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

5.3 细胞呼吸的原理和应用 接橡皮球 （或气泵） A 10% NaOH 酵母菌培养液 澄清石灰水 1 一、细胞呼吸的方式： 酵母菌 单细胞真菌 异养兼性厌氧型生物 生殖方式之一：出芽生殖 变量分析 自变量： 因变量： 无关变量： 氧气的有无 细胞呼吸的产物 温度、培养时间、PH、营养物质的量和浓度 有无酒精产生 产生二氧化碳的多少 根据P91参考案例，对本实验进行变量分析 无关变量需相同且适宜 探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式 问题：酵母菌什么条件下产生CO2,什么条件下产生酒精？ 问题：怎样设置实验来对所提出的假说进行验证？ 提出问题 作出假设 设计实验 无氧 CO2+酒精 产生 CO2 有氧 产生 1、配制酵母菌培养液：酵母菌+葡萄糖溶液 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。 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。 酵母菌 设计实验 一、探究酵母菌细胞呼吸的方式 无关变量 空气中的CO2、温度、培养液的浓度、酵母菌的量等 控制无关变量 接气泵或 橡皮球 A 10% NaOH 酵母菌培养液 澄清石灰水 1、如何排除空气中CO2对A瓶实验结果的影响？ 进入A瓶的空气，先进过NaOH处理，排除空气中CO2对实验结果的干扰 一、探究酵母菌细胞呼吸的方式 无关变量 控制无关变量 2、如何保证B瓶中是无氧环境？ B 酵母菌培养液 澄清石灰水 B瓶封口后放置一段时间后，再连接石灰水瓶。酵母菌会将瓶中的O2消耗完，可确保通入澄清石灰水的CO2是酵母菌无氧呼吸产生的。 空气中的CO2、温度、培养液的浓度、酵母菌的量等 一、探究酵母菌细胞呼吸的方式 无关变量 控制无关变量 接气泵或 橡皮球 A 10% NaOH 酵母菌培养液 澄清石灰水 B 酵母菌培养液 澄清石灰水 3、酶活性高低会影响实验结果吗？如何保持酵母菌保持高活性？ 在酵母菌生长的最适温度下（25℃～35℃）进行实验。 空气中的CO2、温度、培养液的浓度、酵母菌的量等 一、探究酵母菌细胞呼吸的方式 无关变量 控制无关变量 接气泵或 橡皮球 A 10% NaOH 酵母菌培养液 澄清石灰水 B 酵母菌培养液 澄清石灰水 4、为了让酵母菌有充分的反应物，培养液的浓度是否越高越好？为什么？ 不是，应浓度适宜，若浓度过高会导致酵母菌失水死亡。 空气中的CO2、温度、培养液的浓度、酵母菌的量等 还有的同学认为，在无氧呼吸实验装置中不能保证装置内的O2已经被完全消耗完，以致可能对实验结果有干扰。你能不能避免这种可能性的发生，以保证实验更严谨？ B 酵母菌培养液 D 澄清的 石灰水 石蜡油层 批判性思维：实验装置的改进 （3）CO2传感器 （1）澄清石灰水变浑浊 （2）溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄 2、检测CO2产生的多少 橙色的重铬酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应，变成灰绿色 3、检测酒精的产生 （浑浊程度） （时间长短） 11 探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式 提出问题 作出假设 设计实验 进行实验 分析结果得出结论 1、酵母菌在有氧条件下进行有氧呼吸，产生大量二氧化碳，不产生酒精； 2、酵母菌在无氧条件下进行无氧呼吸，产生少量二氧化碳，同时也产生酒精。 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 变混浊／快 不变灰绿色 变混浊／慢 出现灰绿色 科学方法: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“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验中，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。 探究酵母菌细胞呼吸的方式 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 13 课堂检测 1、下列关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验，说法不正确的是( ) A.酵母菌常被用作研究细胞呼吸的实验材料，其主要原因是酵母菌属于兼性厌氧生物 B.在有氧呼吸的装置中，可将空气直接通人酵母菌的培养液 C.酵母菌呼吸产生的CO2可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄 D.酵母菌呼吸产生的酒精在酸性条件下能与橙色的重铬酸钾溶液反应变成灰绿色 B 2、某生物兴趣小组对酵母菌细胞呼吸方式进行探究实验。