5.3细胞呼吸的原理和应用知识清单2026-2027学年高一上学期生物人教版必修1

该高中生物学知识清单围绕细胞呼吸的原理和应用，以探究酵母菌呼吸方式实验为切入点，系统梳理有氧呼吸和无氧呼吸的过程、场所及反应式，进而分析温度、氧气等影响因素及实际应用，构建完整知识支架。 知识链路遵循实验探究→原理剖析→应用拓展逻辑，突出科学思维（变量分析、对比实验）和生命观念（结构与功能、物质与能量）。含实验细节提示、易错点警示及曲线分析，助力学生形成严谨认知框架，提升解决实际问题能力。

5.3 细胞呼吸的原理和应用 1、 探究酵母菌的呼吸方式 1.酵母菌是真核生物,呼吸方式为:有氧呼吸和无氧呼吸 (代谢类型:异养兼性厌氧生物)。 2.该实验的变量分析: 自变量为氧气的有无, 因变量:细胞呼吸产生CO2的多少或酒精的有无; 无关变量:温度、pH、酵母菌的数量等。 3.实验方法为对比实验,无对照组,两组均为实验组。 4.因变量指标: 该实验根据澄清石灰水浑浊程度(不可根据是否变浑浊)来判断呼吸方式, 除此之外还可根据溴麝香草酚蓝(注意错别字)溶液, 由蓝变绿再变黄所需时间来判断(不能根据是否变色判断)。 该实验可根据是否有酒精的产生判断呼吸方式,酒精检测试剂为酸性重铬酸钾溶液【创设酸性环境用浓硫酸】 ,颜色变化为 由橙色变为灰绿色。 5.实验现象:有氧气一组比无氧气一组澄清石灰水更浑浊或浑浊程度更高 (不能说两组均变浑浊) 结论:醉母菌呼吸方式:有氧呼吸和无氧呼吸。 6.注意: (1)探究有氧呼吸装置中酵母菌培养液前加一个NaOH溶液处理,其作用是吸收空气中的CO2, 排除空气中二氧化碳对实验结果的干扰。 (2)探究无氧呼吸装置中B 瓶先封口放置一段时间,目的是让酵母菌将B 瓶中的氧气消耗完,确保通入澄清石灰水中的二氧化碳来自无氧呼吸。 (3)在实验中,配制酵母菌培养液(葡萄糖溶液)煮沸并冷却的原因是:煮沸的目的灭菌并除去溶解氧,冷却的目的防止高温杀死酵母菌。 (4)由于葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应产生颜色变化,为对实验结果的影响,需采取的措施是让无氧呼吸装置中的反应时间足够长,用斐林试剂检验葡萄糖是否被消耗完。 (5)检测酒精时,需从酵母菌培养液中取出部分液体(抽样检测法),而不是将检测试剂直接滴入培养瓶。 (6)为使实验结果更加严谨:有氧一组可以在NaOH 溶液与酵母菌培养液之间加澄清石灰水, 现象:澄清石灰水不变浑浊。 7.细胞呼吸是指有机物(不能说成糖类)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。 8.细胞呼吸的本质是氧化分解有机物,释放能量。 二、有氧呼吸 1.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(最常用)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。 2.有氧呼吸的场所为:细胞质基质、线粒体;主要场所为线粒体。 3.线粒体 具有双层膜结构。 线粒体增大膜面积的方式:内膜向内折叠形成嵴, 线粒体内膜比外膜蛋白质的含量高原因是内膜上附着有与氧呼吸有关的酶。 线粒体内膜和基质中含有多种与有氧呼吸有关的酶。 线粒体基质中含有有氧呼吸有关的酶、DNA、RNA、核糖体等。 注意:真核细胞无线粒体不能进行有氧呼吸,例如哺乳动物成熟的红细胞,蛔虫细胞等。 某些原核细胞无线粒体也能进行有氧呼吸,其有氧呼吸场所为细胞质基质和细胞膜。 4. 有氧呼吸三阶段的反应式和场所: 第一阶段:C6H12O62C3H4O3+4[H]+少量能量 细胞质基质 第二阶段:2C3H4O3+6H2O 6CO2+20[H]+少量能量 线粒体基质 第三阶段:24[H]+6O2 12H2O +大量能量 线粒体内膜 有氧呼吸的总反应方程式: C6H12O6+6H2O+6026CO2+12H2O+能量 ( 、酶、能量、水、配平) 5.