2020-2021学年高中生物新教材人教版必修1学案：第5章第3节 第2课时无氧呼吸与细胞呼吸原理的应用（教师备课专用） 14页

www.ks5u.com 第2课时　无氧呼吸与细胞呼吸原理的应用 课标要求 核心素养 ‎1.概述无氧呼吸的过程。‎ ‎2.说明有氧呼吸和无氧呼吸的异同。‎ ‎3.举例说明细胞呼吸原理的应用。‎ ‎1.生命观念——分析与综合：分析有氧呼吸与无氧呼吸的过程，区别二者的异同。‎ ‎2.社会责任——依据细胞呼吸原理指导农业生产，解决实际问题。‎ 知识导图 新知预习·双基夯实 一、无氧呼吸 ‎1．条件：无氧条件下。‎ ‎2．场所：__细胞质基质__‎ ‎3．类型 类型 项目 酒精发酵 乳酸发酵 场所 ‎__细胞质基质__‎ 过 程 第一阶段 葡萄糖__[H]＋丙酮酸__＋少量能量 第二阶段 丙酮酸＋[H]__酒精＋CO2__‎ 丙酮酸＋[H]__乳酸__‎ 化学反应式 C6H12O6__2C2H5OH＋2CO2__＋少量能量 C6H12O6__2C3H6O3__＋少量能量 能量转化 只在__第一阶段__释放出少量的能量，生成__少量ATP__，葡萄糖分子中的大部分能量则存留在__酒精或乳酸__中 二、细胞呼吸 ‎1．概念：细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的 ‎__氧化分解__，生成__二氧化碳或其他产物__，释放出能量并生成__ATP__的过程。‎ ‎2．实质：氧化分解__有机物__，释放能量。‎ 三、细胞呼吸原理的应用 ‎┃┃活学巧练__■‎ ‎(1)哺乳动物成熟的红细胞只能进行无氧呼吸。 (√)‎ ‎(2)无氧呼吸的终产物是丙酮酸。 (×)‎ ‎(3)无氧呼吸是不需氧的呼吸，因而其底物分解不属于氧化反应。 (×)‎ ‎(4)葡萄糖氧化分解为丙酮酸只发生在有氧呼吸过程中。 (×)‎ ‎(5)无氧呼吸不需要O2的参与，该过程最终有[H]的积累。(×)‎ ‎(6)人剧烈运动时产生的CO2是有氧呼吸和无氧呼吸共同的产物。(×)‎ ‎(7)无氧呼吸的全过程都在细胞质基质中进行。(√)‎ ‎(8)破伤风杆菌适宜生活在有氧的环境中。(×)‎ ‎(9)及时排涝，能防止根细胞受酒精毒害。(√)‎ ‎(10)无氧和零下低温环境有利于水果保鲜。(×)‎ 思考：‎ ‎1．为什么不同生物无氧呼吸产物不同？‎ 提示：不同生物无氧呼吸的酶不同。‎ ‎2．无氧呼吸释放的能量为什么比有氧呼吸少？‎ 提示：无氧呼吸是有机物不彻底的氧化分解，还有很大一部分能量存在于不彻底的氧化产物乳酸或酒精中。‎ ‎3．(实践应用)剧烈运动后的肌肉酸疼是怎样造成的？‎ 提示：剧烈运动，氧气供应不足，肌肉细胞进行无氧呼吸产生了乳酸，造成肌肉酸疼。‎ ‎4．果蔬的储存方式与粮食的储存方式有什么不同？‎ 提示：果蔬储存：零上低温、低氧、高CO2、一定湿度。粮食储存；低温、低氧、高CO2、干燥。‎ 学霸记忆·素养积累 重点呈现 ‎1．无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量。‎ ‎2．无氧呼吸方程式：C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋能量(少量)；C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量(少量)。‎ ‎3．影响细胞呼吸的因素：温度、O2浓度、CO2浓度、水等。‎ 课内探究·名师点睛 知识点 有氧呼吸和无氧呼吸过程的比较 ‎1．有氧呼吸和无氧呼吸过程图解 ‎2．