2025届高三生物一轮复习课件：细胞呼吸的原理和应用

细胞呼吸的方式和过程 考点一 考点二 第8讲 细胞呼吸的原理和应用 考点三 细胞呼吸的影响因素及应用 探究酵母菌细胞呼吸的方式及拓展应用 细胞呼吸的方式和过程 指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成CO2或其他物质，释放出能量并生成ATP的过程。 细胞呼吸： 肺通气 （呼吸的现象） 气体运输 细胞呼吸 （呼吸的本质） 呼吸：是指生物体或细胞吸入氧气和呼出二氧化碳的过程。 细胞内 + 糖类 + 水 能 量 O2 O2 呼吸器官 血液循环 血液循环 呼吸器官 CO2 + CO2 【注意】呼吸≠呼吸作用 + 水 为生物体提供能量， 是生物体代谢的枢纽。 氧化分解有机物，释放能量。 细胞呼吸的实质： 细胞呼吸的意义： 细胞呼吸的方式和过程 是指细胞在 的参与下，通过多种 的催化作用，把葡萄糖等有机物 ，产生 ，释放 ，生成 的过程。 氧 酶 彻底氧化分解 二氧化碳和水 大量能量 大量ATP 有氧呼吸的主要场所———— 线粒体 外膜 内膜 嵴 基质 一 有氧呼吸 思考1：线粒体适于有氧呼吸的结构有哪些？ 思考2：同有机物体外燃烧相比有何不同？意义？ a.过程温和(常温、常压、一定pH等) b.能量逐步释放 c.释放的能量有一部分储存在ATP中 保证有机物中的能量得到最充分的利用且有利于维持细胞的相对稳定状态。 细胞呼吸的方式和过程 一 有氧呼吸 Ⅰ 过程 [H]：还原型辅酶Ⅰ(NADH) NAD+：氧化型辅酶Ⅰ C6H12O6+6H2O+ 6O2 6CO2+ 12H2O +能量 酶 总反应式： 指细胞在 的条件下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物 氧化分解，产生 或 ，释放 能量，生成 ATP的过程。 细胞呼吸的方式和过程 二 无氧呼吸 无氧 不完全 乳酸 少量 少量 能量未被完全释放 过程： 总反应式： C6H12O6 2C2H5OH+ 2CO2+ 能量（少量） 酶 ① 酒精发酵 酵母菌、大多数高等植物 a.人和动物细胞 b.乳酸菌 c.马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚 ②乳酸发酵 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+ 能量（少量） 酶 无氧呼吸的产物不同, 直接原因： 根本原因： 催化反应的酶不同 控制酶合成的基因不同或基因的选择性表达。 不 放 能 同有氧呼吸 (细胞质基质) 酒精和二氧化碳 大量以 形式散失 少量储存在 中。 1mol葡萄糖 （2870kJ） 细胞呼吸的方式和过程 三 能量去向 有氧呼吸 大量储存在 或 中。 ATP 酒精 无氧呼吸 乳酸 大部分：热能形式散失 少部分：储存在ATP中(977.28kJ，约34%) 1mol葡萄糖 （2870kJ） 只在第一阶段释放 少量释放 全部释放 热能 乳酸菌 动物 酵母菌 植物 无氧呼吸生物 四 生物种类 细胞呼吸的影响因素及应用 一 内因 ①遗传特性：不同种类的植物呼吸速率不同。 ②生长发育时期：同一植物在不同的生长发育时期呼吸速率不同。 ③器官类型：同一植物的不同器官呼吸速率不同。 水生植物>旱生植物， 阳生植物>阴生植物。 幼苗、开花期>成熟期 生殖器官>营养器官。 二 外因 1、温度： 通过影响 而影响细胞呼吸速率。 应用 ①粮食、蔬菜、水果的储藏： 。 ②大棚蔬菜栽培：夜间和阴天适当 ，以降低呼吸作用消耗的有机物。 零上低温 降温 酶的活性 1．温度(1)原理：温度通过影响01(□) 的活性来影响呼吸速率。(2)应用：①在02(□) 条件下。②大棚的栽培过程：夜间适当03(□) 温度，降低细胞呼吸，减少04(□) 的消耗。 医疗 保健 生产 生活 ①包扎伤口：选用 的消毒纱布或“创可贴”等。 ② （只能进行 呼吸）引起破伤风。 ③慢跑等：能避免肌细胞因供氧不足进行 呼吸产生 。 细胞呼吸的影响因素及应用 二 外因 2、O2浓度： O2是有氧呼吸必需的，对无氧呼吸有 作用 抑制 ① O2浓度=0时，只进行 。 ② 0<O2浓度<10%时，进行 。 ③ O2浓度≥10%时，只进行 。 ④ O2浓度= 时，细胞呼吸最弱 。 无氧呼吸 无氧呼吸和有氧呼吸 有氧呼吸 5% （CO2浓度最低，有机物消耗最少） 应用 透气 破伤风芽孢杆菌 无氧 大量乳酸 无氧 ④酿酒：利用酵母菌在控制 的情况下，生产各种酒。 ⑤利用微生物细胞呼吸原理制作馒头、面包、泡菜、青霉素、味精等产品。 ⑥中耕松土、适时排水，促进作物根系的 。 ⑦储藏果蔬：低温、低氧等减弱果蔬的呼吸作用，以减少 的消耗，延长保质期。 有机物 有氧呼吸 通气 应用：适当 CO2浓度，有利于水果和蔬菜的保鲜。 CO2是细胞呼吸最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸。 细胞呼吸的影响因素及应用 二 外因 3、CO2浓度： 增加 4、水： 一定范围内，细胞中自由水含量越多，代谢越 ， 细胞呼吸越强。 应用：①植物栽培：合理灌溉。 ②果蔬储存：应保持一定的湿度。 ③种子储藏：将种子晒干，以减弱呼吸作用，利于储藏。 旺盛 果蔬需零上低温、低氧、高CO2、适宜水分；种子需要零上低温、低氧、高CO2、干燥条件。 果蔬和种子储存条件： 异养兼性厌氧型 探究酵母菌细胞呼吸的方式 探究酵母菌细胞呼吸的方式及其拓展应用 溴麝香草 酚蓝 灰绿色 葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，因此应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。 变量 自变量 因变量 无关变量 细胞呼吸的条件 细胞呼吸的产物 有氧 无氧 影响实验结果的可变因素（温度、葡萄糖溶液浓度、酵母菌活性等） 酒精、CO2 原理 检测酒精的产生：从A、B中各取2 mL酵母菌培养液的滤液，分别注入编号为1、2的两支试管中→分别滴加0.5 mL溶有0.1 g 的浓硫酸溶液→振荡并观察溶液的颜色变化。 重铬酸钾 实验结论 探究酵母菌细胞呼吸的方式及其拓展应用 实验设计 探究酵母菌细胞呼吸的方式 实验结果 观察项目 澄清石灰水出现浑浊所需时间及浑浊程度 溴麝香草酚蓝溶液变色情况、变化时间 酸性重铬酸钾溶液变色情况 甲组(有氧) 变黄且所需 时间短 不变色 乙组(无氧) 长且 浑浊程度小 短且 浑浊程度大 变黄且所需时间长 橙色 ↓ 灰绿色 酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸,①有氧条件下有氧呼吸，产生大量的二氧化碳和水。②无氧条件下无氧呼吸，产生酒精和少量二氧化碳。 酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸， ①有氧条件下有氧呼吸，产生大量的二氧化碳和水。 ②无氧条件下无氧呼吸，产生酒精和少量二氧化碳。 探究酵母菌细胞呼吸的方式及其拓展应用 探究酵母菌细胞呼吸的方式 实验结论 ①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 的影响。 ②均为实验组(或互为实验组和对照组)，实验组的结果都是 的。对比试验是对照实验的一种特殊形式，即相当于“相互对照实验”。 对比实验 对比实验中各组都是实验组，各组之间相互对照。教材中对比实验的实例有： (填序号)。 ①探究酵母菌细胞呼吸的方式； ②鲁宾和卡门的同位素标记法实验； ③赫尔希和蔡斯采用放射性同位素标记T2噬菌体侵染细菌的实验； ④比较过氧化氢在不同条件下的分解。 ①②③ 例题 某种因素对实验对象 事先未知 在利用葡萄糖作为呼吸底物的条件下，有氧呼吸时装置内气体体积 ，无氧呼吸气体体积 。 探究酵母菌细胞呼吸的方式及其拓展应用 “液滴移动法”探究细胞呼吸的类型 装置一 NaOH溶液的作用是吸收细胞呼吸产生的CO2，着色液滴移动的距离代表细胞呼吸吸收O2的量 原理 作用 着色液滴移动的距离代表细胞呼吸产生的CO2量与吸收的O2量的差值 装置二 原理 作用 装置三 原理 作用 煮熟的种子不进行呼吸作用，着色液滴移动的距离代表非生物（物理）因素的作用强度 探究有氧呼吸 探究呼吸作用 排除实验干扰 不变 增加 实验结果（液滴移动方向） 结论 装置一 装置二 不动 不动 只进行产生乳酸的无氧呼吸或种子已经死亡 不动 右移 只进行产生酒精的无氧呼吸 左移 右移 进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸 左移 不动 只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸 左移 左移 种子进行有氧呼吸时，底物中除糖类外还含有脂质 探究酵母菌细胞呼吸的方式及其拓展应用 “液滴移动法”探究细胞呼吸的类型 若考虑生物材料进行产乳酸的无氧呼吸呢？ 