2020版高中生物 第五章 第3节 ATP的主要来源——细胞呼吸学案 新人教版必修1 13页

第3节　ATP的主要来源——细胞呼吸 ‎1．探究酵母菌细胞呼吸的方式，认识有氧呼吸和无氧呼吸的条件及产物。‎ ‎2．比较有氧呼吸和无氧呼吸的过程，掌握两过程的相同点和不同点。(重难点)‎ ‎3．细胞呼吸原理的应用。(重点)‎ 探 究 酵 母 菌 细 胞 呼 吸 的 方 式 ( 实 验 )‎ ‎1．实验原理 ‎(1)酵母菌是一种单细胞真菌，其代谢类型是兼性厌氧型，可用于研究细胞呼吸的不同方式。‎ ‎(2)CO2的检测：‎ ‎①澄清石灰水＋CO2→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＋CO2→由蓝变绿再变黄，且变黄时间长短与CO2产量有关。‎ ‎(3)酒精的检测：橙色的重铬酸钾溶液＋酒精变灰绿色。‎ ‎2．实验探究 ‎(1)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？‎ ‎(2)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 ‎(3)实验过程 ‎①配制酵母菌培养液：‎ ‎20 g新鲜食用酵母菌 240 mL质量分数为5%的葡萄糖溶液 ‎②检测CO2的产生：装置如下图所示，将此实验装置放到25～35 ℃的环境中培养8～10 h。‎ 甲　　　　　　　　　乙 13‎ ‎③检测酒精的产生：‎ ‎(4)实验现象 ‎①甲、乙两装置中石灰水都变混浊，但甲中混浊程度高且速度快。‎ ‎②2号试管中溶液由橙色变成灰绿色，1号试管不变色。‎ ‎(5)实验结论：‎ ‎①有氧条件下，酵母菌细胞呼吸产生大量CO2。‎ ‎②无氧条件下，酵母菌细胞呼吸产生酒精和少量CO2。‎ ‎[合作探讨]‎ 探讨1：教材P92的装置图中A装置中用气泵间歇性地通入空气的目的是什么？质量分数为10%的NaOH溶液的作用是什么？‎ 提示：用气泵间歇性地通入空气的目的是保证酵母菌有充足的氧气，以进行有氧呼吸。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混浊是由于酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致。‎ 探讨2：B装置中，为什么要将B瓶封口放置一段时间后再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶？‎ 提示：B瓶刚封口后，锥形瓶中有氧，酵母菌进行有氧呼吸，两瓶产生CO2的速度和量基本相等，所以需将开始产生的CO2排掉；一段时间后，B瓶中的氧消耗完，再连通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，否则会出现两组澄清石灰水混浊程度差不多的情况。‎ 探讨3：若实验检测时发现A瓶的酵母菌培养液中滴加0.5 mL溶有‎0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液后也产生了灰绿色，请思考原因是什么？‎ 提示：通气不足。‎ 探讨4：只通过检测产物中是否含有CO2可确定酵母菌细胞呼吸的方式吗？‎ 提示：不能确定。酵母菌进行有氧呼吸和无氧呼吸都产生CO2。‎ ‎[思维升华]‎ ‎1．实验课题的分析 ‎(1)本实验的探究课题可以转变为：探究有氧条件和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的情况。‎ 13‎ ‎(2)根据检测目的不同，可细化为两个子课题：①在有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸产生CO2的多少；②在有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸是否产生酒精。具体分析如下：‎ 课题名称 课题一 课题二 自变量 有氧和无氧 因变量 产生CO2的多少 酒精的有无 观察指标 ‎①澄清石灰水变混浊的程度②溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄所用时间的长短 重铬酸钾溶液的颜色变化 无关变量 温度、营养物质的浓度和总量 实验结论 在有氧条件下产生的CO2多 在无氧条件下才能产生酒精 ‎2.实验装置的分析(装置见教材P92)‎ ‎(1)第一组装置中的第一个锥形瓶中盛放的试剂是NaOH溶液，其目的是：使进入A中的空气先经NaOH处理后，排除空气中CO2对实验结果的干扰。‎ ‎(2)第二组装置中B瓶放置一段时间后，才能与装有澄清石灰水的锥形瓶连接，其目的是让酵母菌将B瓶中的氧气消耗掉，确保产物CO2均来自于无氧呼吸。‎ ‎3．