人教课标生物必修1《ATP的主要来源细胞呼吸》课堂探究.docx
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人教课标生物必修1《ATP的主要来源细胞呼吸》课堂探究
课堂探究
探究点一有氧呼吸和无氧呼吸的过程
问题导引
蒸制馒头时，需要将面粉、酵子、水混合后和成面团进行发酵，发酵一段时间后面团会变软且有发热的感觉。
思考：
（1）什么是酵子？
在面团发酵中酵子起什么作用？
（2）发酵一段时间后的面团为什么会变软且有发热的感觉？
（3）面团发酵的时间如果太长会散发出一股酒精味，你知道为什么吗？
提示：
（1）酵子又叫老面，是上次蒸馒头时预留的含休眠酵母菌的面团。
在面团发酵中，酵子中的酵母菌恢复生物活性，通过呼吸产生CO2，使面团松软多孔。
（2）发酵一段时间后的面团变软且有发热感觉的原因：
酵母菌进行呼吸（有氧呼吸）会产生水且会释放出大量的热量。
（3）酵母菌既可以进行有氧呼吸，又可以进行无氧呼吸。
面团发酵的时间如果太长会导致氧气供应不足，部分酵母菌进行无氧呼吸产生酒精，使面团散发出一股酒精味。
名师精讲
1．有氧呼吸三个阶段物质变化与能量释放
第一阶段
第二阶段
第三阶段
场所
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
反应物
C6H12O6
（葡萄糖）
C3H4O3＋H2O
（丙酮酸）
[H]＋O2
生成物
C3H4O3＋[H]
CO2＋[H]
H2O
形成ATP数量
少量
少量
大量
与氧的关系
无关
无关
需氧
2.有氧呼吸的反应式
根据有氧呼吸的三个阶段物质变化情况，有氧呼吸的总反应式应该表示如下：
特别提醒①真核生物有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体，主要场所是线粒体。
②多数原核生物能进行有氧呼吸，场所只有细胞质基质。
3．无氧呼吸的过程
反应过程
场所
第一阶段
C6H12O6
2C3H4O3＋4[H]＋少量能量
细胞质基质
第二阶段
细胞质基质
总反应式
C6H12O6
2C2H5OH（酒精）＋2CO2＋少量能量
或C6H12O6
2C3H6O3（乳酸）＋少量能量
特别提醒酶的不同决定了丙酮酸还原产物的不同：
大多数植物无氧呼吸的产物是C2H5OH和CO2（但是玉米的胚、马铃薯块茎和甜菜块根的无氧呼吸却产生乳酸），动物及乳酸菌等无氧呼吸的产物是乳酸。
4．有氧呼吸与无氧呼吸的比较
有氧呼吸
无氧呼吸
不同点
反应条件
需要O2、酶和适宜的温度
不需要O2，需要酶和适宜的温度
呼吸场所
第一阶段在细胞质基质中，第二、三阶段在线粒体中
细胞质基质中
分解产物
CO2和H2O
CO2、酒精或乳酸
释放能量
1mol葡萄糖释放能量2870kJ，其中1161kJ转移至ATP中
1mol葡萄糖释放能量196.65kJ（生成乳酸）或225.94kJ（生成酒精和CO2），其中均只有61.08kJ转移至ATP中
特点
有机物彻底氧化分解，能量完全释放
有机物没有彻底氧化分解，能量没有完全释放
相同点
实质
分解有机物，释放能量，生成ATP为生物体的生命活动提供能量
意义
①细胞呼吸为生物体的生命活动提供能量
②细胞呼吸为生物体内其他化合物的合成提供原料
联系
第一阶段（从葡萄糖到丙酮酸）完全相同，之后在不同的条件、不同的场所和不同酶的作用下沿不同的途径形成不同的产物
【例题1】下图表示某种植物的非绿色器官（无氧呼吸的产物是酒精和CO2）在不同氧浓度下CO2的释放量（物质的量）与O2的吸收量（物质的量）的变化，请据图回答以下问题。
（1）O2浓度为0时，该器官的呼吸类型是________。
（2）在O2浓度为b以下时（不包括O点），该器官的呼吸类型是________，因为__________________________。
