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

第3节 细胞呼吸的原理和应用 必修一 第5章 细胞的能量供应和利用 问题探讨 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。 2 问题探讨 1.都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？ 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需要的O2，利于酵母菌进行旺盛的细胞分裂；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。 在有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放能量多，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少量能量。 3 探究酵母菌细胞呼吸的方式 1 1.细胞呼吸的实质 指 的有机物氧化分解，并释放能量的过程。也称呼吸作用。 2.细胞呼吸的方式： 有氧呼吸 据是否需要O2 一、细胞呼吸 细胞内 无氧呼吸 4 1.提出问题 2.作出假设 3.设计实验 5.分析结果 6.表达与交流 酵母菌可以进行有氧呼吸和无氧呼吸吗？ 酵母菌可以进行有氧呼吸和无氧呼吸。 分别给酵母菌提供有氧和无氧的条件， 一段时间后检测其产物是否含CO2 、酒精 细胞呼吸的条件: 细胞呼吸的产物: 影响实验结果的可变因素 分析变量 CO2和酒精 有氧、无氧 温度、pH、培养液的浓度和体积 ③无关变量： ①自变量： ②因变量： 4.进行实验 探究酵母菌细胞呼吸的方式 1 5 探究酵母菌细胞呼吸的方式 1 二、进行实验 1.实验材料 酵母菌 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。 产生CO2和H2O 产生酒精和CO2 有氧呼吸 无氧呼吸 6 2.实验原理 酒精+重铬酸钾（浓硫酸溶液）： ②溴麝香草酚蓝溶液： （1）检测CO2 （2）检测酒精 ①通入澄清石灰水： 澄清→浑浊 ☞根据 检测CO2产生的多少 蓝→变绿→再变黄 ☞根据其变黄色时间的 ，检测CO2产生 的多少 橙色→灰绿色 二、进行实验 浑浊度 长短 7 3.实验步骤 （1）配置酵母菌培养液：( + ) 葡萄糖溶液 酵母菌 二、进行实验 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%的葡萄糖溶液。 酵母菌溶液的体积以及葡萄糖溶液的体积和浓度均保持一致是为了什么？ 排除无关变量对实验结果的影响。 8 3.实验步骤 （2）检测CO2的产生 无氧呼吸 B瓶应封口放置一段时间后再连通澄清石灰水，为何？ 有氧呼吸 吸收空气中的CO2 耗尽瓶内的氧气，造成无氧环境 9 （2）检测CO2的产生 ①现象 ②结论 澄清石灰水都变浑浊，且有氧呼吸装置比无氧呼吸的更浑浊。 有氧呼吸与无氧呼吸都产生CO2，且有氧呼吸产生的更多。 有氧呼吸 无氧呼吸 10 3.实验步骤 （2）检测酒精的产生: 空气 酵母菌培养液 酵母菌培养液 质量分数为10%的NaOH溶液 澄清的石灰水 澄清的石灰水 A B 结论： 有氧呼吸不产生酒精，无氧呼吸产生酒精。 酒精+酸性重铬酸钾： 橙色→灰绿色 11 探究酵母菌细胞呼吸的方式 1 三、实验结果 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 不出现灰绿色 变混浊／慢 出现灰绿色 酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸 C6H12O6 CO2(大量)＋H2O C2H5OH(酒精）＋CO2 (少量) 酵母菌 有O2 无O2 结论： 12 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。 2.举例 1.概念 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。 对比实验 13 有氧呼吸、无氧呼吸 2 一、有氧呼吸 1.概念： 指细胞在 的参与下，通过多种 的催化作用，把葡萄糖等有机物 ，产生 ， 释放 ，生成 的过程。 氧 酶 彻底氧化分解 二氧化碳和水 大量能量 大量ATP 有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式 ， 是有氧呼吸的主要场所。 