1. 实验装置 2．实验原理： (1)装置甲中NaOH溶液的作用是吸收细胞呼吸所产生的CO2， 红墨水滴移动的距离代表生物材料有氧呼吸吸收O2的量。 (2)装置乙中红墨水滴移动的距离代表生物材料呼吸吸收的O2量与产生CO2量的差值。 细胞呼吸方式的判断及呼吸速率的测定 3. 实验结果与结论 实验现象 结论 装置甲 装置乙 不动 不动 只进行产生乳酸的无氧呼吸或生物材料已死亡 不动 右移 只进行产生酒精的无氧呼吸 左移 右移 进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸 左移 不动 只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸 4.空白对照组 物理误差的校正，为防止气压、温度等物理膨胀因素所引起的误差， 设置如图所示的装置。(除将装置中生物材料换为杀死的等量同种生物 材料外，其余均相同) 细胞呼吸方式的判断及呼吸速率的测定 5．注意事项 (1)若所放材料为绿色植物，整个装置必须遮光处理，否则植物组织的光合作用会干扰呼吸速率的测定。 (2)为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应将装置及所测材料进行消毒处理。 (3)如果实验材料是酵母菌，实验所用的葡萄糖溶液需煮沸冷却，目的是杀灭杂菌，排除其他微生物的 细胞呼吸对实验结果造成干扰。 温度对酶活性的影响 1.材料准备 宜选用淀粉和淀粉酶探究温度对酶活性的影响。因为过氧化氢在不同温度下有不同的分解速率(高温下自身分解)，给实验引入额外的变量。 淀粉宜选用分析纯，以保证遇碘变蓝的直链淀粉量基本相同。其浓度可以在课本建议的质量分数为3%的基础上适当调高，以便观察到更明显的现象。淀粉溶液配制后煮沸待用。0℃条件下，淀粉酶仍有一定活性，加入碘液后呈现的蓝色很浅。但与60℃条件下的棕黄色有较明显的区别。 2.注意事项 (1)实验前需仔细清洗试管，以免杂质污染反应体系。重复实验时也需要彻底清洗试管，以免残留的酶液影响实验的准确性。 (2)实验前，应进行预实验，因为淀粉纯度、淀粉酶的活性可能因生产厂家不同而有所差异，出现不同的实验结果。可根据预实验效果，调整淀粉溶液的量(如调至4 mL)和粉酶溶液的量(如调至2~5滴)。 (3)100℃高温下，直链淀粉的螺旋结构被破坏，不能与碘形成蓝色络合物，遇碘不蓝因此，100℃反应管在完成反应后，先在自来水下冲凉，然后加入碘液检测淀粉含量。同时也可防止碘液在高温下蒸发而影响实验效果。 (4)酶和淀粉混合前，务必各自在设定的温度保温5 min，不能混合后再保温。因为一旦混合，二者即快速完成反应。 (5)不宜选用斐林试剂检测还原糖的生成，因为加热会改变反应体系的温度，从而给实验引入额外的变量。 pH对酶活性的影响 1材料准备 宜选用过氧化氢和肝脏研磨液探究pH对酶活性的影响，而不选用淀粉和淀粉酶。因为调节pH值所营造的酸性环境会干扰斐林试剂(碱性)对淀粉分解的检测，碱性环境会于扰碘液与淀粉的蓝色反应，斐林试剂的碱性会影响淀粉酶活性 2.注意事项 (1)实验前需仔细清洗试管，以免杂质污染反应体系。重复实验时也需要彻底清洗试管，以免残留的酶液影响实验的准确性。 (2)需要事先在肝脏研磨液中加入调节pH的溶液后，再将酶液和底物混合，否则尚未调节pH，反应即已结束。 (3)由于pH为7时酶的活性很高，气泡可能携带反应液冲出试管，因此应尽量选择大号试管进行实验，或者将肝脏研磨液和H2O2,溶液的用量均减少，如分别减至1滴和1mL。 探究酵母菌细胞呼吸的方式 1.用酸性重铬酸钾检测酒精时，有氧和无氧装置产生的颜色反应几乎一样。