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 章 第 五 三、无氧呼吸 一 、探究酵母菌细胞呼吸的方式 二、有氧呼吸 四、影响细胞呼吸的因素 五、细胞呼吸原理的应用 目录 CONTETNS 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。 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？ 通气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。 2.为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？ 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。 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？ 能为自己的生命活动提供少量能量。 一 、探究酵母菌细胞呼吸的方式 酵母菌 兼性厌氧菌，在通风情况下，酵母菌发酵面团，可以制成松软多孔的馒头、面包；但在密闭的情况下，发面会有酒精味。酿酒时，用塑料膜密封酒缸口一段时间后会发现塑料膜微微鼓胀。 单细胞真菌，广泛分布于自然界中，尤其是葡萄等水果和蔬菜上更多。 酵母菌与我们的生活有着密切的关系。 细胞呼吸 一 、探究酵母菌细胞呼吸的方式 酵母菌什么条件下产生CO2，什么条件下产生酒精？ 提出问题 作出假设 设计实验 进行实验 得出结论 一 、探究酵母菌细胞呼吸的方式 酵母菌什么条件下产生CO2，什么条件下产生酒精？ 酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。 有氧条件下产生CO2，无氧条件下产生酒精； 有氧条件下产生酒精，无氧条件下产生CO2； 有氧条件下和无氧条件下都产生酒精和CO2 ； 有氧、无氧条件下都产生CO2，无氧条件下产生酒精； … 提出问题 作出假设 设计实验 进行实验 得出结论 一 、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 得出结论 实验目的 探究酵母菌细胞呼吸的方式 自变量 因变量 有氧/无氧条件 是否产生CO2/酒精 通气/密封 用澄清石灰水、 重铬酸钾溶液检测 CO2能使澄清石灰水变浑浊/溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄 酒精能使酸性重铬酸钾溶液由橙色变灰绿色 其它变量保持一致 一 、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 得出结论 搭建实验装置 运用以上元件分别搭建有氧呼吸和无氧呼吸装置 有氧呼吸装置：E-C-A-D 无氧呼吸装置：B-D 气泵 A B C D E 一 、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 得出结论 控制无关变量 空气中的二氧化碳 让空气先通过NaOH溶液 温度 置于相同适宜温度下 营养物质 给予相同的适量营养 无关变量的相同且适宜原则 还有哪些因素会影响实验结果？ 一 、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 得出结论 实验步骤 称取等量的两份食用酵母菌（10g）； 配制质量分数为5%葡萄糖溶液作为酵母菌的培养液； A、B培养瓶中先加入等量的加热煮沸后冷却的葡萄糖溶液，再接种等量酵母菌； 搭建如图的有氧呼吸（左）和无氧呼吸（右）装置； 培养、观察、检测、记录 一段时间后，再连通上盛有澄清石灰水的锥形瓶 一 、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 得出结论 检测酒精的产生 A: 有氧条件下酵母菌培养液；B: 无氧条件下酵母菌培养液 实验结果： 刚加入重铬酸钾 一段时间以后 A B A B 重铬酸钾是强氧化剂，酵母菌培养液中的葡萄糖是还原性糖，同样也可以被重铬酸钾氧化，其颜色反应与酒精相同。因此，应该将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。 一 、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 得出结论 1. 酵母菌在有氧气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，产生了少量二氧化碳，同时也产生了酒精。 