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第五章 細胞的能量供應和利用
第3節 細胞呼吸的原理和應用(第1課時)
1
細胞呼吸的方式
細胞呼吸的方式和有氧呼吸
2
有氧呼吸
探究一
細胞呼吸的方式
情境一
酵母菌細胞富含蛋白質，可以用作飼料添加劑。在培養酵母菌用作飼料添加劑時，要給培養裝置通氣或進行振蕩，以利于酵母菌大量繁殖。在利用酵母菌生產葡萄酒時，卻需要密封發酵。
都是培養酵母菌，為什么有的需要通氣，有的卻需要密封？
通氣可以給酵母菌提供呼吸需要的氧氣，利于酵母菌進行旺盛的細胞分裂；密封則是避免空氣進入，便于酵母菌在無氧條件下分解有機物產生酒精。
是指有機物在細胞內經過一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他產物，釋放出能量并產生ATP的過程。
呼吸作用的實質：
是細胞內的有機物氧化分解，并釋放能量。
釀酒利用了酵母菌的呼吸作用，呼吸作用的概念和實質是什么呢？
情境一
酵母菌在有氧和無氧條件下是否都能進行細胞呼吸呢？
下面，我們通過實驗來探究酵母菌呼吸的方式。
呼吸作用的概念：
過渡
探究酵母菌細胞呼吸的方式
【任務1】
酵母菌：單細胞真菌，真核異養型生物，有細胞壁和液泡。在有氧和無氧條件下都能生存，屬于兼性厭氧菌。
酵母菌電鏡照片
酵母菌結構模式圖
(1)實驗原理
細胞核
液泡
細胞壁
細胞膜
細胞質
探究酵母菌細胞呼吸的方式
【任務1】
(2)實驗設計
分析變量
自變量：
因變量：
無關變量：
細胞呼吸的條件
細胞呼吸的產物
有氧
無氧
酒精、CO2
給酵母菌提供有氧和無氧的條件，一段時間后檢測其產物是否含酒精或二氧化碳
反應物的量、反應時間、pH、溫度、酵母菌的活性
相同且適宜
探究酵母菌細胞呼吸的方式
【任務1】
A
B
C
D
運用以上元件分別搭建
有氧呼吸裝置：
無氧呼吸裝置：
質量分數10%NaOH溶液
酵母菌培養液
澄清的石灰水
酵母菌培養液
E
橡皮球
（或氣泵）
甲同學 E-A-D；乙同學 ：E-C-A-D
甲同學 B-D；乙同學 ：A-D
(2)實驗設計
吸收空氣中的CO2
檢測CO2的產生
探究酵母菌細胞呼吸的方式
【任務1】
(3)實驗過程
接橡皮球
（或氣泵）
質量分數10%NaOH溶液
酵母菌培養液
澄清的石灰水
酵母菌培養液
澄清的石灰水
A
B
①如何比較CO2產生的多少？
②B瓶應封口放置一段時間后,再連通盛有澄清石灰水的錐形瓶,這是為什么？
根據石灰水的渾濁程度
可以讓酵母菌消耗完瓶中原有氧氣，創造無氧環境。
橙色的重鉻酸鉀溶液在酸性下與酒精發生反應
CO2的檢測
使溴麝香草酚藍水溶液：
酒精的檢測
澄清→渾濁
藍→綠→黃
橙色→灰綠
探究酵母菌細胞呼吸的方式
【任務1】
③酵母菌細胞呼吸產物檢測:
(3)實驗過程
通入澄清的石灰水：
探究酵母菌細胞呼吸的方式
【任務1】
(4)實驗現象
澄清石灰水：
有氧呼吸與無氧呼吸都產生CO2，且有氧呼吸產生的更多。
溴麝香草酚藍水溶液:
都變渾濁，有氧呼吸裝置比無氧呼吸的更渾濁，時間更快
有氧呼吸裝置比無氧呼吸的變色時間短
藍
綠
黃
①CO2的檢測及結論
結論：
