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

该高中生物学课件聚焦细胞呼吸的原理和应用，涵盖有氧呼吸与无氧呼吸的类型、过程、能量转化及异同比较。课堂通过“问题探讨”中酵母菌通气繁殖与密封产酒精的对比引发讨论，衔接呼吸作用与代谢的关系，搭建学习支架帮助学生构建知识脉络。 其亮点是以“探究酵母菌细胞呼吸方式”实验为核心，通过对比实验设计培养科学思维，结合线粒体结构与功能分析有氧呼吸过程体现生命观念。应用部分联系伤口处理、粮食储存等实例增强社会责任意识。学生能通过实验探究深化理解，教师可借助清晰的过程分析和实例提升教学效果。

第3节 细胞呼吸的原理和应用 第5章 细胞的能量供应和利用 本节聚焦: 细胞呼吸过程中能量是怎样转化的？ 有氧呼吸与无氧呼吸各有什么特点？ 细胞呼吸原理在生产和生活中有哪些应用？ 教学目标 1.通过探究酵母菌的细胞呼吸方式，说出细胞呼吸的类型。 2.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。 3.比较有氧呼吸与无氧呼吸的异同，阐明细胞呼吸的实质。 4.探讨细胞呼吸原理在生产和生活中的应用。 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。 讨论 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：为了酵母菌的大量繁殖。 密封：为了酵母菌产生酒精。 2、为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？ 在有氧条件下，供能多，为细胞代谢和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？ 为自己的生命活动提供少量的能量。 问题探讨 发酵生产葡萄酒的车间 细胞内 + 糖类等 + 水 CO2 能量 呼吸作用（本质） 高等动物的呼吸和呼吸作用 O2 O2 呼吸（现象） 呼吸器官 血液循环 血液循环 呼吸器官 CO2 气体运输 + 细胞呼吸又叫呼吸作用，实质是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量。 一种单细胞的真菌（真核生物），在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。 探究酵母菌细胞呼吸的方式 酵母菌： 单细胞真核生物 生长周期短 增殖速度快 酵母菌是研究呼吸作用方式的优选材料 同学们阅读教材P90—91的内容 一、细胞呼吸的方式 探究·实践 提出问题 作出假设 设计实验 酵母菌细胞呼吸方式有几种? A组：有氧呼吸组 B组：无氧呼吸组 如何控制有氧和无氧的条件？ 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？ 探究酵母菌细胞呼吸的方式 一、细胞呼吸的方式 探究·实践 1、科学探究（实验） 实验原理 酒精的检测 CO2的检测 探究酵母菌细胞呼吸的方式 一、细胞呼吸的方式 探究·实践 1、科学探究（实验） ①澄清的石灰水 ②溴麝香草酚蓝溶液 ③CO2传感器 澄清→浑浊 蓝→绿→黄 酸性重铬酸钾溶液 蓝———→绿———→黄 溴麝香草酚蓝溶液 (遇碱) (遇酸) 设计实验 橙色 → 灰绿色 探究酵母菌细胞呼吸的方式 一、细胞呼吸的方式 探究·实践 1、科学探究（实验） 设计实验 培养时间：在25 ～ 35 ℃ 环境中培养8～10h(尽量延长)，防止残留葡萄糖干扰结果。 【温馨提示】 葡萄糖也能与酸性重铬酸钾发生颜色变化，变成灰绿色，应将酵母菌的培养时间适当延长，以耗尽溶液中的葡萄糖。 进行实验 探究酵母菌细胞呼吸的方式 一、细胞呼吸的方式 探究·实践 1、科学探究（实验） [思考]以上锥形瓶中的溶液在实验中的作用分别是什么？ [思考]如何说明CO2产生的多少？ [思考] B瓶应封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，这是为什么？ 