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2018年秋高中生物第五章细胞的能量供应和利用第3节ATP的主要来源__细胞呼吸学案新人教版必修1

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                    第  3 节 ATP    的主要来源——细胞呼吸


    学习目标
    1.说出线粒体的结构和功能。(重点)
    2.说明有氧呼吸和无氧呼吸的异同。(重点)
    3.说明细胞呼吸的原理,并探讨其在生产和生活中的应用。(难点)
    4.进行酶母菌细胞呼吸方式的探究。(难点)
    核心概念
    细胞呼吸 有氧呼吸 无氧呼吸 酒精发酵 乳酸发酵


  一、细胞呼吸
    1.概念:细胞呼吸是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      ,释放出能量并生成   ATP      的过程。
    2.实质:氧化分解   有机物      ,释放能量。
    二、探究酶母菌细胞呼吸的方式
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三、细胞呼吸的方式
1.有氧呼吸
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    2.无氧呼吸
    (1)发酵的概念
    酵母菌、乳酸菌等微生物的               无氧呼吸          也叫发酵,根据产物不同可分为                酒
精发酵      和   乳酸发酵      。
    (2)两种方式
          类型
                         酒精发酵                           乳酸发酵
项目
     场所                                    细胞质基质      
                                  酶
      第一阶段                葡萄糖――→   [H]+丙酮酸      +少量能量
 过
                             酶                         酶
                丙酮酸+[H]――→                丙酮酸+[H]――→   乳酸      
 程    第二阶段
                          酒精+CO2      
                        酶                         酶
                C6H12O6――→   2C2H5OH+     C6H12O6――→   2C3H6O3      +少量能
  化学反应式
                2CO2      +少量能量           量
                只在   第一阶段      释放出少量的能量,生成   少量                   ATP      ,
   能量转化
                葡萄糖分子中的大部分能量则存留在   酒精或乳酸      中
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    四、细胞呼吸原理的应用(连线)
    ①包扎伤口用透气消毒纱布或
            松软创可贴
          ②用酵母菌酿酒
       ③用醋酸杆菌生产食醋
    ④用谷氨酸棒状杆菌生产味精
                                a.促进无氧呼吸
             ⑤松土
           ⑥稻田排水                b.抑制无氧呼吸
             ⑦慢跑               c.促进有氧呼吸
       ①—b  ②-a  ③-c  ④-c  ⑤-c  ⑥-b  ⑦-c      
    ?思考
    1.线粒体是进行有氧呼吸的必需条件吗?若不是请举例说明。
    提示:不是,蓝藻无线粒体也可进行有氧呼吸,具有有氧呼吸酶是进行有氧呼吸的必
需条件。
    2.北方人做馒头时,利用酵母菌发面,发好的面团柔软而且表面水汪汪的。你知道为
什么吗?

    提示:酵母菌有氧呼吸产生            CO2,使面团充气而变软,有氧呼吸产生的水使面团表面
有水。
     uo 活xu学e q巧iao练 lian
    H         判断题

    1.探究酵母菌的呼吸方式时,不能用澄清的石灰水来检测                        CO2 的产生,但可以用重铬
酸钾来检测乙醇。( × )

    2.检测酵母菌培养过程中是否产生               CO2,可判断其呼吸方式。( × )

    3.线粒体将葡萄糖氧化分解成             CO2 和 H2O。( × )
    4.无氧呼吸能产生        ATP、但没有[H]的生成过程。( × )
    5.有氧呼吸第二、三阶段都能产生大量                 ATP。( × )
    6.细胞内葡萄糖分解成丙酮酸和[H]的反应,只发生在细胞有氧时。( × )
    7.呼吸作用产生的能量均以热能释放。( × )
    8.破伤风杆菌适宜生活在有氧的环境中。( × )
    9.及时排涝,能防止根细胞受酒精毒害。( √ )
    10.无氧和零下低温环境有利于水果保鲜。( × )


                          知识点    1 探究酵母菌的呼吸方式
     hong重 n难an拓 tu展o zhan
    Z     
    1.实验原理

    (1)酵母菌是兼性厌氧菌,在有氧和无氧条件下均能生存,有氧呼吸产生                             H2O 和 CO2,
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无氧呼吸产生酒精和         CO2。

