，就是因为在和面时加入了酵母菌，经发酵产生的气体遇热膨胀所致。
2.想一想关于酵母菌细胞呼吸的方式，自己有哪些不清楚的地方？
有氧呼吸：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量
无氧呼吸：C6H12O62C2H5OH（酒精）＋2CO2＋少量能量
3.我要探究的问题是什么？酵母菌发酵时产生的气体是什么？
［师生互动］
1.作出假设
师：要探究问题，首先得提出假设，你提出的假设是什么？
生：酵母菌发酵时所产生的气体是CO2。
2.根据假设让学生分组讨论、设计实验方案
（1）你选择的实验材料：鲜酵母菌培养液。
（2）你选择的实验器具和试剂
器具：试管，烧杯，量筒，玻璃管（弯成门形），温度计，玻棒，橡皮塞（中间钻孔），铁架台，铁夹，酒精灯，石棉网，火柴。
试剂：质量分数为5％的葡萄糖液、质量分数为0.1％的溴麝香草酚蓝水溶液。
（3）实验步骤：
①取2支试管，分别编号1、2，各注入质量分数为0.1％的溴麝香草酚、蓝水溶液3 mL。
②另取1支试管，注入鲜酵母菌培养液，注入量约为试管容量的2／3，试管口加塞。
③用弯成U形的玻璃管按图所示将盛有鲜酵母菌培养液的试管与2号管相通，并固定于铁架台上，1号试管设为对照。
④将盛有鲜酵母菌培养液的试管置于35～38 ℃中水浴5 min。
⑤观察2号管内的颜色变化。
⑥向装有酵母菌培养液的试管滴加0.5 mL溶有0.18重铬酸钾的浓硫酸溶液（体积分数为95％～97％）并轻轻振荡，使不均匀。观察试管中溶液的颜色变化。
（4）自己设计的实验记录表格：
（5）老师指定几组实验方案设计较好的组，派代表到讲台读设计方案，请老师和同学提出意见。其他各组设计方案等老师认可后开始做实验。
3.实施实验
按实验方案进行操作，仔细观察，认真记录。
4.分析与结论
根据实验结果得出本小组结论。
5.表达与交流
与其他小组交流。然后，各小组代表用简明、科学的语言，在班里说出细胞呼吸有几种方式，每种方式的条件和产物有什么区别。
［教师精讲］
1.生物实验中的无关变量很多，必须严格控制，要平衡和消除无关变量对实验的影响，对照实验是最有效的方法。
2.本实验要探究的问题是酵母菌发酵时所产生的气体是不是CO2？首先要考虑的是酵母菌发酵所需的条件是什么？如何控制？接着要考虑的是如何检验CO2？又因为酵母菌发酵时还可能产生酒精，所以还要考虑的是如何检验酒精。根据以上分析我们设计实验步骤。
3.对实验结果的分析，如是实验结果与假设相符，则假设成立。如是实验结果与假设不相符，则假设不成立，应分析出现此结果的原因，在此基础上得出正确的结论。
［评价反馈］
学生做课堂练习题、教师检查评讲：
1.在探究实验的设计过程中，往往要进行对比实验，下列有关叙述中正确的是
A.只能设置两个实验组，互为对比实验
B.在“观察DNA和RNA在细胞中的分布”实验中，没有对比实验
C.进行对比实验是为了探究某种因素与实验对象的关系
D.只要实验现象明显，有没有对比实验对实验结论都没有影响
2.在啤酒生产过程中，发酵是重要环节。生产过程大致如下：将经过灭菌的麦芽汁充氧，接入啤酒酵母菌菌种后输入发酵罐。初期，酵母菌迅速繁殖，糖度下降，产生白色泡沫，溶解氧逐渐耗尽。随后，酵母菌繁殖速度迅速下降，糖度加速降低，乙醇浓度逐渐上升，泡沫不断增多。当糖浓度下降到一定程度后，结束发酵。最后分别输出有形物质和鲜啤酒。
根据上述过程，回答以下问题：
（1）该过程表明啤酒酵母菌异化作用的特点是________________________________。
（2）初期，酵母菌呼吸方式是______________________________。
（3）经测定酵母菌消耗的糖中，98.5%形成了乙醇和其他发酵产物，其余1.5%则是用于______________________________。
参考答案：
1.C 2.（1）兼性厌氧呼吸 （2）有氧呼吸 （3）酵母菌本身的生命活动需要消耗掉了
［课堂小结］
1.实验目的：探究酵母菌细胞呼吸的方式
2.实验原理：（1）CO2可使澄清石灰水变浑浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝色变绿色再变黄色。根据石灰水浑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液中CO2'情况。（2）橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与乙醇发生化学反应，变成灰绿色。
3.实验步骤：①取2支试管，分别编号1、2，各注入质量分数为0.1％的溴麝香草酚蓝水溶液3 mL。②另取1支试管，注入鲜酵母菌培养液，注入量约为试管容量的2／3，试管口加塞。③用弯成U形的玻璃管按图所示将盛有鲜酵母菌培养液的试管与2号管相通，并固定于铁架台上，1号试管设为对照。④向装有酵母菌培养液的试管滴加0.5 mL溶有0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液（体积分数为95％～97％）并轻轻振荡，使它们混合均匀。观察试管中溶液的颜色变化。
4.实验现象：2号试管中可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝色变绿色再变黄色。橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与乙醇发生化学反应，变成灰绿色。
5.实验结论：酵母菌在有氧和无氧条件下都可产生CO2气体，在无氧条件下产生CO2同时产生了酒精。
［布置作业］
写好实验报告。
