資源簡介

5.3 細胞呼吸的原理和應用
一、教材分析
“細胞呼吸”是新人教版高中課程標準實驗教科書《生物1?分子與細胞》第五章第三節的內容。教材在這節內容的編排上改變了以往直接傳授理論知識的做法，而設計在此之前進行探究實驗。
引導學生主動參與探究過程，使學生領悟科學研究的方法并習得相關的操作技能，培養學生的科學探究能力與創造性思維能力。
細胞呼吸是細胞內重要的代謝活動。它是發生在細胞內的極其微觀的一系列化學反應過程，很難通過非常直觀的形式讓學生感知，所以一直是教學上的難點。現在通過對酵母菌細胞呼吸方式的探究讓學生親身感受有氧和無氧條件下的細胞呼吸，并從中獲得直接經驗，不僅在于發展探究能力，而且可以為學生學習“細胞呼吸的過程”作好鋪墊。
通過酵母菌細胞呼吸方式的探究，學生認識到有氧呼吸和無氧呼吸的條件及產物，為后面學習有氧呼吸和無氧呼吸的過程打下了基礎。
本節從物質和能量變化的角度介紹了細胞呼吸，包括有氧呼吸、無氧呼吸的過程及呼吸原理的應用，為學生了解不同生物生命活動的過程奠定了基礎。它與前面所學的線粒體的結構和功能、主動運輸、新陳代謝與ATP、光合作用、植物對礦質離子的吸收等內容有密切的聯系，同時可以為后面學習細胞的生長、增殖等其他生命活動及規律奠定基礎。
二、教學目標
1、說出線粒體的結構和功能。
2、說明有氧呼吸和無氧呼吸的異同。
3、說明細胞呼吸的原理，并探討其在生產和生活中的應用。
4、進行酵母菌細胞的呼吸方式的探究。
三、教學重點、難點及解決方法
1、教學重點及解決方法
教學重點：有氧呼吸的過程及原理
解決方法：通過課件或掛圖闡明有氧呼吸的過程及原理
2、教學難點及解決方法
教學難點：⑴細胞呼吸的原理和本質 ⑵探究酵母菌細胞的呼吸方式
解決方法：精心組織相關實驗，達到預期效果，實踐出真知。
四、課時安排
2課時
五、教學方法
講解、啟發法
教具準備：多媒體或掛圖
六、學生活動
1、指導學生閱讀教材，找出需了解的知識點
2、通過探究，思考和討論啟發學生理解細胞呼吸的實質和過程等。
七、教學程序
第1課時
探究1.“問題探討”：法國化學家拉瓦錫關于細胞呼吸的敘述，引導學生閱讀材料并討論（1）呼吸作用與物質燃燒有什么共同點？ （二者都是能量的釋放過程）
一、細胞呼吸的概念
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，釋放出能量并生成ATP的過程。
二、實驗：探究酵母菌細胞呼吸的方式
1.材料：酵母菌細胞
原因：①單細胞真菌 ②它在有氧、無氧的條件下都能生存，屬于兼性厭氧菌
2.探究的基本步驟一般包括：
提出問題—作出假設—設計實驗—進行實驗—得出結果—推知結論
（1）提出問題：酵母菌在不同條件下呼吸的產物是什么？釋放的二氧化碳一樣多嗎？
（2）作出假設：
酵母菌在有氧和無氧條件下都進行細胞呼吸，在有氧條件下產生較多的CO2，在無氧條件下產生酒精和較少CO2。
（3）設計實驗：
①實驗原理：
有氧條件的控制：向盛有酵母細胞和葡萄糖溶液的錐形瓶不斷通入空氣
無氧條件的控制：密封盛有酵母菌和葡萄糖的錐形瓶
酒精的檢測： 重鉻酸鉀（橙色）+ 酒精 → 灰綠色（酸性條件）
CO2的檢測：CO2能使澄清的石灰水變渾濁、CO2能使溴麝香草酚藍溶液由藍→綠→黃；CO2產生量的多少可根據石灰水的混濁程度或溴麝香草酚藍水溶液變成黃色的時間長短來確定。
②實驗過程：略
探究2.在有氧條件的裝置中質量分數為10%的NaH溶液的作用是什么？在無氧條件當裝置中，B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，試分析其原因。
除去空氣中的CO2，保證A瓶中檢測到的CO2是由于酵母菌有氧呼吸產生的；
耗盡瓶內的氧氣，以保證B瓶產生的CO2是無氧條件下產生的
