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1、细胞呼吸的原理和应用,第5章第3节,1.培养或利用酵母菌时，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的过程对它自身有什么意义？,通气可以给酵母菌提供呼吸作用需要的氧气，利于酵母菌进行旺盛的细胞分裂；密封则是避免空气进入，便于酵母菌在无氧条件下分解有机物产生酒精；,在有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放的能量多，这些能量可以为酵母菌细胞进行物质代谢和细胞分裂提供充足的动力；,密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精的同时，能为自己的生命活动提供少量的能量；,酵母菌：一类单细胞真菌,它与人类的生活息息相关。酵母菌生长周期短，增
2、殖速度快，常用作生物实验材料。,呼吸作用的实质是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量，因此也叫细胞呼吸,0,细胞呼吸的方式,探究酵母菌细胞呼吸的方式,资料一：蒸馒头之前，我们要先发面。若用30的温水把买来的干酵母粉化开，用它发面，几个小时后面团会逐渐膨大，用手抠开里面，会发现面团里面变成蜂窝一样，有许多孔隙。你知道这些孔隙是怎么形成的吗？,探究酵母菌细胞呼吸的方式,资料二：工业生产中，利用麦芽、葡萄糖、粮食和酵母菌以及发酵罐等酿制啤酒。在酿制的早期需要向发酵罐中通入氧气，而后期必须隔绝氧气，以产生酒精，同时发酵装置需要定期排放气体。结合上述对氧气条件的控制，你能得到什么启发吗？,探究实验的一般步
3、骤,提出问题,作出假设,设计并进 行实验,分析结果 得出结论,表达交流,请据此提出一个有关酵母菌细胞呼吸方式和产物的假设。,酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸，细胞呼吸的产物可能有CO2和酒精。,假设：,根据以上资料你能提出什么问题？,酵母菌在有氧和无氧的环境下均能进行细胞呼吸吗?其细胞呼吸产物有些什么？,实验思路？,分析变量,自变量:,因变量:,无关变量:,细胞呼吸的条件,细胞呼吸的产物,有氧,无氧,影响实验结果的可变因素（温度、葡萄糖溶液浓度、酵母菌活性等）,酒精、CO2,分别给酵母菌提供有氧和无氧的条件，一段时间后检测其产物是否含酒精或二氧化碳,3.设计并进行试验,设计并进行实验,
4、酒精的检测：,橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精发生反应： 橙色灰绿色,思考:CO2和酒精产生量的多少如何判断？,CO2的检测：,1.通入澄清的石灰水：澄清浑浊2.溴麝香草酚蓝溶液：蓝 绿黄,产物的检测方法,酵母菌是异养生物，培养时必须提供有机物,有氧呼吸装置：,10NaOH溶液,（吸收通入空气中的CO2，避免对实验结果产生影响）,葡萄糖溶液酵母菌,（培养酵母菌）,澄清的石灰水（或溴麝香草酚蓝溶液）,接橡皮球或气泵,（保持通入空气）,？,甲装置,根据混浊程度（或颜色的变化时间）进行比较CO2的产生量,葡萄糖溶液酵母菌,封口放置一段时间后，再与第二个锥形瓶连接,（使酵母菌消耗瓶内的氧气，造成无
5、氧环境，确保产物是无氧呼吸产生的）,澄清的石灰水（或溴麝香草酚蓝溶液）,根据混浊程度（或颜色的变化时间）进行比较CO2的产生量,无氧呼吸装置：,？,乙装置,实验开始：甲装置（2535C）,实验开始：乙装置（2535C）,进行实验,甲装置（2535C）乙装置（2535C）,实验进行8-10小时后,甲装置（2535C） 乙装置（2535C）,酒精的检测,溶有重铬酸钾的浓硫酸溶液,+ 甲装置的酵母菌培养液的滤液,+ 乙装置的酵母菌培养液的滤液,变成灰绿色,不变灰绿色,分析结果 得出结论,1.酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸；（酵母菌是兼性厌氧菌）,2.在有氧条件下，通过细胞呼吸产生大量的CO