探究酵母菌細胞呼吸的方式
【任務1】
(4)實驗現象
橙色重鉻酸鉀溶液在酸性下與酒精發生反應，變成灰綠色
②檢測酒精的方法
有氧呼吸不產生酒精，無氧呼吸產生酒精。
結論：
接橡皮球
（或氣泵）
A
B
探究酵母菌細胞呼吸的方式
【任務1】
有氧氣條件下進行有氧呼吸，產生大量二氧化碳，不產生酒精；
無氧條件下進行無氧呼吸，產生了少量二氧化碳，同時也產生了酒精。
實驗結論
酵母菌：
呼吸作用的類型：
有氧呼吸
無氧呼吸
(5)實驗現象及結論
思考
對比實驗（相互對照實驗）
設置兩個或兩個以上的實驗組，通過對幾個實驗組結果的分析比較，來探究某種因素對實驗對象的影響，這樣的實驗叫作對比實驗。
本實驗中哪個是對照組，哪個是實驗組？
接橡皮球
（或氣泵）
質量分數10%NaOH溶液
酵母菌培養液
澄清的石灰水
酵母菌培養液
澄清的石灰水
實驗組
實驗組
探究酵母菌細胞呼吸的方式
【任務1】
對比實驗：
對照實驗：
實驗組1：
實驗組2：
對照組：
實驗組：
結果未知
結果未知
結果已知
結果未知
思考
對比實驗與對照實驗的區別？
探究酵母菌細胞呼吸的方式
【任務1】
1.下列關于“探究酵母菌細胞呼吸方式”實驗的敘述，不正確的是（ ）A．選擇酵母菌作為實驗材料是因為酵母菌是兼性厭氧型微生物且易于培養
B．通過設置有氧和無氧的對比，易于判斷酵母菌的細胞呼吸方式
C．將實驗裝置連接后需要進行氣密性檢查，確保不漏氣
D．實驗中產生的二氧化碳會使溴麝香草酚藍溶液的顏色變化是由黃色變綠色再變藍色
D
對點訓練
對點訓練
對點訓練
對點訓練
對點訓練
課堂檢測
C
2.在檢驗酵母菌細胞呼吸產物時，常用到下列特殊的顏色反應，其中描述不正確的是（ ）
A．CO2可使澄清的石灰水變混濁
B．CO2可使溴麝香草酚藍水溶液由藍變綠再變黃
C．乙醇在堿性條件下能與橙色的重鉻酸鉀溶液反應變成橙色
D．乙醇在酸性條件下能與橙色的重鉻酸鉀溶液反應變成灰綠色
對點訓練
對點訓練
對點訓練
對點訓練
對點訓練
課堂檢測
回答：
(1)A 組設置氣泵的目的是 ，同時讓氣泵加入的氣體先經過NaOH溶液的目的是 。預期A組裝置中溴麝香草酚藍會從藍色變為 色。
(2)B組未設置氣泵的目的是使酵母 。預期溴麝香草酚藍會從藍色
變為 色。
3.下圖為比較酵母菌細胞呼吸方式的兩組實驗。A、B 組培養液中的酵母菌數量與葡萄糖含量均相同。實驗裝置均放在 30℃的環境中，8～10 h 后，兩組裝置中 的溴麝香草酚藍變為不同的顏色。
去除通入空氣中的二氧化碳以排除空氣中 CO2對實驗結果的干擾
給酵母菌培養液通入空氣
黃
無法進行需氧呼吸
綠
A組
B
組
對點訓練
對點訓練
對點訓練
對點訓練
對點訓練
課堂檢測
(3)比較 A、B 兩組的實驗結果，A 組中的酵母菌以 呼吸為主。判斷的理由是：
① ,
② 。
B 組中的酵母菌通過 呼吸會產生 和 。
(4)本實驗說明，酵母菌細胞呼吸方式是：在 時進行 呼吸，
在 時進行 呼吸。
需氧
通入空氣給酵母提供了氧氣
溴麝香草酚藍從藍色變為黃色表明有較多 CO2產生。
厭氧
CO2
乙醇
氧氣不足（或無氧）
厭氧
氧氣充足
需氧
A組
B
組
對點訓練
對點訓練
對點訓練
對點訓練
對點訓練
課堂檢測
探究二
