1、第3节 ATP的主要来源细胞呼吸学习导航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.难点3探讨酵母菌的细胞呼吸方式.新知初探思维启动 一、细胞呼吸的概念及呼吸方式 1细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的_,生成二氧化碳或其他产物,释放出能量并生成_的过程.2细胞呼吸的实质:分解有机物,释放能量并生成ATP.氧化分解ATP二、探究酵母菌细胞呼吸的方式 1酵母菌的生存特点 在有氧和无氧的条件下都能生存,属于_.2呼吸产物的检测 兼性厌氧菌试剂 现象 衡量指标 CO2 澄清的石灰水 变浑浊 石灰水的浑浊程度 溴麝香草酚蓝水溶液 _ 由蓝变绿再变黄的时间长短 酒精 重铬酸钾 橙色
2、变_ 颜色变化 灰绿色由蓝变绿再变黄 3.实验结论:(1)酵母菌细胞呼吸类型:_.(2)呼吸产物:CO2、H2O和酒精.有氧呼吸和无氧呼吸三、有氧呼吸 1概念: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_,释放能量,生成大量ATP的过程.二氧化碳和水2主要场所线粒体3过程外膜内膜基质第一阶段 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 葡萄糖 丙酮酸、水 O2、H 生成物 丙酮酸、H、ATP _、H、ATP H2O、ATP 能量 少量能量 少量能量 _ CO2大量能量 5特点(1)必要条件:有氧参与,_催化.(2)过程特点:能量是逐步释
3、放的,有机物彻底氧化分解.4.有氧呼吸反应式:C6H12O66O26H2O酶6CO212H2O能量.多种酶6能量转化: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,其余的能量以热能形式散失掉.判一判(1)探究酵母菌有氧呼吸实验装置中盛有10%NaOH溶液的锥形瓶的作用是洗去空气中的浮尘.()(2)检测CO2的产生除澄清石灰水外,还可以用溴麝香草酚蓝水溶液检测.()(3)细胞有氧呼吸的场所是线粒体.()(4)只有有氧呼吸第三阶段产生水,该过程进行的场所是线粒体基质.()四、无氧呼吸 1类型:对于微生物而言,根据产物的不同,可分为酒精发酵和乳酸发
4、酵.2两种类型的比较 酒精发酵 乳酸发酵 场所 _ 细胞质基质 酒精发酵 乳酸发酵 过 程 第一阶段 第二阶段 _ _ 酒精CO2 乳酸 酒精发酵 乳酸发酵 反应式 能量转化 1 mol葡萄糖分解成乳酸后只释放196.65 kJ能量,其中有61.08 kJ储存在ATP中 想一想同是1 mol葡萄糖,为什么进行无氧呼吸释放出的能量比进行有氧呼吸少？【提示】一部分能量仍储存在酒精或乳酸中.五、细胞呼吸原理的应用 1包扎伤口应选用透气的敷料.2提倡慢跑等有氧运动使细胞进行有氧呼吸,避免肌细胞产生大量_.3及时松土有利于根系生长.4稻田定期排水有利于根系_,防止幼根变黑、腐烂.乳酸有氧呼吸要点突破讲练
5、互动 要点一 酵母菌细胞呼吸方式的探究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.要点突破(2)呼吸产物CO2 和酒精的检测澄清石灰水CO2 变混浊,且混浊程度与CO2 产量有关;蓝色的溴麝香草酚蓝水溶液CO2 变绿再变黄,且变黄时间长短与 CO2 产量有关;橙色重铬酸钾溶液酸性酒精变灰绿色.2设计思路设计对比实验控制变量 结果比较分析 得出结论(有氧、无氧条件)(CO2的多少)(两种呼吸方式)3实验步骤特别提醒(1)第一组装置让空气持续地依次通过3个锥形瓶,既保证O2的充分供应,又能保证空气通入A瓶之前先用NaOH溶液
6、吸收空气中CO2,排除空气中CO2对实验结果的干扰.(2)B瓶应封口放置一段时间后,再连通澄清石灰水,其原因是:封口放置一段时间后,酵母菌会将瓶中的氧气消耗尽,可以确保通入澄清石灰水(或溴麝香草酚蓝水溶液)的CO2是酵母菌无氧呼吸所产生的.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()A两个装置均需要在黑暗条件下进行B装置乙在处可检测到有酒精生成C装置乙中应让先放置一段时间,再与连接D装置甲中NaOH溶液的作用是吸收处的CO2关键点【思路点拨】本题主要考查探究酵母菌细胞呼吸方式实验的原理、实验操作关键步骤等.了解酵母菌细胞呼吸的类型.明确各锥形瓶中物质的作用.理解不同呼吸方