［课后拓展］
1.发酵
无氧呼吸如果不用于高等动植物和人体，而用于微生物则叫做发酵。发酵与无氧呼吸的共同点是：H＋和e的最终受体都不是氧，并且呼吸底物只是部分地被氧化，所以最终形成的产物有酒精、乳酸等。需要指出的是，发酵工业上所说的发酵，并非完全是无氧的，如醋酸发酵就是需要氧的。
图5－3－1 酒精发酵过程与乳酸发酵过程简图
酒精发酵 酵母菌和其他一些微生物，在缺氧的情况下，以酒精发酵的形式进行无氧呼吸，这是因为它们的细胞内含有乙醇脱氢酶。
酒精发酵的第一个阶段，与糖酵解的步骤完全相同。然后在缺氧的情况下，丙酮酸就在丙酮酸羧化酶的作用下，脱羧形成乙醛，乙醛则在乙醇脱氢酶的作用下，被糖酵解产物——NADH还原为酒精（乙醇）。酒精发酵的总反应式是：
C6H12O6＋2ADP＋2Pi2C2H5OH＋2CO2＋2ATP
概括地说，1分子葡萄糖经过酒精发酵后所提供的可利用的能量，只是糖酵解过程中净得的2分子ATP，该葡萄糖分子中原有的大部分能量则存留在酵母菌不能利用的酒精中。所以说，酒精发酵是产生ATP的一条低效途径。
乳酸发酵 乳酸发酵也不需要氧的参与，1分子葡萄糖经乳酸发酵后，形成2分子乳酸，所提供的可利用的能量，同样只是糖酵解过程中净得的2分子ATP。
葡萄糖分解成丙酮酸的情况与上述酒精发酵相同，只是丙酮酸是在乳酸脱氢酶的作用下还原成乳酸，同时还原型辅酶I（NADH）被氧化成氧化型辅酶I（NAD＋），从而保证了乳酸发酵的持续进行。乳酸发酵的总反应式是：
C6H12O6＋2ADP＋2Pi2C3H6O3＋2ATP
乳酸菌可以使牛奶发酵而成酸牛奶或奶酪。此外，泡菜、酸菜、青贮饲料能够较长时间地保存，也都是利用乳酸发酵积累的乳酸抑制了其他微生物活动的缘故。
2.发酵工程
（1）酒变酸的启示
到了19世纪的中期，在欧洲许多陈年的葡萄酒在空气中因自然变酸而不能被饮用。为了研究酒变酸的真正原因，巴斯德进行了大量的实验，终于发现引起葡萄酒变酸的罪魁祸首是一种叫醋酸杆菌的微生物，并指出醋酸杆菌是从空气中落进酒里的，是它使葡萄酒转变成了醋酸。因此，他建议采用微温（50～60 ℃）加热法来消灭酒、醋等成品中的杂菌，从而解决了当时酿酒业的难题，发展了制醋的标准化工艺这种微温加热消灭微生物的方法，以后便称为巴斯德灭菌法或巴斯德消毒法，在奶制品加工和制酒业中沿用至今。
（2）操作步骤
发酵工程的操作一般可分为4个阶段：第一是选取发酵原料及时对原料进行预处理；第二是对发酵原料进行高压灭菌并选择目标菌种且接种到灭过菌的发酵原料中；第三是发酵过程，应根据目标菌种的需氧或厌氧的特点，通入空气发酵或密闭发酵；第四是对发酵产品进行分离和提纯，以获得符合要求的发酵产品。酒、醋、酱油、味精、酒精、抗生素、维生素和微生物杀虫剂等都是发酵的产物，同时人们还利用微生物发酵来生产粮食，微生物发酵生产蛋白质的速度很快，一个细菌一昼夜里发酵生产的蛋白质大约等于它自身重量的30～ 40倍。
（3）白色农业
用发酵工程成功地生产大量的酵母菌以及对人无害的细菌等微生物，然后制成含有菌体细胞的蛋白质干粉，如今，科学家又给这种利用发酵工程生产蛋白质的方式起名叫“白色农业”。由于酵母菌等微生物都是单细胞生物，所以利用微生物生产出的菌体蛋白质被称为单细胞蛋白。在不久的将来，单细胞蛋白将作为一种新型的食物展现在人们的面前。
●板书设计
第3节 ATP的主要来源——细胞呼吸
第一课时 细胞呼吸的方式
探究酵母菌的呼吸方式
1.实验目的：探究酵母菌细胞呼吸的方式。
2.实验原理：（1）CO2可使澄清石灰水变浑浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝色变绿色再变黄色。根据石灰水浑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液中CO2'情况。（2）橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与乙醇发生化学反应，变成灰绿色。
3.实验步骤：注意实验中应用对照原则。
4.实验现象
5.实验结论
●习题详解
（见第二课时）
●备课资料
（见第二课时）
第二课时 细胞的呼吸和呼吸原理的应用
●教学过程
［课前准备］
要求学生把上一节课的探究实验结果以书面报告形式总结。
［情境创设］
学生：把上一节课的探究实验结论总结。
教师：上节课我们通过探究实验，知道了酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水；在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的二氧化碳。
科学家通过大量的实验证实，细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。
［师生互动］
（一）有氧呼吸
对于绝大多数生物来说，有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式，这一过程必须有氧的参与。有氧呼吸的主要场所是线粒体。
1.复习线粒体的结构
师：线粒体有哪些结构与呼吸作用相适应？
生：线粒体具有内、外两层膜，内膜的某些部位向线粒体的内腔折叠形成嵴，嵴使内膜的表面积大大增加。嵴的周围充满了液态的基质。线粒体的内膜和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶。
2.有氧呼吸的过程
（１）教师：引导学生，回顾初中学过的有关呼吸的知识，在讨论中板书有氧呼吸的反应式。即
C6H12Ｏ6＋Ｏ2CO2＋H2Ｏ＋能量
教师：呼吸作用是怎样进行的呢?