线粒体内膜和基质中含有许多种 与有氧呼吸有关的酶。 外膜 内膜 嵴 基质 DNA 核糖体 线粒体 14 2.过程 ① 细胞质基质 ② 线粒体基质 线粒体内膜 C6H12O6 酶 + 4[H] +少量能量 2丙酮酸(C3H4O3) ③ + 6H2O 酶 2丙酮酸 (C3H4O3) 6CO2 + 20[H] +少量能量 酶 12H2O +大量能量 24[H] + 6O2 总反应式 C6H12O6 + 6O2 + 6H2O 6CO2 + 12H2O + 能量 酶 [H]=NADH(还原型辅酶I)是氧化型辅酶I（NAD+）转换而成的。 一、有氧呼吸 3.场所 细胞质基质、线粒体（主要场所） 4.原料 5.能量转化 最常利用的是 ，还可以利用脂肪和蛋白质等。 葡萄糖 1mol的葡萄糖 2870KJ 储存于ATP中 以热能形式散失 释放能量 977.28KJ 1892.72KJ 一、有氧呼吸 34% 32molADP转化为ATP 66% 6.特点：与有机物在生物体外的燃烧相比 ①有氧呼吸过程温和。 ②有氧呼吸进行时有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放。 ③有氧呼吸释放的能量有相当一部分储存在ATP中。 7.对生物体的意义 ☞有利于维持细胞的相对稳定。 ☞保证有机物中的能量得到充分的利用。 一、有氧呼吸 有氧呼吸、无氧呼吸 2 二、无氧呼吸 1.概念 在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过 ，产生 ，释放 ，生成少量ATP的过程。 不完全分解 少量能量 葡萄糖分子中的大部分能量存留在酒精或乳酸中。 CO2和酒精或乳酸 2.场所 细胞质基质 C6H12O6 酶 2C3H6O3(乳酸) + 少量能量 C6H12O6 2C2H5OH(酒精) + 2CO2 + 少量能量 酶 3.反应式 例：高等动物、乳酸菌、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等 例：大多数植物、酵母菌 18 总反应式 2C3H6O3(乳酸) + 4 [H] 2丙酮酸(C3H4O3) 2CO2 +2C2H5OH(酒精) C6H12O6 酶 2C3H6O3(乳酸) + 少量能量 C6H12O6 2C2H5OH(酒精) + 2CO2 + 少量能量 酶 微生物的无氧呼吸也叫发酵 4.过程 只在第一阶段释放少量能量，生成少量ATP。 二、无氧呼吸 ① C6H12O6 酶 + 4[H] +少量能量 2丙酮酸(C3H4O3) 细胞质基质 ② 酶 酶 细胞质基质 葡萄糖无氧呼吸都只在 释放少量的能量，其中一部分储存在 ，一部分以热能形式散失，葡萄糖中大部分能量存留在 中。 第一阶段 ATP 酒精或乳酸 5.能量转化 6.特点：与有氧呼吸相比 ①缺氧条件。 ②有机物氧化分解不彻底。 ③释放少量能量。 7.常见的主要进行无氧呼吸的生物或细胞 （1）只进行无氧呼吸 乳酸菌、破伤风杆菌、哺乳动物成熟红细胞、蛔虫 （2）主要进行无氧呼吸 种子萌发初期、癌细胞 二、无氧呼吸 项目 有氧呼吸 无氧呼吸 不同点 场所 条件 产物 能量 特点 相同点 过程 实质 意义 细胞质基质、线粒体 细胞质基质 需O2、多种酶 CO2、H2O 酒精和CO2或乳酸 大量（2870KJ/mol） 少量(196.65或225.94KJ/mol) 有机物彻底分解， 能量完全释放 有机物分解不彻底，能量没完全释放 第一阶段(葡萄糖丙酮酸)相同 氧化分解有机物，释放能量，产生ATP 为生物体生命活动提供能量 不需O2、需多种酶 有氧呼吸和无氧呼吸的比较 21 2 （1）为生物体提供能量 （2）生物体代谢的枢纽。 中间产物（如丙酮酸） 葡萄糖 氨基酸 甘油 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。 三、细胞呼吸的意义 有氧呼吸、无氧呼吸 2 1.包扎伤口：用透气消毒纱布，抑制厌氧细菌（破伤风杆菌）的呼吸与繁殖 2.酵母菌酿酒：先通气，酵母菌有氧呼吸大量繁殖；后密封无氧呼吸产酒精 3.花盆经常松土：促进根部有氧呼吸，利于吸收无机盐等。 6.有氧运动：提倡慢跑，防止剧烈运动，肌细胞无氧呼吸产生乳酸。 5.皮肤破损较深或被锈钉扎伤后：破伤风杆菌无氧呼吸容易大量繁殖，需及 时清理伤口、敷药并注射破伤风抗毒血清。 7.泡菜和酸奶的制作：利用乳酸菌的无氧呼吸产生乳酸。 三、细胞呼吸原理的应用 4.储存水果、粮食：通过降低温度、减少氧气含量等措施减弱水果、粮食 的呼吸作用，从而延长保质期 8.