实验中注意事项 ‎(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，才可加入新鲜食用酵母菌。‎ ‎(2)有氧条件装置必须持续通入空气，保证氧气的充足。‎ ‎1．下列关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”说法不正确的是(　　)‎ A．酵母菌常被用作研究细胞呼吸的实验材料，其主要原因是酵母菌属于兼性厌氧生物 B．在有氧呼吸的装置中，可将空气直接通入酵母菌的培养液 C．酵母菌呼吸产生的CO2可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄 D．酵母菌呼吸产生的酒精在酸性条件下能与橙色的重铬酸钾溶液反应变成灰绿色 ‎【解析】　酵母菌作为实验材料是因为它在有氧和无氧的条件下均能正常生存。酵母菌不论有氧还是无氧条件下均能产生CO2，为了防止空气中原有CO2的干扰，所以将空气先通入盛有NaOH溶液的锥形瓶中，然后再通入酵母菌溶液中。‎ ‎【答案】　B ‎2．某小组欲探究酵母菌有氧呼吸的产物，在实验中组成了如图装置。请完成以下问题。‎ ‎【导学号：19040213】‎ 13‎ ‎(1)提出假设：_______________________________________________。‎ ‎(2)材料用具(略)。‎ ‎(3)设计实验步骤：‎ ‎①将配制好的________，在B中装入___________________________，‎ 目的是________________，在C中装入_________________________；‎ ‎②依图安装好实验装置，并将装置_____________________；‎ ‎③一段时间后观察__________________________。‎ ‎(4)预期实验结果：___________________________。‎ ‎【解析】　实验假设是根据所学知识提出的，描述实验对象与实验条件之间关系，可以是肯定性的，也可以是否定性的。根据题中图示，联系酵母菌的代谢类型，可以提出肯定性的假设：酵母菌在有氧条件下，可以进行有氧呼吸，产生CO2。实验主要利用的生物材料是酵母菌，酵母菌利用的营养物质是葡萄糖，因此，应先将配制好的酵母菌葡萄糖溶液装入A瓶；实验中需要检测的因变量是CO2，所以要排除空气中含有的CO2对实验结果的影响，须在B瓶中装入NaOH溶液，吸收空气中的CO2，在C瓶中装入澄清的石灰水，检测是否生成了CO2。根据酵母菌的代谢特点可知，酵母菌在有氧条件下，进行有氧呼吸产生CO2，CO2使澄清的石灰水变浑浊，因此实验中会观察到该现象的发生，由此可证明所提出的假设。‎ ‎【答案】　(1)在有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸产生CO2　(3)①酵母菌葡萄糖溶液装入A瓶　NaOH溶液　除去空气中的CO2　澄清石灰水　②用凡士林密封　③澄清石灰水是否变混浊 ‎(4)若澄清的石灰水变混浊，证明酵母菌细胞进行有氧呼吸产生CO2‎ 有 氧 呼 吸 和 无 氧 呼 吸 ‎1．有氧呼吸 ‎(1)概念有氧呼吸 ‎(2)主要场所：线粒体(如图所示)‎ ‎①写出序号代表的结构名称：‎ a．外膜；b.内膜形成的嵴；c.线粒体基质。‎ 13‎ ‎②与有氧呼吸有关的酶分布在：b、c。(填序号)‎ ‎③线粒体的分布：集中在代谢旺盛的部位。‎ ‎(3)过程 ‎(4)总反应式 C6H12O6＋6O2＋6H2O12H2O＋6CO2＋能量。‎ ‎(5)反应特点 ‎①能量是逐步释放的。‎ ‎②有机物彻底氧化分解。‎ ‎2．无氧呼吸 ‎(1)类型及反应式：‎ ‎①分类依据：无氧呼吸的产物。‎ ‎②反应式 ‎(2)场所：细胞质基质。‎ ‎(3)过程：‎ ‎①第一阶段：与有氧呼吸的第一阶段完全相同。‎ ‎②第二阶段：丙酮酸在不同酶的催化下，分解成酒精和二氧化碳，或者转化成乳酸。‎ ‎[合作探讨]‎ 探讨1：仔细观察教材P93图5－8，分析线粒体与其功能相适应的结构特点有哪些？‎ 提示：线粒体内膜向内腔折叠形成嵴，大大增加了内膜表面积，在内膜上和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶。‎ 探讨2：分析糖类(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？‎ 13‎ 提示：因为线粒体膜上不含有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)。‎ 探讨3：细胞呼吸过程中能量发生了怎样的变化？无氧呼吸为什么产生的能量是少量的？‎ 提示：细胞呼吸过程中储存在有机物中的稳定化学能，转变成储存在ATP的高能磷酸键中活跃化学能和热能。