6、2； 在无氧条件下，通过细胞呼吸产生酒精和少量的CO2。,小结：本实验的变量和变量控制,氧气的有无,酵母菌的呼吸产物，即产生二氧化碳的多少、酒精的有无,温度、葡萄糖溶液的浓度、酵母菌活性等,1、通入空气，保证氧气充足2、空气先通入氢氧化钠溶液中，以除去二氧化碳,先将锥形瓶内的氧气消耗完，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，排除有氧呼吸的干扰,02,有氧呼吸,有氧呼吸过程示意图,线粒体的结构示意图,外膜,内膜,基质,嵴,含有多种与有氧呼吸有关的酶,有氧呼吸的主要场所？,有氧呼吸最常利用的物质是？,实验一,将酵母菌细胞破碎后进行离心处理，获得上清液和沉淀物两部分，与未离心且处理过的酵母菌培养液分别加入等
7、量的葡萄糖、荧光素和荧光素酶，一段时间后，检测各试管的变化情况。,等量的葡萄糖、荧光素和荧光素酶,等量的葡萄糖、荧光素和荧光素酶,等量的葡萄糖、荧光素和荧光素酶,一段时间后,1、葡萄糖的量不变2、没有荧光,1、葡萄糖的量减少2、有丙酮酸生成3、微弱荧光出现,1、葡萄糖的量减少2、有CO2生成3、较强荧光出现,1.葡萄糖能不能被线粒体分解？,2.葡萄糖在什么位置首先被分解？产物是什么？,3.生成的丙酮酸在什么位置被分解？产物是什么？,不能,葡萄糖在细胞质基质中分解，产生了丙酮酸，并释放能量。,有机物分解释放的能量一部分用于合成ATP（一部分以热能形式散失），ATP水解释放能量导致荧光出现。,丙酮
8、酸在线粒体中分解，产生了CO2，并释放能量。,有氧呼吸,思考：丙酮酸在线粒体的什么部位分解呢？,场所：细胞质基质,实验二,使用超声波将线粒体破碎，分离线粒体膜状结构和线粒体基质，加入等量的丙酮酸、荧光素和荧光素酶，一段时间后，检测各试管的变化情况。,等量的丙酮酸、荧光素和荧光素酶,等量的丙酮酸、荧光素和荧光素酶,等量的丙酮酸、荧光素和荧光素酶,一段时间后,1、丙酮酸的量不变2、没有荧光,1、丙酮酸减少2、有CO2生成3、微弱荧光出现,1、丙酮酸减少2、有CO2生成3、较强荧光出现,1.丙酮酸分解发生在什么部位，生成了什么？,2.号试管为什么有较强荧光出现？,丙酮酸在线粒体基质中分解，产生CO2
9、，释放少量能量。,线粒体基质分解丙酮酸后，在线粒体膜状结构继续发生反应释放较多的能量。,有氧呼吸,场所：线粒体基质,场所：线粒体内膜,有氧呼吸,资料：超声波震碎线粒体之后，内膜自然卷成了颗粒朝外的小囊泡，这些小囊泡具有氧化H的功能。当用胰蛋白酶处理后，这些小囊泡不再具有氧化H的功能；当把这些小颗粒装上去之后，小囊泡重新具有了氧化H的功能。这些小颗粒被证实是一系列线粒体内膜上的酶。,通过以上事实可以确定在线粒体内膜上发生什么样的反应？谁在氧化H？,线粒体内膜上的氧气与H发生了反应。,场所：线粒体内膜,场所：线粒体基质,场所：细胞质基质,有氧呼吸,小结：有氧呼吸的三个阶段,细胞质基质,线粒体基质,
10、线粒体内膜,丙酮酸、少量ATP、H,CO2、少量ATP、H,H2O、大量ATP,酶、不需O2,酶、不需O2,酶、需O2,葡萄糖,H2O,O2、 H,有氧呼吸动画演示,葡萄糖,2丙酮酸,酶,酶,酶,H2O H H2O,O2 H2O,C6H12O6 丙酮酸CO2,C、H、O的来龙去脉：,概念：细胞在_的参与下，通过_的催化作用，把_等有机物_，产生_和_，释放_,生成_的过程。,氧,多种酶,葡萄糖,CO2,H2O,能量,彻底氧化分解,大量ATP,有氧呼吸,同有机物在生物体外的燃烧相比，有氧呼吸具有不同的特点： 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
11、一部分储存在ATP中,思考讨论(P93）,1、1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870 kJ能量，可以使977.28kJ左右的能量储存在ATP中，其余的能量则以热能的形式散失掉了。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？,34%,32mol,思考讨论（P93）,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？,有氧呼吸过程逐步缓慢释放能量的方式保证有机物中的能量得到充分的利用，主要表现在两个方面：可以使有机物中的能量逐步的转移到ATP中；能量缓慢有序温和的释放，有利于维持细胞的相对稳定状态，保护细胞结构。,
