5.3 细胞呼吸的原理和应用 课件 2025—2026学年高一上学期生物人教版必修1

该高中生物学课件围绕细胞呼吸的原理与应用展开，涵盖有氧呼吸、无氧呼吸的过程、场所、产物及影响因素，通过酵母菌发酵等生活实例导入，以探究实验为支架衔接实验设计、原理分析与实际应用，脉络清晰。 其特色是突出探究实践与科学思维，完整呈现酵母菌呼吸方式探究的科学流程（问题-假设-变量控制-结果分析），结合表格对比、生活应用实例（如粮食储藏、伤口处理）强化生命观念，助力学生构建知识体系，提升教师教学效率。

第3节 细胞呼吸的原理与应用 第五章 1.做面包、馒头、酿酒与哪种生物有关，利用了什么原理？ 酵母菌的呼吸作用 ▲呼吸作用的实质是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.细胞呼吸是否都需要氧？生物在有氧和无氧条件下是否都能进行细胞呼吸呢？ 酵母菌 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。 已知： ① 酵母菌能使葡萄糖发酵产生酒精； ② 酵母菌细胞呼吸会产生CO2。 讲清楚人的骨骼肌细胞是不是兼性厌氧 3 探究酵母菌细胞的呼吸方式 1.实验原理： 酵母菌细胞呼吸以葡萄糖作为底物时，通过测定在有氧条件和无氧条件下细胞呼吸的产物，来确定细胞呼吸作用的类型及对应产物。 2.实验方法： 对比实验（相互对照实验）:设置两个或两个以上的实验组，无对照组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素与实验现象的关系。 （对照实验：对照组的结果是已知的，实验组的结果是未知的。） 阅读课本90~91页及92页的科学方法，找到实验步骤的具体描述 对比实验一定是对照实验，对照实验不一定是对比实验 4 3.实验流程： 有氧呼吸与无氧呼吸产生CO2的量有差异。 无氧呼吸的产物有CO2和酒精。 ①提出问题： ②作出假设： 酵母菌在有氧和无氧的环境下产生CO2的量是否有差异？ 酒精是由有氧呼吸产生还是无氧呼吸产生？ ③设计并进行实验 明确实验目的，科学设计实验 分析变量 自变量: 因变量: 无关变量: 细胞呼吸的条件 二氧化碳产生的多少以及是否有酒精产生 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） 相同且适宜 5 分析变量 自变量: 因变量: 无关变量: 细胞呼吸的条件 二氧化碳产生的多少以及是否有酒精产生 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） 1.怎样控制？ 2.怎样检测？ 根据实验需要，理清实验步骤，关注问题。 实验思路 分别给酵母菌提供有氧和无氧的条件，一段时间后检测其产物是否含酒精或CO2 细化 澄清石灰水：变浑浊 溴麝香草酚蓝溶液：蓝→绿→黄 酸性重铬酸钾溶液：橙色→灰绿色 通入氧气：气泵、橡皮球 隔绝氧气：密封、石蜡油 相同且适宜 配置酵母菌培养液 取20g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A（500mL）和锥形瓶B （500mL）中，分别向瓶中注入240mL质量分数为5%的煮沸冷却后的葡萄糖溶液。 1.酵母菌溶液的体积以及葡萄糖溶液的体积和浓度均保持一致是为了什么？ 排除无关变量对实验结果的影响。 2.为什么葡萄糖溶液需要煮沸后冷却再加入？ 煮沸：灭菌、除去葡萄糖溶液中的氧气。 冷却：避免高温杀死酵母菌。 煮沸：杨琪杰 冷却：李伟超 7 酵母菌培养液 质量分数为10%的NaOH溶液 如何在通入空气中去除CO2？ 空气 有氧呼吸装置： NaOH溶液可吸收空气中的CO2。 酵母菌培养液 B 无氧呼吸装置： “长进短出” 封口放置一段时间 消耗瓶内的氧气，造成无氧环境。 8 酒精+酸性重铬酸钾：橙色→灰绿色 ★产物检测 ①使澄清石灰水变混浊 （1）检测CO2 （2）检测酒精 （根据混浊程度检测CO2产生的多少） ②溴麝香草酚蓝水溶液：蓝→变绿→再变黄 （根据其变黄色时间的长短，检测CO2产生的多少） （浓硫酸） ▲检测时，应将酸性重铬酸钾滴入酵母菌溶液中，不能相反，否则会因浓硫酸的存在发生危险 9 酵母菌培养液 酵母菌培养液 质量分数为10%的NaOH溶液 澄清的石灰水 澄清的石灰水 空气 NaOH溶液可吸收空气中的CO2。 