10%NaOH的作用是：吸收空气中的CO2； 澄清的石灰水作用是：检测CO2的产生 根据石灰水的浑浊程度 可以让酵母菌消耗完瓶中原有氧气，创造无氧环境。 实验现象 探究酵母菌细胞呼吸的方式 一、细胞呼吸的方式 探究·实践 1、科学探究（实验） 条件 澄清石灰水/出现的时间 重铬酸钾-浓硫酸溶液 有氧 无氧 变浑浊程度高／快 变浑浊程度低／慢 加入重铬酸钾 A: 有氧条件下 B: 无氧条件下 不变灰绿色 出现灰绿色 进行实验 得出结论 探究酵母菌细胞呼吸的方式 一、细胞呼吸的方式 探究·实践 1、科学探究（实验） ①酵母菌在有氧气条件下进行有氧呼吸，产生大量CO2和水。 ②酵母菌在无氧条件下进行无氧呼吸，产生了少量CO2，同时也产生了酒精。 表达交流 略 科学家根据大量实验结果得出，细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。 探究酵母菌细胞呼吸的方式 一、细胞呼吸的方式 探究·实践 [思考]若用酸性重铬酸钾时，有氧和无氧装置产生的颜色反应几乎一样。请分析可能的原因有哪些？ ①有氧装置中可能供氧不足，导致部分酵母菌进行无氧呼吸产生少量酒精； ②有氧装置中可能残留未耗尽的葡萄糖(具还原性)，与重铬酸钾(强氧化剂)反应，发生与酒精反应相同的颜色变化。 饮酒驾车是指车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或者等于20mg/100ml，小于80mg/100ml的驾驶行为。 醉酒驾车是指车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或者等于80mg/100ml的驾驶行为。 探究酵母菌细胞呼吸的方式 一、细胞呼吸的方式 探究·实践 与社会的联系 汽车司机酒驾检测 对比实验 一、细胞呼吸的方式 2、科学方法 :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。 实例：在“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验中，设置有氧和无氧两种条件的实验结果都是事先未知的，都是实验组，通过对比可以看出氧气条件对细胞呼吸的影响。 对照实验：除自变量以外，其余因素(无关变量）都保持一致，并对结果进行比较的实验。 对照实验和对比实验的比较 一、细胞呼吸的方式 2、科学方法 实验类型 比较项目 对照实验 对比实验 对照组 实验组 实验结论 实例 有 有 无 有(互为对照组) 一般只有一个 探究淀粉酶对 淀粉和蔗糖的水解作用 可出现多个 探究酵母菌 细胞呼吸的方式 ：线粒体 有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式 二、有氧呼吸 1、主要场所 ：线粒体 二、有氧呼吸 1、主要场所 观察下面的线粒体亚显微结构图，说出线粒体的结构、功能和分布，并推断与细胞呼吸有关的酶——呼吸酶的分布。 线粒体图 外膜 内膜 基质 嵴 【功能】线粒体是真核细胞进行_________的主要场所，是细胞的_________。___使线粒体的膜面积增大，提高了有氧呼吸的效率。 嵴 有氧呼吸 动力车间 【分布】线粒体________在细胞质中。但是，活细胞中的线粒体可_________到代谢旺盛的部位。 均匀分布 定向运动 【呼吸酶分布】主要在_______________________中，次要在___________中。 有氧 呼吸酶 线粒体基质、线粒体内膜 细胞质基质 【拓展】原核细胞的呼吸酶分布在_______________。 细胞膜和细胞质 2870kJ C6H12O6 + 6H2O + 6O2 → 6CO2 + 12H2O + 能量 酶 细胞呼吸最常利用的物质是葡萄糖 二、有氧呼吸 2、总反应式 C6H12O6 能量（少量） 2丙酮酸（2C3H4O3） 4[H] 酶 第一阶段： 细胞质基质 (三个阶段） 二、有氧呼吸 3、有氧呼吸的全过程 不需要氧的参与 【温馨提示】[H](还原氢)=NADH(还原型辅酶Ⅰ)。 