12、小结：有氧呼吸的能量利用特点,.能量逐步释放，充分利用.释放能量多.转化效率高,1.下列分别属于有氧呼吸的第几阶段：,产生CO2的阶段（）产生H2O的阶段（），H2O参与的阶段（ ）氧气参与的阶段（）产生ATP的阶段（ ）产生ATP最多的阶段（）,二,三,三,一、二、三,三,二,2.用含18O的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的氧原子，18O的转移途径是 A葡萄糖丙酮酸水 B葡萄糖丙酮酸氧 C葡萄糖氧水 D葡萄糖丙酮酸CO2,D,练习,3.下图为“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验装置图，请据图分析,经过NaOH的处理，可能还不能保证进入A瓶的气体中不含有二氧化碳，如何处理就可以知道进入A瓶的气体中肯定
13、不含有二氧化碳了？,实验过程反思：,有氧呼吸装置,改进,我们平时在剧烈运动后第二天早上肌肉发酸,为什么?,无氧呼吸是如何进行的?,0,无氧呼吸,1.过程,与有氧呼吸第一阶段相同!,葡萄糖的初步分解,C6H12O6,酶,2丙酮酸 +4 H + 少量能量 （C3H4O3）,场所：细胞质基质,无氧呼吸,A. 2C3H4O3 +4 H,丙酮酸不彻底分解,场所：细胞质基质,2C3H6O3（乳酸）,例：高等动物、乳酸菌、高等植物的某些器官（马铃薯块茎、甜菜块根等）,酶,2C2H5OH（酒精）,+ 2CO2,例：大多数植物、酵母菌,B. 2C3H4O3 +4 H,酶,无氧呼吸,只在第一阶段释放少量的能量!,
14、无氧呼吸总反应式：,C6H12O6,酶,2C3H6O3(乳酸)少量能量,2C2H5OH(酒精)2CO2少量能量,C6H12O6,酶,无氧呼吸的场所：,能量去向：,1mol葡萄糖分解成乳酸，共释放196.65kJ/mol，其中一部分以热能形式散失(约69%)； 另一部分转移到ATP中(61.08kJ/mol,约31%)储存。人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸，能在肝脏中再次转化为葡萄糖。,细胞质基质,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。,无氧呼吸的概念,无氧呼吸,有氧呼吸和无氧呼吸有哪些主要的共同点和不同点？,有氧呼吸与无氧呼吸的比较-不同点,细胞质
15、基质、线粒体,细胞质基质,氧气、多种酶,无氧气参与，需要多种酶,葡萄糖等有机物彻底分解产生CO2和H2O,葡萄糖等有机物不彻底分解,产生酒精和CO2或乳酸,释放大量能量,释放少量能量,有氧呼吸三个阶段均产生ATP,仅在第一个阶段产生ATP,相同点,第一个阶段反应完全相同，并且都是在细胞质基质内进行；实质相同：分解有机物，释放能量。,细胞呼吸意义：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。,细胞呼吸：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，释放能量并生成ATP的过程。,酒精发酵：酵母菌,发酵：微生物的无氧呼吸也叫做发酵,乳酸发酵：乳酸菌,引申,无氧呼吸
16、的实例,a.高等植物在水淹的情况下，可以进行短时间的无氧呼吸，产生酒精和二氧化碳。,b.高等动物和人体在剧烈运动时，骨骼肌细胞内就会进行无氧呼吸。肌肉酸胀是由于产生了乳酸。,c.酵母菌在缺氧的条件下，可以将有机物分解成酒精和CO2。,细胞呼吸原理的应用,细胞呼吸原理的应用,1、包扎伤口：选用透气消毒纱布，抑制厌氧细菌（如破伤风杆菌）的呼吸；,2、酵母菌酿酒：选通气，后密封。先让酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖，再进行无氧呼吸产生酒精。,3、花盆经常松土：促进根部有氧呼吸，吸收无机盐等；,4、在果实、种子贮藏过程中：常用降低温度和O2浓度，提高CO2浓度的方法来延长贮存期；,52,四、细胞呼吸与生产