他们想探究的具体问题:酵母菌是否在有氧、无氧条件下均能产生CO2。现提供若干套(每套均有数个)实验装置如图(A-B)所示，请分析回答: (1)请根据实验目的选择装置序号，并按照实验的组装要求排序(装置可重复使用)。有氧条件下的装置序号： ;无氧条件下的装置序号: 。 (2)装置中c瓶的作用是 。b瓶中澄清的石灰水还可用 代替。 c→a→b d→b 除去空气中的CO2 溴麝香草酚蓝溶液 课堂检测 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 1、有氧呼吸最常利用的物质是葡萄糖，也可利用脂肪等其他能源物质。 16 2、有氧呼吸的三个阶段 第一阶段： C6H12O6 酶 2 丙酮酸+ [H] + 少量能量 场所：细胞质基质 第二阶段： 酶 CO2 + [H] +少量能量 场所：线粒体基质 2 C3H4O3 第三阶段： 酶 H2O + 大量能量 场所：线粒体内膜 [H] + O2 + H2O 有氧呼吸的场所： 细胞质基质和线粒体（主要） 6 总反应式: C6H12O6 + 6H2O+6O2 6CO2 +12H2O+能量 酶 1、有氧呼吸中H2O既是反应物，又是生成物 2、有氧呼吸中吸收O2的量和CO2的释放量相等 3、葡萄糖不能进入线粒体 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 主要是葡萄糖 丙酮酸 [H] 少量 丙酮酸 CO2、[H] 少量 [H]、O2 H2O 大量 线粒体基质 线粒体内膜 20 细胞在 的参与下，通过多种 的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生 ，同时释放能量，生成 的过程，叫做有氧呼吸。 原核生物可以 与有氧呼吸相关的酶、通氧气。 1.没有线粒体可以进行有氧呼吸吗？ 2.进行有氧呼吸需要什么条件？ 思考： O2 酶 CO2和水 大量ATP 3、有氧呼吸的概念： 4.有氧呼吸的能量利用特点 同有机物在生物体外的燃烧相比： 1.过程温和 逐步释放 一部分储存在ATP中 思考·讨论1 1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870 kJ能量，可以使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？ 32mol 34％ 能量转化：有机物中稳定的化学能→ATP中活跃的化学能和热能 思考·讨论2 保证有机物中的能量充分的利用， 有利于维持细胞的相对稳定状态。 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？ 24 第一阶段：与有氧呼吸第一阶段相同 场所：细胞质基质 酶 2丙酮酸+4[H] 2C3H6O3（乳酸） 第二阶段： 场所：细胞质基质 酶 2丙酮酸+4[H] 2C2H5OH+2CO2 例：动物细胞、高等植物的某些器官（如马铃薯块茎、玉米胚、甜菜块根等） 例：酵母菌、绝大多数植物 C6H12O6 2C3H4O3 +4[H]+少量能量 酶 三、无氧呼吸 只在第一阶段释放少量能量 三、无氧呼吸 2、反应总方程式: C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+少量能量 酶 C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2CO2 +少量能量 酶 特别注意：无氧呼吸仅第一阶段释放少量能量 ，生成少量ATP 乳酸 酒精 1mol 葡萄糖 196.65（kJ） 61.08kJ 2molATP 热能 乳酸或 酒精 大部分能量存留在 或 中 少量释放 3、概念：无氧呼吸是指细胞在 条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解为 的氧化产物，释放出少量能量，生成 的过程。 无氧 不彻底 少量ATP 2）意义： ① 高等植物在水淹的情况下，可以进行短暂的无氧呼吸，将葡萄糖 分解为乙醇和二氧化碳，释放出能量以适应缺氧环境条件。 ② 人在剧烈运动时，需要在相对较短的时间内消耗大量的能量，肌 肉细胞则以无氧呼吸的方式供给能量，满足人体的需要。 3）应用： 酿酒是利用酵母菌无氧呼吸产生酒精。 酸奶是利用乳酸菌无氧呼吸产生乳酸。 微生物的无氧呼吸叫做发酵。 细胞呼吸的概念和意义 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） 丙酮酸 葡萄糖 氨基酸 甘油 28 酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸： （1）若消耗了等量的葡萄糖，吸收的O2量和产生的CO2总量之比为： 。 （2）若产生了等量的CO2，无氧呼吸与有氧呼吸消耗的葡萄糖的物质的量之比为： 。 