NAD+ (氧化型辅酶Ⅰ) + H+ + 2e-→NADH C6H12O6 能量（少量） 2丙酮酸（2C3H4O3） 4[H] 酶 第二阶段： (三个阶段） 二、有氧呼吸 3、有氧呼吸的全过程 6H2O 酶 2C3H4O3 能量（少量） 20[H] 6CO2 线粒体基质 不需要氧的参与 不需要氧直接参与 C6H12O6 能量（少量） 2丙酮酸（2C3H4O3） 4[H] 酶 第三阶段： (三个阶段） 二、有氧呼吸 3、有氧呼吸的全过程 6H2O 酶 2C3H4O3 能量（少量） 20[H] 6CO2 6O2 12H2O 能量（大量） 酶 线粒体内膜 不需要氧的参与 不需要氧直接参与 需要氧的参与 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 + 4 [H] + 能量（ 2 ATP ） 酶 24 [H] + 6 O2 12 H2O + 能量（28 ATP） 酶 2C3H4O3 + 6 H2O 6 CO2 + 20 [H] +能量（ 2 ATP） 酶 有氧呼吸总结 (三个阶段） 二、有氧呼吸 3、有氧呼吸的全过程 不需要氧的参与 不需要氧直接参与 需要氧的参与 [思考]有机物被彻底氧化分解发生在第几个阶段？ 第二阶段 [思考]呼吸作用过程中吸收的氧气用于第几个阶段？ 第三阶段 [思考]如果你在思考上述问题的时候，消耗了2摩尔葡萄糖，那么有多少能量转移到了ATP中？ 30.54kJ×32×2=1955kJ (三个阶段） 二、有氧呼吸 3、有氧呼吸的全过程 [思考]下列分别属于有氧呼吸的第几个阶段？ ①产生CO2的阶段（　　） ②产生H2O的阶段（　　） ③氧气参与的阶段（　　） ④产生ATP的阶段（ 　 　　　 ） ⑤产生ATP最多的阶段（　　） (三个阶段） 二、有氧呼吸 3、有氧呼吸的全过程 二 三 三 一、二、三 三 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。 二、有氧呼吸 4、概念 5、能量利用的特点 与有机物在生物体外的燃烧相比，具有下列特点： ①有氧呼吸过程温和； ②有机物中的能量逐步释放； ③部分能量储存在ATP中。 1、在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2 870kJ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？ 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？ 保证有机物中的能量得到充分的利用，一是可以使有机物中的能量逐歩地转移到ATP中，二是能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。 二、有氧呼吸 5、能量利用的特点 977.28÷2870﹦34﹪ 思考·讨论 977.28÷30.54/mol﹦32mol 大部分以热能形式散失(约66%)；少部分转移到ATP中(约34%)。 二、有氧呼吸 6、能量的去向 C6H12O6 酶 2C3H6O3（乳酸） + 能量（少量） ⑴生成乳酸 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、玉米胚细胞等）。 2C2H5OH（酒精） + 2CO2 ⑵生成酒精 大多数植物（水稻在水淹情况下、苹果等果实的深部组织细胞等）、酵母菌等。 +能量（少量） 三、无氧呼吸 1、种类 C6H12O6 酶 与有氧呼吸第一阶段相同 ⑴第一阶段： 细胞质基质 ⑵第二阶段： 细胞质基质 2C3H6O3（乳酸） 2CH3CHO（乙醛） 2CO2 (两个阶段） C6H12O6 酶 2C3H4O3 ＋ 4[H]＋能量(少量) 2丙酮酸 脱羧 加[H] 加[H] 2C2H5OH（酒精） 酶 酶 酶 酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫做发酵。 三、无氧呼吸 2、全过程 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，释放少量的能量，生成少量ATP的过程。 有氧呼吸和无氧呼吸都属于细胞呼吸。 