人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第3节 细胞呼吸的原理和应用第1课时学案

第1课时　细胞呼吸的方式和有氧呼吸过程

必备知识·夯实双基

一、探究酵母菌细胞呼吸的方式

二、有氧呼吸

┃┃活学巧练 ■

(1)在探究酵母菌细胞呼吸的方式实验中，必须保证酵母菌是新鲜的、有活性的。    (＋＋＋＋　√　－－－－)

(2)只检测有无CO2产生即可确定酵母菌的呼吸方式。 (＋＋＋＋　×　－－－－)

(3)根据石灰水变混浊的程度可以确定CO2产生量的多少。 (＋＋＋＋　√　－－－－)

(4)酒精在中性或酸性条件下与重铬酸钾溶液反应产生灰绿色。 (＋＋＋＋　×　－－－－)

(5)有氧呼吸的过程只发生在线粒体内。 (＋＋＋＋　×　－－－－)

(6)有氧呼吸三个阶段所需要的酶是相同的。    (＋＋＋＋　×　－－－－)

(7)有氧呼吸的三个阶段均可产生ATP，但第三阶段产生的最多。 (＋＋＋＋　√　－－－－)

(8)有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合生成水。 (＋＋＋＋　×　－－－－)

(9)有氧呼吸的第三阶段既消耗水又产生水。 (＋＋＋＋　×　－－－－)

(10)需氧型细菌有氧呼吸的主要场所是线粒体。 (＋＋＋＋　×　－－－－)

思考：

1．利用课本酵母菌呼吸方式实验装置，设计实验，比较有氧呼吸与无氧呼吸能量释放的多少？

提示：在A、B瓶增加温度计，加入等量的酵母菌、葡萄糖培养液等，相同条件下观察比较温度计刻度上升情况。

2．酿酒业常用的菌种是酵母菌，发酵池往往封入一部分空气，为什么？

提示：酵母菌是兼性厌氧菌，有氧时进行有氧呼吸，大量繁殖获得大量菌种，把氧气耗尽，然后进行无氧呼吸产生酒精。

3．有氧呼吸过程中哪几个阶段有[H]产生？其消耗发生在哪个阶段？

提示：有氧呼吸过程中第一、二阶段有[H]产生，其去向是在第三阶段与氧气结合形成水。

4．有氧呼吸的生成物CO2中的C和O分别来自哪里？有氧呼吸的生成物H2O中的O从何而来？

提示：有氧呼吸的生成物CO2中的C来自葡萄糖，O来自葡萄糖和水。有氧呼吸的生成物H2O中的O来自氧气。

5．原核生物的有氧呼吸在哪里进行？

提示：原核生物没有线粒体，但很多原核细胞也能进行有氧呼吸，其有氧呼吸的三个阶段都在其细胞质基质中进行。

课内探究·名师点睛

探究酵母菌的呼吸方式

知识点

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，无氧呼吸产生酒精和CO2。

(2)呼吸产物——CO2和酒精的检测

①澄清石灰水变混浊，且混浊程度与CO2产量有关；

②蓝色的溴麝香草酚蓝溶液变绿再变黄，且变黄时间长短与CO2产量有关；

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

↓

↓

实验现象

↓

实验结论：葡萄糖

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。

┃┃典例剖析 ■

典例1　利用下图所示装置探究酵母菌的无氧呼吸，正确的操作方法是(＋＋＋＋　C　－－－－)

A．A瓶密封后，应该立即连通B瓶　

B．A瓶先敞口，培养一段时间，再连通B瓶

C．A瓶密封后，培养一段时间，再连通B瓶

D．实验后，在B瓶中加入重铬酸钾检验有无酒精产生

解析：A瓶密封后，锥形瓶内仍有少量氧气，所以不能立即连通B瓶，A错误；探究酵母菌的无氧呼吸的条件是无氧，所以A瓶先敞口培养一段时间不符合要求，B错误；A瓶密封后，培养一段时间，以便消耗掉瓶中的氧气，再连通B瓶，确保产生的二氧化碳都是无氧呼吸产生的，C正确；实验过程中，二氧化碳通过导管进入B瓶，酒精仍在A瓶中，所以实验结束后，取A瓶中培养液加入重铬酸钾检验酒精的产生，D错误。

┃┃变式训练 ■

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(＋＋＋＋　C　－－－－)

A．二氧化碳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混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