    (2)呼吸产物——CO2      和酒精的检测
                +CO2
    ①澄清石灰水――→变混浊,且混浊程度与                  CO2 产量有关;
                             +CO2
    ②蓝色的溴麝香草酚蓝水溶液――→变绿再变黄,且变黄时间长短与                             CO2 产量有关;
                      +酸酒性精
                      ――→
    ③橙色重铬酸钾溶液            变灰绿色。
    2.探究过程
         提出问题:酵母菌使葡萄糖发酵产生酒精是在有氧还是无氧条件下;酵母菌在
                   有氧和无氧条件下细胞呼吸的产物是什么?
         作出假设:针对上述问题,根据已有的知识和生活经验(如酵母菌可用于酿酒、
                   发面等)作出合理的假设
    设计并进
     行实验   Error!
    实验现象


    3.实验分析及拓展
    (1)实验分析
    ①通入甲中     A 瓶的空气需先通过        NaOH 溶液的目的是保证进入         A 瓶的气体中不含有

CO2,保证使第三个锥形瓶中的澄清石灰水变混浊的                    CO2 完全是由酵母菌有氧呼吸产生的。
    ②乙中   B 瓶应封口放置一段时间,待酵母菌将               B 瓶中的氧气消耗完后,再连通盛有澄

清石灰水的锥形瓶,确保通入澄清石灰水中的                    CO2 完全是由酵母菌无氧呼吸产生的。
    (2)不同材料呼吸实验的设计
    ①若探究种子呼吸状况则不必遮光,但需“死种子”作对照。
    ②若探究“植株或幼苗”呼吸状况,应进行遮光处理,以防止光合作用的干扰,同时
可设置同种状况但杀死的植株或幼苗作对照。
    知识贴士
    酵母菌是兼性厌氧生物,是因为它既能进行有氧呼吸也能进行无氧呼吸,而人体中的
某些细胞既能进行有氧呼吸也能短暂的进行无氧呼吸,但人只能是需氧型生物,所以生物
异化作用类型的区分,不是以能否进行有氧、无氧呼吸为依据的,而是以在有氧或无氧的
条件下能否正常生存为依据的。
     ia典n l例i p评in析g xi
    D     
            典例  1 如图是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置。以下说法中正确的是( 

C )
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    A.两个装置均需要在黑暗条件下进行
    B.装置乙在Ⅲ处可检测到有酒精生成
    C.装置乙中应让Ⅱ先放置一会再与Ⅲ连接

    D.装置甲中     NaOH 溶液的作用是吸收Ⅰ处的          CO2
    [解析] 黑暗或光照对酵母菌的细胞呼吸没有明显的影响,A                        错误;装置乙中酵母菌

产生的   CO2 可通过导管进入Ⅲ中,但酵母菌产生的酒精保留在Ⅱ中,B                       错误;装置甲中

NaOH 溶液的作用是使进入         B 瓶的空气先经过      NaOH 溶液的作用,排除空气中          CO2 对实验结果
的干扰,D    错误。
    〔变式训练     1〕 有关“探究酵母菌的呼吸方式”实验的叙述,错误的是( D )

    A.实验中将葡萄糖溶液煮沸的目的是灭菌和去除溶液中的                        O2

    B.在探究有氧呼吸的实验过程中,泵入的空气应去除                      CO2
    C.实验中需控制的无关变量有温度、pH、培养液浓度等
    D.可通过观察澄清石灰水是否变浑浊来判断酵母菌的呼吸方式

    [解析] 酵母菌进行有氧呼吸和无氧呼吸产物中都有                     CO2,都能使澄清石灰水变浑浊,
因此不能通过此指标判断酵母菌的呼吸方式。
                      知识点    2 有氧呼吸和无氧呼吸过程的比较
     hong重 n难an拓 tu展o zhan
    Z     
    1.有氧呼吸和无氧呼吸过程图解


    2.有氧呼吸和无氧呼吸的比较
      项目                          有氧呼吸                           无氧呼吸
不       条件                          需氧                            不需氧
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同       场所         细胞质基质(第一阶段)线粒体(第二、三阶段)                       细胞质基质
点     分解程度                    葡萄糖被彻底分解                       葡萄糖分解不彻底