（3）该器官CO2释放与O2吸收两条曲线在Q点重合，其呼吸类型是________，因为________________________。
（4）由该曲线提示的原理，我们进行果实和种子储藏时，应取约a/2氧气浓度值，理由是________________________________________________________________________。
（5）图中阴影部分的面积代表_________________________________________________。
解析：
非绿色器官不进行光合作用，只进行细胞呼吸，所以CO2的释放量、O2的吸收量只与细胞呼吸有关。
有氧呼吸需要O2，释放CO2，而且O2的吸收量与CO2的释放量相等；无氧呼吸不需要O2，但释放CO2。
因此根据O2的吸收量和CO2的释放量的相对多少，可以判断植物非绿色器官的呼吸类型。
CO2的释放量大于O2的吸收量时，细胞进行无氧呼吸和有氧呼吸，CO2释放量比O2吸收量多出的部分来自无氧呼吸；CO2的释放量等于O2的吸收量时，细胞只进行有氧呼吸；O2浓度为0时，只释放CO2，不吸收O2，细胞只进行无氧呼吸。
（1）O2浓度为0时，该器官只释放CO2，不吸收O2，呼吸类型为无氧呼吸。
（2）在O2浓度为b以下时（不包括O点），CO2的释放量大于O2的吸收量，该器官既进行无氧呼吸，又进行有氧呼吸。
（3）该器官CO2释放与O2吸收两条曲线在Q点重合说明CO2的释放量等于O2的吸收量，该器官只进行有氧呼吸。
（4）由曲线分析可知，CO2的释放量表示细胞的总呼吸强度，a/2氧气浓度值时呼吸强度最低，消耗有机物少，此时适合储藏果实和种子。
答案：
（1）无氧呼吸
（2）无氧呼吸和有氧呼吸 CO2的释放量大于O2的吸收量
（3）有氧呼吸 CO2的释放量等于O2的吸收量
（4）此时呼吸作用最弱，有机物消耗少
（5）无氧呼吸中CO2的释放量
典型方法会根据CO2释放量和O2吸收量的相对多少判断器官的呼吸类型是解答此类题型的关键（仅限于无氧呼吸的产物为酒精和CO2的生物）。
判断依据如下表所示。
判断依据
判断结果
不吸收O2，只释放CO2
只进行无氧呼吸
既吸收O2，又释放CO2，而且吸收的O2量<释放的CO2量
既进行无氧呼吸，又进行有氧呼吸，释放的CO2量比吸收的O2量多出的部分来自无氧呼吸
吸收的O2量＝释放的CO2量
只进行有氧呼吸
变式训练机体在一定时间内，呼吸作用产生的CO2的物质的量与消耗的O2的物质的量的比值，常被用来判断呼吸分解有机物的种类，根据葡萄糖彻底氧化分解反应式计算，此比值应是（ ）
A．0.5 B．1.0C．1.5D．2.0
解析：
葡萄糖彻底氧化分解的反应式为：
C6H12O6＋6H2O＋6O2―→6CO2＋12H2O＋能量。
据反应式可以看出呼吸作用产生CO2的物质的量与消耗O2的物质的量的比值是1.0。
答案：
B
探究点二细胞呼吸的影响因素和细胞呼吸原,理的实践应用
问题导引
中耕是指作物生长期中在株行间进行的表土耕作。
思考：
（1）中耕对作物的生长有哪些作用？
（2）一般在何时进行中耕？
（3）中耕说明哪些因素是细胞呼吸的影响因素？
提示：
（1）中耕对作物的作用有：
①疏松表土，增加土壤通气性，提高地温，促进作物根的细胞呼吸；②促进好气微生物活动，促进土壤中养分的有效转化，提高作物对土壤中养分的吸收利用率；③去除杂草，促使作物根系伸展；④切断土壤毛细管现象，减少表层土壤的含水量，提高土壤的保水力。
（2）一般在降雨或灌溉导致土壤板结时进行。
（3）中耕主要说明氧气、温度、水分等是细胞呼吸的影响因素。
名师精讲
1．细胞呼吸的影响因素
以反应式为切入点理解细胞呼吸的影响因素。
有氧呼吸：
C6H12O6＋6H2O＋6O2
6CO2＋12H2O＋能量
无氧呼吸：
C6H12O6
2C3H6O3（乳酸）＋少量能量
或C6H12O6
2C2H5OH（酒精）＋2CO2＋少量能量
（1）内部因素——遗传因素（决定酶的种类和数量）。