解析：酵母菌呼吸产物CO2可用澄清的石灰水或溴麝香草酚蓝溶液来检测，实验现象分别是澄清石灰水变混浊、溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄；酵母菌在有氧和无氧条件下都能产生CO2，因此不能根据CO2的产生与否来判断细胞呼吸方式；实验过程中需将葡萄糖溶液煮沸，目的是灭菌和去除溶液中的O2，减小实验的误差，此外还需保持无关变量温度、pH、培养液浓度等适宜。

有氧呼吸

知识点

1．线粒体的结构(如右图所示)

(1)双层膜

(2)嵴：由内膜的某些部位向内腔折叠形成。嵴使内膜的表面积大大增加，更有利于有氧呼吸的进行。

(3)基质：嵴的周围充满液态的基质。线粒体基质中含有少量的DNA和RNA，含有许多种与有氧呼吸有关的酶。

2．有氧呼吸的概念及实质

(1)概念：有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。

(2)实质：细胞在O2的参与下，氧化分解有机物，释放能量，供给生命活动的需要。

3．有氧呼吸的过程

特别提醒：反应式中左右两边的水不能抵消，原因是左边的水是用于生成[H]和部分CO2的，而右边的水分子中的氧原子全部来自O2。CO2中的氧原子一半来自C6H12O6，一半来自参与反应的水分子。

4．有氧呼吸过程中的产能及能量利用率

(1)产能：

(2)能量利用率：葡萄糖有氧分解时，能量利用率为×100%≈34.05%，还有约65.95%的能量以热能的形式散失。

┃┃典例剖析 ■

典例2　(2021·河北定州中学高一月考)如图表示有氧呼吸过程，下列有关说法正确的是(＋＋＋＋　D　－－－－)

A．①②④中数值最大的是①

B．③代表的物质名称是氧气

C．线粒体能完成图示全过程

D．原核生物能完成图示全过程

解析：有氧呼吸过程中第三阶段释放的能量最多，即图中的④，A错误；③是有氧呼吸第二阶段的反应物——水，B错误；有氧呼吸第一阶段的场所是细胞质基质，C错误；原核细胞没有线粒体，但是可以进行有氧呼吸，如蓝细菌，故原核生物能完成图示全过程，D正确。

┃┃变式训练 ■

2．如图表示某绿色植物细胞内部分物质的代谢过程，①②表示物质，一、二、三表示阶段，下列相关叙述正确的是(＋＋＋＋　A　－－－－)

A．图中的①、②依次是H2O和 O2

B．图中三个阶段释放的能量一样多

C．图中产生的能量都储存在ATP中

D．图中一、二阶段产生[H]的场所都是线粒体

解析：根据有氧呼吸第二阶段是丙酮酸和H2O反应生成CO2和[H]可以推知，①为H2O；根据有氧呼吸第三阶段是O2和[H]反应生成H2O可以推知， ②为O2 ，A正确；有氧呼吸第一、二阶段释放少量的能量，第三阶段释放大量的能量，B错误；题图中产生的能量大部分以热能形式散失，少部分储存在ATP中，C错误；题图中第一、二阶段产生[H]的场所分别是细胞质基质和线粒体，D错误。

指点迷津·拨云见日

关于细胞呼吸方式探究的注意事项

1．配制酵母菌培养液时，必须将煮沸的葡萄糖溶液冷却到常温，才可加入酵母菌。否则，高温会杀死酵母菌。

2．有氧条件：必须持续通入空气，以保证O2的充足。空气通入A瓶之前先用NaOH溶液处理，目的是吸收CO2，排除空气中CO2对实验结果的干扰。

无氧条件：装置中B瓶应封口放置一段时间后，再连接澄清的石灰水，其目的是先让酵母菌将B瓶中的O2消耗完，确保只进行无氧呼吸。

3．在25～35 ℃的环境中进行实验，此时的酵母菌中酶活性最高，生命活动最旺盛，细胞呼吸明显。

4．浓硫酸有腐蚀性，往试管中滴加浓硫酸时要缓慢、小心。

典例3　下图为探究酵母菌呼吸方式的实验设计装置。下列叙述正确的是(＋＋＋＋　B　－－－－)

A．实验自变量为温度

B．实验因变量为CO2的多少

C．空气泵泵入的气体应先除去O2

D．乙、丙两试管加入干酵母后应煮沸冷却除去CO2

解析：该实验的自变量是氧气的有无，温度属于无关变量，A错误；该实验通过Ca(OH)2溶液检测CO2的产生量，B正确；空气泵通入气体是为有氧呼吸提供O2，但应先除去泵入气体中的CO2，C错误；乙、丙两试管的培养液需煮沸(除去O2)冷却后再加入干酵母，避免高温杀死酵母菌，D错误。