        产物                        CO2、H2O                    乳酸或酒精和      CO2
      能量释放                        大量能量                           少量能量

相     反应条件                               需酶和适宜温度
同       本质                     氧化分解有机物,释放能量,生成               ATP
点       过程                      第一阶段从葡萄糖到丙酮酸完全相同

     i 易cu错o t提i x醒ing
    Y     
                            有关细胞呼吸过程的五点提醒

    (1)产生  CO2 的不只是有氧呼吸,无氧呼吸产生酒精的过程中也有                     CO2 的产生。
    (2)有氧呼吸过程中生成的水和反应物中的水其来源和去向不同,所以不是同一分子。
    (3)无氧呼吸只有第一阶段释放少量能量,第二阶段不释放能量。
    (4)呼吸作用释放的能量不全转化成              ATP 中的能量,大部分以热能的形式散失。
    (5)不是所有植物的无氧呼吸产物都是酒精和二氧化碳,玉米胚、甜菜根等植物组织的
无氧呼吸产物为乳酸。
    3.与无氧呼吸有关的几个易错点
    (1)不同生物无氧呼吸产物不同是由于催化反应的酶的种类不同,根本原因在于控制酶
合成的基因不同。

    (2)大多数植物、酵母菌无氧呼吸的产物为酒精和                   CO2;有些高等植物的某些器官如玉
米胚、马铃薯块茎、甜菜块根等进行无氧呼吸时产生乳酸;高等动物、人及乳酸菌的无氧
呼吸只产生乳酸。
    (3)无氧呼吸第一阶段产生的[H]用于还原丙酮酸。
    (4)无氧呼吸只在第一阶段释放能量。
    4.与细胞呼吸有关的计算
                     酶
    C6H12O6+6H2O+6O2――→12H2O+6CO2+能量
           酶
    C6H12O6――→2C2H5OH(酒精)+2CO2+少量能量

    (1)消耗等量葡萄糖时,无氧呼吸与有氧呼吸产生的                    CO2 的物质的量之比为       13。

    (2)产生等量的     CO2 时,无氧呼吸与有氧呼吸消耗的葡萄糖的物质的量之比为                       31。

    (3)无氧呼吸产生的酒精和          CO2 的物质的量相等;有氧呼吸消耗             O2 和产生  CO2 的物质的
量相等。
     ia典n l例i p评in析g xi
    D     
            典例  2 (2018·黄冈高一检测)在植物体的细胞中,葡萄糖分解为丙酮酸的
                  中国现代教育网     www.30edu.com  全国最大教师交流平台

反应( B )
    A.既可以在线粒体中进行,也可以在细胞质基质中进行
    B.既可以在叶肉细胞中进行,也可以在根细胞中进行
    C.只能在有氧条件下进行,不能在无氧条件下进行
    D.只能在有光条件下进行,不能在无光条件下进行
    [解析] 葡萄糖分解为丙酮酸的反应只能在细胞质基质中进行,A                          错误;不论是叶肉
细胞还是根细胞,都能进行细胞呼吸,都有葡萄糖分解为丙酮酸的过程,B                               正确;葡萄糖
分解为丙酮酸是有氧呼吸和无氧呼吸的共同点,有氧、无氧都可以发生,C                               错误;不论有
光还是无光,都能进行细胞呼吸,都有葡萄糖分解为丙酮酸的过程,D                             错误。
    特别提醒:(1)有氧呼吸和无氧呼吸总反应式中的能量不能写成                         ATP,因为大部分能量
以热能形式散失。
    (2)1 mol 葡萄糖彻底氧化分解后,释放出             2870 kJ 的能量,其中      1161 kJ 的能量储存
在  ATP 中,其余的以热能形式散失。
    (3)1  mol 葡萄糖生成酒精释放的能量为            225.94  kJ,生成乳酸释放的能量为           196.65 
kJ,其中都有     61.08  kJ 的能量转移到     ATP(生成  2  mol ATP)中,其余部分以热能的形式散
失。
    (4)无氧呼吸只有第一阶段释放能量,第二阶段没有能量释放。而有氧呼吸三个阶段均
释放能量。
    〔变式训练     2〕 