有氧呼吸和无氧呼吸的比较 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 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 过程 第一阶段从葡萄糖到丙酮酸完全相同 ‎3.与无氧呼吸有关的几个易错点 ‎(1)不同生物无氧呼吸产物不同是由于催化反应的酶的种类不同，根本原因在于控制酶合成的基因不同。‎ ‎(2)大多数植物、酵母菌无氧呼吸的产物为酒精和CO2；有些高等植物的某些器官如玉米胚、马铃薯块茎、甜菜块根等进行无氧呼吸时产生乳酸；高等动物、人及乳酸菌的无氧呼吸只产生乳酸。‎ ‎(3)无氧呼吸第一阶段产生的[H]用于还原丙酮酸。‎ ‎(4)无氧呼吸只在第一阶段释放能量。‎ ‎4．与细胞呼吸有关的计算 C6H12O6＋6H2O＋6O212H2O＋6CO2＋能量 C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量 ‎(1)消耗等量葡萄糖时，无氧呼吸与有氧呼吸产生的CO2的物质的量之比为1∶3。‎ ‎(2)产生等量的CO2时，无氧呼吸与有氧呼吸消耗的葡萄糖的物质的量之比为3∶1。‎ ‎(3)无氧呼吸产生的酒精和CO2的物质的量相等；有氧呼吸消耗O2和产生CO2的物质的量相等。‎ 知识贴士 ‎(1)有氧呼吸和无氧呼吸总反应式中的能量不能写成ATP，因为大部分能量以热能形式散失。‎ ‎(2)1 mol葡萄糖彻底氧化分解后，释放出2 870 kJ的能量，其中977.28 kJ的能量储存在ATP中，其余的以热能形式散失。‎ ‎(3)1 mol葡萄糖生成乳酸释放的能量为196.65 kJ，其中只有61.08 kJ的能量转移到ATP(生成2 mol ATP)中，其余部分以热能的形式散失。人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸，能在肌细胞中再次转化为葡萄糖。‎ ‎(4)无氧呼吸只有第一阶段释放能量，第二阶段没有能量释放。而有氧呼吸三个阶段均释放能量。‎ ‎5．细胞呼吸的意义 ‎(1)为生物体的生命活动提供能量。生物体内的糖类、脂类、蛋白质等有机物都富含能量，但这些能量不能直接被各种生命活动所利用，需要通过呼吸作用分解有机物，释放能量，转化到能量“货币”ATP中，由ATP直接推动各种生命活动的进行，如细胞的分裂、矿质元素的吸收、有机物之间的转化等。‎ ‎(2)呼吸作用是各种有机物相互转化的枢纽。呼吸作用的过程中会产生各种各样的中间产物，这些中间产物是合成体内其他化合物的原料。呼吸作用能把生物体的糖代谢、脂类代谢、蛋白质代谢等连成一个整体，成为体内各种有机物相互转化的枢纽。联系三大有机物代谢过程的主要枢纽物质是丙酮酸。‎ ‎(3)在维持恒温动物的体温、植物抗病等方面有重要作用。‎ ‎┃┃典例剖析__■‎ 典例1 人体有氧呼吸和无氧呼吸的相同之处是(　A　)‎ ‎①都有葡萄糖分解成丙酮酸的阶段　②所需的酶基本相同　③都是氧化分解有机物，释放能量的过程　④都产生CO2　⑤都产生了[H]‎ A．①③⑤　　　　　 B．①③④‎ C．①③④⑤ D．①②③④⑤‎ 解析：①有氧呼吸与无氧呼吸的第一阶段相同，都是葡萄糖分解成丙酮酸，①正确；②有氧呼吸与无氧呼吸的反应过程不同，酶的作用具有专一性，因此酶不同，②错误；③不论是有氧呼吸还是无氧呼吸，本质是氧化分解有机物释放能量的过程，③正确；④人的有氧呼吸的产物是二氧化碳和水，无氧呼吸的产物是乳酸，不产生二氧化碳，④错误；⑤有氧呼吸与无氧呼吸过程中都有[H]的产生，⑤正确。综上所述人体有氧呼吸和无氧呼吸相同的是①③⑤。‎ 规律方法 有关细胞呼吸过程的三点提醒 ‎(1)产生CO2的不只是有氧呼吸，无氧呼吸产生酒精的过程中也有CO2的产生。