三、无氧呼吸 3、概念 4、细胞呼吸 细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。又称作呼吸作用。 三、无氧呼吸 4、细胞呼吸 [思考]葡萄糖不能进入线粒体，只能被____________利用。线粒体只能利用_______而不能利用葡萄糖。 [思考]氧气通过________方式穿过___层磷脂进入线粒体，只能用于有氧呼吸的第___阶段。 [思考]水只与有氧呼吸有关，既是底物又是产物(不能抵消，因_______)。既在第___阶段产生，又在第___阶段被消耗，可循环使用。 [思考]还原氢([H])在有氧呼吸的第______阶段产生，又在第___阶段被消耗；在无氧呼吸的第___阶段产生，又在第___阶段被消耗。 [思考]ATP在有氧呼吸第 阶段和无氧呼吸第___阶段合成。其中，合成最多的阶段是________________。 细胞质基质 丙酮酸 自由扩散 4 三 氧不同 三 二 一、二 一 二 一、二、三 一 三 有氧呼吸第三阶段 三、无氧呼吸 4、细胞呼吸 [思考]能量在有氧呼吸第 阶段和无氧呼吸第___阶段释放。其中，释放最多的阶段是________________，无氧呼吸未释放的能量在__________中。 [思考]生成CO2的阶段和场所：一定是细胞呼吸的第_____阶段生成，其中有氧呼吸是在___________生成，无氧呼吸是在___________生成。人体内CO2呢？ [思考]有___生成的呼吸一定是有氧呼吸，有___________生成的呼吸一定是无氧呼吸。有CO2生成的呼吸_______是有氧呼吸，人和动物体内有CO2生成的呼吸一定是_____呼吸。无CO2生成的活细胞一定进行了_________________。 一、二、三 一 有氧呼吸第三阶段 乳酸或酒精 二 线粒体基质 细胞质基质 水 不一定 有氧 酒精或乳酸 产乳酸的无氧呼吸 三、无氧呼吸 4、细胞呼吸 [思考]粮食储藏时发生“粮堆湿度增大”现象的原因是 。 [思考]没有线粒体的细胞只能进行无氧呼吸，对吗？为什么？ 不对。因为蓝细菌、硝化细菌、醋酸菌等原核生物没有线粒体，但能有氧呼吸。其场所是：细胞质基质和细胞膜。 有氧呼吸产生水 有氧呼吸 无氧呼吸 不同点 场所 条件 产物 分解程度 释放能量 相同点 联系 实质 细胞质基质和线粒体 细胞质基质 需氧气和酶 需酶，不需氧气 H2O、CO2 酒精和CO2/乳酸 彻底 不彻底 多 ①第一阶段完全相同 ②实质相同 分解有机物，释放能量，合成ATP 少 三、无氧呼吸 5、有氧呼吸与无氧呼吸的比较 ⑴为生命活动提供能量 ⑵是生物体代谢的枢纽——为生命活动提供大量的中间产物 三、无氧呼吸 6、细胞呼吸的意义 呼吸中间产物 通过细胞呼吸过程可以把糖类、脂质和蛋白质代谢联系起来。 ⑴内因（遗传因素） 三、无氧呼吸 7、影响呼吸作用速率的因素 不同植物呼吸速率不同（阳生植物＞阴生植物）； 同一植物不同发育时期不同（幼苗期＞成熟期）； 同一植物不同器官呼吸速率不同（生殖器官＞营养器官）。 温度 PH O2 CO2 水分 呼吸底物 ⑵外因（环境因素） 三、无氧呼吸 7、影响呼吸作用速率的因素 ①温度 呼吸速率 温度/℃ a.温室栽培中增大昼夜温差(降底夜间温度)以减少夜间呼吸消耗有机物； b.食物的储存保鲜通常采用低温法； 通过影响酶的活性来影响呼吸速率。 应用 ⑵外因（环境因素） 三、无氧呼吸 7、影响呼吸作用速率的因素 c.温水和面，发酵快。 CO2是细胞呼吸的产物，超过大气含量的高浓度CO2使呼吸速率显著降低，CO2浓度增高抑制有氧呼吸，亦抑制无氧呼吸。 贮藏新鲜水果和蔬菜时抽出空气，通入N2或CO2； 地窖中CO2浓度高，有利于蔬菜水果的储存。 ③ CO2 应用： 促进有氧呼吸，抑制无氧呼吸。 应用 中耕松土 低氧仓储粮食、水果和蔬菜 水稻生产中适时露田和晒田 ②O2 ⑵外因（环境因素） 三、无氧呼吸 7、影响呼吸作用速率的因素 1、若只产生CO2，不消耗O2（如A点）， 2、若CO2>O2 （图中AC段）， 3、若CO2=O2 （图中C点以后）， 5、D点：O2浓度超过一定值（10%）以上时。无氧呼吸消失，说明有O2存在时，无氧呼吸受到抑制。 