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

第3节 细胞呼吸的原理和应用 学校： 教师： 人教版高中生物必修1 第5章 细胞的能量供应和利用 情境导入： 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。 发酵生产葡萄酒的车间 思考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，有利于酵母菌繁殖；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。 呼吸作用的实质是细胞内的有机物氧化分解，并释放出能量，因此也叫做细胞呼吸。 酵母菌是一类单细胞真菌，在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，它与人类的生活息息相关。 一、细胞呼吸 做面包，馒头，酿酒等，都是利用酵母菌的呼吸作用。 思考2：(1)我们吃的面包和馒头为什么比较松软？这与酵母菌有什么关系？酵母菌发挥这种作用需要什么条件呢？ (2)酒的主要成分是酒精。它是酵母菌在什么条件下产生的呢？ 探究•实践 探究酵母菌细胞呼吸的方式 二、细胞呼吸的方式 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，来确定酵母菌细胞呼吸的情况。 1.实验目的： 2.提出问题： 酵母菌什么条件下产生CO2？什么条件下产生酒精？ 3.作出假设： 有氧、无氧条件下都产生CO2，无氧条件下产生酒精。 4.设计实验： 二、细胞呼吸的方式 （1）分析变量： ①自变量: ②因变量: ③无关变量: 细胞呼吸的条件 有氧条件 无氧条件 是否产生CO2/酒精 温度、酵母菌量、营养物质的量等 （相同且适宜） （2）特别关注的问题： ①如何控制有氧和无氧的条件？ 有氧条件：通气；无氧条件：密封 ②怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？ 配制酵母菌培养液：质量分数为5％的葡萄糖溶液 5 ③怎样鉴定有无酒精产生？怎样鉴定有无CO2产生？如何比较CO2产生的多少？ 二、细胞呼吸的方式 检测酒精的产生： 橙色的重酪酸钾溶液在酸性条件下与乙醇（俗称酒精）发生化学反应，变成灰绿色。 检测CO2的产生： ①CO2可使澄清石灰水变浑浊； ②CO2使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。 根据石灰水浑浊程度或溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短，可以检测CO2的产生情况。 5.实验流程： 二、细胞呼吸的方式 酵母菌培养液的配制 01 检测CO2的产生 02 检测酒精的产生 03 取20g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A和B中。分别向瓶中注入240mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。 用锥形瓶和其他材料用具组装好实验装置（如右图），并连通橡皮球，让空气间歇性地依次通过3个锥形瓶。然后将实验装置放到25~35℃的环境中培养8~10h。 各取2mL酵母菌培养液的滤液，分别注入2支干净的试管中。向试管中分别滴加0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液，并轻轻震荡，使它们混合均匀。观察颜色变化。 有氧条件 无氧条件 二、细胞呼吸的方式 5.实验流程: 8 二、细胞呼吸的方式 有氧条件 无氧条件 ①通气时先通过NaOH溶液： 去除空气中的CO2，保证澄清石灰水变浑浊是酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致。 ②B瓶应封口放置一段时间： 消耗掉B瓶中的氧气，确保通过澄清石灰水的CO2是无氧呼吸产生的。 注意事项： ③酵母菌的培养时间适当延长： 耗尽溶液中的葡萄糖，因为葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化。 条件 澄清石灰水 溴麝香草酚蓝溶液/出现的时间 重铬酸钾-浓硫酸溶液 有氧 无氧 浑浊程度高 由蓝变绿再变黄-时间短 不出现灰绿色 浑浊程度低 由蓝变绿再变黄-时间长 橙色→灰绿色 6.实验结果： 二、细胞呼吸的方式 7.实验结论： ①酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸；②在有氧条件下，通过细胞呼吸产生大量的CO2； ③在无氧条件下通过细胞呼吸产生酒精和少量的CO2。 细胞呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸 绝大多数生物的主要呼吸方式 分析：该实验谁是对照组，谁是对照组？ 本实验中两组都是实验组 二、细胞呼吸的方式 对比实验 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，这样的实验叫作对比实验，也叫相互对照实验。在本节课的探究活动中，需要设置有氧和无氧两种条件，来探究酵母菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式，这两个实验组的结果都是事先未知的，通过对比可以看出氧气条件对细胞呼吸的影响。