‎ ‎(2)有氧呼吸过程中生成的水和反应物中的水其来源和去向不同，所以不是同一分子。‎ ‎(3)不是所有植物的无氧呼吸产物都是酒精和二氧化碳，玉米胚、甜菜根等植物组织的无氧呼吸产物为乳酸。‎ ‎┃┃变式训练__■‎ ‎1．(不定项)(2019·湛江一中)下列关于细胞呼吸的叙述，不正确的是(　BC　)‎ A．人在剧烈运动时，人体产生的CO2来自有氧呼吸 B．人在憋气时有氧呼吸停止 C．肺炎链球菌有氧呼吸产生二氧化碳的场所在线粒体基质 D．无氧呼吸第一阶段产生[H]，第二阶段消耗[H]‎ 解析：人体无氧呼吸的产物是乳酸，没有二氧化碳，A正确；人在憋气时，体内绝大部分细胞仍在进行有氧呼吸，B错误；肺炎链球菌是原核生物，细胞中没有线粒体，C错误；无氧呼吸第一阶段产生[H]，第二阶段消耗[H]，D正确。‎ 知识点 细胞呼吸的应用及影响因素 一、应用 类型 应用 原理 有氧呼吸 提倡有氧运动 不会因剧烈运动时，肌肉细胞进行无氧呼吸积累过多的乳酸而使肌肉酸胀乏力 作物栽培时及时松土 利用根的有氧呼吸，促进根部无机盐的吸收 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，定期排水避免根部因无氧呼吸产生的大量酒精对细胞产生毒害作用，防止根腐烂 生产醋酸、味精等 醋酸杆菌、谷氨酸棒状杆菌的有氧呼吸 利用酵母菌发面 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 选用“创可贴”、透气的消毒纱布包扎伤口 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 无氧呼吸 伤口过深或被锈铁钉扎伤，需及时治疗 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、泡菜等 利用的是乳酸菌无氧呼吸产生乳酸的过程 二、影响细胞呼吸速率的内因 项目 体现 实例 遗传特性 不同种类生物的呼吸速率不同 阴生植物小于阳生植物 生长发育的不同时期 同一生物的不同生长发育时期呼吸速率不同 婴幼儿大于老年人；幼苗期大于成熟期 不同器官或组织 同一生物的不同器官或组织的呼吸速率不同 心肌细胞大于皮肤细胞；植物生殖器官大于营养器官 三、影响细胞呼吸的外因 ‎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，如图甲所示。‎ 生产上常利用这一原理在低温下储存蔬菜、水果，在大棚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 ‎(1)对于无氧呼吸：随氧气浓度增加而受抑制，氧气浓度越高，抑制作用越强，氧气浓度达到一定值时，被完全抑制。如图乙所示。‎ ‎(2)对于有氧呼吸：氧气是有氧呼吸的原料之一，在一定范围内，随着氧气浓度的增加，有氧呼吸速率增强，但当氧气浓度增加到一定值时，有氧呼吸速率不再增加。如图丙所示。‎ ‎(3)应用 ‎①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。‎ ‎②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、水果、粮食的保存时间。‎ ‎3．CO2浓度：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。‎ ‎┃┃典例剖析__■‎ 典例2 (2019·江苏省徐州市高一)下列关于细胞呼吸原理在生活、生产中应用的叙述，错误的是(　D　)‎ A．施肥的同时结合松土，有利于根吸收矿质元素离子 B．