学生：阅读课本P93～P94相关内容。
教师：有氧呼吸的全过程十分复杂，可以概括地分为三个阶段，每个阶段的反应都有相应的酶催化。
关于呼吸作用过程的教学，可对照图（图5－9）讲解，在讲解中讲清以下几点：
①首先应指出，下面以葡萄糖为例讲述呼吸作用过程。其他有机物也可以通过呼吸作用氧化分解。
②第一阶段，一个分子的葡萄糖分解成两个分子的丙酮酸，在分解的过程中释放能量，一部分被ADP捕获（把ADP转变成ATP），并脱下[H]。这一过程在细胞质的基质完成。
③第二阶段，丙酮酸进入线粒体内，继续脱[H]，氧化分解成二氧化碳，同时释放能量合成ATP。
④第三阶段，前两阶段脱下的[H]在线粒体内，与从外界吸收或叶绿体光合作用产生的O2结合成水。在此过程中释放大量的能量，合成大量的ATP。
（2）在整理出三个阶段后，根据学生状况，进一步分析以下几点：
①引导学生，将呼吸作用的反应式配平
即C6H12Ｏ6＋6O26CO2＋6H2Ｏ＋能量
配平过程中，提问，呼吸作用产生的H2O中的O，来自哪种原料?（学生回答出：来自O2），接着提出，消耗6分子的O2应该产生12个分子的H2O，可是，如果形成12分子的H2O，又需要24个H，一分子的C6H12Ｏ6，只有12个H，差12个H来自哪里?最后指出，呼吸作用还消耗水。因而呼吸作用的反应式应改为：
C6H12Ｏ6＋6Ｏ2＋6H2O6CO2＋12H 2Ｏ＋能量才能反映其本质。解决了这一环节，其他物质的来龙去脉就可迅速解释清楚。
②分析呼吸作用过程中的能量问题。
学生：阅读课本P94小字。
教师：1 mol的葡萄糖彻底氧化分解成二氧化碳和水，释放出2 870 kJ的能量，其中 1 161 kJ左右的能量被ADP捕获，储存在ATP中（约38 mol的ATP）。可见，呼吸过程中释放的能量，只有40％储存在ATP中，用于推动其他生命活动。其余以热的形式散失了。因此，在有些情况下，如新鲜蔬菜、粮食等保存，通过控制呼吸速率，可减少有机物的消耗。
（3）线粒体是呼吸作用的主要场所。
教师：为什么说线粒体是呼吸作用的主要场所？
学生：呼吸作用的三个阶段，后两个阶段都是在线粒体中进行的。另外，从能量角度看，在细胞质的基质中进行的第一步产生4 mol的ATP，其余34 mol的ATP是在线粒体中产生的。因此，线粒体是呼吸作用的主要场所。
播放多媒体课件观看有氧呼吸全过程
3.归纳有氧呼吸概念
教师：请同学们归纳有氧呼吸的概念。
学生：有氧呼吸是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，生成许多ATP的过程。
（二）无氧呼吸
1.无氧呼吸过程
教师：除前节课我们探究过的酵母菌以外，还有许多细胞在缺氧条件下也可以进行无氧呼吸，无氧呼吸的过程又是怎样的呢？
学生：阅读课本P94～P95相关内容。
教师：无氧呼吸的第一阶段与有氧呼吸的第一阶段是否相同？
学生：无氧呼吸的第一阶段与有氧呼吸的第一阶段是相同的。
教师：接下来两者有何不同？
学生：在有氧的情况下，丙酮酸进入线粒体继续氧化分解，脱下的氢与氧气结合而消耗，即进行有氧呼吸；在无氧情况下，则在细胞质的基质中，在酶的作用下，利用第一阶段脱下的氢，把丙酮酸还原成酒精或乳酸。因此，两种呼吸作用是在丙酮酸后分道扬镳的。
教师：请学生写出有关化学方程式：
C6H12O62C3H6O3（乳酸）＋少量能量
C6H12Ｏ62C2H5OH（酒精）＋2CO2＋少量能量
教师：两种呼吸作用，有何共同点？
学生：两种呼吸作用，不仅在过程上有共同点，而且都具有分解有机物，释放能量，产生ATP的本质。
教师：两种呼吸作用，放出的能量有何不同？为什么？
学生：无氧呼吸，由于没有彻底分解有机物，所以释放的能量少，合成ATP少。因此，利用有机物分解获得ATP的效率低。
教师：无氧呼吸是否有害？
学生：由于无氧呼吸产生的小分子有机物，如酒精和乳酸，在细胞中大量积累，对细胞有毒害。因此大多数生物不能长时间用无氧呼吸维持生命，涝田时应及时排水就是这个道理。
教师：无氧呼吸是否有利？
学生：生物体或部分器官组织在缺氧条件下，作为有氧呼吸的补充，是生物的适应性的表现（举例）。
教师：在远古时期，地球的大气中没有氧气，那时微生物的呼吸是无氧呼吸。随着大气中出现了氧气，细胞内出现了有氧呼吸的酶类，在无氧呼吸的基础上发展出有氧呼吸。由于有氧呼吸比无氧呼吸优越，有氧呼吸逐渐成为绝大多数生物的主要呼吸形式，但还保留无氧呼吸的能力，使生物体或部分器官组织在缺氧条件下，作为有氧呼吸的补充，是生物的适应性的表现（举例）。