有氧呼吸【H】来源:葡萄糖和水。 去路:与O2结合生成水,释放大量能量。 【H】的中文名称:还原型辅酶 ,字母简写:NADH 6.有氧呼吸过程中储存在葡萄糖中的能量全部被释放,其中大部分以热能形式散失,少部分储存在ATP中。 在有氧呼吸过程中,实现的能量转换是有机物中稳定的化学能转换成热能和ATP中活跃的化学能(不能说转化成ATP)。 7.1mol 葡萄糖 彻底氧化分解释放的能量为2870kJ的能量,其中977.28kJ的能量的储存到ATP中,有氧呼吸的能量的转化效率为977.28 2870≈34%。 8.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。 9.粮食储藏过程中出现湿度加大的原因:细胞有氧呼吸产生水。 粮食储藏过程中温度升高加大的原因:细胞有氧呼吸释放了大量的热能。 1. 有氧呼吸产生能量最多的阶段是第三阶段,场所是线粒体内膜。 2. 有氧呼吸产生 CO2 的阶段是第二阶段,场所是线粒体基质。 3. 向盛有线粒体的试管中注入葡萄糖,降低温度,耗氧速率不变。 三、无氧呼吸 1.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,就是无氧呼吸。 【有氧呼吸和无氧呼吸的本质区别:有机物是否彻底氧化分解】 1. 无氧呼吸的场所:细胞质基质. 3.无氧呼吸的总反应式 产乳酸的无氧呼吸:C6H12O62C3H6O3+少量能量 产酒精的无氧呼吸:C6H12O62CO2+ 2C2H5OH+少量能量 4.无氧呼吸分阶段反应式: 第一阶段:C6H12O62C3H4O3+4[H]+少量能量 第二阶段: 2C3H4O3+4[H] 2C3H6O3 或 2C3H4O3+4[H] 2C2H5OH+2CO2 ( 无氧呼吸第二阶段不是释放能量,不生成ATP) 5.无氧呼吸过程葡萄糖中能量去路:储存在酒精或乳酸中、以热能形式散失、储存在ATP 中; 其中葡萄糖中大部分能量的去路为储存在酒精或乳酸中; 释放的能量主要去路为以热能的形式散失。(不管有氧还是无氧呼吸释放的能量均主要以热能形式散失) 6.能进行无氧呼吸的生物 (1)只进行无氧呼吸的细胞或生物有: 蛔虫、哺乳动物成熟的红细胞、乳酸菌、破伤风杆菌;除此之外没有信息的情况下,其他细胞均能有氧呼吸。 ⑵无氧呼吸产乳酸的细胞或生物有:乳酸菌、动物细胞(骨骼肌、哺成红、蛔虫等)、马铃薯块茎、 甜菜块根、玉米的胚 (几个特殊的植物细胞,该植物其他细胞无氧呼吸时还是产酒精); ⑶无氧呼吸产酒精的有:酵母菌、绝大多数植物细胞。[(2)中提到的细胞并不是说只能无氧呼吸] 7.无氧呼吸产乳酸和产酒精的两种途径一般不会发生在同一生物体内, 不同的无氧呼吸产物直接原因是:不同生物体内酶的种类不同。 根本原因是:基因不同。 8. 人体细胞产CO2场所:线粒体基质(这种具体过程的场所不写具体不得分), 9. 酵母菌产生CO2场所:线粒体基基质和细胞质基质 11.细胞呼吸的意义: ①为生物体提供能量。 ②是细胞代谢的枢纽。(因为蛋白质、糖类和脂质的代谢,均可通过细胞呼吸联系起来) 四、细胞呼吸的影响因素及应用 细胞呼吸的影响因素:内因是酶的活性和数量;外因主要是温度、氧气浓度等。 1.温度 ⑴原理:温度通过影响酶的活性来影响细胞呼吸速率。 ⑵应用:低温储存食品;大棚栽培在夜间和阴天适当降温;温水和面发得快。 2.氧气浓度: ⑴曲线分析:如图表示某植物根尖细胞在不同02浓度下02的吸收量和CO2的释放量的关系,AB=BC ①Q点呼吸方式:只进行无氧呼吸;QP段:进行无氧呼吸与有氧呼吸;P点以后:只进行有氧呼吸 ②图中B 点时两种呼吸作用消耗葡萄糖的量之比为3:1。此时,CO2 产生的场所是细胞质基质和线粒体基质。 ③ QR段 CO2释放量减少的原因:随02浓度的增加,无氧呼吸受到抑制. 但02浓度又很低,有氧呼吸较弱(两方面) ; RT段变化原因:随02浓度增加,有氧呼吸逐渐增强。 ④保存该器官时,R 是最佳点,原因为:此时 CO2释放最少,有机物消耗最少。 ( 但葡萄糖消耗不是最少) ⑤图中阴影部分代表的含义为无氧呼吸释放二氧化碳的总量。 ⑥若P点以后出现O2的吸收量大于CO2的释放量,则说明细 胞呼吸底物不只有葡萄糖,若不是还可能有脂肪,原因是该物质中H含量高,氧化分解消耗氧气多,释放二氧化碳少。 ⑦T 点以前的限制因素为:氧气浓度;T 点以后的主要限制内因是酶的活性与数量。 ⑵分析甲、乙两图 ①甲图表示哺乳动物成熟红细胞,乙图不能表示哺乳动物成熟红细胞,原因为哺乳动物成熟红细胞只能进行无氧呼吸,产物为乳酸,没有二氧化碳产生。哺乳动物成熟红细胞主要能量来源为葡萄糖进行无氧呼吸释放。如果呼吸强度不能用CO2 释放量表示,原因是该生物的无氧呼吸不产生CO2 ②若将甲图的纵坐标改为细胞膜对某物质的吸收速率,则甲图可代表自由扩散、协助扩散和哺乳动物成熟的红细胞的主动运输。 ③人体细胞呼吸产生的CO2来自线粒体基质。(人只有有氧呼吸产生CO2、场所只能是线粒体基质,产生CO2:消耗02永远是1:1-呼吸底物为糖类)。 慢跑运动是为了避免肌细胞因无氧呼吸,产生大量的乳酸,从而导致肌肉酸痛。 人在剧烈运动时有氧呼吸为主。 与安静状态相比,剧烈运动时人体肌肉细胞中ATP含量大体相同。 ④图乙B 点:无氧呼吸释放的CO2。 ⑶应用: ①包扎伤口用透气纱布的原因是抑制厌氧菌(如破伤风杆菌)的大量繁殖(不是促进伤口处细胞呼吸)。 ②利用酵母菌酿酒时需要先通气后密闭, 通气的目的使酵母菌大量繁殖(原因:有氧条件下,酵母菌分解营养物质释放的能量多,这些能量为酵母菌细胞代谢和分裂提供充足动力), 密闭的目的使酵母菌无氧呼吸产生酒精(对酵母菌自身的意义;为自身生命活动提供少量的能量)。 从有氧变为无氧条件时,酵母菌的繁殖速率减慢,消耗糖的速率加快。 ③花盆土壤板结及时松土的目的:有利于根部有氧呼吸,从而促进根部对无机盐/矿质元素的吸收。 稻田适时排水是为避免水稻根细胞进行无氧呼吸产生大量酒精,对根细胞造成毒害。 ④提倡慢跑原因:有氧运动能避免肌细胞因供氧不足进行无氧呼吸时乳酸大量积累使肌肉酸胀乏力。 人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸能在肝脏中再次转化为葡萄糖,使有机物和能量再次被利用,减少了物质和能量的浪费。课本P94。 ⑤长途运输新鲜蔬菜时,常常向塑料袋中充入氮气, 目的是此时有氧呼吸强度较低,同时又抑制了无氧呼吸,蔬菜中的有机物消耗最少。 ⑥制作泡菜是利用了乳酸菌的无氧呼吸,发酵生产青霉素是利用青霉菌的有氧呼吸,发酵生产味精是利用了谷氨酸棒状杆菌的有氧呼吸。 3.CO2浓度: ⑴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。 ⑵应用:适当增加CO2浓度,有利于水果和蔬菜的保鲜。 4.水分 ⑴原理:水作为有氧呼吸的反应物可直接参与反应,水作为生物化学反应的介质影响反应的进行。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。 ⑵应用:粮食在入仓前要进行晾晒处理;干种子萌发前要进行浸泡处理;水果、蔬菜储存时保持一定的湿度。 ⑶种子风干的主要目的降低细胞内自由水的含量,从而减弱细胞呼吸,减少有机物消耗。 ⑷种子萌发时吸水和呼吸方式的变化曲线分析 ⑸稻田定期排水的主要目的为了防止根部无氧呼吸产生酒精,产生毒害作用。 ⑹蔬菜、水果的储存条件零上低温、低氧、湿润, 粮食的储存条件零上低温、低氧、干燥。【注意:是低氧,不是无氧】 学科网(北京)股份有限公司 $