    (2018·江苏常州高三模拟)如图所示为不同距离的跑步过程中,有氧呼吸和无氧呼吸
供能的百分比。下列说法正确的是( D )
    A.跑步距离越长,无氧呼吸供能所占比例越大
    B.1 500 m 跑时,有氧呼吸与无氧呼吸消耗的葡萄糖的量相当
    C.100 m 跑时,所需      ATP 主要由有氧呼吸提供

    D.马拉松跑时,肌肉细胞呼吸释放的                CO2 量与吸收的    O2 量之比为   11
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    [解析] 分析题图可知,跑步距离越长,无氧呼吸供能所占比例越小,A                             项错误。
1500  m 跑时,有氧呼吸与无氧呼吸供能的百分比相同,在供能相同的情况下,无氧呼吸消
耗的葡萄糖量要多于有氧呼吸,B              项错误。100       m 跑时,所需    ATP 主要由无氧呼吸提供,
C 项错误。马拉松跑时,主要进行有氧呼吸,但仍有部分细胞进行无氧呼吸。人体肌肉细

胞进行无氧呼吸时不消耗           O2,也不产生     CO2,故肌肉细胞呼吸释放的          CO2 与吸收的    O2 之比
为  11,D  项正确。
                       知识点    3 影响细胞呼吸的因素及其应用
     hong重 n难an拓 tu展o zhan
    Z     
    一、影响细胞呼吸速率的内因
     项目                       体现                              实例
   遗传特性            不同种类生物的呼吸速率不同                      阴生植物小于阳生植物
 生长发育的不        同一生物的不同生长发育时期呼吸速率                   婴幼儿大于老年人;幼苗期大
    同时期        不同                                  于成熟期
 不同器官或组        同一生物的不同器官或组织的呼吸速率                   心肌细胞大于皮肤细胞;植物
      织        不同                                     生殖器官大于营养器官

    二、影响细胞呼吸的外因
    1.温度:通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸强度。与温度影响酶催化效率的曲线特征
一致。
    生产上常利用这一原理在低温下储存蔬菜、水果,在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当
降温,来降低细胞呼吸,减少有机物的消耗。


    2.氧气浓度


    (1)对于无氧呼吸:随氧气浓度增加而受抑制,氧气浓度越高,抑制作用越强,氧气浓
度达到一定值时,被完全抑制。如图乙所示。
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    (2)对于有氧呼吸:氧气是有氧呼吸的原料之一,在一定范围内,随着氧气浓度
的增加,有氧呼吸速率增强,但当氧气浓度增加到一定值时,有氧呼吸速率不再增
加。如图丙所示。
    (3)绝大多数植物的非绿色器官或酵母菌的呼吸速率受氧气浓度的影响。如图丁
所示。
    除了温度、氧气外,二氧化碳对有氧呼吸有抑制作用。生物含水量的多少影响呼吸作
用,在一定范围内,呼吸作用强度随含水量的增加而增大。
    (4)应用

    ①作物栽培中,采取中耕松土,防止土壤板结等措施,都是尽量使                            O2 浓度位于   E 点之
上,保证根细胞的正常呼吸,有利于肥料的吸收。
    ②生产中利用低氧(A        点的浓度)抑制细胞呼吸、减少对有机物的消耗来延长蔬菜、水
果、粮食的保存时间。

    3.CO2:增加    CO2 浓度对细胞呼吸有明显的抑制作用 。
    4.水:水既是细胞呼吸的原料,也是产物,细胞呼吸过程必须在有水的环境中才能完
成。一定范围内随水含量的增加细胞呼吸加强。
    应用:粮油种子在贮藏时,必须降低含水量,使种子呈风干状态,降低细胞呼吸强度,
减少有机物消耗;同时防止微生物大量繁殖而使种子变质。
     ia典n l例i p评in析g xi
    D     
            典例  3 


    科研人员探究温度对密闭罐中水蜜桃果肉细胞呼吸速率的影响,结果如图所示。下列
叙述正确的是( B )
    A.20 h 内,果肉细胞产生        ATP 的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体