对比实验也是科学探究中常用的方法之一。 三、有氧呼吸 1.主要场所： 外膜 内膜 嵴 使内膜面积大大增加 分布有氧呼吸的酶 基质 分布有氧呼吸的酶 线粒体 有氧呼吸最常用利用的物质是葡萄糖。 想一想： 葡萄糖是不是在线粒体中分解的呢？ 2.过程： 图解 三、有氧呼吸 线粒体基质 细胞质基质 C6H12O6 2丙酮酸 酶 4[H] 少量 能量 6CO2 酶 20[H] 酶 6O2 大量能量 少量 能量 12H2O 6H2O 2丙酮酸 线粒体内膜 细胞膜 第一阶段 第二阶段 第三阶段 2.过程：反应式 三、有氧呼吸 第一阶段: 第二阶段: 第三阶段: 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜 C6H12O6→2C3H4O3（丙酮酸）＋4[H]＋少量能量 酶 2C3H4O3＋6H2O→6CO2＋20[H]＋少量能量 酶 24[H]＋6O2→12H2O＋大量能量 酶 H+ + NAD+(氧化型辅酶Ⅰ)+2e- →NADH [H]是一种十分简化的表示方式，主要是指NADH（还原型辅酶Ⅰ） 有氧呼吸场所： 细胞质基质、线粒体 C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量 酶 总反应式： 大部分以热能的形式散失 少量储存在ATP中 三、有氧呼吸 3.概念： 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。 在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870kJ的能量，可使977.28kJ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? 977.28÷2870=34％ 977.28÷30.54=32（mol） C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量 酶 元素的去向： 三、有氧呼吸 四、无氧呼吸 1.场所： 细胞质基质 2.过程： 无氧呼吸的全过程，可以概括地分为两个阶段，都是在细胞质基质中进行。 第一阶段： 与有氧呼吸第一阶段完全相同 C6H12O6→2C3H4O3＋4[H]＋少量能量 酶 第二阶段： 分为两种类型 + 2CO2 2C3H4O3（丙酮酸）+ 4[H] 2C2H5OH（酒精） 2C3H4O3（丙酮酸）+ 4[H] 酶 2C3H6O3（乳酸） 类型一： 类型二： 酶 注意： 无氧呼吸只在第一阶段释放出少量能量，生产少量ATP。 3.总反应式： 四、无氧呼吸 C6H12O6 酶 2C3H6O3(乳酸) + 少量能量 C6H12O6 2C2H5OH(酒精) + 2CO2 + 少量能量 酶 例：高等动物、乳酸菌、高等植物的某些器官（马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚细胞，形象记忆：马吃甜玉米） 例：高等植物、酵母菌 无氧呼吸中，葡萄糖分子中的大部分能量存留在酒精或乳酸中，释放的少量能量中，大部分以热能形式散失，少部分储存在ATP中。 酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫发酵。产生酒精的叫酒精发酵，产生乳酸的叫乳酸发酵。 4.概念： 四、无氧呼吸 是指细胞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，释放出少量能量的过程。 5.细胞呼吸的概念： 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。 6.细胞呼吸的意义： ①为生物体提供能量；②生物体代谢的枢纽。 例如，在细胞呼吸过程中产生的中间产物，可以转化为甘油、氨基酸等非糖物质；非糖物质代谢形成的某些产物与细胞呼吸中间产物相同，这些物质可以进一步形成葡萄糖。蛋白质、糖类和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸过程联系起来。 五、细胞呼吸原理的应用 1.包扎伤口时，需要选用透气的消毒纱布或“创可贴”等敷料包扎伤口：避免厌氧病原菌的繁殖。 2.酵母菌在适宜的通气、温度和pH等条件下，进行有氧呼吸并大量繁殖；在无氧条件下则进行酒精发酵。 3.对于板结的土壤及时松土透气，可以促进根细胞有氧呼吸，有利于根系的生长和对无机盐的吸收。此外还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，促使这些微生物对有机物的分解，从而有利于植物对无机盐的吸收。 五、细胞呼吸原理的应用 4.在储存水果、粮食时，往往要通过降低温度、降低氧气含量等措施，来减弱水果粮食的呼吸作用，减少有机物的消耗，以延长保质期。 5.较深的伤口里缺少氧气，破伤风芽孢杆菌（只能进行无氧呼吸）适合在这种环境中生存并大量繁殖。所以，伤口较深或被锈钉扎伤后，患者应及时到医院治疗。 6.提倡慢跑等有氧运动的原因之一是：有氧运动能避免肌细胞因供氧不足进行无氧呼吸产生大量乳酸。乳酸的大量积累会使肌肉酸胀乏力。 