无氧呼吸产生的能量少是因为无氧呼吸生成的乳酸或酒精中储存大部分能量。‎ 探讨4：在通风条件不好的环境中储藏的苹果会有酒味散发，而马铃薯储藏久了却不会有酒味产生，请分析其中的原因？为什么会产生这种差异？‎ 提示：苹果无氧呼吸的产物是酒精和CO2，马铃薯无氧呼吸的产物是乳酸。因为不同生物细胞所具有的酶不同，导致反应途径不同，产物也不同。‎ ‎[思维升华]‎ ‎1．有氧呼吸和无氧呼吸的过程(如图)‎ 其中①、④为无氧呼吸的第一、二阶段；①、②、③分别为有氧呼吸的第一、二、三阶段。‎ ‎2．有氧呼吸过程中各元素的来源和去路 ‎(1)CO2是在第二阶段产生的，是由丙酮酸和水反应生成的，场所是线粒体基质。‎ ‎(2)O2参与了第三阶段，[H]和O2结合生成水，所以细胞呼吸产生的水中的氧来自于O2，场所是线粒体内膜。‎ ‎(3)有氧呼吸过程中的反应物和生成物中都有水，反应物中的水用于第二阶段和丙酮酸反应，生成物中的水是有氧呼吸第三阶段[H]和O2结合生成的。‎ ‎3．有氧呼吸和无氧呼吸的比较 13‎ ‎1．如图表示呼吸作用过程中葡萄糖分解的两个途径。酶1、酶2和酶3依次分别存在于(　　)‎ A．线粒体、线粒体和细胞质基质 B．线粒体、细胞质基质和线粒体 C．细胞质基质、线粒体和细胞质基质 D．细胞质基质、细胞质基质和线粒体 ‎【解析】　图中酶1参与催化葡萄糖分解生成丙酮酸，为无氧呼吸和有氧呼吸的第一阶段，是在细胞质基质中进行的；酶2参与的是有氧呼吸的第二、三阶段，它是在线粒体中进行的；酶3参与的是无氧呼吸的第二阶段，它是在细胞质基质中进行的。‎ ‎【答案】　C 13‎ ‎2．下图为酵母菌细胞有氧呼吸的部分示意图，下列有关叙述正确的是 ‎(　　)‎ 葡萄糖丙酮酸二氧化碳 A．①过程进行的场所在线粒体 B．②过程的产物除了二氧化碳，还有H2O C．①、②过程一定都有能量释放 D．与②相比，①过程产生的[H]较多 ‎【解析】　①过程的场所是细胞质基质；②过程消耗H2O，不产生水；②过程比①过程产生的[H]多。‎ ‎【答案】　C ‎3．将酵母菌研磨成匀浆，离心后得上清液(细胞质基质)和沉淀物(含线粒体)，把等量的上清液、沉淀物和未曾离心的匀浆分别放入甲、乙、丙三个试管中，各加入等量葡萄糖溶液，然后置于隔绝空气的条件下。下列叙述正确的是 ‎(　　)‎ A．甲试管中最终产物为CO2和H2O B．乙试管中不发生反应 C．丙试管中有大量的ATP产生 D．丙试管中无CO2产生 ‎【解析】　根据题目中对酵母菌的处理，甲试管中装入的是细胞质基质，乙试管中装入的是线粒体，丙试管中装入的是未曾离心的酵母菌匀浆。三只试管中都装入葡萄糖，在无氧条件下，甲试管能够完成无氧呼吸的整个过程，产生酒精和CO2，释放出少量的能量；乙试管不发生反应；丙试管中能够完成整个的无氧呼吸过程。‎ ‎【答案】　B 细 胞 呼 吸 原 理 的 应 用 及 影 响 因 素 ‎1．有氧呼吸原理的应用 ‎(1)利用淀粉、醋酸杆菌或谷氨酸棒状杆菌可以生产食醋或味精。‎ ‎(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乳酸。‎ ‎(3)及时松土有利于根系生长。‎ ‎(4)稻田定期排水有利于根系有氧呼吸，防止幼根变黑、腐烂。‎ ‎2．无氧呼吸原理的应用 ‎(1)利用粮食通过酵母菌发酵可以生产各种酒。‎ ‎(2)包扎伤口应选用透气的敷料。‎ 13‎ ‎(3)破伤风芽孢杆菌可通过无氧呼吸进行大量繁殖，皮肤破损较深时，需清理伤口、注射破伤风抗毒血清等。‎ ‎[合作探讨]‎ 探讨1：请从无机盐离子的吸收方面分析，为什么农作物要及时松土？稻田长期不排水幼根为什么会变黑、腐烂？‎ 提示：①松土可增大土壤透气量，促进根有氧呼吸，为吸收无机盐离子提供能量。②水淹会使植物根部细胞进行无氧呼吸，产生的酒精会毒害细胞。‎ 探讨2：种子、水果和蔬菜在储存时仍进行细胞呼吸。从影响细胞呼吸的因素方面考虑，应如何保存种子、水果和蔬菜？‎ 提示：种子：低温、低氧、干燥保存。‎ 水果和蔬菜：零上低温、低氧、一定湿度条件下保存。‎ 探讨3：为什么水果、地瓜在密封的地窖中贮存很长时间而不变质？刚打开的密封的地窖不能进，这是为什么？‎ 提示：密封的地窖氧气被消耗，CO2浓度很高，高浓度的CO2抑制了水果、地瓜的细胞呼吸。刚打开的地窖由于缺少O2不能进。‎ ‎[思维升华]‎ 影响细胞呼吸的主要外界因素及应用 ‎1．温度 ‎(1)影响(如图)：细胞呼吸是一系列酶促反应，温度通过影响酶的活性而影响细胞呼吸速率。细胞呼吸的最适温度一般在25～‎35 ℃‎之间。‎ ‎(2)应用 ‎2．氧气 ‎(1)影响(如图)：O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。‎ ‎①O2浓度＝0时，只进行无氧呼吸。‎ ‎②0