分析可能原因: (1)有氧呼吸装置实验操作中可能供氧不足，导致部分酵母菌进行无氧呼吸产生少量酒精; (2)重铬酸钾是强氧化剂，在酸性条件下可将酒精氧化成乙醛，同时六价铬被还原为三价铬而产生颜色反应。酵母菌培养液中的葡萄糖是还原性糖，同样也可以被重铬钾氧化，其颜色反应与酒精相同。因此，有氧与无氧装置中酸性重铬酸钾的颜色反应可能为葡萄糖所致。 探究酵母菌细胞呼吸的方式 2.注意事项 (1)实验成功的关键取决于严格控制有和无氧的环境。有氧呼吸装置应提供稳定的有氧环境，如用气泵持续通人空气。在无氧呼吸装置中，装有酵母菌的锥形瓶应放置一段时间再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，使得锥形瓶中氧气耗尽。也可选择在无氧呼吸装置加人酵母菌溶液后，立即加入石蜡油或植物油密封，以提供严格的无氧环境。 (2)鉴定酒精时，将母菌培养液过滤后，取滤液进行酒精鉴定。原因是酵母菌培养液本身具有颜色且不透明，可能会对颜色反应产生遮盖和干扰。也可通过让学生闻有氧与无氧呼吸装置是否有酒精气味来替代用酸性重铬酸钾鉴定酒精。 P90问题探讨 1.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。 2.在有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放的能量多，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.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 P91探究·实践 B瓶应封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶。这是因为B瓶在封口后，培养液液面上方的空气中还存在一定量的氧气，静置一段时间，让酵母菌将这部分氧气消耗尽，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶可认为检验的是酵母菌的无氧呼吸释放的气体。 P93思考·讨论 1.有氧呼吸的能量转化效率大约为34%。结合上一节所学内容，1 molATP分子的高能键含有30.54kJ的能量，因此，1mol葡糖能够使32molADP分子转化为ATP分子。 2.:燃烧是一种迅速释放能量的过程，而有氧呼吸过程则是逐步缓慢释放能量，这种方式保证有机物中的能量得到最充分的利用，主要表现在两个方面:可以使有机物中的能量逐步地转移到ATP中;能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。 P94旁栏思考题 P95思考·讨论2 1.略。2.提示:酸奶制作是利用了乳酸菌无氧呼吸:收获后的粮食要晒干再贮藏，就是通过降低细胞呼吸速率来延长贮存时间。 P96思维训练 提示:这一论点包含两个要点:线粒体原本是一种独立生存的细菌，后来与真核细胞共生成细胞内的结构。由此可见，证据1、证据3和证据4，能够支持这一论点，而证据2不支持。 P96拓展应用 1.提示: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，促进作物生长，吸收更多的CO,，缓解全球气候变暖现象;增强根系的水土保持能力:避免根细胞由于无氧呼吸产生酒精对根系造成的伤害。此外，松土透气还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，促使这些微生物对土壤有机物的分解，为植物生长提供更多的CO，也有可能导致局部大气C0浓度上升。松十不当，可能伤害植物根系:要根据不同植物、植物不同的牛长 段等，采取不同的松土方法。 2.提示:有氧呼吸第一阶段与无氧呼吸第一阶段完全相同，都不需要氧气，都与线粒体无关。联想到地球的早期以及原核细胞的结构，可以大胆作出这样的推测:在生物进化史上先出现无氧呼吸，而后才出现有氧呼吸。继而推测，地球早期的单细胞生物只进行无氧呼吸。体内骨骼肌细胞保留进行无氧呼吸的能力，可以理解为漫长的生物进化史在人类身上留下的印记，同时也可以理解为人体在进行长跑等剧烈运动时，在供氧不足的情况下，骨骼肌细胞保留一定的无氧呼吸来供能，有一定的适应意义。 $$