5.3细胞呼吸的原理和应用（第1课时）导学案-2025-2026学年高一生物上学期人教版必修1

本高中生物学导学案围绕“细胞呼吸的原理和应用（第1课时）”，通过探究酵母菌细胞呼吸方式的实验导入，引导学生分析变量设置、搭建实验装置并探讨10个核心问题，进而过渡到线粒体结构与有氧呼吸过程的学习，构建“实验探究-结构分析-过程理解”的学习支架。 资料以任务驱动整合实验与理论，实验环节通过变量控制、装置改进等问题设计培养科学思维，线粒体结构与有氧呼吸过程的关联体现结构与功能观的生命观念，10个实验分析问题推动探究实践，助力学生在动手与思辨中理解细胞呼吸，提升科学探究能力与生物学核心素养。

5.3细胞呼吸的原理和应用（第1课时） 【任务一】通过探究酵母菌的细胞呼吸方式，说出细胞呼吸的类型 1.呼吸作用的概念及实质 （1）呼吸作用的概念：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，释放能量并生成ATP的过程。 （2）呼吸作用的实质: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.究酵母菌细胞呼吸的方式 (1)实验原理:酵母菌：单细胞真菌，真核异养型生物，有细胞壁和液泡。在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。 (2)探究过程: 提出问题:（1）酵母菌在有氧或无氧时细胞呼吸的产物是什么？ （2）酵母菌在有氧和无氧条件下细胞呼吸产生的CO2是否一样多？ 作出假设:有氧条件下产生CO2，无氧条件下产生酒精； 有氧条件下产生酒精，无氧条件下产生CO2； 有氧条件下和无氧条件下都产生酒精和CO2 ； 有氧、无氧条件下都产生CO2，无氧条件下产生酒精； 设计实验: ①确定变量:(1)自变量是什么?如何设置自变量?有氧/无氧条件，通气/密封 (2) 因变量是什么?如何检测因变量? CO2、酒精，澄清的石灰水；溴麝香草酚蓝溶液，酸性重铬酸钾 (3)无关变量有哪些?如何控制无关变量?温度、营养物质，无关变量需相同且适宜原则 ②搭建实验装置:运用下列元件分别搭建有氧呼吸和无氧呼吸装置 实验现象及结论: 现象：①澄清石灰水都变混浊，且甲锥形瓶中的混浊程度较大； ②1号试管不变色，2号试管变成灰绿色。 结论：酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。有氧时，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的CO2 ；无氧时，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精和少量CO2 （3）实验分析 1.配制酵母菌培养液时为什么要用新鲜的食用酵母菌？ 新鲜的酵母菌繁殖快，细胞代谢旺盛，实验效果明显。 2.为什么要将葡萄糖溶液煮沸，且冷却到常温后方可加入新鲜的酵母菌？葡萄糖溶液的作用是什么? 煮沸的目的是杀菌和除去溶液中的氧，冷却到常温的目的是防止高温杀死酵母菌。葡萄糖溶液为酵母菌的生命活动提供营养物质. 3. A装置中用气泵间歇性地通入空气的目的是什么？ 保证酵母菌有充足的氧气，以进行有氧呼吸。 4. 为什么要把装置放置在25℃～35℃的环境下培养？ 在25℃～35℃的条件下，酵母菌中酶的活性最高，生命活动最旺盛，细胞呼吸明显，可保证实验效果。 5.有氧装置中的空气先通过质量分数为10%的NaOH溶液的目的是什么? 空气先通过NaOH溶液的目的是吸收空气中的CO2,保证使澄清石灰水变混浊的是酵母菌有氧呼吸产生的CO2，排除空气中的CO2对实验结果的干扰。 6.图乙中B瓶先密封放置一段时间后,再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的目的是什么? B瓶先密封放置一段时间后,耗尽瓶中的氧气,确保酵母菌细胞只进行无氧呼吸。保证使澄清石灰水变混浊的是酵母菌无氧呼吸产生的CO2。 7.如果有氧呼吸装置中的酵母菌培养液滤液用重铬酸钾溶液检测时也出现灰绿色，请分析可能的原因，并提出改进措施。 (1)供氧不足,部分细胞进行无氧呼吸。改进措施:用气泵持续供氧。 (2)酵母菌培养液中还存在葡萄糖,葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化。 改进措施：应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。 8.我们能够根据是否产生CO2来判断酵母菌的细胞呼吸类型吗？ 酵母菌在有氧呼吸和无氧呼吸过程中均会产生CO2，故不能依据是否有CO2产生来判断酵母菌的细胞呼吸类型，但可以以CO2产生的速率作为检测指标。 9.除了用澄清石灰水检测CO2我们还提到了哪种方法检测呢？ 溴麝香草酚蓝溶液检测CO2会有由蓝变绿再变黄的颜色变化，且颜色变化越快说明CO2浓度越高。 10.本实验中哪个是对照组，哪个是实验组？ 本实验的两组都是实验组。 【任务二】描述线粒体适于进行有氧呼吸的结构，说明有氧呼吸过程中物质与能量的变化 线粒体适于进行有氧呼吸的结构 （1）分布：普遍存在于真核细胞中，新陈代谢旺盛的细胞含量多（如心肌细胞>表皮细胞 ） （2）形态（光学显微镜下）：短棒状、圆球状、线形、哑铃形。 （3）结构（电子显微镜下）：双层膜（外膜内膜）、基质，内膜折叠成嵴，增大膜表面积。能附着更多的酶，基质含有与有氧呼吸有关的酶，少量DNA、RNA和核糖体等。 1.有氧呼吸过程（根据课本92-93页内容完成下表并尝试在下图画中出有氧呼吸简要过程）： 有氧呼吸 场所 反应物 产物 释能 第一阶段 细胞质基质 主要是葡萄糖 丙酮酸、[H] 少量 第二阶段 线粒体基质 丙酮酸 Ｈ2O CO2、[H] 少量 第三阶段 线粒体内膜 [H]、O2 H2O 大量 【思考1】糖类(葡萄糖)为什么必须分解成丙酮酸后才能进行有氧呼吸的第二、三阶段？ 因为线粒体膜上含运输丙酮酸的载体蛋白，不含有运输葡萄糖的载体蛋白，葡萄糖不能进入线粒体(或线粒体内没有催化葡萄糖分解的酶)。 【思考2】有氧呼吸过程中，水作为反应物和生成物，具体参与或生成是在什么阶段？ 有氧呼吸过程中，生成物中的水是由有氧呼吸第三阶段[H]和O2结合生成的；反应物中的水用于第二阶段,与丙酮酸反应。 2.请根据分步反应式写出总反应式： 【思考1】化学式前后的水分子能否抵消？请说明理由？ 不能，反应物的水是在线粒体基质中参与反应的，而产物中的水在线粒体内膜中产生；反应物中水在有氧呼吸第二阶段被消耗，而产物水在有氧呼吸第三阶段产生。 【思考2】没有线粒体可以进行有氧呼吸吗？ 可以。进行有氧呼吸的原核生物，例如硝化细菌、醋酸杆菌。 但是如果没有线粒体的真核细胞，就只能进行无氧呼吸，例如哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫细胞等。 【思考3】进行有氧呼吸需要什么条件？与有氧呼吸相关的酶、通氧气。 【思考4】水中的氧来自那种物质？二氧化碳中的氧来自那种物质？ 拓展知识有氧呼吸元素去向分析 (1)在总反应式中用箭头画出反应物中C、H、O三种元素的去向： (2)有氧呼吸中元素去向： 3.根据总反应式归纳有氧呼吸的定义： 细胞在氧气的参与下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，同时释放能量，生成大量ATP的过程。 4.有氧呼吸的特点: （1）过程温和 （2）有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放 （3）这些能量有相当一部分储存在ATP中 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 5.3细胞呼吸的原理和应用（第1课时） 【任务一】通过探究酵母菌的细胞呼吸方式，说出细胞呼吸的类型 1.呼吸作用的概念及实质 （1）呼吸作用的概念： （2）呼吸作用的实质: 2.究酵母菌细胞呼吸的方式 (1)实验原理: (2)探究过程: 提出问题: 作出假设: 设计实验: ①确定变量:(1)自变量是什么?如何设置自变量? (2)因变量是什么?如何检测因变量? (3)无关变量有哪些?如何控制无关变量? ②搭建实验装置:运用下列元件分别搭建有氧呼吸和无氧呼吸装置 实验现象及结论: （3）实验分析 1.配制酵母菌培养液时为什么要用新鲜的食用酵母菌？ 2.为什么要将葡萄糖溶液煮沸，且冷却到常温后方可加入新鲜的酵母菌？葡萄糖溶液的作用是什么? 3.A装置中用气泵间歇性地通入空气的目的是什么？ 4.为什么要把装置放置在25℃～35℃的环境下培养？ 5.有氧装置中的空气先通过质量分数为10%的NaOH溶液的目的是什么? 6.图乙中B瓶先密封放置一段时间后,再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的目的是什么? 7.如果有氧呼吸装置中的酵母菌培养液滤液用重铬酸钾溶液检测时也出现灰绿色，请分析可能的原因，并提出改进措施。 8.我们能够根据是否产生CO2来判断酵母菌的细胞呼吸类型吗？ 9.除了用澄清石灰水检测CO2我们还提到了哪种方法检测呢？ 10.本实验中哪个是对照组，哪个是实验组？ 【任务二】描述线粒体适于进行有氧呼吸的结构，说明有氧呼吸过程中物质与能量的变化 线粒体适于进行有氧呼吸的结构 （1）分布： （2）形态（光学显微镜下）： （3）结构（电子显微镜下）： 1.有氧呼吸过程（根据课本92-93页内容完成下表并尝试在下图画中出有氧呼吸简要过程）： 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 【思考1】糖类(葡萄糖)为什么必须分解成丙酮酸后才能进行有氧呼吸的第二、三阶段？ 【思考2】有氧呼吸过程中，水作为反应物和生成物，具体参与或生成是在什么阶段？ 2. 请根据分步反应式写出总反应式： 【思考1】化学式前后的水分子能否抵消？如若不能，请说明理由？ 【思考2】没有线粒体可以进行有氧呼吸吗？ 【思考3】进行有氧呼吸需要什么条件？ 【思考4】水中的氧来自那种物质？二氧化碳中的氧来自那种物质？ 3.根据总反应式归纳有氧呼吸的定义： 3.有氧呼吸的特点: 4.拓展知识有氧呼吸元素去向分析 (1)用箭头画出反应物中C、H、O三种元素的去向： (2)有氧呼吸中元素去向： ①C原子的运动轨迹： ②H原子的运动轨迹： ③O原子的运动轨迹： 1 学科网（北京）股份有限公司 $