适当降低温度和氧浓度，有利于果蔬储藏 C．用透气的纱布包扎伤口，可抑制厌氧菌的大量繁殖 D．给含有酵母菌的发酵液连续通气，可以提高产酒量 解析：植物根吸收矿质离子的方式是主动运输，需消耗能量，施肥同时结合松土，有利于根细胞的有氧呼吸，A项正确；适当降低温度和氧浓度，能降低细胞呼吸强度，减少有机物的消耗，故有利于果蔬储藏，B项正确；用透气的纱布包扎伤口，能给伤口创设一个有氧环境，防止厌氧菌的繁殖，C项正确；酵母菌酿酒过程中前期充入氧气，有利于酵母菌的繁殖，使细胞数目增多，而后期要创设无氧环境，让其进行无氧呼吸产生酒精，D项错误。‎ ‎┃┃变式训练__■‎ ‎2．(不定项)下列叙述符合生物学原理的是(　BC　)‎ A．水稻根部主要进行无氧呼吸，所以能长期适应缺氧环境 B．快速登山时，人体的能量主要来自有机物分解产生二氧化碳的过程 C．蔬菜在低氧、一定湿度、低温的环境中，可延长保鲜时间 D．淀粉经发酵可产生酒精，是通过乳酸菌的无氧呼吸实现的 解析：‎ 水稻根部主要进行的是有氧呼吸，A错误；蔬菜储藏环境应该是低氧、零上低温和具有一定湿度，C正确；淀粉经发酵可产生酒精，是通过酵母菌发酵实现的，D错误；快速登山也是有氧运动，人体的能量供应主要来自有氧呼吸将有机物分解成二氧化碳和水的过程，B正确。‎ 知识点 呼吸作用的曲线分析及计算 ‎1．曲线分析 O2浓度 当O2浓度为A时，CO2的释放总量最少，即有机物的消耗最少，此时的O2浓度最有利于水果、蔬菜等的保存。‎ ‎2．有氧呼吸与无氧呼吸的相关计算 ‎(1)根据反应式计算 ‎①有氧呼吸 C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋大量能量 ‎1 mol 6 mol 6 mol 32 mol ATP ‎②无氧呼吸(以产生酒精和CO2的无氧呼吸为例)‎ C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量 ‎1 mol 2 mol 2 mol ATP ‎(2)有氧呼吸与无氧呼吸中CO2产生量、葡萄糖的消耗量与ATP合成量的比较：‎ ‎①在消耗相同葡萄糖的情况下，有氧呼吸与无氧呼吸中CO2产生量的比为3∶1，ATP合成量的比为16∶1。‎ ‎②在产生相同CO2的情况下：有氧呼吸与无氧呼吸消耗葡萄糖的比为1∶3。‎ ‎③在合成相同ATP的情况下：有氧呼吸与无氧呼吸消耗葡萄糖的比为1∶16。‎ ‎④在一个有氧呼吸与无氧呼吸同时进行的过程中，O2的吸收量与CO2的产生量的比为3∶4时，说明此过程中有氧呼吸强度与无氧呼吸强度相等，若此比例小于3∶4，说明此过程中无氧呼吸占优势；若此比例大于3∶4，说明此过程中有氧呼吸占优势。‎ ‎┃┃典例剖析__■‎ 典例3 如图表示某种植物的非绿色器官在不同氧气浓度下的有氧呼吸和无氧呼吸过程中CO2的释放量，据图判断下列分析正确的是(　B　)‎ A．图中乙曲线在b时无氧呼吸最强 B．图中甲曲线表示在不同O2浓度下无氧呼吸过程中CO2的释放量 C．O2浓度为d时该器官的细胞既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸 D．若甲代表的细胞呼吸方式在O2浓度为b时消耗了A mol的葡萄糖，则乙代表的细胞呼吸方式在O2浓度为b时消耗的葡萄糖为A/2 mol 解析：图中乙曲线表示有氧呼吸中CO2的释放量随O2浓度的变化；图中甲曲线表示无氧呼吸中CO2的释放量随O2浓度的变化。当O2浓度为b时，无氧呼吸和有氧呼吸释放的CO2量是相同的，有氧呼吸消耗的葡萄糖为无氧呼吸的1/3；当O2浓度为d时，无氧呼吸已经停止，只进行有氧呼吸。