人教版高中生物必修1第5章细胞的能量供应和利用第3节第1课时细胞呼吸的方式与有氧呼吸课件

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第3节　细胞呼吸的原理和应用第1课时　细胞呼吸的方式与有氧呼吸【主干知识梳理】一、探究酵母菌细胞呼吸的方式1．实验原理(1)酵母菌的代谢类型：在______和_____的条件下都能生存，属于__________菌。(2)细胞呼吸方式的判断：在有氧和无氧条件下，细胞呼吸的产物_____，以此来确定酵母菌细胞呼吸的方式。有氧无氧兼性厌氧不同2．实验装置(填写所需试剂)3．检测细胞呼吸产物所用试剂与实验现象变浑浊溴麝香草酚蓝溶液灰绿色4.实验结论(1)酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行___________。(2)在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的__________和___。(3)在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生_______，还产生少量的__________。细胞呼吸二氧化碳水酒精二氧化碳二、有氧呼吸1．主要场所——线粒体(据图填空)(1)写出图中序号代表的结构名称：①______；②____；③______；④____________。(2)与有氧呼吸有关的酶分布在：_____________。外膜嵴内膜线粒体基质②、③、④2．过程细胞质基质线粒体内膜葡萄糖丙酮酸、水H2O、ATP少量能量3.化学反应式________________________________________________。4．概念细胞在氧的参与下，通过________的催化作用，把葡萄糖等有机物______________，产生_____________，释放_____，生成大量ATP的过程。多种酶彻底氧化分解二氧化碳和水能量【教材微点发掘】1．某兴趣小组想探究酵母菌是否在有氧、无氧条件下均能产生CO2。现提供若干套(每套均有数个)实验装置，如下图A～D所示。(1)请根据实验目的选择装置序号，并按照实验的组装要求排序(装置可重复使用)，有氧条件下的装置序号：C→A→B(或C→B→A→B)；无氧条件下的装置序号：________。(2)装置中C瓶的作用是__________________，排除其对实验结果的干扰；B瓶中澄清的石灰水还可用___________________代替。(3)若要检测无氧呼吸时是否有酒精生成，应用______________溶液，现象是溶液颜色变为________。D→B吸收空气中的CO2溴麝香草酚蓝溶液酸性重铬酸钾灰绿色2．细胞呼吸产生的[H]是什么物质？其成分是蛋白质吗？提示：细胞呼吸产生的[H]是还原型辅酶Ⅰ(NADH)的简化表示方式，NADH是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的还原态，N指烟酰胺，A指腺嘌呤，D是二核苷酸，因此[H]的成分不是蛋白质。教材问题提示思考·讨论1．有氧呼吸的能量转化效率大约为34%。结合上一节所学内容， 1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ，因此，1 mol葡萄糖能够使32 mol ADP分子转化为ATP分子。2．提示：燃烧是一种迅速释放能量的过程，而有氧呼吸过程则是逐步缓慢释放能量，这种方式保证了有机物中的能量得到最充分的利用，主要表现在两个方面：可以使有机物中的能量逐步地转移到ATP中；能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。新知探究(一)　探究酵母菌细胞呼吸的方式【探究·深化】[情境质疑]酵母菌是兼性厌氧菌，因此可以用酵母菌来研究有氧呼吸和无氧呼吸。下面是简易的实验装置，结合该图进行探究：1．变量的控制及实验操作：(1)本实验的自变量为___________，因变量为________________________。