第5章 第3节 第1课时 探究酵母菌细胞呼吸的方式和有氧呼吸（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中生物必修1分子与细胞（人教版2019 单选版）

第3节　细胞呼吸的原理和应用 第1课时　探究酵母菌细胞呼吸的方式和有氧呼吸 课时目标 1.运用物质与能量观，理解细胞呼吸过程中物质和能量的变化。(生命观念) 2．分析有氧呼吸的过程，比较有氧呼吸三个阶段中物质和能量的变化。(科学思维) 3．根据实验目的设计探究酵母菌细胞呼吸方式的实验，总结细胞呼吸的类型。(科学探究) [对应学生用书P98] 一、探究酵母菌细胞呼吸的方式 1．呼吸作用的实质：细胞内的有机物氧化分解，并释放能量，因此也叫细胞呼吸。 2．实验原理：酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。 3．细胞呼吸产物的检测 (1)CO2的检测：CO2可使澄清的石灰水变浑浊，浑浊程度越高，表示产生的CO2越多；CO2可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄，变化所需时间越短，表示产生的CO2越多。 (2)酒精的检测：橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与乙醇(酒精)发生化学反应，变成灰绿色。 4．实验现象 氧气条件 有氧条件 无氧条件 通入澄清石灰水 浑浊程度高 浑浊程度低 通入溴麝香草酚蓝溶液 变黄时间短 变黄时间长 加入酸性重铬酸钾溶液 不变色 灰绿色 5.实验结论 (1)酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。 (2)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。 二、有氧呼吸 1．主要场所：线粒体。 2．化学反应式 C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量 3．过程 4．概念 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，生成大量ATP的过程。 ◆视野拓展 酵母菌 　酵母菌分布于整个自然界，是一种典型的异养兼性厌氧生物，在有氧和无氧条件下都能够存活，在无氧条件下能将糖发酵成酒精和二氧化碳，是一种天然发酵剂。 ◆名师点睛 　原核生物没有线粒体，但有些原核细胞也能进行有氧呼吸，其有氧呼吸过程在细胞质基质和细胞膜上进行。 ◆思维启迪 1．有氧呼吸反应式中的能量能写成ATP吗？ 提示：不能，因为葡萄糖氧化分解释放的能量只有一部分储存在ATP中，大部分以热能形式散失了。 2．我国北方喜欢吃馒头，做馒头时利用酵母菌发面，发好的面团柔软而且表面水汪汪的。你知道为什么吗？ 提示：酵母菌既进行有氧呼吸也进行无氧呼吸，有氧呼吸和无氧呼吸产生的二氧化碳使面团变得柔软，有氧呼吸产生的水使面团表面水汪汪的。 3．酿酒业常用的菌种是酵母菌，发酵时发酵池往往封入一部分空气，为什么？ 提示：酵母菌是兼性厌氧菌，发酵池中封入一部分空气，是为了让酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖获得大量菌种，当把氧气耗尽后，酵母菌进行无氧呼吸产生酒精。 ◆基础速判(对的画“√”，错的画“×”) 1．有氧呼吸的场所是线粒体。(　　×　　) 提示：线粒体是有氧呼吸的主要场所。 2．如果产生的气体使澄清的石灰水变浑浊，则酵母菌进行有氧呼吸。(　　×　　) 提示：酵母菌无论进行有氧呼吸还是无氧呼吸，均能产生二氧化碳，使澄清的石灰水变浑浊。 3．真核细胞都能进行有氧呼吸。(　　×　　) 提示：真核细胞不一定进行有氧呼吸，如哺乳动物成熟的红细胞。 4．氧气作为反应物参与有氧呼吸的第二、三阶段。(　　×　　) 提示：氧气参与有氧呼吸的第三阶段。 5．有氧呼吸的第三阶段既消耗水又产生水。(　　×　　) 提示：有氧呼吸的第二阶段消耗水，第三阶段产生水。 6．有氧呼吸的实质是葡萄糖在线粒体中彻底氧化分解，并且释放大量能量。(　　×　　) 提示：葡萄糖氧化分解的场所是细胞质基质，而不是线粒体。 [对应学生用书P99] 任务一__探究酵母菌细胞呼吸的方式 某课外活动小组想探究酵母菌细胞呼吸的方式，用以下装置进行组装。 [问题探究] 1．该课外活动小组应该选用的装置及其正确排序是什么？ (1)探究有氧呼吸：____________(填序号)。 (2)探究无氧呼吸：____________(填序号)。 答案：(1)C→A→B (2)D→B 2．装置C中的质量分数为10%的NaOH溶液有什么作用？ 