有些微生物，至今仍只在无氧的条件下生活。人类在生活和生产中，对其有很多利用 （举例）。
播放多媒体课件观看无氧呼吸全过程。
2.归纳无氧呼吸概念
教师：参照有氧呼吸的概念，用准确而精练的语言概括无氧呼吸的定义。
学生：一般是指细胞在无氧条件下,通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解为不彻底的氧化产物，同时释放少量能量的过程。
3.发酵
无氧呼吸如果不用于高等动植物和人体，而用于微生物则叫做发酵。需要指出的是，工业上所说的发酵，并非完全是无氧的，如醋酸发酵就是需要氧的。
（三）比较有氧呼吸和无氧呼吸的异同
要求学生完成下表
有氧呼吸
无氧呼吸
呼吸场所
细胞质基质、线粒体
细胞质基质
是否需氧
需氧
不需氧
分解产物
二氧化碳和水
二氧化碳和酒精或乳酸
释放能量
较多
较少
联 系
从葡萄糖到丙酮酸这一阶段完全相同，从丙酮酸开始，它们才沿着不同的途径形成不同的产物
（四）细胞呼吸原理的应用
教师：对照课本P95，说出它们应用的呼吸原理。
学生：（1）控制呼吸条件，造成只能进行有氧呼吸或无氧呼吸。如课本中的“创可贴”，中耕松土应用的是有氧呼吸；酸菜、面包、酿酒应用的是无氧呼吸。
（2）抑制酶活性、抑制呼吸作用，减弱有机物分解速度等。低温、减少水分，加CO2、N2等。
［教师精讲］
1.有氧呼吸
有氧呼吸全过程，可以分三个阶段：
第一阶段：C6H12Ｏ62丙酮酸＋4[H]＋2ATP
第二阶段：2丙酮酸6CO2＋20[H]＋2ATP
第三阶段：6O2＋24[H] 12H2Ｏ＋34ATP
从物质变化的角度来看，是有机物脱去氢，脱下的氢与氧结合生成水，又脱去CO2，分解成无机物。从能量的角度看，有氧呼吸是在有机物的逐渐分解中，使储存在有机物中的能量逐步释放，一部分转移到ATP中，另一部分能量则以热能的形式散失。有氧呼吸之所以能正常进行，是因为线粒体中含有与有氧呼吸有关的酶，有机物之所以彻底氧化分解，是因为有氧气的参加。
2.无氧呼吸：只需相应的酶，不需要氧气，在有氧气存在时，无氧呼吸会受到抑制；从物质变化的角度来看，由于缺氧，C6H12Ｏ6不能彻底氧化分解，而产生不彻底的氧化产物，如C3H6O3（乳酸）、C2H5OH（酒精）。从能量的角度看，因为分解不彻底，氧化产物中严寒储存着能量，所以释放少。无氧呼吸不一定只有在无氧条件下才能进行，如小麦、水稻、玉米等种子的胚芽早期，在有氧条件下就可以进行无氧呼吸，但一些高等植物在通气不良时，会诱发无氧呼吸，如苹果、梨储存久了就会产生酒味。因为酒精对细胞有毒害作用，所以一般陆生植物不能长期进行无氧呼吸。
3.有氧呼吸与无氧呼吸的联系
（1）有氧呼吸与无氧呼吸的第一阶段是相同的，都产生丙酮酸，两种呼吸作用是在丙酮酸后分道扬镳的。
（2）两种呼吸作用不仅在过程上有共同点，而且在本质上也有共同点，都是分解有机物，释放能量产生ATP。
4.细胞呼吸原理的应用
主要是从控制反应的条件来应用的，如有无氧气、水分、温度等。
［评价反馈］
学生做课本探究练习题，教师检查评讲。
［课堂小结］
1.呼吸作用
2.有氧呼吸与无氧呼吸的比较
［布置作业］
练习P96：1、2、3、4。
［课后拓展］
1.线粒体有哪些与功能相适应的结构特点？
电镜下观察，线粒体由内外两层膜组成。外膜即界限膜，使线粒体与周围的细胞质分开，是各种分子和离子进入线粒体内部的屏障。内膜的不同部位向线粒体的中心腔折叠，形成嵴。这样就大大增加了酶分子附着的表面，并且把分子密集地包在线粒体里。内膜和外膜在化学成分和物理特性上都有显著的差异。例如，它们在蛋白质的含量上，特别是在类脂上的分布上是很不相同的。外膜比内膜的磷脂含量要高2至3倍；外膜的通透性也比内膜高得多。外膜的通透性，为线粒体与周围细胞质之间进行充分的物质交换提供了条件。内膜的通透性差，可以使催化有氧呼吸第二、三阶段的复杂酶系统保留在内膜的间隔中，保证有氧呼吸的进行。线粒体膜上还有小孔，这样，有氧呼吸所产生的ATP可以更加容易地向线粒体外面扩散。
2.线粒体的研究
人体的每一个细胞都含有数百个线粒体，一个线粒体又含有几个环状DNA。其中每一个环都包含着几十个基因，最近10年来的研究成果表明，线粒体DNA在许多方面具有重要 作用。
线粒体DNA的缺陷与数十种人类遗传病有关，并且这些疾病很多是与脑部和肌肉有关的遗传病。例如，线粒体肌病和神经性肌肉衰弱、运动失调及眼视网膜炎等。这些遗传病都是只能通过母亲遗传给后代的。
