5.3细胞呼吸的原理和应用导学案-2024-2025学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

《细胞呼吸的原理和应用》导学案 一、学习目标 1. 阐明细胞呼吸的概念，概述有氧呼吸和无氧呼吸的过程，说出两者的异同。 2. 说明细胞呼吸的原理在生产生活实际中的应用，尝试从细胞呼吸角度解释相关现象。 3. 进行酵母菌细胞呼吸方式的探究实验，掌握对比实验的设计思路与方法，提升科学探究能力。 二、学习重难点 1. 重点 [1] 有氧呼吸和无氧呼吸的过程，包括物质变化与能量转化。 [2] 细胞呼吸原理在农业生产、果蔬保鲜、运动健康等方面的应用。 2. 难点 [1] 有氧呼吸三个阶段发生的场所、物质转化细节及能量释放逐步过程的理解。 [2] 设计并实施探究酵母菌细胞呼吸方式实验，准确分析实验结果得出结论。 三、知识梳理 （一）细胞呼吸的概念 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，释放出能量并生成 ATP 的过程。 （二）探究酵母菌细胞呼吸的方式 1. 实验原理 [1] 酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。 [2] 酵母菌有氧呼吸产生二氧化碳和水，无氧呼吸产生酒精和二氧化碳。 [3] 二氧化碳可使澄清石灰水变浑浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄，根据变色时间长短可检测二氧化碳产生量。酒精可在酸性条件下与重铬酸钾溶液反应，使溶液由橙色变为灰绿色。 2. 实验装置 [1] 有氧呼吸装置：盛有酵母菌培养液的锥形瓶连接装有澄清石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液的试管，再连接通空气的玻璃管，玻璃管需先经过盛有氢氧化钠溶液的锥形瓶，以除去空气中二氧化碳。 [2] 无氧呼吸装置：盛有酵母菌培养液的锥形瓶密封，连接装有澄清石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液的试管。另设一个装有等量酵母菌培养液但经过煮沸冷却（杀死酵母菌）的对照装置。 [3] 实验结果及结论 a) 有氧呼吸组：澄清石灰水变浑浊程度大、溴麝香草酚蓝水溶液变色快，说明有氧呼吸产生大量二氧化碳。 b) 无氧呼吸组：澄清石灰水变浑浊程度小、溴麝香草酚蓝水溶液变色慢，且培养液滤液与酸性重铬酸钾溶液反应呈灰绿色，证明无氧呼吸产生二氧化碳和酒精。 （三）有氧呼吸 1. 过程 [1] 第一阶段：葡萄糖分解成丙酮酸和少量[H]，释放少量能量，场所是细胞质基质。反应式：C_{6}H_{12}O_{6}\stackrel{酶}{→} 2C_{3}H_{4}O_{3}(丙酮酸)+4[H]+少量能量。 [2] 第二阶段：丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和[H]，释放少量能量，场所是线粒体基质。反应式：2C_{3}H_{4}O_{3}+6H_{2}O\stackrel{酶}{→} 6CO_{2}+20[H]+少量能量。 [3] 第三阶段：前两阶段产生的[H]与氧气结合生成水，释放大量能量，场所是线粒体内膜。反应式：24[H]+6O_{2}\stackrel{酶}{→} 12H_{2}O +大量能量。 2. 总反应式：C_{6}H_{12}O_{6}+6O_{2}+6H_{2}O\stackrel{酶}{→} 6CO_{2}+12H_{2}O +能量 （四）无氧呼吸 1. 过程 a) 第一阶段：与有氧呼吸第一阶段完全相同，在细胞质基质进行。 b) 第二阶段：丙酮酸在不同酶催化下，分解成酒精和二氧化碳（植物、酵母菌等），或者转化为乳酸（动物、乳酸菌、马铃薯块茎、甜菜块根等）。 - 酒精发酵反应式：C_{6}H_{12}O_{6}\stackrel{酶}{→} 2C_{2}H_{5}OH + 2CO_{2}+少量能量 - 乳酸发酵反应式：C_{6}H_{12}O_{6}\stackrel{酶}{→} 2C_{3}H_{6}O_{3}(乳酸)+少量能量 2. 特点：全过程都在细胞质基质进行，只在第一阶段释放少量能量，生成少量 ATP。 （五）细胞呼吸原理的应用 1. 农业生产 - 中耕松土：促进根细胞有氧呼吸，利于根系生长和无机盐吸收。 - 稻田定期排水：防止水稻幼根因无氧呼吸产生酒精而中毒变黑、腐烂。 2. 果蔬保鲜 - 降低氧浓度：抑制有氧呼吸，减少有机物消耗，但不能无氧，以防无氧呼吸产生酒精使果蔬变质，常采用低氧（5%左右）、零上低温、一定湿度环境。 3. 运动健康 - 慢跑等有氧运动：避免肌细胞因无氧呼吸产生大量乳酸堆积，使肌肉酸胀乏力，有氧运动可保障能量供应且减少乳酸积累。 四、合作探究 1. 小组讨论：从反应物、产物、场所、能量释放等方面列表对比有氧呼吸和无氧呼吸。 2. 结合细胞呼吸原理，探讨在不同季节、不同储存条件下水果保存的最佳策略，并设计简单实验验证策略有效性。 五、巩固练习 1. 选择题 - 有氧呼吸产生大量 ATP 的阶段是（ ） A. 葡萄糖分解成丙酮酸时 B. 丙酮酸分解成二氧化碳和[H]时 C. 氢与氧结合生成水时 D. 丙酮酸转化为酒精和二氧化碳时 - 下列关于无氧呼吸的叙述，正确的是（ ） A. 无氧呼吸的终产物是丙酮酸 B. 无氧呼吸两个阶段都能合成少量 ATP C. 无氧呼吸产生[H]但不消耗[H] D. 不同生物无氧呼吸产物不同 2. 简答题 - 写出无氧呼吸两种产物类型对应的生物类群及具体实例各两个。 - 简述在制作泡菜过程中，泡菜坛内无氧环境形成及与细胞呼吸的关联，以及定期开坛放气的原因。 六、总结归纳 回顾细胞呼吸概念、有氧无氧呼吸过程细节、实验探究要点及应用实例，绘制思维导图，构建完整知识体系，标注易错易混点，强化理解记忆。 学科网（北京）股份有限公司 $$