(2)甲装置中，质量分数为10%的NaOH溶液的作用是什么？提示：NaOH溶液的作用是除去空气中的CO2，以保证第三个锥形瓶中澄清石灰水变浑浊是由于酵母菌有氧呼吸产生的CO2所引起的。(3)甲装置中用气泵间歇性地通入空气的目的是什么？提示：保证酵母菌有充足的氧气，以进行有氧呼吸。氧气的有无是否有CO2和酒精的产生(4)乙装置中，为什么要将B瓶封口放置一段时间后，再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶？提示：B瓶刚封口后，有氧气存在，酵母菌进行有氧呼吸，一段时间后，B瓶中的氧消耗完，再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶，可确保是无氧呼吸产生的CO2通入澄清的石灰水。(5)将葡萄糖溶液先煮沸再冷却后加入锥形瓶的原因是什么？提示：①加热煮沸后，葡萄糖溶液中的细菌会被杀死，可排除其他微生物对实验结果的影响；②加热煮沸时，可排出溶液中的O2；③若不冷却直接加入，温度过高会将酵母菌杀死。2．代谢产物的鉴定：(1)酵母菌细胞呼吸能产生CO2，试探究如何检测CO2产生量的多少？提示：CO2可使澄清的石灰水变浑浊，也可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。根据石灰水浑浊程度或溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养液中CO2产生量的多少。(2)能否以CO2的产生为指标来确定酵母菌的细胞呼吸方式？分析原因。提示：不能。酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO2，故不能以CO2的产生为指标来确定酵母菌的细胞呼吸方式。应以酒精为指标，因为酵母菌只有进行无氧呼吸时才能产生酒精。[重难点拨]1．实验步骤2．实验现象【典题·例析】[典例1]　下列有关“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的叙述，错误的是(　　)A．CO2可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄B．实验中需控制的无关变量有温度、pH、培养液浓度等C．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D．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[答案]　C[解析]　CO2可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄；在该实验中，温度、pH、培养液浓度等都属于无关变量，无关变量需保持相同且适宜；酵母菌是兼性厌氧菌，有氧呼吸和无氧呼吸都有CO2生成，而CO2可使澄清石灰水变浑浊，因此通过观察澄清石灰水是否变浑浊不能判断酵母菌的呼吸方式；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。[典例2]　以酵母菌和葡萄糖为材料进行“乙醇发酵实验”，装置图如下。下列关于该实验过程与结果的叙述，错误的是(　　)A．将温水化开的酵母菌悬液加入盛有葡萄糖溶液的甲试管后需振荡混匀B．在甲试管内的混合液表面需滴加一薄层液体石蜡以制造富氧环境C．乙试管中澄清的石灰水变浑浊可推知酵母菌细胞呼吸产生了CO2D．拔掉装有酵母菌与葡萄糖混合液的甲试管塞子后可闻到酒精的气味[答案]　B[解析]　干酵母需要用温水化开，以保持酵母菌的活性；酵母菌悬液加入葡萄糖溶液后要充分振荡，使葡萄糖与酵母菌混匀并充分接触，利于发生反应。在甲试管内的混合液表面滴加一薄层液体石蜡以制造无氧环境，利于乙醇发酵。若乙试管中的澄清石灰水变浑浊，说明酵母菌细胞呼吸产生了CO2。甲试管中的酵母菌进行无氧呼吸产生酒精，酒精具有挥发性，所以拔掉甲试管塞子后可闻到酒精的气味。