随着对线粒体DNA研究的进一步深入，线粒体DNA的检验还越来越多地用于对罪犯的鉴别，以及对死者的查找核对上。这是因为与核内DNA比较，在一些可利用部分（如一根头发、一块骨骸或一颗牙齿）的细胞中，更容易得到大量的线粒体DNA。
此外，遗传学家通过对世界各地人类不同种群线粒体的对比分析，推断出人类历史上几次大迁徙的情况及时间表。例如，用这种方法推算出北美印第安人的祖先是在1.5万年前，由亚洲经过西伯利亚和阿拉斯加迁徙到北美洲的。
3.细胞呼吸原理的应用
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。
对于板结的土壤及时进行松土透气，可以使根细胞进行充分的有氧呼吸，从而有利于根系的生长和对无机盐的吸收。此外，松土透气还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，这能够促使这些微生物对土壤中有机物的分解，从而有利于植物对无机盐的吸收。
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。醋酸杆菌是一种好氧细菌。在氧气充足和具有酒精底物的条件下，醋酸杆菌大量繁殖并将酒精氧化分解成醋酸。
谷氨酸棒状杆菌是一种厌氧细菌。在无氧条件下，谷氨酸棒状杆菌能将葡萄糖和含氮物质（如尿素、硫酸铵、氨水）合成为谷氨酸。谷氨酸经过人们的进一步加工，就成为谷氨酸钠——味精。
水稻的根系适于在水中生长，这是因为水稻的茎和根能够把从外界吸收来的氧气通过气腔运送到根部各细胞，而且与旱生植物相比，水稻的根也比较适应无氧呼吸。但是，水稻根的细胞仍然需要进行有氧呼吸，所以稻田需要定期排水。如果稻田中的氧气不足，水稻根的细胞就会进行酒精发酵，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。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。
图5－3－2 水稻根的横切面
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，百米冲刺和马拉松长跑等无氧运动，是人体细胞在缺氧条件下进行的高速运动。无氧运动中，肌细胞因氧不足，要靠乳酸发酵来获取能量。因为乳酸能够刺激肌细胞周围的神经末梢，所以人会有肌肉酸胀乏力的感觉。
4.呼吸速率
呼吸速率是指单位数量的活体组织，在单位时间内，分解有机物的速率。它是植物呼吸作用强弱的生理指标。因为测定有机物分解的速率是非常困难的，所以一般以测定植物释放二氧化碳或吸收氧气的速率来衡量呼吸速率。因呼吸作用是植物物质代谢的中心环节，通常呼吸速率作为植物生理活动强弱的指标。
5.影响呼吸速率的因素
（1）内部因素 不同种类植物的呼吸速率不同，一般旱生植物生长缓慢，呼吸速率比水生植物低；阴生植物所处的光强度较弱，呼吸也较弱，呼吸速率比阳生植物低。同一种植物在不同的生长发育时期，呼吸速率也不同，一般在幼苗期、开花期等生长旺盛期，呼吸速率增高。同一种植物的不同器官，呼吸速率也不同，一般生殖器官比营养器官高，幼嫩组织器官比衰老的组织器官高。
（2）外界因素对呼吸速率的影响
①温度 呼吸作用是一系列的化学过程，这些化学反应大多需要酶来催化完成，而酶的活性直接受温度的影响，因此温度对呼吸作用的影响很大。一般植物在0 ℃以下，呼吸作用很弱或几乎停止，呼吸作用的最适宜温度一般在25～35 ℃之间，呼吸作用的最高点一般在45～55 ℃。
②氧气 呼吸作用需要游离的氧气，由于大气中氧气的含量约占大气成分的21％，因此，植物的地上部分一般不会受到缺氧的危害。但土壤中氧气的含量是随土壤水分含量以及土壤板结程度而改变，当土壤中含量低于2％～5％时根系的正常呼吸会受到影响。在储藏植物种子、果实时，为了保持其品质，常通过控制水分、温度和氧气含量来控制呼吸强度。有的就采用空气调节技术储藏大米，即将大米用塑料布密封，抽出空气再充入氮气，使内部缺氧，抑制呼吸作用，达到保持品质的目的。
●板书设计
第二课时 细胞的呼吸和呼吸原理的应用
（一）有氧呼吸
1.有氧呼吸的过程
（1）第一阶段 C6H12O62丙酮酸＋4 [H]＋少量能量（2ATP）（细胞质的基质）
（2）第二阶段 2丙酮酸＋6H2O6CO2＋20 [H]＋少量能量（2ATP）（线粒体）