3:4 3:1 例1 呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸 不 同 点 场所 条件 产物 能量 ATP产生 阶段 相 同 点 联系 实质 细胞质基质、线粒体 细胞质基质 需要O2、多种酶 不需要O2、多种酶 葡萄糖彻底分解为CO2和H2O 葡萄糖不彻底分解，形成乳酸 或酒精和CO2 释放大量能量 释放少量能量，大部分能量 留存在乳酸或酒精中 有氧呼吸的三个阶段均产生ATP 仅在第一阶段产生ATP 有氧呼吸与无氧呼吸的比较 分解有机物，释放能量 第一阶段反应场所和过程完全相同 判定细胞呼吸方式的三大依据《优化P92》 NaOH溶液吸收CO2 消除物理因素引起的气体体积变化 蒸馏水作为对照 液滴移动法探究细胞呼吸的方式《优化P87》 1不动，2右移， 1左移，2右移， 1左移，2不动， 只进行产酒精的无氧呼吸 进行有氧呼吸和产酒精的无氧呼吸 只进行有氧呼吸 或 进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸 四、影响细胞呼吸的环境因素 1 温度 温度 呼吸速率 应用：低温保存 影响酶的活性 （一）外因： 应用：干燥保存 2 H2O 过高CO2抑制细胞呼吸 应用：增加CO2的浓度保鲜 CO2浓度 呼吸速率 3 CO2浓度 O2浓度 呼吸速率 O2浓度 呼吸速率 有氧呼吸 无氧呼吸 应用：低氧保鲜 4 O2浓度 不消耗O2，只进行无氧呼吸。 B点： C点之后： 只进行有氧呼吸。 无氧呼吸消失。 A P C B 0 5 10 15 20 25 释放量 CO2 O2浓度% D A点： 重点分析：O2浓度对细胞呼吸速率的曲线分析 P点：CO2释放量最低 细胞呼吸最弱，有机物消耗最少。 对应的O2浓度（D点），利于储藏和保存 O2浓度为0-10%时，同时进行有氧呼吸和无氧呼吸。 CO2生成总量 有氧呼吸CO2释放量 无氧呼吸CO2释放量 38 只无氧呼吸 只有氧呼吸 呼吸作用最弱，消耗有机物最少 (1)遗传特性：不同种类的植物呼吸速率不同。 实例：旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。 (2)生长发育时期：同一植物在不同的生长发育时期呼吸速率不同。 实例：幼苗期呼吸速率高，成熟期呼吸速率低。 (3)器官类型：同一植物的不同器官呼吸速率不同。 实例：生殖器官 营养器官。 （二）内因： 遗传特性 生长发育时期 器官类型 大于 四、影响细胞呼吸的环境因素 1、透气，避免厌氧病原菌的繁殖，从而有利于伤口的痊愈。 2、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。 五、细胞呼吸原理的应用 41 问题探讨 01 讨论： 1.都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的需要密封？ 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？ 通气可以给酵母菌提供呼吸所需要的氧气，利于酵母菌进行繁殖。密封为了避免空气进入，便于酵母菌在无氧条件下分解有机物产生酒精。 在有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放的能量多，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。 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能量。 水果蔬菜保鲜： 粮食储存： 零上低温、低氧、一定湿度 零上低温、低氧、干燥 3、松土透气，根细胞进行充分的有氧呼吸产生的能量，有利于根系的生长和根细胞通过主动运输吸收无机盐。稻田定期排水，避免根细胞由于无氧呼吸产生酒精对根系造成的伤害。 引导： 4、较深的伤口里缺少氧气，破伤风芽孢杆菌（厌氧菌）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，患者应及时注射破伤风血清（抗体）。 5、有氧运动可以避免肌肉细胞因供氧不足进行无氧呼吸而产生大量乳酸而使肌肉酸胀无力 44 例2 在a、b、c、d条件下，测得某植物种子萌发时CO2和O2体积变化的相对值如图所示。若底物是葡萄糖，则下列叙述中正确的是 ( ) A.a条件下，呼吸产物除CO2外还有酒精和乳酸 B.b条件下，有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸多 C.c条件下，无氧呼吸最弱 D.d条件下，产生的CO2全部来自线粒体 D 例3 有一瓶混有酵母菌的葡萄糖培养液，当通入不同浓度的氧气时，其产生的C2H5OH和CO2的量如表所示。通过对表中数据分析可得出的结论是(　 　) A . a浓度时酵母菌有氧呼吸速率等于无氧呼吸速率 B．b浓度时酵母菌有氧呼吸速率大于无氧呼吸速率 C．c浓度时有50%的葡萄糖用于酵母菌的酒精发酵 D．d浓度时酵母菌只进行有氧呼吸未进行无氧呼吸 氧浓度(%) a b c d 产生CO2的量 9mol 12.5mol 15mol 30mol 产生酒精的量 9mol 6.5mol 6mol 0mol D $