①不同种类的生物呼吸速率不同，如一般情况下，旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物，变温动物小于恒温动物。
②同一生物的不同器官呼吸速率不同，如生殖器官大于营养器官。
③同一生物在不同的生长发育时期呼吸速率不同，如植物幼苗期、开花期呼吸速率升高，成熟期呼吸速率下降。
（2）环境因素。
因素
原因
曲线
应用
温度
最适温度时，细胞呼吸最强；超过最适温度呼吸酶活性降低，甚至变性失活，细胞呼吸受抑制；低于最适温度酶活性下降，细胞呼吸受抑制
①低温下贮存蔬菜、水果；②大棚蔬菜夜间适当降温以降低呼吸消耗，提高产量
O2
O2浓度低时，无氧呼吸占优势；随O2浓度增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强；但当O2浓度达到一定值后，随O2浓度增大，有氧呼吸不再加强（受呼吸酶数量等因素的影响）
适当降低O2浓度，抑制呼吸消耗，延长蔬菜、水果的保鲜时间
水
在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，随含水量的减少而减慢
将种子晒干，以减弱呼吸消耗，有利于贮藏
CO2
CO2是细胞呼吸的产物，对细胞呼吸有抑制作用
在蔬菜、水果保鲜中，增加CO2浓度（或充入N2）可抑制细胞呼吸，减少有机物消耗
2.呼吸原理的实践应用
（1）含义：
控制环境条件，促进或抑制细胞呼吸（或有氧呼吸或无氧呼吸）。
（2）实例。
利用的呼吸类型
控制条件
目的、原理
有氧呼吸
提倡有氧运动（如慢跑、打太极拳等）
不会因剧烈运动时无氧呼吸积累的乳酸过多而使肌肉酸胀无力
作物栽培时及时松土透气
利用根的有氧呼吸，促进水和无机盐的吸收
稻田定期排水
水稻的根比较适应无氧呼吸，但也需要进行有氧呼吸，定期排水避免根无氧呼吸产生的大量酒精对细胞产生毒害作用，使其腐烂
利用酵母菌发面时注意通气
在馒头、面包的制作过程中，利用酵母菌的有氧呼吸，使馒头、面包变得松软可口
无氧呼吸
选用“创可贴”、透气消毒纱布包扎伤口
为伤口创造有氧的环境，避免厌氧病菌的繁殖，有利于伤口的愈合
伤口过深或被锈钉扎伤，须及时治疗
避免破伤风芽孢杆菌进行无氧呼吸而大量繁殖，引发破伤风
制作酸菜、酸奶、泡菜时注意容器的密封
利用乳酸菌无氧呼吸产生乳酸的过程
酿酒时注意密封
利用酵母菌无氧呼吸产生酒精
细胞呼吸
低氧、低温条件储藏农产品
抑制总细胞呼吸，减少CO2的释放和有机物的消耗
特别提醒粮食和果蔬的储藏条件有所不同。
①粮食需提供的条件是干燥、低氧、低温；②果蔬需提供的条件是一定的湿度、低氧和零上低温，因为果蔬的储藏不仅要减少有机物的消耗，还需要保鲜。
【例题2】储藏苹果时既要保持其口感又要减少水分的消耗，下列最适宜的储藏条件是（ ）
A．高CO2浓度、低氧浓度和零下低温
B．低CO2浓度、高氧浓度和零下低温
C．低氧浓度、高CO2浓度和零上低温
D．完全无氧、高CO2浓度和零上低温
解析：
酶的活性在一定范围内随温度的升高而增强，故低温是储藏苹果有效方法之一，但零下低温会引起冻伤。
随着氧气浓度的不断增大，有氧呼吸不断增强而无氧呼吸逐渐受抑制，低氧时二者都很弱。
CO2是呼吸产物，当CO2增加时会抑制细胞呼吸的进行。
答案：
C
判断正误（正确的画“√”，错误的画“×”）。
1．细胞呼吸的实质是吸收氧气、分解有机物、释放能量。
（ ）
2．有氧呼吸的场所是线粒体。
（ ）
3．剧烈运动时，人体骨骼肌的呼吸类型主要是无氧呼吸。
（ ）
4．对人的骨骼肌而言，当CO2的释放量等于O2的吸收量时，人的骨骼肌只进行有氧呼吸。
（ ）
5．酵母菌细胞产生CO2的场所是细胞质基质或线粒体基质。
（ ）
6．人的细胞产生CO2的场所是细胞质基质或线粒体基质。
（ ）
7．马铃薯的块茎无氧呼吸的产物为乳酸。
（ ）
8．细胞进行无氧呼吸释放能量比较少的原因是有机物氧化分解不彻底。
（ ）