有氧呼吸
為什么通氣有利于酵母菌大量繁殖？
在有氧條件下，酵母菌分解營養物質釋放能量多，這些能量可以為酵母菌細胞進行物質代謝和細胞分裂提供充足的動力。
情境二
酵母菌細胞富含蛋白質，可以用作飼料添加劑。在培養酵母菌用作飼料添加劑時，要給培養裝置通氣或進行振蕩，以利于酵母菌大量繁殖。在利用酵母菌生產葡萄酒時，卻需要密封發酵。
線粒體
分析有氧呼吸的基本過程
【任務2】
外膜
內膜
線粒體基質
DNA/RNA
核糖體
嵴
增大膜面積
線粒體的內膜上和基質中含有許多種與有氧呼吸有關的酶。
(1)反應的主要場所：
酶
2C3H4O3
+6H2O
6CO2
+20[H]
+4[H]
C6H12O6
2丙酮酸(C3H4O3）
酶
24[H]
+6O2
12H2O
酶
分析有氧呼吸的基本過程
【任務2】
(2)有氧呼吸過程：
細胞質基質
少量能量
線粒體基質
線粒體內膜
場所：
物質變化：
產能情況：
少量能量
場所：
物質變化：
產能情況：
少量能量
場所：
物質變化：
產能情況：
①請根據分步反應式寫出總反應式,用箭頭畫出反應物中C、H、O三種元素的去向：
分析有氧呼吸的基本過程
【任務2】
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
細胞在 的參與下，通過 的催化作用，把葡萄糖等有機物 ，產生 ，釋放能量，生成大量ATP的過程。
氧
多種酶
徹底氧化分解
二氧化碳和水
②請根據總反應式，總結有氧呼吸的概念：
①有氧呼吸的能量轉化效率大約是多少，這些能量大約能使多少ADP轉化為ATP？
其余1892.72kJ主要以熱能的形式散失掉。
1mol葡萄糖釋
放能量2870kJ
有977.28kJ轉移至ATP能量效率高達34％，使32molADP轉化為ATP。
分析有氧呼吸的基本過程
【任務2】
(3)有氧呼吸的能量利用特點：
可以使有機物中的能量逐步地轉移到ATP中
②與燃燒迅速釋放能量相比，有氧呼吸是逐級釋放能量的，這對于生物體來說具有什么意義？
燃燒是一種迅速釋放能量的過程，而有氧呼吸過程則是逐步緩慢釋放能量，這種方式保證有機物中的能量得到最充分的利用，主要表現在兩個方面：
能量緩慢有序地釋放，有利于維持細胞的相對穩定狀態
分析有氧呼吸的基本過程
【任務2】
1.如圖為線粒體的結構示意圖。在相應區域中會發生的生物過程是（ ）
A.②處發生葡萄糖的分解
B.①中的O2穿過內膜耗能
C.②處丙酮酸分解為CO2和H2O
D.③處[H]與O2結合生成水
D
對點訓練
對點訓練
對點訓練
對點訓練
對點訓練
課堂檢測
2.線粒體是細胞進行有氧呼吸的主要場所。研究發現，經常運動的人肌細胞中線粒體數量通常比缺乏鍛煉的人多。下列與線粒體有關的說法，正確的是（ ）
A.葡萄糖在線粒體中分解釋放大量能量
B.線粒體內膜上的酶可以參與丙酮酸的分解
C.肌細胞有氧呼吸形成水的[H]來源于細胞質基質和線粒體基質
D.進行有氧運動時，細胞內葡萄糖氧化分解釋放的能量大部分儲存在ATP中
C
對點訓練
對點訓練
對點訓練
對點訓練
對點訓練
課堂檢測
本節小結

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