（3）第三阶段 6O2＋24[H] 12H2Ｏ＋大量能量（34ATP）（线粒体）
总反应式：
C6H12Ｏ6＋6Ｏ2＋6H2O6CO2＋12H2Ｏ＋能量
2.有氧呼吸概念
（二）无氧呼吸
1.无氧呼吸过程
（1）第一阶段：与有氧呼吸完全相同。
（2）第二阶段：生成乳酸或酒精和CO2。
总反应式：
C6H12Ｏ62C3H6O3（乳酸）＋少量能量
C6H12Ｏ62C2H5OH（酒精）＋2CO2＋少量能量
2.无氧呼吸概念
3.发酵
（三）比较有氧呼吸和无氧呼吸的异同
要求学生完成下表：
有氧呼吸
无氧呼吸
呼吸场所
细胞质基质、线粒体
细胞质基质
是否需氧
需氧
不需氧
分解产物
二氧化碳和水
二氧化碳和酒精或乳酸
释放能量
较多
较少
联 系
从葡萄糖到丙酮酸这一阶段完全相同，从丙酮酸开始，它们才沿着不同的途径形成不同的产物
（四）细胞呼吸原理的应用
1.控制呼吸条件
2.抑制酶活性、抑制呼吸作用
第4节 能量之源——光与光合作用
●从容说课
光合作用是生物界乃至整个自然界最基本的物质代谢和能量代谢，光合作用也真实地显示出生命系统的自主性和高度有序性。初中阶段，学生通过一系列探索性实验，初步形成光合作用的概念。高中生物学课本将为学生提供光合作用的研究史料，期望学生不仅能从光合作用的发现过程中深化对概念的理解，而且能受到科学家崇高的精神境界的熏陶，领悟科学探究的方法。因此，教学中要组织学生认真学习和讨论这一部分史料。光合作用内容的学习始于绿叶中色素吸收和转化光能，教学中要指导学生做好《绿叶中色素的提取和分离》的探究性实验，并借助投影机、三棱镜和新鲜菠菜叶片滤液和新鲜胡萝卜滤液等材料做好绿叶中色素吸收光谱的演示实验，通过叶绿体结构的学习让学生进一步体会到生物体结构与功能的相统一。光合作用的光反应和暗反应过程是本小节的重点和难点，要让学生重点掌握这两个过程中的物质变化和能量变化以及发生的部位和条件，并从物质和能量转变的高度去认识光合作用的意义。为了更好地让学生认识光合作用原理在农业生产中的应用，可通过自主与合作学习的方式，尝试让学生利用各种媒体去调查和收集农业生产上有哪些提高光合作用强度的措施，并组织好学生完成教材中的探究活动——环境因素对光合作用强度的影响。
●三维目标
1.知识与技能
（1）说出绿叶中色素的种类和作用。
（2）说出叶绿体的结构和功能。
（3）说明光合作用以及对它的认识过程。
（4）尝试探究影响光合作用强度的环境因素。
（5）说出光合作用原理的应用。
（6）简述化能合成作用。
2.过程与方法
（1）自主与合作学习：利用各种媒体调查和收集资料，学会鉴别、选择、运用和分享 信息。
（2）训练表达能力：尝试将你所获得的信息表达出来。
（3）活动与探究：通过探究“环境因素对光合作用的影响”，初步学会科学研究的一般方法，发展科学探究能力。
3.情感态度与价值观
（1）通过光合作用发现史的学习，使学生受到科学家们崇高的精神境界的熏陶，并养成质疑、求实、创新及勇于实践的科学精神和科学态度。
（2）通过了解光合作用原理在农业生产上的应用，使学生认识生物科学的价值，从而乐于学习生物科学。
●教学重点
1.绿叶中色素的种类和作用。
2.光合作用的发现及研究历史。
3.光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系。
4.影响光合作用的环境因素。
●教学难点
1.光反应和暗反应的过程。
2.探究影响光合作用强度的环境因素。
●教具准备
多媒体课件、各种实验器材、学生实验设计报告和相关照片等，教学挂图。
●课时安排
3课时
第一课时 捕获光能的色素和结构
●教学过程
［课前准备］
（1）制作多媒体课件；
（2）《绿叶中色素的提取与分离》实验所需的材料用具；
（3）收集菠菜、韭菜、黄瓜叶、空心菜、生菜、油菜、白玉兰、番薯叶等新鲜绿叶；
（4）色素在滤纸条上分离的样品；
（5）投影机、三棱镜；
（6）新鲜菠菜叶片滤液和新鲜胡萝卜滤液。
（7）学生2人为一组，在课前采集新鲜幼嫩绿叶20 g。
［情境创设］
教师：我们经常听到这样的一句话：万物生长靠太阳。为什么这么说呢？请同学们观察以下数据：据统计：①地球表面上的绿色植物每年大约制造了4 400亿吨有机物；②地球表面上的绿色植物每年储存的能量约为7.11×1018 kJ，这个数字大约相当于240 000个三门峡水电站每年所发出的电力，相当于人类在工业生产、日常生活和食物营养上所需能量的100倍。
教师：根据以上资料，我们可以得出什么结论？