③實驗現象及分析
甲組（有氧條件） 乙組（無氧條件）
現象 澄清的石灰水 先變混濁且混濁度高 變混濁，但速度和程度都次于甲
滴加重鉻酸鉀的濃硫酸溶液 A號試管呈現橙色 B號試管呈現 灰綠色
原因分析 有氧條件下 釋放的CO2多，無酒精產生 無氧條件下 釋放的CO2較少，有酒精產生
（4）實驗結論：①酵母菌有氧和無氧條件下都進行細胞呼吸
②有氧條件下，酵母菌通過細胞呼吸產生大量的CO2和水
③無氧條件下，酵母菌通過細胞呼吸產生酒精和少量CO2
三 課堂小結：
通過探究實驗使我們知道酵母菌在有氧和無氧條件下都能進行細胞呼吸。在有氧條件下，產生大量的CO2和H2O，在無氧條件下，產生酒精和少量的CO2
四 板書設計
第3節 ATP的主要來源——細胞呼吸
一、細胞呼吸的概念
二、實驗：探究酵母菌細胞呼吸的方式
1.材料：酵母菌細胞
2.探究的基本步驟一般包括：
提出問題—作出假設—設計實驗—進行實驗—得出結果—推知結論
實驗原理：
酒精的檢測：重鉻酸鉀（橙色）+酒精→灰綠色（酸性條件）
CO2的檢測：CO2能使澄清的石灰水變渾濁、CO2能使溴麝香草酚藍溶液由藍→綠→黃；CO2產生量的多少根據石灰水的混濁度或溴麝香草酚藍水溶液變成黃色的時間長短來確定。
3.細胞呼吸的類型
五 布置作業
寫好實驗報告
第2課時
引言：通過酵母菌的探索活動，同學們發現了酵母細胞可以利用環境中的C6H1206進行生命活動，且這個過程在有氧氣和無氧氣的環境中都能完成。
細胞呼吸的實質是，有機物的氧化分解，能量的釋放和利用。細胞呼吸是一個由多種酶參與催化，多步驟的過程。細胞呼吸通常在有氧的情況下進行，但是某些細胞也在無氧的環境下進行呼吸，有氧呼吸是主要形式。
一、有氧呼吸
有氧呼吸是細胞中進行的分解有機物釋放能量的重要生命過程。它的總化學反應式：
C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O＋能量
有氧呼吸可以分為三個階段進行。
第一階段：葡萄糖的降解階段。
a. 發生部位：細胞質基質。
b. 過程：在酶催化下葡萄糖分解為丙酮酸。
c. 產物：丙酮酸、少量H]和少量ATP。
第二階段：丙酮酸分解階段。
a. 發生部位：細胞線粒體的基質內。
b. 過程：在酶的催化下，丙酮酸和水徹底分解成二氧化碳和H]。
c. 產物：二氧化碳、H]、少量ATP。
第三階段：H]和氧結合生成水，釋放大量能量的階段。
a. 發生部位：細胞線粒體內膜上。
b. 過程：在酶的催化下，前兩階段釋放的H]和氧結合形成水，并釋放出大量能量，形成大量ATP。
c. 產物：水和ATP。
此處一定要學生理解有氧呼吸的中間產過程和產物，有條件的學校可以根據學生理解和接受能力的情況，將有氧呼吸的主要過程（三羧酸循環）較詳細地介紹給學生，便于學生理解。
二、無氧呼吸
無氧呼吸是指細胞可以在無氧的條件下，將有機物分解為不徹底的氧化產物，并釋放出少量能量的過程。它的總反應是：
C6H12O6 2CO2＋2C2H5OH（酒精）＋少量能量
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）＋少量能量
通常無氧呼吸分為兩個階段。
第一階段：葡萄糖降解階段。
a. 發生部位：細胞質基質中。
b. 過程：與有氧呼吸相同。
c. 產物：丙酮酸、少量ATP。
第二階段：丙酮酸繼續分解階段。
a. 發生部位：細胞質基質。
b. 過程：在不同酶的催化下，丙酮酸繼續分解產生酒精和二氧化碳或乳酸，并釋放出少量能量。
c. 產物：酒精和二氧化碳或乳酸，少量能量。
最常見的無氧呼吸發生在微生物身上，常常稱為“發酵”，如酒精發酵和乳酸發酵。人和高等動物細胞內也有類似乳酸發酵的過程。