7、式下生成物的差异.无关变量的干扰如何排除.【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,但酵母菌通过无氧呼吸产生的酒精保留在中.C正确:装置乙的在封口一段时间后再连通盛有澄清石灰水的这样做是为了消耗装置内的氧气,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 互动探究(1)上述探究实验的自变量是什么？若将内的澄清石灰水由溴麝香酚蓝水溶液取代,颜色如何变化？(2)反应一段时间后,号瓶和号瓶的温度哪个较高？【提示】(
8、1)自变量为氧气的有无;颜色由蓝变绿再变黄.(2)号瓶内酵母菌进行有氧呼吸产生大量的能量,故号瓶温度较高.要点二 有氧呼吸和无氧呼吸的联系与区别1细胞呼吸的过程图解(1)图中忽略细胞与线粒体的大小比例.(2)有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段完全相同.从丙酮酸开始由于是否有氧的存在及酶种类的差异,才分别沿着不同的途径形成不同的产物.2有氧呼吸与无氧呼吸的比较 项目 有氧呼吸 无氧呼吸 不同点 条件 需氧 不需氧 场所 细胞质基质(第一阶段)线粒体(第二、三阶段)细胞质基质 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 项目 有氧
9、呼吸 无氧呼吸 相同点 反应条件 需酶和适宜温度 本质 氧化分解有机物,释放能量,生成ATP供生命活动所需 过程 第一阶段从葡萄糖到丙酮酸完全相同 意义 为生物体的各项生命活动提供能量 特别提醒(1)由葡萄糖的有氧呼吸反应式可知,消耗的O2与生成的CO2体积相等.(2)有氧呼吸和酒精发酵中都有CO2生成,但H2O是有氧呼吸的特有产物.(3)人和动物无氧呼吸产生乳酸,但有些高等植物的某些器官如玉米胚、马铃薯块茎、甜菜块根等无氧呼吸也产生乳酸.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表.若底物是葡萄糖,则下列叙述中正确的是()例2Aa条件下,呼吸产物除CO2外还有
10、酒精和乳酸 Bb条件下,有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸多 Cc条件下,无氧呼吸最弱 Dd条件下,产生的CO2全部来自线粒体【解析】植物种子萌发时进行细胞呼吸,通过表格可以看出,当氧气浓度为零时,仍有二氧化碳释放,说明此时种子进行无氧呼吸,既然有二氧化碳产生,则另一种产物就是酒精,而不是乳酸;当氧气浓度为3时,有氧呼吸产生的二氧化碳是3,呼吸作用释放的二氧化碳为8,则无氧呼吸产生的二氧化碳为835,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,很显然是无氧呼吸强;当处于d状态时,无氧呼吸消失,此时只进行有氧呼吸,且有氧呼吸产生二氧化碳是在线粒体基质中产生的.【答案】D【探规寻律】
11、在分析有氧呼吸和无氧呼吸物质变化的数量关系时有如下规律(1)不消耗O2,释放CO2只进行无氧呼吸(2)O2吸收量CO2释放量只进行有氧呼吸.(3)O2吸收量CO2释放量两种呼吸方式同时进行,多余CO2来自无氧呼吸.(4)酒精量CO2量只进行无氧呼吸.(5)酒精量CO2量两种呼吸方式同时进行,多余CO2来自有氧呼吸.变式训练以下甲、乙两图都表示苹果组织细胞中CO2释放量和O2吸收量的变化.下列相关叙述不正确的是()A甲图中氧浓度为a时的情况对应的是乙图中的A点B甲图中氧浓度为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是最适合贮藏的氧浓度D甲图中氧浓度为d时没有酒精产生解析
12、:选B.甲图中氧浓度为a时,细胞只释放CO2不吸收O2,说明细胞只进行无氧呼吸,对应乙图中的A点,A正确;甲图中氧浓度为b时CO2的释放量远远大于O2的吸收量,说明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AC段之间,B错误;贮藏植物器官应选择CO2产生量最少即细胞呼吸最弱时(图甲中的c点)的氧浓度,故C正确;氧浓度为d时,CO2的释放量与O2的吸收量相等,细胞只进行有氧呼吸,因此没有酒精产生,D正确.要点三 影响细胞呼吸的环境因素及在生产中的应用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
13、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氧气浓度以酵母菌(植物非绿色部分)产生CO2的速率与O2浓度的关系为例(1)对于有氧呼吸:氧是有氧呼吸的原料之一,在一定范围内,随着O2浓度增加,有氧呼吸强度也增加,但O2浓度达到一定值时有氧呼吸强度将不再随O2浓度增加而增加.(2)对于无氧呼吸:随O2浓度增加而受抑制,O2浓度越高,抑制作用越强,O2浓度达一定值时,被完全抑制.(3)应用作物栽培中,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.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