实验结论 二、有氧呼吸 细胞呼吸 有氧呼吸 无氧呼吸 有氧呼吸的反应物和产物： （主要） 细胞呼吸的实质是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量的过程。 C6H12O6+6O2+6H2O→6CO2+12H2O+能量 酶 二、有氧呼吸 第一阶段： ①场所： ②物质变化与能量变化 细胞质基质 葡萄糖 丙酮酸+[H]+少量能量 酶 有机物中稳定化学能 → → 热能(大部分) [H]和ATP中活跃化学能 H+ + NAD+ +2e-→ NADH(即[H]) NAD+：氧化型辅酶Ⅰ NADH：还原型辅酶Ⅰ 通常将NADH简化为[H]，读作还原氢 二、有氧呼吸 第二阶段： ①场所： ②物质变化与能量变化 线粒体基质 丙酮酸+H2O CO2+[H]+少量能量 酶 有机物中稳定化学能 → → 热能(大部分) [H]和ATP中活跃化学能 H+ + NAD+ +2e-→ NADH(即[H]) 二、有氧呼吸 第三阶段： ①场所： ②物质变化与能量变化 线粒体内膜 [H]+O2 H2O+大量能量 酶 [H]中活跃 化学能 → → 热能（大部分） ATP中活跃化学能 NADH →H+ + NAD++2e- 16 二、有氧呼吸 总反应过程 C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+大量能量 酶 ①氧原子的去路 6O2→12H2O C6H12O6+6H2O→6CO2 ②概念： 在氧气的参与下，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CO2和H2O，释放能量，生产大量ATP的过程。 二、有氧呼吸 总反应过程 C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+大量能量 酶 ③特点(同有机物体外燃烧相比) a.过程温和(常温、常压、一定的pH等) b.能量逐步释放 c.释放的能量有一部分储存在ATP中 ④ 能量转化效率 1mol葡萄糖彻底氧化分解，释放能量2870kJ。其977.28kJ储存在ATP分子中。 a. 转化效率=977.28/2870=34% b. 产生ATPmol数=977.28/30.54=32mol 32molATP 第1阶段：2mol 第2阶段：2mol 第3阶段：28mol 1molATP水解释放的能量高达30.54kJ。 二、有氧呼吸 总反应过程 C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+大量能量 酶 二、有氧呼吸 细胞质基质 葡萄糖 丙酮酸 少量ATP [H] CO2 H2O 少量ATP [H] H2O O2 大量ATP 细胞中有氧呼吸的简要过程 三、无氧呼吸 总反应过程 C6H12O6 2C3H6O3+少量能量 酶 C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+少量能量 酶 1.乳酸发酵 2.乙醇发酵 适用生物或组织： 人、动物、乳酸菌、甜菜的块根、马铃薯块茎、玉米的胚等。 适用生物或组织： 绝大多数植物细胞、酵母菌等。 概念：指细胞在无氧条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物不完全分解，同时释放出少量能量的过程。 三、无氧呼吸 细胞中无氧呼吸的过程 细胞质基质 C6H12O6 2丙酮酸(2C3H4O3) 能量（热能，2ATP） 酶 [H] 2乳酸(C3H6O3) 酶 酶 2酒精(C2H6O)+2CO2 呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸 不 同 点 场所 条件 分解 产物 能量 ATP 产生 阶段 相同点 细胞质基质、线粒体 细胞质基质 氧气、多种酶 无氧气、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，大部分能量储存在乳酸或酒精中 有氧呼吸的三个阶段均产生ATP 仅在第一阶段产生ATP 第一阶段反应完全相同，两种呼吸方式实质相同，都是分解有机物，释放能量。 有氧呼吸与无氧呼吸的比较 甲组 乙组 1.若甲组液滴________，乙组液滴________，则种子只进行以葡萄糖为底物的有氧呼吸。 2.若甲组液滴________，乙组液滴________，则种子只进行了无氧呼吸。 左移 不动 不动 右移 ————= 呼吸熵= Vco2 Vo2 1 探究植物细胞呼吸的方式 探究植物细胞呼吸的方式 甲组 乙组 3.若甲组液滴________，乙组液滴________，则种子中既存在有氧呼吸又存在无氧呼吸 4.若甲组液滴________，乙组液滴________，则种子进行了以脂肪等非糖物质的为底物的有氧呼吸。 