第14讲 细胞呼吸的原理和应用-【暑假自学课】2022年新高一生物暑假精品课（人教版2019必修1）

第14讲 细胞呼吸的原理和应用 【学习目标】 1.通过分析细胞呼吸和有机燃料燃烧产生能量过程的不同，理解细胞呼吸的本质。 2.通过设计和实施探究酵母菌呼吸方式的实验，了解对比实验的原理，说明细胞呼吸有有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。 3.通过对有氧呼吸过程图解的分析，阐明有氧呼吸呼吸过程中物质和能量的变化，建立生命的物质和能量观。4.通过比较无氧呼吸和有氧呼吸过程，理解生命的多样性和统一性，理解细胞呼吸的进化过程，归纳细胞呼吸的概念，说明细胞呼吸的意义。 5.通过分析细胞呼吸在生产、生活中的应用实例，自觉用细胞呼吸的原理解释生产、生活的的问题。 【基础知识】 一、探究酵母菌细胞的呼吸方式 1.酵母菌作为实验材料的原因： 酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能进行生存，属于兼性厌氧菌。 2.实验步骤 ①酵母菌培养液配制：取20g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入容量为500mL的锥形瓶A和锥形瓶B中。 分别向瓶中注入240 mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。 ②安装实验装置： 图中（甲）装置用来探究酵母菌的有氧呼吸，（乙）用来探究酵母菌的无氧呼吸。图中a表示接橡皮球（或气泵），b表示质量分数为10%的NaOH溶液，c表示澄清的石灰水，d表示澄清的石灰水。a的作用是给A锥形瓶提供氧气，b的作用是吸收通入空气中的二氧化碳，c的作用是吸收A锥形瓶产生的二氧化碳，d的作用是吸收B锥形瓶产生的二氧化碳。 3.呼吸作用产物的检测 ( 灰绿色 ) ( 蓝→绿→黄 ) ( 变混浊 ) ①CO2检测：CO2可使澄清的石灰水变浑浊；也可使溴麝香草酚蓝溶液的颜色由蓝变绿再变黄。 ②酒精检测：橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色。 4.实验现象：甲乙两装置中澄清石灰水都变混浊，且甲装置中混浊程度高。取A锥形瓶酵母菌培养液的滤液2mL加入1号试管，取B锥形瓶酵母菌培养液的滤液2mL加入2号试管，向两只试管分别滴加0.5mL溶有0.1g的重铬酸钾的浓硫酸溶液并轻轻振荡，1号试管不变色，2号试管变灰绿色。 5.实验结论：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；在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生少量的二氧化碳和酒精。 特别提醒：该实验中有氧和无氧条件均是实验探究的内容，两组实验均为实验组，二者相互对照。实验不另设对照组，这样的实验称为对比实验。 二、细胞呼吸 1.有氧呼吸的概念 有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化，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。同有机物在生物体外的燃烧相比，有氧呼吸过程温和；有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放；这些能量有相当一部分储存在ATP中。 阶段 场所 反应物 产物 释放能量 第一阶段 细胞质基质 葡萄糖 丙酮酸、[H] 少量能量 第二阶段 线粒体基质 丙酮酸、H2O CO2、[H] 少量能量 第三阶段 ( 酶 )线粒体内膜 [H]、O2 H2O 大量能量 化学反应式 C6H12O6+6H2O+6O2——→6CO2+12H2O+能量 2.有氧呼吸的过程 特别提醒： ①这里的[H]指还原型辅酶Ⅱ（NADH）。 ②有氧呼吸释放的能量绝大多数以热能形式散失，如1mol葡萄糖彻底氧化所释放的2870kJ的能量中，只有977.28kJ储存在ATP中，其余以热能形式散失。 ③脂质分子中氧含量低于糖类，氢含量更高，因此脂质类氧化分解时二氧化碳小于氧气。 ④与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸逐级释放能量。一是有利于维持细胞的相对稳定；二是保证有机物中的能量得到充分的利用。 3.无氧呼吸的概念 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。 产生酒精的无氧呼吸 产生乳酸的无氧呼吸 第一阶段 第一个阶段与有氧呼吸的第一个阶段完全相同。 第二阶段 ( 酶 ) ( 酶 )丙酮酸在酶的催化作用下，分解成酒精和二氧化碳，或者转化成乳酸。 化学反应式 C6H12O6 —> 2C2H5OH （酒精）+2CO2+ 少量能量 C6Hl2O6 —> 2C3H6O3（乳酸）+少量能量 举例 酵母菌、水稻根、苹果果实等 乳酸菌、马铃薯块茎、人和动物 4.无氧呼吸的过程 特别提醒： ①植物除甜菜块根、马铃薯块茎，玉米胚乳和胡萝卜叶无氧呼吸产物是乳酸外，无氧呼吸产物一般为酒精。②从生物进化的角度看，原始地球的大气不含氧气。所以，那时候的生物的呼吸方式都为无氧呼吸。当蓝细菌等自养型生物出现以后，大气中有了氧气，才出现了有氧呼吸。可见，有氧呼吸是在无氧呼吸的基础