生物人教版 (2019)第3节 细胞呼吸的原理和应用教学设计

导入新课

问题导入：出示酵母菌和葡萄酒的生产车间提出问题：

1.都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？

2.为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？

3.在密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精对它自身有什么意义？

思考、回答问题

 引发学生思考，激发学生兴趣，

引入新课

讲授新课

知识点一： 细胞呼吸的方式

一、细胞呼吸的概念

细胞内的有机物在经过一系列氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，并释放能量的过程。

二、探究细胞呼吸的方式

酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存，属兼性厌氧型生物,常用于呼吸作用方式的研究。

请你设计和进行对比实验，分析有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的情况。

问题：

1.探究实验的步骤是什么？

提出问题、作出假设、设计实验、进行试验、得出结论、交流讨论

2.什么是对比实验？

对比实验：

指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关系，这样的实验称为对比实验。　

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”。

（1）提出问题

1.说一说你了解哪些有关酵母菌的知识？

2.想一想关于酵母菌细胞呼吸的方式，自己有哪些不清楚的地方，提出要探究的问题。

参考问题

①酒精是酵母菌在有氧条件下还是在无氧条件下产生的？

②酵母菌的细胞呼吸会产生CO2，但是不同条件下产生的CO2是否一样多？

（2）提出假设

根据自己已有的知识和生活经验，针对所提出的问题作出假设

（3）设计实验

先确定实验的总体思路，再逐步细化，写出包括材料用具和方法步骤在内的实验方案。

关注问题：

1.怎样控制有氧和无氧的条件？

2.怎样鉴定有无酒精产生？怎样鉴定有无CO2产生？如何比较CO2产生的多少？

3.怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？

参考资料：

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（500mL）中。分别向瓶中注入240mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。

2.检测二氧化碳的产生：用锥形瓶和其他材料用具组装好实验装置（如下图），A装置连通橡皮球（或气泵），让空气间歇性地依次通过3个锥形瓶（50min）（为什么在通入A瓶之前先用NaOH溶液处理？）。B装置中B瓶应封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶（想一想，这是为什么？）。然后将实验装置放到25～35℃的环境中培养8 ～10h。

3.CO2的检测方法

（1）CO2使澄清石灰水变浑浊，澄清石灰水越浑浊，说明产生的CO2越多。

（2）CO2使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄，溴麝香草酚蓝水溶液变黄色的时间越短，说明产生的CO2越多。

4.检测酒精的产生：

原理：橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与乙醇（俗称酒精）发生化学反应，变成灰绿色。

具体操作：（1）各取2mL酵母菌培养液的滤液，分别注入2支干净的试管中。

（2）向试管中分别滴加0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液（质量分数为95% ～ 97%）并轻轻振荡，使它们混合均匀。

（3）观察试管中溶液的颜色变化。

注意：（1）葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，因此，应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。

（2）浓硫酸有腐蚀性，向试管中滴加浓硫酸时要缓慢、小心。

（4）得出结论、交流讨论

根据实验结果得出本小组的结论。然后，用简明而科学的语言，说出酵母菌的细胞呼吸有几种方式，每种方式的条件和产物有什么区别？

酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸。在有氧条件下，通过细胞呼吸产生大量的CO2，在无氧条件下通过细胞呼吸产生酒精和少量的CO2。

细胞呼吸的方式包括有氧呼吸和无氧呼吸。

三、有氧呼吸

（1）有氧呼吸的主要场所：线粒体

线粒体结构:外膜、嵴、内膜、基质（含与有氧呼吸有关的酶）

功能：有氧呼吸的主要场所（细胞的动力车间）

（2）有氧呼吸最常用的物质：葡萄糖

（3）有氧呼吸总反应式：

（4）有氧呼吸的过程

第一阶段：葡萄糖的初步分解

场所：细胞质基质

第二阶段：丙酮酸彻底分解

场所：线粒体基质

第三阶段： [H]的氧化

场所：线粒体内膜

（5）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，生成大量ATP的过程。

（6）与生物体外的燃烧相比，有氧呼吸具有的不同特点：

①有氧呼吸过程温和。

②有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放。

③这些能量有相当一部分储存在ATP中。

（7）思考：

①在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870kJ的能量，其中977.28kJ左右的能量储存在ATP中，其余以热能形式散失。请你计算一下，有氧呼吸的能量转化效率大约是多少，这些能量大约能使多少ADP转化为ATP？