【应用·体验】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(　　)A．两套装置均需要在黑暗条件下进行B．装置乙在Ⅱ处可检测到有酒精生成C．装置乙是对照组，装置甲是实验组D．装置甲NaOH溶液的作用是吸收 Ⅰ 处的CO2答案：B解析：两套装置均不需要在黑暗条件下进行；Ⅱ处酵母菌产生酒精；此实验是对比实验，没有对照组，都是实验组；装置甲中NaOH溶液的作用是吸收空气中的CO2。2．将酵母菌研磨成匀浆，离心后得到只含细胞质基质的上清液和含线粒体的沉淀物，分别放入甲、乙、丙三支试管中(如表)，并置于适宜温度但隔绝空气的条件下一段时间。下列叙述错误的是(　　)A.丙试管中有少量CO2产生B．乙试管中不发生反应C．丙试管中有少量的ATP产生D．甲试管中最终产物为CO2和H2O答案：D　解析：甲试管中含有上清液和葡萄糖溶液，在隔绝空气的条件下，可进行无氧呼吸，产生CO2和酒精。乙试管中含有线粒体和葡萄糖溶液，葡萄糖不能进入线粒体，所以不发生反应。丙试管中是完整的酵母菌和葡萄糖溶液，隔绝空气的条件下进行无氧呼吸产生少量CO2和ATP。新知探究(二)　有氧呼吸【探究·深化】[情境质疑]有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把有机物彻底氧化分解(通常以分解葡萄糖为主)，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。下图为有氧呼吸过程图示，据此分析有关问题：1．物质转变过程分析：(1)糖类(葡萄糖)为什么必须分解成丙酮酸后才能进行有氧呼吸的第二、三阶段？提示：因为线粒体膜上不含运输葡萄糖的载体蛋白，葡萄糖不能进入线粒体(或线粒体内没有催化葡萄糖分解的酶)。(2)有氧呼吸过程中，H2O参与第二阶段反应，在第三阶段产生；[H]在第________阶段产生，参与第三阶段的反应；O2只在第三阶段参与反应，CO2是在第二阶段产生的。一、二(3)若用18O分别标记有氧呼吸中C6H12O6中的氧和O2 中的氧，18O会分别出现在哪种产物中？(4)根据有氧呼吸的过程，写出有氧呼吸的反应式，并标出各元素的去向。提示：2．能量转化过程分析：有氧呼吸过程中，1 mol葡萄糖彻底氧化分解后释放出2 870 kJ的能量，其中977.28 kJ的能量储存在ATP中，其余的能量则以热能的形式散失。请你计算一下，有氧呼吸的能量转换效率大约是多少？这些能量大约能使多少个ADP转化为ATP?提示：977.28÷2 870×100%≈34.05%,977.28÷30.54＝32(mol)。[重难点拨]1．细胞呼吸反应物、生成物、场所与呼吸类型的关系2．有氧呼吸中氧元素的来源和去路3．能量代谢有氧呼吸三个阶段都释放能量产生ATP，细胞呼吸释放的能量大部分以热能的形式散失，少部分转移到ATP中。【典题·例析】[典例1]　如图甲是绿色植物在晴朗的白天有氧呼吸各阶段反应示意图，其中1～7表示能量或物质，图乙是线粒体简图。下列叙述错误的是(　　)A．图甲中2→3过程，所有活细胞内都能进行B．图甲中3→6过程，发生在图乙的②处C．图乙的③处能发生图甲中生成4的反应D．叶肉细胞内产生的6将全部释放到大气中[答案]　D[解析]　图甲中2→3过程表示有氧呼吸的第一阶段，与无氧呼吸的第一阶段完全相同，而活细胞都能进行细胞呼吸(有氧呼吸或无氧呼吸)；图甲中3→6过程表示有氧呼吸的第二阶段，场所是线粒体基质，即图乙的②处；图乙中③处为线粒体内膜，是有氧呼吸第三阶段的场所，发生[H]与O2结合生成水的过程，图甲中4指的是水；白天叶肉细胞中线粒体产生的6(CO2)可用于光合作用。[典例2]　提取鼠肝细胞的线粒体作为实验材料，向盛有线粒体的试管中注入丙酮酸时，测得氧的消耗量较大；当注入葡萄糖时，测得氧的消耗量较小，同时注入细胞质基质和葡萄糖时，氧消耗量又较大。下列叙述中与实验结果不符合的是(　　)A．有氧呼吸中，线粒体内进行的是第二、三阶段B．在线粒体内能分解丙酮酸，不能分解葡萄糖C．葡萄糖只能在细胞质基质内被分解成丙酮酸D．