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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