17、生活实际的联系：,5、有氧运动：提倡慢跑，防止剧烈运动，肌细胞无氧呼吸产生乳酸；,6、稻田定期排水：抑制无氧呼吸产生酒精，防止酒精中毒，烂根死亡；,7、在人工气候室栽培作物，适当降低夜温以减少呼吸消耗，有利于有机物的积累。,8、泡菜和酸奶的制作：利用乳酸菌的无氧呼吸产生乳酸。,53,为什么储藏谷物是要晒干谷粒？还可以通过哪些措施延长保质期?储藏新鲜蔬菜水果又有哪些不同？,储存谷粒时，需要降低呼吸作用，减少有机物的消耗。将谷物晒干，既能减少细胞内自由水，又能降低有氧呼吸的速率；还可以通过低温、低氧来降低有氧呼吸速率。但不能采取无氧环境，会产生大量酒精，不利于储存。新鲜蔬菜水果和谷粒相比，不能放在
18、干燥的环境下，要有一定的湿度。,细胞呼吸原理应用小结,1 . 在酿酒业上的应用：先通气，让酵母菌进行有氧呼吸，使其数量增加；然后隔绝空气，使其发酵，产生酒精。,2 . 在农业生产上：中耕松土，促进根系的有氧呼吸，有利于根系的生长及对矿质离子的吸收;稻田排水。,3 . 在医学上：利用氧气驱蛔、抑制破伤风等厌氧型细菌的繁殖。创可贴、透气纱布包扎避免厌氧菌（破伤风杆菌）繁殖。,4 . 在物资的储存时：控制氧气的浓度，抑制其呼吸作用，减少有机物的消耗。粮食储藏：粮食储藏时，要注意降低温度和保持干燥，抑制细胞呼吸，延长保存期限。果蔬保鲜：为了抑制细胞呼吸，果蔬储藏时采用降低氧浓度、冲氮气（为了将氧气浓度
19、维持在低浓度）或降温等方法。,5 . 在食品业上：利用真菌（霉菌）无氧呼吸生成多种营养物质生产豆腐乳；利用酵母菌发酵生产馒头面包。,6. 提倡有氧运动：原因之一是不会因剧烈运动积累过多乳酸使肌肉酸痛。,这一论点包含两个要点：线粒体原本是一种独立生存的细菌，后来与真核细胞共生成细胞内的结构。由此可见，证据1、证据3和证据4，能够支持这一论点，而证据2不支持。,04,影响呼吸作用的因素,影响因素,内因遗传因素,外因环境因素,不同植物呼吸速率不同（阳生植物阴生植物）；同一植物不同发育时期不同（幼苗期成熟期）同一植物不同器官呼吸速率与不同（生殖器官营养器官）；是否有线粒体；酶的种类、数量、活性如：蛔虫
20、、乳酸菌只有与无氧呼吸有关的酶,氧气,温度,CO2,H2O,外因：,（1） 温度：主要是影响酶的活性,应用：蔬菜和水果储存应适当降温；大棚栽培植物有昼夜温差,最适温度时，细胞呼吸最强。超过最适温度时，呼吸酶活性降低，甚至变性失活，细胞呼吸受抑制。低于最适温度时，呼吸酶活性下降，细胞呼吸受抑制。,(2)氧气：直接影响呼吸速率和呼吸性质。氧气存在对无氧呼吸有抑制作用, O2浓度低时，无氧呼吸占优势。在一定范围内，随O2浓度的增大，有氧呼吸增强，达到一定浓度以后，由于受温度等外部因素和酶等内部因素的限制，呼吸作用强度不再增大。 O2的存在抑制了无氧呼吸的进行。,应用：贮藏蔬菜、水果和种子时，降低O2
21、浓度，以减少有机物消耗，但不能无O2，否则产生酒精过多，会导致腐烂,故氧浓度控制在呼吸作用最低点。施肥后，中耕松土，提高肥效。,（3）水：在一定范围内含水越多，呼吸作用越强,在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快；超过一定范围，随含水量的增加而减慢。,应用：种子储存应晒干，降低呼吸作用；作物栽培中，合理灌溉。,（4）二氧化碳： CO2是细胞呼吸的产物，对细胞呼吸具有抑制作用。,应用：北方地窖，蔬菜保鲜，保鲜袋中自体保鲜； 在蔬菜、水果保鲜中，增加CO2浓度(或充入N2)可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。,2、如果用绿色叶片作实验材料，则必须进行怎样的操作？,实验拓展：测定呼吸作用速率,设置对照组（校正装置),遮光处理,呼吸速率以单位时间内的O2消耗量为指标。,1、若要消除物理因素引起的气体体积变化，应该怎么办？,结果预测和结论： a.若装置1中的液滴 ，装置2中的液滴 ，则说明种子只进行有氧呼吸； b.若装置1中的液滴 ，装置2中的液滴 ，则说明种子只进行无氧呼吸； c.若装置1中的液滴 ，装置2中的液滴 ，则说明种子既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸。,左移,不动,不动,右移,左移,右移,经典题型：液滴移动问题,课堂小结：,1.有氧呼吸的过程2.无氧呼吸的过程3.有氧呼吸与无氧呼吸的异同4.呼吸原理的应用,