水是在细胞质基质中生成的[答案]　D[解析]　有氧呼吸的第一阶段在细胞质基质中进行，第二、三阶段在线粒体中进行，第三阶段[H]与氧气结合才有水的生成。【应用·体验】1．下图中表示的是某绿色植物细胞内部分物质的转变过程，下列有关叙述错误的是(　　)①图中①②两物质分别为H2O和O2②图中(二)、(三)两阶段产生[H]的场所都是线粒体③图中(三)阶段产生的H2O中的氢最终都来自葡萄糖④该过程只能在有光的条件下进行，无光时不能进行A．①②③　　　　B．①②④ C．②③④ D．①③④答案：C　解析：图中(一)、(二)、(三)分别表示有氧呼吸的第一、二、三阶段，前两个阶段产生[H]，第三个阶段消耗[H]，②错误；丙酮酸在H2O的参与下彻底分解成CO2和[H]，所以有氧呼吸第三阶段消耗的[H]最终来源于葡萄糖和H2O，③错误；有无光照都可进行呼吸作用，④错误。答案：A　科学探究——对照实验与对比实验1．对照实验如果两组实验中，除了一个因素不同外，其余因素都相同，那么这两组实验称为对照实验。对照实验一般要设对照组和实验组。一般来说，保持原有状态的组为对照组，人为改变条件的组为实验组；或者是已知实验结果的组为对照组，未知实验结果的组为实验组。2．对比实验设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验称为对比实验。对比实验结果事先一般均未知。对比实验不设对照组，均为实验组(或互为实验组和对照组)，是对照实验的一种特殊形式，即相当于“相互对照实验”。在探究酵母菌细胞呼吸方式的活动中，需要设置有氧和无氧两种条件，探究酵母菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式，这两个实验组的结果都是事先未知的，通过对比可以看出氧气条件对细胞呼吸的影响，图示如下：【素养评价】1．对比实验是科学探究中常用的方法之一。下列有关叙述错误的是(　　)A．探究酵母菌细胞呼吸的方式运用了对比实验B．对比实验中每个实验组的结果通常都是事先未知的C．对比实验往往没有对照组，而是设置两个或两个以上的实验组D．对比实验中因变量可以用多种指标表示，无关变量只需相同即可答案：D　解析：探究酵母菌细胞呼吸的方式运用了对比实验法，A正确；对比实验中每个实验组的结果通常是事先未知的，通过实验结果的对比来说明问题，B正确；对比实验往往没有对照组，而是设置两个或两个以上的实验组相互对照，C正确；对比实验的因变量可以用多种指标表示，无关变量需相同且适宜，D错误。2.如图表示的是测定保温桶内温度变化的实验装置。某研究小组以该装置探究酵母菌在不同条件下呼吸作用的情况。材料用具：保温桶(500 mL)、温度计、活性干酵母、质量浓度为0.1 g/mL的葡萄糖溶液、棉花、石蜡油。实验假设：酵母菌在有氧条件下呼吸作用比无氧条件下呼吸作用放出热量更多。(1)取A、B两装置设计实验如下，请补充下表中内容：(2)B装置葡萄糖溶液煮沸的主要目的是________，这是控制实验的__________变量。(3)要测定B装置因呼吸作用引起的温度变化量，还需要增加一个C装置。请写出C装置的实验步骤：(4)实验预期：在适宜条件下实验，30分钟后记录实验结果，若装置A、B、C温度大小关系是____________(用“<”“＝”或“>”表示)，则假设成立。解析：A、B两个实验装置作对照，A为有氧条件，B为无氧条件(步骤三加入石蜡油，隔绝氧气)。B装置煮沸的目的是去除氧气，和步骤三目的一样。两装置步骤二加入的都是10 g活性干酵母，体现了单一变量的实验原则。C装置和B装置作对照，用来排除其他因素造成的温度变化，因此，除了步骤二加入没有活性干酵母外，其他条件应该和B装置一样。A装置中酵母菌进行了有氧呼吸释放大量能量，温度最高，C装置没有活酵母菌，没有细胞呼吸，温度最低，B装置中酵母菌进行了无氧呼吸，释放的能量比A装置少，因此，装置A、B、C温度大小关系是A>B>C。答案：(1)①不加入石蜡油　②加入10 g活性干酵母(2)去除氧气　自　(3)③加入240 mL煮沸后冷却的葡萄糖溶液　④加入10 g没有活性干酵母　(4)A>B>C