14、果、粮食的保存时间.3CO2: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.如图是外界条件对植物细胞呼吸速率的影响曲线图.请据图分析并回答下列问题:例3(1)从甲图可知细胞呼吸最旺盛时在_点,AB段说明随温度的升高,细胞呼吸强度_;温度主要通过影响_来影响呼吸强度.(2)乙图中曲线是_呼吸类型,若曲线I描述的是水稻根细胞的细胞呼吸,那么在DE段根细胞内积累的
15、物质是_.曲线在F点以后影响呼吸强度的外界因素主要是_,F点以前影响呼吸强度的外界因素主要是_.关键点【思路点拔】解答本题关键注意以下几点:温度通过影响酶的活性影响细胞呼吸.乙图中D点只进行无氧呼吸,E点两种呼吸方式同时进行,F点以后只进行有氧呼吸.【解析】(1)从甲图可知,曲线最高点即细胞呼吸最旺盛时所对应的B点,在AB段,随温度的上升细胞呼吸的相对速率逐渐增大,温度主要通过影响酶的活性来影响呼吸速率.(2)乙图中,曲线随着氧气浓度的上升,细胞呼吸的相对速率下降,说明曲线是无氧呼吸.水稻根细胞在DE段氧气浓度相对较低的情况下主要进行无氧呼吸,产生酒精.曲线是有氧呼吸曲线,F点以后细胞只进行有
16、氧呼吸,此时氧气浓度不再是限制细胞呼吸强度的主要因素,此时限制细胞呼吸强度的最可能因素是温度,而F点以前限制因素则是氧气浓度.【答案】(1)B 增强 酶活性(2)无氧 酒精 温度 氧气浓度变式训练下列有关粮食、水果的保存正确的是()A粮食、水果应该在无氧条件下保存,以抑制有氧呼吸消耗有机物B低温抑制酶的活性,从而抑制细胞呼吸,保存粮食、水果在零下低温的效果应该强于零上低温C水分会促进细胞呼吸,粮食、水果应该保存在干燥的环境中D粮食、水果释放CO2最少时对应的O2浓度是二者保存的最适O2浓度解析:选D.粮食保存在零下低温较好,以抑制细胞呼吸,减少有机物的消耗,但水果在零下低温时容易冻伤,会破坏水
17、果口味.完全无氧的环境,无氧呼吸旺盛,消耗的有机物较多.在低氧环境下,无氧呼吸和有氧呼吸都较弱,有机物消耗较少.粮食保存需要干燥的环境,以降低细胞呼吸对有机物的消耗;水果应该保存在湿润的环境下,避免因失水而破坏水果口味.对验证细胞呼吸的装置分析不到位不同种类的种子中储存的营养物质的种类不同.在科学研究中常用RQ(RQ释放的二氧化碳体积/消耗的氧气体积)来表示生物的有氧呼吸利用的能源物质的不同.下面是测定发芽种子呼吸商的两个装置图:易错警示 例(1)装置一中的小瓶中加入NaOH溶液的目的是_.(2)若发芽的种子已长出幼苗,进行该实验时,则应将装置放置在何种条件下进行？_;原因是_.(3)小琪同学
18、来做这个实验,她将同一种正在发芽的种子等量分装入两个装置.假定其他操作步骤无误,她发现装置一中的着色液向左移动,而装置二中的着色液位置却不发生改变,则可推定该种子发芽过程所消耗的能源物质主要是_,发生的反应方程式为:_.(4)若发现装置一与装置二中的着色液均向左移动,则该种子发芽过程中所消耗的能源物质主要是_,理由是_.【常见错误】第(2)问易误答为“光照下”“进行光合作用”.第(3)问的反应式易误写为“C6H12O66O2酶6CO26H2O”.第(4)问易误答为“葡萄糖”,或不能给出答案.【错因分析】导致该题错答的原因是:(1)对测定细胞呼吸的原理不理解.该实验把测定O2的消耗及CO2的产生
19、作为实验指标,有氧呼吸消耗O2,产生CO2,而光合作用消耗CO2,产生O2.因此光合作用的发生会干扰细胞呼吸气体量的变化.要测定呼吸速率应排除光合作用的影响.(2)没有掌握有氧呼吸的反应式.有氧呼吸第二阶段消耗H2O,第三阶段产生H2O,因此反应物和生成物中都应有H2O,而不能将反应物和生成物中的6个H2O抵消去.(3)不能充分挖掘题干信息.装置一中有氧呼吸产生CO2被NaOH溶液吸收,消耗O2导致着色液左移;装置二中没有NaOH溶液,着色液左移,说明消耗的O2体积大于产生的CO2体积,因此消耗的能源物质不可能是葡萄糖.脂肪含氢量高于糖类,进行有氧呼吸时消耗O2体积大于产生CO2的体积,着色液左移.【正确答案】(1)吸收发芽种子呼吸产生的二氧化碳(2)黑暗条件 避免幼苗进行光合作用,干扰细胞呼吸气体量的变化(3)葡萄糖(或糖类)C6H12O66O26H2O酶6CO212H2O能量(4)脂肪(或脂质)脂肪中碳氢百分比含量较高,吸收的氧气大于释放的二氧化碳