学生：对绝大多数生物来说，活细胞所需能量的最终源头来自太阳的光能。
教师：那么太阳的光能又是通过什么途径进入植物体内的呢？
学生：光合作用。
教师：对。这就是我们今天开始学习的新内容：光与光合作用。
（显示板书：第4节 能量之源——光与光合作用）
［师生互动］
1.绿叶中色素的提取与分离
教师：本节内容分两个部分，今天我们先来学习第一部分：捕获光能的色素和结构。
（显示板书：一 捕获光能的色素和结构）
教师：同学们已经知道生物生命活动所需要的能量归根到底来自植物通过光合作用所吸收的光能，不知同学们有没有思考过这样的问题：植物是靠细胞中的哪些物质去捕获光能的？
学生：不知道。
教师：那大家又是否想过为什么不同植物叶片的颜色会不同，以及相同植物的叶片在不同时期也会不同这些问题呢？
学生：那是因为植物含有色素。
教师：对啦。正是因为植物含有色素，才让我们看到一个五彩缤纷的世界，也正是植物含有色素，才能捕获太阳光能。我们先来学习“捕获光能的色素”这一内容。
（显示板书：1.捕获光能的色素）
教师：绿叶中的色素究竟有哪些不同种类？它们分别又是什么颜色的？以及各种色素在绿叶中的含量是否相同呢？带着这些问题我们一起来做《绿叶中色素的提取与分离》实验。
教师：研究叶绿体中的色素，我们首先要做的就是把色素从绿叶中提取出来，色素提取量的多少与实验的成败有没有关系？
学生：有。
教师：那我们应选择什么样的叶片作为实验材料呢？
学生：应选择叶色较深，也就是浓绿色的新鲜叶片作为实验材料。
教师：很好。现在每两个同学为一组，以你们课前在校园里所采集到的新鲜幼嫩绿叶或用我收集到的菠菜、韭菜、黄瓜叶、空心菜、生菜、油菜、白玉兰、番薯叶等新鲜绿叶为实验材料。
学生选择叶片。
教师：接下来我们要考虑的是如何才能把绿叶中的色素提取出来。不知同学们是否还记得，我们在学习《生物学》（人教版，七年级上册）《绿叶在光下制造淀粉》实验时知道，可以用酒精溶解叶绿素，从而使叶片变成黄白色。为什么会这样？
学生：说明酒精可以溶解叶绿素。
教师：非常好。绿叶中的色素不仅能溶解于酒精，还可以溶解于丙酮、石油醚等有机溶剂。所以我们今天的实验有酒精、丙酮、石油醚三种有机溶剂供大家选择，看看哪种实验效果最好。
教师：当我们把绿叶中的色素溶解于丙酮等有机溶剂以后，又可以利用什么方法将它们分离开来呢？其实，绿叶中的色素不只一种，而且它们在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。这样，几分钟之后，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。
教师：下面我们按以下步骤进行实验。同学们在实验过程中思考相关问题：
步骤
操作方法
学生思考
（1）提取绿叶中的色素
5 g绿叶放入研钵中快速研磨研磨液
①加入SiO2、CaCO3的作用是什么？
②研磨时为什么要迅速而充分？
③将滤液收集到试管后，为什么要用棉塞将试管口塞严？
学生也可自主选择等量的丙酮、石油醚
（2）制备滤
纸条
将干燥的定性滤纸剪成长与宽小于试管长与宽的滤纸条，将滤纸条的一端剪去两角，放入试管下端，并在距这一端1 cm处用铅笔画一条细的横线
若滤纸条的一端不剪去两角，则实验结果如何？可设置对照实验探究
（3）画滤液
细线
用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线。待滤液干后，再重复一两次
重复画一两次的目的是什么？
可用盖玻片的垂直边代替
（4）分离绿叶中的色素
将3 mL层析液倒入试管中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻轻插入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口。注意：不能让滤液细线触及层析液
①为什么不能让滤液细线触及层析液？如滤液细线没入层析液中，实验结果如何？可设置对照实验探究。
②为什么要用棉塞塞紧试管口？
可用小烧杯代替试管，用培养皿盖住小烧杯
（5）观察与 记录
观察试管内滤纸条上出现了几条色素带，以及每条色素带的颜色、排序和宽窄
根据实验结果，可得出什么结论？
（6）实验结果展示
将实验结果（滤纸条）贴在课本P98左下角空白处
在课本P98左下角空白处画出如右图的滤纸条，绘出你观察到的色素带，并在每条色素带旁边标明颜色。注意每条色素带的宽窄比例