左移 右移 左移 左移 ———— 呼吸熵= Vco2 Vo2 >1 ———— 呼吸熵= Vco2 Vo2 <1 1.内因 以植物为例，从以下3个角度分析 项目 规律 举例 遗传特性 不同种类的植物呼吸速率不同 旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物 器官类型 同植物的不同器官呼吸速率不同 生殖器官大于营养器官 生长发育阶段 同一植物的同一器官在不同的生长发育阶段呼吸速率不同 幼苗期、开花期植株器官的呼吸速率高，成熟期呼吸速率低。 探究不同环境因素对呼吸速率的影响时，要选取等量的同种生物在相同发育阶段的同一器官为材料。 四、影响细胞呼吸的因素 2.外部因素(环境因素) ①温度： 原理 温度通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸速率，如植物等。 注意：恒温动物具有体温调节能力，体温不会随着外界温度变化而变化，因此，细胞呼吸速率不会随着温度变化呈现如图所示的变化。 相反的，在外界温度较低时，恒温动物会通过增加呼吸速率来增加产热量进而维持体温恒定。 应用 a.冰箱(零上低温储存蔬菜、水果、种子） b.大棚夜间或阴雨天适当降低温度 （目的：降低呼吸作用消耗有机物的量，而增加农作物产量） 四、影响细胞呼吸的因素 ②pH： 原理 PH值通过影响酶的活性来影响呼吸速率。 应用 微生物发酵时依据微生物种类调整pH 2.外部因素(环境因素) 四、影响细胞呼吸的因素 ③氧气浓度 氧气浓度对有氧呼吸速率的影响 氧气浓度对无氧呼吸速率的影响 甲：一定范围内，有氧呼吸随氧气浓度升高而增大，但氧浓度达到一定值时，呼吸速率不再增加(底物的量或酶的量限制）。 甲 乙 乙：无氧呼吸随氧浓度增加而受抑制，氧浓度达一定值时，被完全抑制。 2.外部因素(环境因素) 四、影响细胞呼吸的因素 氧气浓度0~b时， 氧气浓度对酵母菌(或植物非绿色器官)的呼吸速率的影响。 有氧呼吸和无氧呼吸同时存在， 有氧呼吸速率增大，无氧呼吸速率减小。 氧气浓度为0时， 有氧呼吸速率为零，无氧呼吸速率最大，有机物消耗量较多。 ③氧气浓度 2.外部因素(环境因素) 氧气浓度为a时， 无氧呼吸减弱，有氧呼吸较弱， 细胞呼吸强度最弱，消耗有机物较少。 四、影响细胞呼吸的因素 氧气浓度为b时， 无氧呼吸被完全抑制，细胞呼吸即为有氧呼吸。 氧气浓度为c时， 有氧呼吸速率达到最大时的最小氧气浓度， 再增加氧气浓度，呼吸速率不再增加。 限制因素可能是呼吸底物的量或酶的量与酶的活性等。 ③氧气浓度 2.外部因素(环境因素) 应用 a. 中耕松土，促进有氧呼吸，有利于根系对矿质元素的吸收。 b. 在储存蔬菜、水果、粮食时，为了减少有机物消耗，应控制低氧(a点氧气浓度)环境 氧气浓度对酵母菌(或植物非绿色器官)的呼吸速率的影响。 四、影响细胞呼吸的因素 ④水含量 原理 自由水含量多，新陈代谢加快，呼吸作用强度上升。 应用： 粮食储存： 零上低温，低氧，干燥 水果蔬菜储存： 零上低温，低氧，一定湿度 长期水淹，出现烂根现象，需要及时排水。 2.外部因素(环境因素) 四、影响细胞呼吸的因素 ⑤CO2浓度 超过大气含量的高浓度CO2使呼吸速率显著降低。 应用： 地窖中适当增加CO2的浓度储存蔬果 2.外部因素(环境因素) 原理 四、影响细胞呼吸的因素 1.发酵技术 酵母菌发酵 乳酸菌发酵 乳酸菌发酵 利用酵母菌酿酒时往往先向发酵液通气，促进酵母菌的 ___________，使酵母菌迅速_______，之后再控制发酵液为无氧条件，促进酵母菌的__________，从而积累酒精。 有氧呼吸 细胞增殖 无氧呼吸 五、细胞呼吸原理的应用 2.农业生产 ①中耕松土(通气) ②零上低温、低氧、(高CO2)、一定湿度 储存水果、蔬菜 ③零上低温、低氧、(高CO2)、干燥 储存种子 ④大棚作物，夜间降温 减弱呼吸作用强度，减少有机物的氧化分解 促进有氧呼吸，有利于根对无机盐的吸收 ⑤稻田定期排水 抑制无氧呼吸，避免无氧呼吸产生酒精使根部腐烂 五、细胞呼吸原理的应用 3.健康生活 ①包扎伤口时，需用透气的消毒纱布或松软的“创可贴”包扎伤口。防止破伤风芽孢杆菌滋生。 注意：破伤风杆菌和乳酸菌是厌氧菌，只能进行无氧呼吸，O2对其细胞呼吸有抑制作用。 五、细胞呼吸原理的应用 ②提倡慢跑：促进肌细胞有氧呼吸,防止无氧呼吸产生乳酸使肌肉酸胀。 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。 以下哪些证据支持这一论点，哪些不支持这一论点？ 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。 支持：___________ 不支持：_________ 1、3、4 2 $