9．果蔬的储藏条件是干燥、低氧、零下低温等。
（ ）
答案：
1.提示：
× 细胞呼吸的实质是分解有机物、释放能量。
2.提示：
× 真核细胞有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体，原核细胞有氧呼吸的场所是细胞质基质。
3.提示：
× 人体骨骼肌的呼吸类型主要是有氧呼吸。
4.提示：
× 人的无氧呼吸不消耗O2，也不释放CO2，因此人的骨骼肌无论处于何种呼吸状态，CO2的释放量总是等于O2的吸收量。
5.提示：
√
6.提示：
× 人的细胞只通过有氧呼吸产生CO2，产生场所为线粒体基质。
7.提示：
√
8.提示：
√
9.提示：
× 储藏果蔬的目的：
一是降低呼吸，减少有机物的消耗；二是保鲜。
干燥、零下低温不利于果蔬的保鲜。
探究酵母菌细胞呼吸的方式
实验指导
1．实验原理
（1）酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。
（2）CO2可使澄清石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。
根据石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养过程中CO2的产生情况。
（3）橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与乙醇（酒精）发生化学反应，变成灰绿色。
2．方法步骤
提出问题→作出假设→设计实验（包括选择实验材料、选择实验器具、确定实验步骤、设计实验记录表格）→实施实验→分析与结论→表达与交流。
（1）酵母菌培养液的配制。
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，再分别向瓶中注入240mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。
（2）检测CO2的产生。
①将装置（甲）连通橡皮球，让空气间歇性地依次通过3个锥形瓶，既保证O2的充分供应，又使进入A瓶的空气先经过NaOH的锥形瓶，洗除空气中的CO2，保证第三个锥形瓶的澄清石灰水变混浊是由酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致。
②B瓶应封口放置一段时间，待酵母菌将B瓶中的氧消耗完，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，确保是无氧呼吸产生的CO2通入澄清的石灰水。
（3）检测酒精的产生。
在A、B中各取2mL酵母菌培养液的滤液，分别注入1号、2号干净的试管中，在1号、2号试管中各滴加0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液，并轻轻振荡，观察试管中溶液的颜色变化。
3．实验现象及分析
（1）现象：
甲、乙装置石灰水都变混浊，装置甲现象更明显。
2号试管由橙色变成灰绿色，1号试管不变色。
（2）分析：
①酵母菌在有氧和无氧条件下都产生CO2；②酵母菌有氧比无氧时放出的CO2多且快；③无氧时酵母菌分解葡萄糖产生酒精。
4．实验拓展——判断呼吸类型的实验装置图解析
（1）甲装置只能判断是否进行有氧呼吸，不能判断是否进行无氧呼吸。
如果酵母菌进行有氧呼吸，则需要消耗装置中的O2，产生的CO2又被NaOH溶液所吸收，所以会导致甲装置内的气体体积减小，现象是红色液滴左移。
如果酵母菌进行无氧呼吸，无氧呼吸产生的CO2会被NaOH溶液吸收，不会改变气体的体积，所以无法判断是否进行无氧呼吸。
（2）乙装置只能判断是否进行无氧呼吸，不能判断是否进行有氧呼吸。
如果酵母菌进行无氧呼吸，则会产生CO2，由于不消耗O2，会使容器中的气体体积增加，红色液滴右移。