六、影响呼吸作用的外界因素 C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O +能量 酶 O2浓度 温度 CO2浓度 含水量 六、影响呼吸作用的外界因素 1、O2浓度 (1)原理：O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。 (2)曲线模型： 应用：降低氧气浓度，抑制细胞呼吸、减少有机物消耗，延长蔬菜、水果的保鲜时间。 曲线分析： ①O2浓度＝0时，只进行无氧呼吸。 ②0＜O2浓度＜10%时，同时进行有氧呼吸和无氧呼吸。 ③O2浓度≥10%时，只进行有氧呼吸。 ④O2浓度＝5%时，有机物消耗较少。 六、影响呼吸作用的外界因素 2、温度 (1)原理：细胞呼吸是一系列酶促反应，温度通过影响酶的活性进而影响细胞呼吸速率。 (2)曲线模型： 曲线分析： 最适温度时，细胞呼吸最强；超过最适温度，呼吸酶活性降低，甚至变性失活，呼吸受抑制；低于最适温度，酶活性下降，呼吸受抑制。 应用： ①在低温(零上低温)下贮存粮食、蔬菜、水果； ②在大棚蔬菜的栽培过程中，增加昼夜温差(降低夜间温度)以减少有机物的消耗，提高产量。 六、影响呼吸作用的外界因素 3、CO2浓度 (1)原理：CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行。 (2)曲线模型： 应用：在蔬菜和水果保鲜中，增加CO2浓度可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。如地窖储存。 六、影响呼吸作用的外界因素 4、含水量 (1)原理：水作为有氧呼吸的原料和环境因素影响细胞呼吸的速率。 (2)曲线模型： 曲线分析： 在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，随含水量的减少而减慢。 应用： ①储存粮食：干燥储藏，降低呼吸强度，减少有机物消耗 ②储存水果、蔬菜：一定的湿度储藏 ③干种子萌发：进行浸泡处理 26 【即学即练】 例1.细胞呼吸原理广泛应用于生产实践中。下表中有关措施与对应的目的不恰当的是(　　) 选项 应　用 措　施 目　的 A 种子储存 晒干 降低自由水含量，降低细胞呼吸强度 B 乳酸菌制作酸奶 先通气，后密封 加快乳酸菌繁殖,有利于乳酸发酵 C 水果保鲜 低温 降低酶的活性，降低细胞呼吸 D 栽种农作物 疏松土壤 促进根有氧呼吸,利于吸收无机盐 B 七、细胞呼吸方式的判断 反应式 有氧呼吸：C6H12O6＋6O2＋6H2O→6CO2＋12H2O＋能量 无氧呼吸：C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋少量能量 ①有氧呼吸：C6H12O6∶O2∶CO2＝1∶6∶6 ②无氧呼吸：C6H12O6∶CO2∶酒精＝1∶2∶2 ③消耗等量的葡萄糖时需要的O2和产生的CO2摩尔数：有氧呼吸需要的O2∶有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2之和＝3∶4 ④产生等量的CO2时消耗的葡萄糖摩尔数：无氧呼吸∶有氧呼吸＝3∶1 1.理解细胞呼吸反应式中各物质间量的比例关系(以酵母菌消耗C6H12O6为例) 酶 酶 【即学即练】 例2.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。下列相关叙述错误的是(　　) A.氧浓度为a时，有氧呼吸最弱 B.氧浓度为b时，有氧呼吸消耗葡萄糖的量是无氧呼吸的1/5倍 C.氧浓度为c时，最适于贮藏该植物器官 D.氧浓度为d时，有氧呼吸强度与无氧呼吸强度相等 D 2.判断细胞呼吸方式的三大依据 七、细胞呼吸方式的判断 3.通过液滴移动判断细胞呼吸方式 七、细胞呼吸方式的判断 实验现象 结论 装置一液滴 装置二液滴 不动 不动 不动 右移 左移 右移 左移 不动 只进行产生乳酸的无氧呼吸或种子已死亡 只进行产生酒精的无氧呼吸 进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸 只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸 例3.为了探究酵母菌的细胞呼吸类型（假设呼吸底物只有葡萄糖），按装置1所示装配实验材料和用具，若想得到科学的实验结论，还必须设计装置2。下列相关叙述错误的是（　　） 【即学即练】 D A.装置2中甲是等量的酵母菌培养液，乙是与NaOH溶液等量的蒸馏水 B.若装置1和2中红色液滴的移动方向相反，则酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸 C.若装置1中红色液滴左移，则细胞质基质和线粒体基质都能产生[H]和ATP D.降低实验温度，装置中红色液滴移动变慢是由于酵母菌内相关化学反应的活化能降低 八、细胞呼吸速率的测定 1.实验装置： 组织细胞呼吸作用吸收O2，释放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，刻度管内的液滴左移。单位时间内液滴左移的体积即表示呼吸速率。装置乙为对照。 2.实验原理： 3.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、温度等物理膨胀因素所引起的误差，应设置对照实验，将所测的生物材料灭活(如将种子煮熟)，其他条件均不变。 八、细胞呼吸速率的测定 课堂小结 Thank you! $