答案：能吸收空气中的二氧化碳，排除空气中二氧化碳对实验结果的干扰。 1．实验设计思路 2．实验操作的注意事项 实验操作提醒 操作目的 配制培养液时，将葡萄糖溶液先煮沸再冷却后加入锥形瓶 ①煮沸：为了除去其他杂菌，防止其他杂菌的干扰。 ②冷却后加入：防止高温将酵母菌杀死 先通入NaOH溶液再通入酵母菌培养液中 排除空气中CO2对实验结果的干扰 酵母菌培养液封口放置一段时间 让酵母菌将瓶中的O2消耗完，确保其在实验过程中只进行无氧呼吸 对比实验和对照实验的辨析 (1)对比实验指设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响，所以对比实验中均为实验组。 (2)对比实验一定是对照实验，因为它符合单一变量原则。 (3)对照实验不一定是对比实验，因为它还可能是对照组与单个实验组之间的对照。 1．下列有关试剂使用不正确的是 (　　　　　) A．用溴麝香草酚蓝溶液鉴定CO2 B．用斐林试剂鉴定可溶性还原糖 C．用NaOH溶液除去空气中O2 D．用橙色的重铬酸钾溶液鉴定酒精 C　解析：用溴麝香草酚蓝溶液可鉴定CO2，溶液由蓝变绿再变黄，A正确；用斐林试剂在水浴加热的条件下可鉴定可溶性还原糖，出现砖红色沉淀，B正确；用NaOH溶液除去空气中CO2，C错误；用橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下可鉴定酒精(与乙醇发生化学反应变成灰绿色)，D正确。 2．下图所示为“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验装置，下列有关叙述正确的是(　　　　　) A.可根据澄清的石灰水变浑浊的时间长短，来检测CO2的产生速率 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．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 D．若C瓶和E瓶中溶液都变浑浊，不能据此判断酵母菌的呼吸方式 [答题指导] A　解析：酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸产生二氧化碳的量不同，可根据澄清的石灰水变浑浊的时间长短，来检测CO2的产生速率，A正确；D瓶可进行无氧呼吸产生酒精，B瓶进行有氧呼吸不产生酒精，橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精发生反应，变成灰绿色，B错误；该实验需设置有氧和无氧两种条件的对比实验，甲组和乙组均为实验组，C错误；酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生二氧化碳，但产生的量不等，可以根据溶液浑浊程度判断酵母菌的呼吸方式，D错误。 任务二__有氧呼吸 下图为有氧呼吸过程示意图。 [问题探究] 1．从物质和能量的角度描述有氧呼吸三个阶段的主要过程： 第一阶段：_______________________________________________________________ ________________________________________________________________________； 第二阶段：______________________________________________________________ ________________________________________________________________________； 第三阶段：__________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：1分子葡萄糖分解成2分子的丙酮酸，产生少量[H]，并释放少量能量　丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和[H]，并释放少量能量　前两个阶段产生的[H]与氧结合形成水，并释放大量能量 2．为什么说线粒体是有氧呼吸的主要场所？说出你的理由。 答案：有氧呼吸的三个阶段中，第二、三阶段都在线粒体内完成。 3．用同位素18O分别标记有氧呼吸中C6H12O6和O2中的氧元素，18O会分别出现在哪种产物中？ 答案：C6HO6→C18O2；18O2→HO。 1．有氧呼吸的过程 阶段 场所 物质变化 放能 第一阶段 细胞质基质 葡萄糖分解为[H]和丙酮酸 少量 第二阶段 线粒体基质 丙酮酸和水反应生成CO2和[H] 少量 第三阶段 线粒体内膜 [H]和O2反应生成H2O 大量 2.有氧呼吸过程中葡萄糖、氧气、水中的氧的去向 3．