有氧呼吸装置： 无氧呼吸装置： “长进短出” 有氧呼吸装置事先出去二氧化碳以保证第三个锥形瓶中使得澄清石灰水变浑浊的CO2是由酵母菌有氧呼吸产生的。 刚封口的时候，锥形瓶中有氧气，本实验探究的是无氧呼吸，所以应先把氧气消耗完，确保通入澄清石灰水中的CO2是无氧呼吸产生的。 10 溴麝香草酚蓝水溶液 溴麝香草酚蓝水溶液：蓝→绿→黄 由蓝变绿再变黄 检测CO2的产生 ④观察现象 11 检测CO2的产生 现象： 澄清石灰水都变浑浊，且有氧呼吸装置比无氧呼吸的更浑浊。 ④观察现象 结论： 有氧呼吸产生H2O和CO2；无氧呼吸产生CO2 12 酵母菌培养液 酵母菌培养液 质量分数为10%的NaOH溶液 澄清的石灰水 澄清的石灰水 A B 空气 检测酒精的产生 ④观察现象 有氧呼吸装置的酸性重铬酸钾溶液不变色 无氧呼吸装置的酸性重铬酸钾溶液变成灰绿色 结论：有氧呼吸不产生酒精，无氧呼吸产生酒精 酵母菌培养时间足够长？？ 13 小结 条件 澄清石灰水/出现的时间 酸性重铬酸钾溶液 有氧 无氧 变混浊（混浊程度高）／快 不出现灰绿色 变混浊（混浊程度低）／慢 出现灰绿色 1、酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸。 ⑤得出结论 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。 14 问题探讨 酵母菌细胞富含蛋白质，可以用作饲料添加剂。在培养酵母菌用作饲料添加剂时，要给培养装置通气或进行振荡，以利于酵母菌大量繁殖。在利用酵母菌生产葡萄酒时，却需要密封发酵。 1.都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？ 2.为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？ 3.在密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精对它自身有什么意义？ 15 1.都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？ 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.为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？ 在有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放能量多，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.在密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精对它自身有什么意义？ 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。 如图是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置．以下说法中正确的是 A. 两个装置均能使酸性重铬酸钾溶液变灰绿色 B. 装置乙在Ⅲ中滴加溴麝香草酚蓝水会由蓝变红 C. 装置乙中应让Ⅱ先放置一会再与Ⅲ连接 D. 装置甲中NaOH的作用是吸收Ⅰ处的CO2 C 17 线粒体—有氧呼吸的主要场所 外膜 嵴 内膜 基质 结构： 外膜：表面光滑 内膜：含有多种与有氧呼吸相关的酶 嵴:使内膜表面积增大，增加呼吸酶附着点 基质：含有多种酶，少量DNA和RNA 无线粒体：哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫体细胞等 有氧呼吸 仔细阅读教材92-93，回答以下问题： 有氧呼吸的概念、特点以及以葡萄糖为例的总反应方程式 以葡萄糖为例，尝试分析有氧呼吸过程总共分为几个阶段？ 每个阶段的发生场所在哪里？能量的产生情况如何？ CO2在哪个阶段产生？ O2在哪个阶段被消耗？ 分析产物CO2中“O”的来源，以及反应物O2中“O”的去向。 