4、B点：V无氧呼吸=V有氧呼吸（CO2释放量表示），此时CO2的总释放量最低。 则只进行无氧呼吸。 则两种呼吸并存。 则只进行有氧呼吸。 有氧呼吸 无氧呼吸 A B C D CO2的总量 CO2释放量 O2% 5 10 15 20 · · · · ③ CO2 ⑵外因（环境因素） 三、无氧呼吸 7、影响呼吸作用速率的因素 在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，自由水含量高呼吸速率大，自由水含量低呼吸速率弱。 当含水量过多时，呼吸速率减慢甚至死亡。 呼吸速率 含水量 种子的储存要风干；合理灌溉；果蔬储存需要一定的湿度。 应用： ④ H2O ⑵外因（环境因素） 三、无氧呼吸 7、影响呼吸作用速率的因素 小结：细胞呼吸状况的判断 ①无CO2释放，细胞只进行产生乳酸的无氧呼吸或死细胞； ②不消耗O2，但产生CO2，细胞只进行产生酒精的无氧呼吸； ③CO2的释放量等于O2的吸收量，细胞只进行有氧呼吸/细胞进行有氧呼吸和进行产生乳酸的无氧呼吸； ④CO2的释放量大于O2的吸收量，细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸。 ⑵外因（环境因素） 三、无氧呼吸 7、影响呼吸作用速率的因素 选用“创可贴”等敷料包扎伤口，既为伤口敷上了药物，又为伤口创造了疏松透气的环境、避免厌氧病原菌的繁殖，从而有利于伤口的痊愈。 酵母菌是兼性厌氧微生物。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。 醋酸杆菌是一种好氧细菌。在氧气充足和具有酒精底物的条件下，醋酸杆菌大量繁殖并将酒精氧化分解成醋酸。 谷氨酸棒状杆菌是一种好氧细菌。在有氧条件下，谷氨酸棒状杆菌能将葡萄糖和含氮物质（如尿素、硫酸铵、氨水）合成为谷氨酸。谷氨酸经过人们的进一步加工，就成为谷氨酸钠──味精。 四、细胞呼吸原理的应用 对于板结的土壤及时进行松土透气，可以使根细胞进行充分的有氧呼吸，从而有利于根系的生长和对无机盐的吸收。此外，松土透气还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，这能够促使这些微生物对土壤中有机物的分解，从而有利于植物对无机盐的吸收。 水稻的根系适于在水中生长，这是因为水稻的茎和根能够把从外界吸收来的氧气通过气腔运送到根部各细胞，而且与旱生植物相比，水稻的根也比较适应无氧呼吸。但是，水稻根的细胞仍然需要进行有氧呼吸，所以稻田需要定期排水。如果稻田中的氧气不足，水稻根的细胞就会进行生成酒精的无氧呼吸，时间长了，酒精就会对根细胞产生毒害作用，使根系变黑、腐烂。 水生植物的通气组织 七、细胞呼吸原理的应用 较深的伤口里缺少氧气，破伤风芽孢杆菌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，患者应及时请医生处理。 有氧运动是指人体细胞充分获得氧的情况下所进行的体育锻炼。人体细胞通过有氧呼吸可以获得较多的能量。相反，百米冲刺等无氧运动，是人体细胞在缺氧条件下进行的高速运动。 无氧运动中，肌细胞因氧不足，要靠生成乳酸来获取能量。因为乳酸能够刺激肌细胞周围的神经末梢，所以人会有肌肉酸胀乏力的感觉。 七、细胞呼吸原理的应用 思维训练 运用证据和逻辑评价论点 关于真核细胞线粒体的起源，科学家提出了一种解释：约几十亿年前，有一种真核细胞吞噬了原始的需氧细菌，被吞噬的细胞不仅没有被消化分解，反而在细胞中生存下来了。需氧细菌从宿主细胞那里得到丙酮酸氧化分解释放的能量。在共同生存繁衍的过程中，需氧细菌进化为宿主细胞内专门进行细胞呼吸的细胞器。此即“内共生起源”学说。 以下证据，__________支持这一论点，_________不支持这一论点。 1.线粒体内存在与细菌DNA相似的环状DNA。 2.线粒体内的蛋白质，有少数几种由线粒体DNA指导合成，绝大多数由核DNA指导合成。 3.真核细胞内的DNA有极高比例的核苷酸序列经常不表现出遗传效应，线粒体DNA和细菌的却不是这样。 4.线粒体能像细菌一样进行分裂增殖。 1、3、4 2 再见 $