有氧呼吸过程中[H]和ATP的来源和去向 物质 来源 去向 [H] C6H12O6和H2O 与O2结合生成H2O ATP 三个阶段都产生 用于各项生命活动 (1)[H]是有氧呼吸第一和第二阶段的产物，第二阶段生成的[H]多。 (2)ATP是有氧呼吸三个阶段的共同产物，第三阶段生成的ATP最多。 有关有氧呼吸的两个易错点 (1)反应式中左右两边的H2O不能抵消，原因是左边的H2O用于生成[H]和部分CO2，而右边的H2O由[H]和O2反应生成。 (2)误认为葡萄糖进入线粒体内被彻底氧化分解。葡萄糖是在细胞质基质中被分解成丙酮酸后才进入线粒体进一步氧化分解的。 1．(2024·镇江高一检测)真核细胞的有氧呼吸可分为三个阶段，其中第一、二两个阶段的共同点是(　　　　　) A．都能产生NADPH B．都需氧气参与 C．都能释放能量 D．反应场所相同 C　解析：真核细胞有氧呼吸的第一、二两个阶段产生的[H]是还原型辅酶 Ⅰ (NADH)，A错误；真核细胞有氧呼吸的第三阶段需氧气参与，前两个阶段不需要氧气参与，B错误；真核细胞有氧呼吸的第一阶段发生在细胞质基质中，第二阶段发生在线粒体基质中，两者反应场所不同，D错误。 2．(2023·广东高考)在游泳过程中，参与呼吸作用并在线粒体内膜上作为反应物的是(　　　　　) A．还原型辅酶 Ⅰ B．丙酮酸 C．氧化型辅酶 Ⅰ D．二氧化碳 A　解析：游泳过程中主要以有氧呼吸提供能量，有氧呼吸的第一阶段和第二阶段都产生了[H]，这两个阶段产生的[H]在第三阶段经过一系列的化学反应，在线粒体内膜上与氧结合生成水，这里的[H]是一种十分简化的表示方式，实际上指的是还原型辅酶 Ⅰ (NADH)，A正确。 3．下图表示某植物细胞内部分物质的代谢过程，下列相关叙述正确的是(　　　　　) A．甲、乙两阶段产生[H]的场所都是线粒体 B．a、b两物质依次是H2O和O2 C．丙阶段产生的水中的氢最终都来自葡萄糖 D．若葡萄糖进入线粒体，可在酶的作用下，生成CO2和H2O B　解析：甲、乙两阶段产生[H]的场所分别是细胞质基质、线粒体基质，A错误；a、b两物质依次是H2O和O2，B正确；丙阶段产生的水中的氢最终来自葡萄糖和水，C错误；葡萄糖在细胞质基质中被分解为丙酮酸，不能直接进入线粒体进行氧化分解，D错误。 [对应学生用书P101] 线粒体内膜上的电子传递——生命观念 葡萄糖通过糖酵解产生的丙酮酸，可进入线粒体基质，经一系列反应产生NADH，NADH分解产生的电子通过线粒体内膜上的蛋白质传递给O2并生成水，电子传递过程会驱动H＋的逆浓度运输，其过程如下图所示。 设计1：考查知识迁移能力 (1)糖酵解进行的场所是____________，该过程的产物除丙酮酸外还有________，丙酮酸在线粒体内通过一系列反应产生NADH和__________。糖类中稳定的化学能最终转变为____________________________。 设计2：考查长句表达能力与科学思维 (2)缺氧条件下，糖酵解产生的丙酮酸难以进入线粒体，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 设计3：考查问题解决能力与生命观念 (3)植物细胞线粒体内膜上存在交替氧化酶(AOX)呼吸途径，它可以直接将电子传递给氧气生成水而不伴随跨膜H＋浓度梯度的产生。在低温条件下，细胞主要进行AOX呼吸途径，其意义是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)细胞质基质　NADH 　CO2　热能和ATP中活跃的化学能 (2)缺氧条件下电子传递受到抑制，内膜两侧不能形成H＋浓度差，丙酮酸无法借助H＋梯度进入线粒体 (3)通过AOX呼吸途径细胞不产生ATP，而释放大量的热能，有利于适应低温环境 解析：(1)糖酵解过程是葡萄糖生成丙酮酸的过程，该过程为有氧呼吸第一阶段，场所是细胞质基质，其产物除丙酮酸外还有NADH。丙酮酸与H2O生成NADH和CO2，同时释放少量能量，该过程是有氧呼吸第二阶段，发生的场所是线粒体基质。糖类中稳定的化学能最终转变为热能和ATP中活跃的化学能。(2)由题意可知，缺氧条件下电子传递受到抑制，内膜两侧不能形成H＋浓度差，丙酮酸无法借助H＋梯度进入线粒体。(3)AOX呼吸途径能直接将电子传递给氧气生成水而不伴随跨膜H＋浓度梯度的产生，故在低温条件下，细胞主要进行AOX呼吸途径，其意义是通过AOX呼吸途径细胞不产生ATP，而释放大量的热能，有利于适应低温环境。 [对应学生用书P102] 1．慢跑是一种健康的有氧运动，在细胞有氧呼吸过程中，氧气最终参与形成了(　　　　　) A．二氧化碳 B．水 C．ATP D．丙酮酸 B　解析：在有氧呼吸过程中，氧气参与有氧呼吸的第三阶段，即[H]与氧气反应生成水，B正确。 2．下列关于线粒体结构和功能的叙述，正确的是(　　　　　) A．