人在劇烈運動時，或從平原進入高原時，身體的局部組織缺氧，產生的丙酮酸不能及時進入線粒體進行有氧氧化，于是丙酮酸可以通過乳酸發酵的途徑進行無氧呼吸。無氧呼吸只能形成少量ATP，與有氧呼吸相比相差很大。
有條件的學校，老師可以進一步分析無氧呼吸產生的乳酸的去路，以便加深學生對這一過程的理解。例如，無氧呼吸產生的乳酸最終可以進入肝臟，在那里形成丙酮酸再次進入線粒體參與有氧氧化；同時產生的乳酸進入血液中還可以進一步刺激呼吸，加快氧氣的供應等。
三、有氧呼吸和無氧呼吸的異同。
有氧呼吸
無氧呼吸
呼吸場所
是否需O2
分解產物
釋放能量
聯系
四、細胞呼吸原理的應用。對照書P95——96實例引導學生討論并提出自己的觀點。
1.用透氣紗布或“創口貼”包扎傷口：增加通氣量，抑制破傷風桿菌的無氧呼吸
2.釀酒時 早期通氣：促進酵母菌的有氧呼吸，利于菌種繁殖
后期密封：促進酵母菌的無氧呼吸，利于產生酒精
3.食醋、味精制作：向發酵罐中通入無菌空氣，促進醋酸桿菌、谷氨酸棒狀桿菌進行有氧呼吸
①促進作物根細胞呼吸作用，有利于主動運輸，為礦質元素吸收提供能量
4.中耕松土 ②促進土壤中硝化細菌的硝化作用，有利于NH3→NO3-，從而提高土壤肥力
③抑制反硝化細菌的反硝化作用，防止NO3-→N2，導致土壤氮元素流失
5.稻田定期排水：促進水稻根細胞的有氧呼吸
陸生植物長期水淹會爛根的原因：根細胞在缺氧條件下無氧呼吸產生酒精有毒害作用
6.提倡慢跑：促進肌細胞有氧呼吸，防止無氧呼吸產生乳酸使肌肉酸脹
（100m跑：磷酸肌酸供能；400m跑：無氧呼吸供能；馬拉松跑：有氧呼吸供能）
7.蔬菜、水果保鮮的條件：低溫、低氧、高CO2濃度、適當的濕度
（抑制細胞呼吸，減少有機物消耗）
糧食種子的貯藏條件： 低溫、低氧、高CO2濃度、干燥
（降低呼吸作用，減少有機物消耗）
五、影響呼吸速率的外界因素：
1.溫度
溫度影響呼吸作用，主要是通過影響呼吸酶的活性來實現的。溫度過低或過高都會影響細胞正常的呼吸作用。在一定溫度范圍內，溫度越低，細胞呼吸越弱；溫度越高，細胞呼吸越強。
2.氧氣
氧氣充足，則無氧呼吸將受抑制；氧氣不足，則有氧呼吸將會減弱或受抑制。土壤中空氣的多少影響根系的吸收，若進行無氧呼吸，產生過多酒精，還可能導致根部細胞壞死。
3.CO2：CO2是呼吸作用的產物，對細胞呼吸有抑制作用。
4.水分：在一定范圍內，呼吸速率隨含水量的增加而加快，隨含水量的減少而減慢。
六、總結。
重點小結有氧呼吸和無氧呼吸的過程。
七、布置作業。
P96練習
八、板書設計。
（一）有氧呼吸
1、概念
2、過程
⑴C6H12O62C3H4O3＋4H]＋能量 （細胞質的基質）
⑵2C3H4O3＋6H2O6CO2＋20H]＋能量 （線粒體）
⑶6CO2＋24H] 12H2O＋能量 （線粒體）
總反應式：C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O＋能量
（二）無氧呼吸
1、概念
2、過程
⑴與有氧呼吸完全相同。
⑵生成乳酸或酒精和CO2。
總反應式：C6H12O62C3H6O3＋能量
C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量
3、發酵
（三）有氧呼吸與無氧呼吸的異同。
有氧呼吸
無氧呼吸
呼吸場所
是否需O2
分解產物
釋放能量
聯系
（四）細胞呼吸原理的應用。
（五）細胞呼吸的影響因素。
八、課后反思
通過對酵母菌細胞呼吸方式的探究讓學生親身感受有氧和無氧條件下的細胞呼吸，從物質和能量變化的角度理解細胞呼吸，包括有氧呼吸、無氧呼吸，同時掌握呼吸作用的過程及原理，以及在生活中的應用，這樣達到調動學生自主學習的積極性。

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