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。 有氧呼吸的概念以及以葡萄糖为例的总反应方程式 C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量 酶 有氧呼吸的特点(同有机物体外燃烧相比) a.过程温和(常温、常压、一定的pH等) b.能量逐步释放 c.释放的能量有一部分储存在ATP中。 有氧呼吸释放的能量大部分以热能形式散失，少部分能量存储在ATP中 第一个阶段是，1分子的葡萄糖分解成2分子的丙酮酸，产生少量的[H],并且释放出少量的能量。这一阶段不需要氧的参与，是在细胞质基质中进行的。 第二个阶段是,丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和［H］, 并释放岀少量的能量。这一阶段不需要氧直接参与，是在线粒体基质中进行的。 第三个阶段是，上述两个阶段产生的[H]，经过一系列的化学反应，与氧结合形成水，同时释放出大量的能量。这一阶段需要氧的参与，是在线粒体内膜上进行的。 2C3H4O3+ 4[H]+少量能量 C6H12O6 酶 (丙酮酸) 2C3H4O3+6H2O 20[H] +6CO2 +少量能量 酶 24[H]+6O2 12H2O+大量能量 酶 有氧呼吸 场所 反应物 产 物 释能 第一阶段 第二阶段 第三阶段 细胞质基质 葡萄糖 丙酮酸、[H] 少量 丙酮酸、H2O CO2、[H] 少量 [H]、O2 H2O 大量 线粒体基质 线粒体内膜 有氧呼吸三个阶段的比较 C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量 酶 葡萄糖和水中的氧都进入CO2 O2中的氧进入生成物 H2O 分析产物CO2中“O”的来源，以及反应物O2中“O”的去向。 提示：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。 思考·讨论 1.在细胞内，1 mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870 kJ的能量，可使977.28 kJ左右的能量储存在ATP中，其余的能量则以热能的形式散失掉了。请你计算一下，有氧呼吸的能量转化效率大约是多少，这些能量大约能使多少ADP转化为ATP? 提示：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 mol ATP分子的高能键含有30.54 kJ的能量，因此，1 mol葡萄糖能够使32 mol ADP分子转化为ATP分子。 2.与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐级释放能量的，这对于生物体来说具有什么意义? 1.让一只白鼠吸入有放射性的18O2,该白鼠体内最先出现的含有18O的化合物是（ ） A.二氧化碳 B.水 C.丙酮酸 D.乳酸 B 2.用含18O的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的氧原子的转移途径是（ ） A．葡萄糖→丙酮酸→水 B．葡萄糖→丙酮酸→氧 C．葡萄糖→氧→水 D．葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳 D 3．如图所示为某绿色植物细胞内部分物质的代谢过程，下列相关叙述中正确的是(　　) A．图解中的①②两种物质依次是H2O和O2 B．图解中(一)、(二)两阶段产生[H]的场所都是线粒体 C．图解中(三)阶段产生的H2O中的氢最终都来自葡萄糖 D．1分子丙酮酸在(二)、(三)阶段产生的能量一样多 A 无氧呼吸 仔细阅读教材94-95，回答以下问题： 2.场所： 细胞质基质 3.过程 第一阶段 第二阶段 1.过程 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。 C6H12O6 酶 2丙酮酸 + [H] + 少量能量 丙酮酸（C3H4O3） 酶 酒精（C2H5OH） + CO2 [H] + [H] + 酶 乳酸（C3H6O3） 丙酮酸（C3H4O3） 注：只有第一个阶段有ATP的合成。