解疑答惑

问题探讨⇨P90

1．通气是为了使酵母菌进行有氧呼吸而大量繁殖，密封是为了使酵母菌进行无氧呼吸产生酒精。

2．在氧气充足的环境下，其繁殖速度大大提高，因此能大量繁殖。

3．可以为酵母菌的生命活动提供能量。

思考·讨论⇨P93

1．有氧呼吸的能量转化效率大约是977.28÷2 870≈34%，由于1 mol ATP水解释放的能量是30.54 kJ，所以这些能量大约可以使977.28÷30.54×6.02×1023＝1.93×1025个ADP转化为ATP。

2．保护细胞的基本结构。如果组成细胞的化合物迅速而彻底地氧化分解，能量会迅速地全部释放出来，细胞的基本结构也会因此遭到彻底的破坏。

训练巩固·课堂达标

1．(2021·北京东城高一期末)下列可准确判断酵母菌呼吸作用方式的是(＋＋＋＋　C　－－－－)

A．有无二氧化碳的生成 B．有无乳酸的生成

C．有无酒精的形成 D．有机物的消耗量

解析：酵母菌细胞有氧呼吸与无氧呼吸都能产生二氧化碳，A不符合题意；酵母菌细胞有氧呼吸与无氧呼吸均不能产生乳酸，B不符合题意；酵母菌有氧呼吸的产物中无酒精，无氧呼吸的产物中有酒精，C符合题意；有机物的消耗量与温度、氧气浓度等多方面因素有关，不能根据有机物的消耗量判断细胞呼吸方式，D不符合题意。

2．(2021·湖北黄石高一期末)下列关于探究酵母菌细胞呼吸方式实验的分析，错误的是(＋＋＋＋　D　－－－－)

A．实验过程中氧气是引起酵母菌呼吸方式不同的外界因素

B．培养液中葡萄糖浓度过高会影响酵母菌的繁殖和生长

C．在有氧和无氧条件下培养酵母菌的培养液温度都升高

D．酵母菌细胞呼吸的产物都能用酸性重铬酸钾溶液鉴定

解析：该实验的自变量是氧气，即影响酵母菌细胞呼吸方式的因素是氧气，A项正确；培养液中葡萄糖浓度过高会导致酵母菌过度失水而死亡，B项正确；有氧呼吸和无氧呼吸均可产生能量，故培养酵母菌的培养液温度都升高，C项正确；酵母菌细胞无氧呼吸的产物——酒精能用酸性重铬酸钾溶液鉴定，有氧呼吸的产物不能用其鉴定，D项错误。

3．如图为“探究酵母菌的呼吸方式”的实验装置图，C、E瓶为澄清石灰水，请据图分析：

(1)A瓶加入的试剂是！！！  NaOH溶液 ###，其目的是！！！  排除空气中CO2对实验结果的干扰 _###，B中酵母菌细胞呼吸的场所为！！！  细胞质基质和线粒体 ###。

(2)乙装置的酵母菌产生CO2部位是！！！  细胞质基质 ###。酵母菌与乳酸菌在结构上最主要的区别是：前者！！！  有以核膜为界限的细胞核 ###。如果把18O2充入甲装置，则酵母菌内最先出现18O2标记的化合物是！！！  水 ###。

(3)D瓶应封口放置一段时间后，再连通E瓶，其原因是！！！  确保通入E瓶的CO2是酵母菌无氧呼吸所产生的 ###。

(4)图中装置有无错误之处？如果有，请在相应的图中加以改正。

如图：

　！！！               ###

解析：(1)A瓶加入的试剂是NaOH溶液，其目的是吸收空气中的CO2，排除空气中CO2对实验结果的干扰；B中酵母菌进行有氧呼吸，所以细胞呼吸的场所为细胞质基质和线粒体。(2)乙装置的酵母菌进行无氧呼吸，其产生CO2部位是细胞质基质。酵母菌属于真核生物，乳酸菌属于原核生物，二者在结构上最主要的区别是酵母菌有以核膜为界限的细胞核。如果把18O2充入甲装置，则酵母菌内最先出现18O2标记的化合物是水，即第三阶段与[H]结合生成的水。(3)D瓶应封口放置一段时间后，消耗尽装置中的氧气，形成无氧环境，再连通E瓶，其原因是确保通入E瓶的CO2是酵母菌无氧呼吸所产生的。(4)由B瓶通入C瓶的玻璃管应插入C瓶液面下，否则不能很好地检测实验结果。