有氧呼吸酶主要分布在线粒体的外膜、内膜和基质中 B．线粒体可在有氧条件下将葡萄糖氧化分解为CO2和水 C．线粒体内膜向内折叠形成嵴可显著增大膜面积 D．能进行有氧呼吸的细胞都含有线粒体 C　解析：与有氧呼吸有关的酶主要分布在线粒体基质、线粒体内膜，A错误；葡萄糖初步分解在细胞质基质中，丙酮酸在线粒体中彻底分解为二氧化碳和水，B错误；线粒体内膜向内折叠形成嵴可显著增大膜面积，C正确；某些原核细胞虽然没有线粒体，但是有与有氧呼吸有关的酶，能进行有氧呼吸，如硝化细菌、蓝细菌等，D错误。 3．下图为酵母菌细胞有氧呼吸的部分示意图，下列有关叙述正确的是(　　　　　) 葡萄糖丙酮酸二氧化碳 A．过程①进行的场所在线粒体 B．过程②的产物除了二氧化碳，还有H2O C．过程①②一定都有能量释放 D．与②相比，过程①产生的[H]较多 C　解析：过程①的场所是细胞质基质，A错误；过程②消耗H2O，不产生H2O，B错误；过程①②都产生少量能量，C正确；过程②比过程①产生的[H]多，D错误。 4．(2024·杭州高一检测)我国利用废弃的秸秆作为原料生产出了生物乙醇，可作为普通汽油的良好替代品。其主要技术流程为酶解→发酵→蒸馏→成品，其中酵母菌是发酵的主要菌种。生物兴趣小组利用自制的水解液(含5%葡萄糖)培养酵母菌，探究其细胞呼吸的方式(如图所示)。下列叙述正确的是(　　　　　) A．对秸秆进行“酶解”所需的酶主要是葡萄糖酶 B．乳酸菌可以代替酵母菌用于生物乙醇的生产 C．该装置可以探究酵母菌的有氧呼吸和无氧呼吸 D．可以用澄清的石灰水替代乙中的溴麝香草酚蓝溶液 D　解析：秸秆的主要成分是纤维素，因此对秸秆进行“酶解”所需的酶主要是纤维素酶，A错误；乳酸菌细胞呼吸产物只有乳酸，不会产生酒精，因此乳酸菌不能代替酵母菌用于生物乙醇的生产，B错误；该装置中甲瓶是密封的，只能用于探究酵母菌的无氧呼吸，C错误；溴麝香草酚蓝溶液和澄清石灰水都可用于检测二氧化碳，因此可以用澄清的石灰水替代乙中的溴麝香草酚蓝溶液，D正确。 5．下图表示有氧呼吸过程，下列有关说法正确的是(　　　　　) A．①②④中数值最大的是① B．③代表的物质名称是氧气 C．线粒体能完成图示全过程 D．某些原核生物能完成图示全过程 D　解析：有氧呼吸过程中第三阶段释放的能量最多，即图中的④，A错误；③是有氧呼吸第二阶段的反应物水，B错误；有氧呼吸第一阶段的场所是细胞质基质，C错误；某些原核细胞没有线粒体，但是可以进行有氧呼吸，如蓝细菌，D正确。 6．下图是有氧呼吸过程图解，请据图回答问题： (1)写出1、2、3所代表的物质的中文名称： 1．__________；2.__________；3.__________。 (2)写出5、6所代表的能量的多少(填“大量能量”或“少量能量”)： 5．____________；6.____________。 (3)有氧呼吸的主要场所是________；进入该场所的呼吸底物是________；释放的CO2是在第______阶段产生的；H2O是在第________阶段形成的；产生能量最多的是第________阶段。 (4)有氧呼吸释放的能量大部分以________形式散失，少部分储存在________中。 (5)有氧呼吸中O2的作用是____________________________________，写出有氧呼吸的总反应式：____________________________________________。 答案：(1)丙酮酸　水　二氧化碳 (2)少量能量　大量能量 (3)线粒体　丙酮酸　二　三　三 (4)热能　ATP (5)与[H]结合生成H2O，产生大量的能量　C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量 解析：(1)分析题图可知，1代表有氧呼吸第一阶段的产物丙酮酸，2代表有氧呼吸第三阶段的产物水，3代表有氧呼吸第二阶段的产物二氧化碳。(2)4、5、6分别代表有氧呼吸第一、第二、第三阶段产生的能量，其中有氧呼吸的第一、第二阶段产生少量能量，有氧呼吸第三阶段产生大量能量。(3)有氧呼吸的过程分为三个阶段：第一阶段发生在细胞质基质中，1分子葡萄糖被催化分解为2分子的丙酮酸，产生少量[H]，同时释放少量能量；第二阶段发生在线粒体基质中，丙酮酸和水被彻底分解成CO2和[H]，同时释放少量能量；第三阶段发生在线粒体内膜上，[H]和O2结合生成H2O，同时释放大量能量。(4)有氧呼吸释放的能量大部分以热能形式散失，少部分储存在ATP中。(5)有氧呼吸中，O2与[H]结合生成H2O，产生大量能量。有氧呼吸总反应式：C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量。 学科网（北京）股份有限公司 $$