稻田定期排水：抑制无氧呼吸产生酒精，防止酒精中毒，烂根死亡 思维训练 P96 关于真核细胞线粒体的起源，科学家提出了一种解释：约十几亿年前，有一种真核细胞吞噬了原始的需氧细菌，被吞噬的细菌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获取丙酮酸，宿主细胞从需氧细菌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。 线粒体内存在与细菌DNA相似的环状DNA。 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。 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。 线粒体能像细菌一样进行分裂增殖。 √ √ √ × 这一论点包含两个要点：线粒体原本是一种 的细菌，后来与 真核细胞 变成细胞内的结构。 独立生存 共生 以下哪些证据支持这一论点，哪些不支持这一论点? 24 1.某超市有一批过保质期的酸奶出现涨袋现象。酸奶中可能含有的微生物有乳酸菌、酵母菌等。据此分析涨袋现象的原因，判断以下解释是否合理。 （1）是乳酸菌无氧呼吸产生气体造成的( ) （2）如果有酒味，可能是酵母菌无氧呼吸造成的( ) 一、概念检测 ✘ ✓ 25 O2（%） B A C O CO2释放量 CO2释放量 无氧呼吸 有氧呼吸 ①氧气浓度为0时（A点）： 只进行无氧呼吸CO2释放量 ②A~B段时： 有氧呼吸速率增大，无氧呼吸速率减小。 ③B点以后： 只进行有氧呼吸 D E ④ C点以后： 有氧呼吸速率达到最大，限制因素可能是呼吸底物的量或酶的量、酶的活性等。 ⑤ D点: 无氧呼吸与有氧呼吸CO2释放量相等 ⑥氧气浓度为E时: 无氧呼吸减弱，有氧呼吸较弱，细胞呼吸最弱，储存果蔬、粮食等，应控制氧气浓度为E点 b b： 无氧呼吸消失点 a点对应的氧气浓度条件下呼吸速率最低（以CO2释放来衡量），但是此时存在无氧呼吸，而有酒味的果蔬是没有市场的，所以选择b点对应的氧气浓度进行存储，既可以减少有机物的消耗，又可以避免无氧呼吸产生酒精影响果蔬品质。 26 一、概念检测 2.下图表示某种植株的非绿色器官在不同氧浓度下，O2的吸收量和CO2的释放量的变化。下列叙述正确的是( ) A.氧气浓度为0时， 该器官不进行呼吸作用 B.氧气浓度在10%以下时， 该器官只进行无氧呼吸 C.氧气浓度在10%以上时， 该器官只进行有氧呼吸 D.保存该器官时，氧气浓度越低越好 C 27 一、概念检测 3.将酵母菌培养液进行离心处理。把沉淀的酵母菌破碎后，再次离心处理为只含有酵母菌细胞质基质的上清液和只含有酵母菌细胞器的沉淀物两部分，与未离心处理过的酵母菌培养液分别放入甲、乙、丙3支试管中，并向这3支试管内同时滴入等量、等浓度的葡萄糖溶液。在有氧条件下，最终能产生CO2和H2O的试管是（ ） A.甲 B.丙 C.甲和乙 D.丙和乙 B 28 二、拓展应用 1.松土是许多农作物栽培中经常采取的一项措施。试分析农田松土给农作物的生长、当地的水土保持以及全球气候变暖等方面可能带来的影响，并指出如何尽量减少不利影响？ 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，促进作物生长，吸收更多的 CO2，缓解全球气候变暖现象；增强根系的水土保持能力；避免根细胞无氧呼吸产生酒精对根系造成的伤害。此外，松土透气还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，促进这些微生物对土壤有机物的分解，为植物生长提供更多的 CO2，也有可能导致局部大气 CO2浓度上升。 松土不当，可能伤害植物根系；要根据不同植物、植物不同的生长阶段等，采取不同的松土方法。 29 二、拓展应用 2.①有氧呼吸过程是否含有无氧呼吸的步骤?结合地球早期大气中没有氧气以及原核细胞中没有线粒体等事实，想一想，②地球早期的单细胞生物是否只能进行无氧呼吸?③你体内的骨骼肌细胞仍保留着进行无氧呼吸的能力，这是否可以理解为漫长的生物进化史在你身上留下的印记? ①有氧呼吸第一个阶段与无氧呼吸第一个阶段完全相同，都不需要氧气，都与线粒体无关。②联想到地球的早期以及原核细胞的结构可以大胆作出这样的推测:在生物进化史上先出现无氧呼吸，而后才出现有氧呼吸。继而推测,地球早期的单细胞生物只进行无氧呼吸。③体内骨骼肌细胞保留进行无氧呼吸的能力，可以理解为漫长的生物进化史在人类身上留下的印记，同时也可以理解为人体在进行长跑等剧烈运动时，在供氧不足的情况下，骨骼肌细胞保留一定的无氧呼吸来供能，有一定的适应意义。 30 课堂小结 课堂总结 $