‎ ‎┃┃变式训练__■‎ ‎3．密闭容器中加入葡萄糖溶液和酵母菌，1小时后测得容器中的氧气减少24 mL，二氧化碳增加48 mL，则一小时内酵母菌无氧呼吸所消耗的葡萄糖是有氧呼吸的(　D　)‎ A．1/3倍　　　　　　 B．1/2倍 C．2倍 D．3倍 解析：有氧呼吸消耗的葡萄糖为X，根据有氧呼吸的反应式可知，消耗的氧气是6X，释放的二氧化碳为6X。无氧呼吸消耗的葡萄糖为Y，产生的二氧化碳为2Y，根据题意可以得出关系式：，解得，所以无氧呼吸所消耗的葡萄糖是有氧呼吸的3倍。‎ 指点迷津·拨云见日 一、细胞呼吸方式的判断 ‎1．判定指标 CO2释放量、O2消耗量以及酒精产生量。‎ ‎2．判定原理 呼吸底物是葡萄糖时，若只进行有氧呼吸，则O2消耗量∶CO2产生量＝1∶1；若只进行产生酒精的无氧呼吸(酒精发酵)，则O2消耗量∶CO2产生量∶酒精产生量＝0∶1∶1，若只进行产生乳酸的无氧呼吸(乳酸发酵)，则无O2的消耗和CO2的产生。‎ ‎3．判定方法(底物为葡萄糖)‎ 物质变化特点 细胞呼吸方式 ‎①‎ CO2释放量＝O2吸收量 只进行有氧呼吸 ‎②‎ 不消耗氧气，释放CO2‎ 只进行酒精发酵 ‎③‎ CO2释放量>O2消耗量 进行有氧呼吸和酒精发酵，多余的CO2来自于酒精发酵 ‎④‎ 酒精产生量＝CO2释放量 只进行酒精发酵 ‎⑤‎ 酒精产生量吸收O2。当产物是乳酸时，细胞既不吸收O2，也不释放CO2。‎ ‎2．按下表设计进行实验，分组后，在相同且适宜条件下培养8～10小时，并对实验结果进行分析。‎ 实验材料 取样 处理 分组 培养液 供氧情况 适宜浓度 酵母菌液 ‎50 mL 破碎细胞 ‎(细胞不完整)‎ 甲 ‎25 mL ‎75 mL 无氧 乙 ‎25 mL ‎75 mL 通氧 ‎50 mL 未处理 丙 ‎25 mL ‎75 mL 无氧 丁 ‎25 mL ‎75 mL 通氧 下列叙述正确的是(　D　)‎ A．甲组不产生CO2而乙组产生 B．甲组的乙醇产量与丙组相同 C．丁组能量转换率与丙组相同 D．丁组的氧气消耗量大于乙组 解析：酵母菌在有氧的条件下将葡萄糖分解成CO2和水，无氧的条件下将葡萄糖分解成CO2和乙醇。依题意知，甲组、丙组进行无氧呼吸，乙组、丁组进行有氧呼吸。甲、乙两组都产生CO2；由于甲组细胞不完整，甲组的乙醇产量较丙组少；丁组进行有氧呼吸能量转换率较丙组高；丁组的细胞结构完整，氧气消耗量大于乙组。‎ ‎3．图一表示细胞内糖分解代谢过程，其中序号表示细胞呼吸的阶段；图二表示某豆科植物种子萌发过程中CO2释放和O2吸收速率的变化趋势。据图回答下列问题：‎ ‎(1)图一中方框内物质名称是__丙酮酸__；有氧呼吸的途径是__①③④__(填序号)。‎ ‎(2)图一中能够产生[H]的阶段是__①③__(填序号)；过程③发生的场所是__线粒体基质__。‎ ‎(3)图二中在12～24 h期间，呼吸速率逐渐增强，在此期间呼吸作用的主要方式是__无氧__呼吸，在细胞中发生的部位是__细胞质基质__。‎ ‎(4)图二中从第12 h到胚根长出期间，萌发种子的干物质总量会__减少__，主要原因是__种子进行呼吸作用消耗有机物，使有机物总量减少__。‎ 解析：(1)图一中方框内物质是细胞呼吸第一阶段的产物丙酮酸；第二阶段丙酮酸分解为CO2，第三阶段是前两个阶段产生的[H]和氧气结合生成水，有氧呼吸途径对应于图1中的①③④。(2)图一中①③阶段产生[H]；过程③为有氧呼吸第二阶段，发生于线粒体基质。(3)图二中在12～24 h期间，呼吸速率逐渐增强，但氧气吸收速率较低，呼吸作用的主要方式是无氧呼吸，发生于细胞质基质。(4)图二中从第12 h到胚根长出期间，种子呼吸作用消耗有机物，使有机物总量减少。‎