教师在指导学生实验的过程中，可适当地提示学生如何合作学习，如一名同学提取绿叶中的色素，另一名同学则制备滤纸条；又如一名同学做滤纸条剪去两个角的实验，另一名同学则做滤纸条不剪去两个角的实验，然后比较实验结果的不同。
教师：实验结束啦，现在让我们一起来看看实验结果是怎么样的。下面请每个小组将你们认为最好的其中一条滤纸条交到我这里来。
教师将学生交上来的滤纸条与自己所做的样品一起用实物投影仪显示出来。
教师：刚才实验过程中，提取色素所用的有机溶剂有酒精、丙酮、石油醚三种，但结果却相同，这说明什么问题呢？
学生：说明了绿叶中的色素能溶于酒精、丙酮、石油醚等有机溶剂。
教师：对啦。虽然我们每个组所用绿叶的品种是不同的，但现在我们所看到的实验结果却基本上是相似的，这又说明了绿叶中的色素主要有几种？
学生：4种。
教师：没错。滤纸条上的色素由上至下，分别是什么颜色？
学生：依次是橙黄色、黄色、蓝绿色和黄绿色。
教师：很好。橙黄色的是胡萝卜素，黄色的是叶黄素，蓝绿色的是叶绿素a，而黄绿色的是叶绿素b。其中胡萝卜素和叶黄素合称为类胡萝卜素，叶绿素a与叶绿素b则合称为叶绿素。
（显示板书：见下）
（如果学生得不到正确的结果，则可组织学生分析讨论实验失败的可能原因）
教师：实验过程中我们做了两种滤纸条，一种是剪去两个角的，一种则不剪去两个角。色素在滤纸条上的扩散有什么不同？
学生：剪去两个角的滤纸条上的色素带扩散速度一致，色素在滤纸条上平行排列；而没有剪去两个角的滤纸条上的色素带，边缘扩散得比较快，中间扩散得慢，所以看起来色素带是两边高中间低。
教师：因此我们在制备滤纸条时要将一端剪去两个角的目的是什么啊？
学生：使色素在滤纸条上的扩散速度一致。
教师：说得好。
教师：刚才有没有哪位同学把滤液细线浸入层析液中的？
学生：有。
教师：实验结果如何？
学生：得不到4种色素带。
教师：为什么会这样？
学生：是不是滤液细线上的色素溶解到层析液当中啦？
教师：正是如此。所以本实验成功的关键之一就是不能让层析液没及滤液细线。
2.色素对光的吸收
教师：既然绿叶中含有4种不同颜色的色素，那为什么我们所看到的叶子往往是绿色 的呢？
学生：可能是因为叶绿素的含量较多的原因吧。
教师：叶绿素含量较多是其中一方面的原因。据分析，绿叶中叶绿素的含量约占3/4，而类胡萝卜素约占1/4。
（补充显示板书：叶绿素含量约占3/4，类胡萝卜素含量约占1/4）
教师：另一个主要原因则是因为色素对不同波长的光的吸收是有差别的，由于叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色。那么，这4种色素主要吸收哪些波长的光呢？我们来看看以下的实验：
演示实验A
①利用投影仪的光源和三棱镜，可见到清晰的七色光谱可见光；
②将已制备好的新鲜的菠菜色素滤液（滤液中的色素主要是叶绿素）倒入培养皿中（薄薄的一层），将培养皿放在投影仪的光源和三棱镜之间，让学生观察光谱区的变化。
教师：通过以上实验，我们可以发现当叶绿素提取液放在光源与三棱镜之间，光谱区出现什么样变化？
学生：两头光谱（红光光谱区和蓝紫光光谱区）变暗，其他变化不大。
教师：为什么会这样？
学生：被色素吸收了，所以变暗。
教师：从这里我们可以得出什么结论？
学生：叶绿素主要吸收红光与蓝紫光。
教师：总结得很好。接下来我们继续观察另一个实验。
演示实验B
①利用投影仪的光源和三棱镜，可见到清晰的七色光谱可见光；
②将已制备好的新鲜的胡萝卜素提取液（取胡萝卜，制取滤液，滤液中色素多数是类胡萝卜素），将提取液倒入培养皿中（薄薄的一层），将培养皿放在投影仪的光源和三棱镜之间，让学生观察光谱区的变化。
教师：通过这个实验，我们可以发现光谱区出现了什么变化？
学生：蓝紫光光谱区变暗，其他变化不大。
教师：说明什么结论？
学生：类胡萝卜素主要吸蓝紫光。
教师：正确。
教师显示叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱图。
教师：人们用更加精密的仪器测定得知，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。
（补充显示板书：类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光）
3.叶绿体的结构
教师：现在我们已经知道绿叶中含有4种色素，那么，这些色素分布在细胞中的哪些部位呢？直到1865年，德国植物学家萨克斯研究叶绿素在光合作用的功能时，发现叶绿