    B.50 h 后,30 ℃条件下果肉细胞没有消耗              O2,密闭罐中     CO2 浓度会增加
    C.50 h 后,30 ℃时有氧呼吸速率比           2 ℃和  15 ℃时慢,是因为温度高使酶活性降低
    D.实验结果说明温度越高,果肉细胞有氧呼吸速率越大
    [解析] 果肉细胞不能进行光合作用,其产生                  ATP 的场所有细胞质基质、线粒体,
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A 项错误,50     h 后,30   ℃条件下果肉细胞没有消耗            O2,是由于此温度条件下酶的活性较

高,有氧呼吸已将        O2 消耗完,之后仅进行无氧呼吸,故密闭罐中                  CO2 浓度会增加,B     项正
确、C   项错误;由于酶具有最适温度,若超过最适温度,有氧呼吸速率会降低,D                              项错误。
    易错提醒:有关影响呼吸作用因素的两点提醒
    (1)有氧气存在不一定只进行有氧呼吸。
    ①当氧气浓度较低时,既进行有氧呼吸,也进行无氧呼吸,且无氧呼吸占优势。
    ②当氧气浓度较高时,无氧呼吸逐渐减弱,有氧呼吸逐渐增强,当氧气浓度增加到一
定值时,只进行有氧呼吸。
    (2)低温、低氧储存水果蔬菜,不代表氧气浓度和温度越低越好,应该是低氧和零上低
温,既要抑制细胞呼吸,又要保持水果蔬菜的营养和风味。
    〔变式训练     3〕 


    以下甲、乙两图都表示某植物的非绿色器官                  CO2 释放量和    O2 吸收量的变化。下列相关
叙述不正确的是( B )
    A.甲图中氧含量为        a 时的情况对应的是乙图中的           A 点
    B.甲图中氧含量为        b 时的情况对应的是乙图中的           CD 段
    C.甲图的    a、b、c、d   四个浓度中,c       是最适合贮藏植物器官的
    D.甲图中氧含量为        d 时没有酒精产生

    [解析] 甲图中氧含量为          a 时,细胞只释放      CO2 不吸收氧气,说明细胞只进行无氧呼

吸,对应乙图中的        A 点。甲图中氧含量为         b 时,CO2 的释放量远远大于氧气的吸收量,说明
细胞既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸,且无氧呼吸强度大,应对应乙图中的                                AC 段。贮藏植

物器官应选择      CO2 产生量最少即细胞呼吸最弱时,即甲图中的                  c 点。氧含量为     d 时,CO2  释
放量与氧气的吸收量相等,细胞只进行有氧呼吸,因此没有酒精产生。所以                                B 项错误。


    细胞呼吸方式的判断
    判定指标
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    CO2 释放量、O2   消耗量以及酒精产生量。
    判定原理

    呼吸底物是葡萄糖时,若只进行有氧呼吸,则                   O2 消耗量CO2   产生量=11;若只进

行产生酒精的无氧呼吸(酒精发酵),则                O2 消耗量CO2   产生量酒精产生量=011,若

只进行产生乳酸的无氧呼吸(乳酸发酵),则无                   O2 的消耗和   CO2 的产生。
    判定方法(底物为葡萄糖)
           物质变化特点                               细胞呼吸方式

①      CO2 释放量=O2   吸收量                        只进行有氧呼吸

②      不消耗氧气,释放        CO2                     只进行酒精发酵

③       CO2 释放量>O2 消耗量         进行有氧呼吸和酒精发酵,多余的              CO2 来自于酒精发酵

④     酒精产生量=CO2      释放量                       只进行酒精发酵

⑤      酒精产生量O2  消耗量时,比较有氧呼吸和无氧呼吸速率的方法:
        VCO2   4
    ①若   VO2 =3,有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖的速率相等。
        VCO2  4
    ②若   VO2 >3,无氧呼吸消耗葡萄糖的速率大于有氧呼吸。
        VCO2  4
    ③若   VO2 <3,有氧呼吸消耗葡萄糖的速率大于无氧呼吸。

    (2)如果出现    CO2 释放量
	
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