②与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐级释放能量的，这对于生物体来说具有什么意义？

四、无氧呼吸

（1）无氧呼吸最常用的物质：葡萄糖

（2）无氧呼吸的场所 ：细胞质基质

（3）无氧呼吸的分类：

①以酒精和二氧化碳为呼吸产物的无氧呼吸：

反应式：

常见例子：苹果、水稻等绝大多数高等植物在缺氧时可进行这样的反应；

酵母菌在缺氧时也可进行这样的反应。

②以乳酸为呼吸产物的无氧呼吸：

反应式：

常见例子：高等动物和人在剧烈运动时骨胳肌细胞会进行这样的呼吸；

某些高等植物的某些器官在缺氧时也可进行这样的呼吸，如马铃薯块茎、甜菜块根等；

某些微生物，如乳酸菌也进行这样的呼吸。

在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程，就是无氧呼吸。

（4）有氧呼吸与无氧呼吸的比较

（5）细胞呼吸除了能为生物体提供能量，还是生物体代谢的枢纽

知识点二： 细胞呼吸原理的应用

出示图片

1.包扎伤口时，需要选用透气的消毒纱布或“创可贴”等敷料。

2.利用麦芽、葡萄、粮食和酵母菌以及发酵罐等，在控制通气的情况下，可以生产各种酒

3.储藏水果、粮食的仓库，往往要通过降低温度、降低氧气含量等措施，来减弱水果、粮食的呼吸作用，以延长保质期

4.花盆里的土壤板结后，空气不足，会影响根系生长，需要及时松土透气。

5.破伤风由破伤风芽孢杆菌引起，这种病菌只能进行无氧呼吸。皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，病菌就容易大量繁殖，遇到这种情况需要及时到医院治疗

6.提倡慢跑等有氧运动的原因之一是：有氧运动能避免肌细胞因供氧不足进行无氧呼吸产生大量乳酸。乳酸的大量积累会使肌肉酸胀乏力。

思考讨论：

1.任选上述2～3个实例，分析人们在生产和生活中应用了细胞呼吸原理的哪些方面。

2.生活和生产中还有哪些应用细胞呼吸原理的事例？试再举一两例加以说明。

思维训练：运用证据和逻辑评价论点

关于真核细胞线粒体的起源，科学家提出了一种解释：约十几亿年前，有一种真核细胞吞噬了原始的需氧细菌，被吞噬的细菌不仅没有被消化分解，反而在细胞中生存下来了。需氧细菌从宿主细胞那里获取丙酮酸，宿主细胞从需氧细菌那里得到丙酮酸氧化分解释放的能量。在共同生存繁衍的过程中，需氧细菌进化为宿主细胞内专门进行细胞呼吸的细胞器。以下哪些证据支持这一论点，哪些不支持这一论点？

1.线粒体内存在与细菌DNA相似的环状DNA。

2.线粒体内的蛋白质，有少数几种由线粒体DNA指导合成，绝大多数由核DNA指导合成。

3.真核细胞内的DNA有极高比例的核苷酸序列经常不表现出遗传效应，线粒体DNA和细菌的却不是这样。

4.线粒体能像细菌一样进行分裂增值。

按要求阅读课本、思考、讨论

回答问题

思考、讨论

回答问题

思考、讨论回答问题

按要求阅读课本、思考、讨论

回答问题

培养学生思考和分析问题的能力，小组合作能力

培养学生阅读提取信息的能力和思考和分析问题的能力，小组合作能力

启发学生的思考，培养学生收集资料解决问题的能力

课堂练习

1、下列关于细胞呼吸的说法，不正确的是（     ）

A、细胞呼吸实际上是在细胞内进行有机物的氧化分解，释放能量的过程

B、细胞呼吸实际上就是细胞与外界环境间的气体交换 

C、细胞呼吸是细胞内有机物“缓慢燃烧”的过程   

D、细胞呼吸发生在活细胞内

2. 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可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄

B、该实验中需控制的无关变量有温度、pH、培养液的量等

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、该实验中将葡萄糖溶液煮沸的目的是灭菌和去除葡萄糖溶液中的O2

3. 如图是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置。下列说法不正确的是（      ）

A、装置甲中NaOH溶液的作用是除去空气中的CO2 

B、装置乙中瓶Ⅱ封口后应该静置一段时间再连通瓶Ⅲ

C、相同实验时间内，瓶Ⅰ内酵母菌释放的能量比瓶Ⅱ多

D、相同实验时间内，甲、乙两装置中澄清石灰水的浑浊程度相同

4.下列关于细胞呼吸原理的应用，不正确的是（  ） 

A．用透气的纱布包扎伤口，可抑制厌氧菌的繁殖　

B．稻田定期排水，可避免水稻幼根因缺氧产生乳酸，导致其变黑、腐烂

C．花盆中土壤板结，需要及时松土透气，以促进根对无机盐的吸收

D．种子在低温、低氧、干燥环境中，可降低呼吸作用，减少有机物消耗

限时独立自主完成

巩固新知，提升能力

课堂小结

梳理知识、理清思路，便于记忆

板书设计

5.3细胞呼吸的原理及应用

                          第一阶段

有氧呼吸  第二阶段

细胞呼吸的方式            第三阶段

                无氧呼吸  第一阶段

                 第二阶段

细胞呼吸原理的应用   透气创可贴

                     酿酒

                     土壤松土

                     慢跑

                     水果储藏

                     深伤口需及时治疗