如果酵母菌进行有氧呼吸，有氧呼吸的O2量恰好等于释放的CO2量，则容器内的气体体积不改变，红色液滴不移动，所以无法判断是否进行有氧呼吸。
（3）根据甲、乙两个装置的现象可以判断酵母菌细胞呼吸的类型。
现象
结论
甲装置中的液滴
乙装置中的液滴
左移
不移动
只进行有氧呼吸
不移动
右移
只进行无氧呼吸
左移
右移
既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸
不移动
不移动
不进行呼吸（酵母菌已死亡）
设计体验
下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（ ）
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先放置一段时间，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：
A错误：
黑暗或光照对酵母菌的细胞呼吸方式没有影响。
B错误：
装置乙中酵母菌通过无氧呼吸产生的CO2可通过导管进入Ⅲ，但酵母菌通过无氧呼吸产生的酒精保留在Ⅱ中。
C正确：
装置乙的Ⅱ在封口一段时间后再连通盛有澄清石灰水的Ⅲ，这样做是为了消耗装置Ⅱ内的氧气，防止酵母菌的有氧呼吸对实验结果的干扰。
D错误：
装置甲中NaOH溶液的作用是使进入Ⅰ的空气先经过NaOH溶液处理，排除空气中CO2对实验结果的干扰。
答案：
C
1．测定下列哪项可简便且准确判断储存小麦种子的细胞呼吸方式？
（ ）
A．有无酒精的生成B．有无水的生成
C．有无有机物消耗D．O2消耗量与CO2生成量的比值
2．生物呼吸作用过程中，若有CO2放出，则可判断此过程一定（ ）
A．不是乳酸发酵B．不是酒精发酵C．是有氧呼吸D．是无氧呼吸
3．在a、b、c、d条件下，测得某植物种子萌发时CO2和O2体积变化的相对值如下表。
若底物是葡萄糖，则下列叙述中正确的是（ ）
CO2释放量
O2吸收量
a
10
0
b
8
3
c
6
4
d
7
7
A.a条件下，呼吸产物除CO2外还有酒精和乳酸
B．b条件下，有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸多
C．c条件下，无氧呼吸最弱
D．d条件下，产生的CO2全部来自线粒体
4．在温室中栽培农作物时，为提高农作物产量，在长时间遇到大雾笼罩的天气时，应采取的措施是（ ）
A．盖上黑色塑料薄膜B．适当降低温室温度
C．适当提高温室温度D．充入大量O2
答案：
1.解析：
A项错误：
有酒精产生时可推测其进行了无氧呼吸，但无法推测是否也进行了有氧呼吸；B项错误：
有水产生时可推测其进行了有氧呼吸，但无法推测是否也进行了无氧呼吸；C项错误：
无论有氧呼吸还是无氧呼吸都消耗有机物；D项正确：
若无O2消耗，可推测其只进行无氧呼吸；若O2消耗量等于CO2生成量，可推测其只进行有氧呼吸，若O2消耗量小于CO2生成量，可推测其同时进行了两种呼吸。
答案：
D
2.解析：
有氧呼吸的产物是CO2和H2O；无氧呼吸中酒精发酵的产物是酒精和CO2，乳酸发酵的产物中没有CO2。
答案：
A
3.解析：
植物种子萌发进行细胞呼吸，通过上表可以看出，当O2吸收量为0时，仍有CO2释放，说明此时种子进行无氧呼吸，有CO2产生，则另一种产物就是酒精，而不是乳酸；当O2吸收量为3时，有氧呼吸产生的CO2是3，则无氧呼吸产生的CO2为8－3＝5，则有氧呼吸消耗的有机物为0.5，无氧呼吸消耗的有机物是2.5，无氧呼吸占优势；c条件时，VCO2>VO2，则同时进行着无氧呼吸和有氧呼吸；d条件时，无氧呼吸消失，此时只进行有氧呼吸，且CO2是在线粒体基质中产生的。
答案：
D
4.解析：
大雾笼罩的天气，光合作用很弱，而呼吸作用正常进行，故应降低温度，抑制呼吸作用相关酶的活性，减少有机物的消耗。
答案：
B
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