葡萄糖中的大部分能量仍储存在酒精和乳酸中。 总反应式： C6H12O6 酶 2C3H6O3（乳酸）+少量能量 例：乳酸菌、动物、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等 C6H12O6 酶 2C2H5OH（酒精）+ 2CO2+ 少量能量 例：酵母菌、水稻根、苹果果实 乳酸发酵 酒精发酵 4.实质： 不彻底分解有机物，释放少量能量 补充： 1.好氧型原核细胞虽无线粒体，但存在有氧呼吸酶，故可进行有氧呼吸，场所是细胞质基质和细胞膜，如醋酸杆菌等 2.无线粒体的真核细胞（或生物）只能进行无氧呼吸，如哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫等 判断：没有线粒体，细胞不能进行有氧呼吸，只能进行无氧呼吸。 × 有氧呼吸 无氧呼吸 不 同 点 场所 条件 产物 能量 特点 相 同 点 联系 实质 意义 细胞质基质、线粒体 细胞质基质 氧气、多种酶 无氧气参加、多种酶 CO2和H2O 酒精和CO2或乳酸 大量能量,形成大量ATP 少量能量，形成少量ATP 有机物彻底氧化分解 有机物不彻底氧化分解 第一阶段的反应完全相同，之后有区别 分解有机物，释放能量，形成ATP 为生命活动提供能量；生物体代谢的枢纽 概念 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，释放能量并生成ATP的过程。 意义 （1）为生物体的生命活动提供能量 （2）生物体代谢的枢纽（如丙酮酸） 细胞呼吸 请你说说其中的原理；并总结影响细胞呼吸的因素有哪些？ 细胞呼吸原理的应用 氧气 氧气 氧气 氧气 温度 氧气 氧气 1、内部因素——遗传因素（决定酶的种类和数量） 影响细胞呼吸的因素 不同种类的生物（例：旱生植物小于水生植物） 同一生物的不同生长发育时期（例：成熟期小于幼苗期） 同一生物的不同器官或组织（例：心肌细胞大于皮肤细胞） 2、外界因素 ① 温度——影响酶的活性 影响细胞呼吸的因素 ②pH——影响酶的活性 应用： 应用： ③含水量（湿度） 在一定范围内细胞呼吸强度随含水量的增加而加强，随含水量的减少而减弱。 自由水含量多，新陈代谢加快，呼吸速率增大。 应用： 无氧呼吸消失, 只进行有氧呼吸 ④O2浓度 ①在一定范围内，随O2浓度的增大，有氧呼吸增强，达到一定浓度以后，由于受线粒体数量(或呼吸酶数量)的限制，呼吸作用强度不再增大。 有氧呼吸和无氧呼吸放出CO2量相等 ② O2的存在抑制无氧呼吸的进行。 O2浓度 5 10 15 20 25 30 O2% CO2释放量 无氧呼吸 CO2释放总量 有氧呼吸 A B C CO2浓度升高主要通过降低O2浓度间接抑制细胞呼吸 ⑤CO2浓度 1、粮食储藏和果蔬保鲜的应用 粮食储藏： 果蔬保鲜： 低氧、零上低温、干燥 低氧、零上低温、适宜湿度 细胞呼吸原理的应用 密封 先通气后密封 通气 通气 无氧呼吸（发酵） 有氧呼吸 2、发酵工业中的应用 密封 下列有关呼吸作用的叙述中，错误的是（双选题） A.播种前用水浸种时间越长，种子发芽率越高 B.水稻育秧期间，如果苗床长期被水淹，会导致烂秧 C.种在湖边的玉米长期被水淹，生长不好，其原因是根细胞吸收水分过多 D. 中耕松土有利于根系的生长和对无机盐的吸收 AC 解题关键： 需氧生物无氧呼吸时间过长，将产生大量酒精，会阻碍生物生长，甚至导致酒精中毒死亡。 3、农业生产中的应用 下列有关呼吸作用的叙述中，错误的是（双选题） A.蛔虫进行无氧呼吸，故可用氧气驱蛔虫 B.伤口较深时要及时注射破伤风抗毒素，因为破伤风杆 菌进行有氧呼吸 C.长跑时，人体产生的CO2是有氧呼吸和无氧呼吸的共同产物 D.包扎伤口时应注意透气 BC 4、医学中的应用 细胞呼吸的相关计算 1、判定生物的呼吸方式 酵母菌为兼性厌氧菌，氧气充足时进行有氧呼吸，大量繁殖。没有氧气时，可进行无氧呼吸产生酒精和二氧化碳。 C6H12O6 酶 +少量能量 2C2H5OH（酒精） 2CO2 + 无氧呼吸总反应式： C6H12O6 + 6O2 + 6H2O 6CO2 + 12H2O + 大量能量 酶 有氧呼吸总反应式： 【方法规律】细胞呼吸方式的判断方法 (1)依据O2的消耗量和CO2的产生量判断。 ①不消耗O2,但产生CO2: 细胞只进行产生酒精的无氧呼吸。 ②不消耗O2,不产生CO2: 细胞只进行产生乳酸的无氧呼吸。 ③O2的消耗量=CO2的产生量: 细胞只进行有氧呼吸 ④O2的消耗量<CO2的产生量:有氧呼吸和无氧呼吸同时进行。 CO2/O2=_________:有氧呼吸和无氧呼吸消耗的葡萄糖含量相等 1<CO2/O2<4/3 ___________________:有氧呼吸比无氧呼吸消耗的葡萄糖多 4/3 ___________________:有氧呼吸比无氧呼吸消耗的葡萄糖少 CO2/O2>4/3 例：(2017·长沙模拟)如图表示某植物的非绿色器官在氧浓度为a、b、c、d时CO2释放量和O2吸收量的变化。下列相关叙述正确的是　 A.氧浓度为a时，最适于储藏该植物器官，此时呼吸产物除CO2外还有酒精和乳酸 B.氧浓度为b时，无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸的5倍 C.氧浓度为c时，只进行有氧呼吸 D.氧浓度为d时，有氧呼吸强度与无氧呼吸强度相等 B (2)依据酒精和CO2的生成量判断 ①酒精量=CO2的量:细胞只进行无氧呼吸。 ②酒精量<CO2的量:有氧呼吸和无氧呼吸同时进行。 C6H12O6 酶 +少量能量 2C2H5OH（酒精） 2CO2 + C6H12O6 + 6O2 + 6H2O 6CO2 + 12H2O + 大量能量 酶 无氧呼吸总反应式： 有氧呼吸总反应式： 呼吸嫡(又称呼吸系数)： 呼吸嫡是表示呼吸底物的性质和氧气供应状态的一个指标。组织细胞在一定时间内,释放的CO2与吸收的O2的体积之比或物质的量之比叫呼吸嫡(简称RQ)。 （1)有氧呼吸的底物不同,释放的二氧化碳的体积和消耗的氧气的体积的比值(即呼吸嫡)不同。 ①当呼吸底物是糖类(如葡萄糖)而且被完全氧化时.呼吸嫡是1； ②若呼吸底物是一些富含氢的物质(如脂肪酸),则呼吸熵小于1。以棕榈酸为例，油料种子萌发初期，棕榈酸在胚乳中转变为蔗糖,其呼吸嫡约为0.36； ③若呼吸底物是一些含氧多的物质(如苹果酸),则呼吸嫡大于1。 释放CO2的体积或物质的量 RQ= 吸收O2的体积或物质的量 (2)氧气供应状态对呼吸熵也会产生很大影响,假设以葡萄糖为底物: ①若葡萄糖被彻底氧化分解,生成CO2和 H2O,则呼吸嫡为1; ②若在细胞呼吸过程中形成未被完全氧化分解的中间产物(如有机酸),吸收的氧气大多被保留在中间产物中,放出的二氧化碳相对较少,呼吸嫡就小于1； ③若在缺氧情况下进行酒精发酵,则呼吸嫡大于1； ④若在完全缺氧条件下，两种无氧呼吸情况均不存在呼吸熵。 细胞呼吸方式相关探究实验 探究某生物材料的细胞呼吸类型(假设生物材料为植物种子，呼吸底物只有葡萄糖且不考虑外界条件的影响)，某同学设计实验装置如下图: “液滴移动法”——测定细胞呼吸速率 甲装置中的NaOH溶液可吸收CO2，则装置内气体变化由 引起，故红墨水滴移动反映 ；乙装置中，清水不会吸收任何气体，则装置内气体变化由 引起，故红墨水滴移动反映 。 (1)分析: O2 O2吸收量 CO2和O2共同 释放CO2和吸收O2的差值 (2)实验结果 ①若甲液滴左移, 乙液滴不动, 则 。 ②若甲液滴不动, 乙液滴右移, 则 。 ③若甲液滴左移, 乙液滴右移, 则 。 ④若甲液滴不动，乙液滴不动，则 。 只进行有氧呼吸或 既进行有氧呼吸又进行产生乳酸的无氧呼吸 只进行产生酒精的无氧呼吸 既进行有氧呼吸，又进行产生酒精的无氧呼吸 种子已死亡或只进行产生乳酸的无氧呼吸 (3)物理误差的校正 ①如果实验材料是绿色植物，整个装置应遮光处理，否则植物的光合作用会干扰细胞呼吸速率的测定。 ②如果实验材料是种子，为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应对装置及所测种子进行消毒处理。 ③为防止气压、温度等因素所引起的误差，应设计对照试验，将所测的生物材料灭活（如将种子煮熟），其他条件均不变。 ※特别提醒: 脂肪含H量高，含O量低，等质量的脂肪与葡萄糖相比，氧化分解时耗氧量高，而产生的CO2量少。因此以脂肪为底物进行有氧呼吸时，产生的CO量小于消耗的O2量，着色液滴移动明显 。 $$