学年中图版生物必修一讲义第3单元 第2章 第4节 从化学能到生物能 Word版含答案.docx
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学年中图版生物必修一讲义第3单元第2章第4节从化学能到生物能Word版含答案
第四节 从化学能到生物能
学习目标 1.掌握有氧呼吸和无氧呼吸的过程。
（重点） 2.尝试探究酵母菌细胞呼吸的方式。
（重难点） 3.理解影响细胞呼吸的因素及在实践中的应用。
（重难点）
一、酵母菌细胞呼吸的方式（实验）
1．实验原理
酵母菌是兼性厌氧型生物，在有氧和无氧的条件下均能正常生存。
2．实验步骤
（1）活动程序
组别
步骤
A
B
C
①
1L0.1g/mL煮沸后冷却的葡萄糖溶液
1L0.1g/mL煮沸后冷却的葡萄糖溶液
1L0.1g/mL煮沸后冷却的葡萄糖溶液
②
适量酵母培养液
等量酵母培养液
不加
③
液体石蜡
不加
不加
④
3个瓶中分别放入温度计，用棉团塞上瓶口
⑤
24h后观察并记录3个保温瓶中温度数据
（2）结果分析及结论预测
二、线粒体与细胞呼吸的过程
1．细胞呼吸的类型
细胞呼吸是细胞内的有机物经过一系列的氧化分解，释放能量的过程，是生物体获得能量的主要代谢途径。
（1）有氧呼吸
有氧呼吸指细胞在氧的参与下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物质彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，同时释放大量能量的过程。
有氧呼吸最常利用的物质是葡萄糖。
（2）无氧呼吸
无氧呼吸指细胞在无氧的条件下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物不彻底氧化分解，产生少量能量的过程。
2.有氧呼吸
（1）概念
（2）主要场所——线粒体
①写出字母代表的结构名称
a．外膜；b.内膜形成的嵴；c.线粒体基质。
②与有氧呼吸有关的酶分布在：
bc。
③线粒体的分布：
集中在代谢旺盛的部位。
（3）过程
（4）写出总反应式
C6H12O6＋6O2＋6H2O
6CO2＋12H2O＋能量。
3．无氧呼吸——两种方式
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＋能量
C6H12O6
2C3H6O3＋能量
酵母菌的呼吸方式
阅读教材P68探究活动，完成下列问题。
探讨
：
该实验的自变量和因变量分别是什么？
提示：
自变量是有氧和无氧；因变量是温度的变化。
探讨
：
C组起什么作用？
提示：
对照作用。
[归纳总结]注意事项
1．酵母菌必须是新鲜的，否则在实验过程中可能因酵母菌存放时间过长而死亡导致实验结果不明显。
2．葡萄糖溶液要煮沸使用，目的是除去葡萄糖溶液中的氧气和杀死葡萄糖溶液中的微生物。
3．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。
1．某兴趣小组在室温下进行了酵母菌无氧呼吸的探究实验（如图）。
下列分析错误的是（ ）
A．滴管中冒出气泡是反应产生CO2的结果
B．试管中加水的主要目的是制造无氧环境
C．若试管中的水换成冷水，气泡释放速率下降
D．实验结束后，试管内溶液温度不变
D [依据题中提供的信息分析，酵母菌无氧呼吸的产物为酒精和CO2；无氧呼吸在有氧条件下会受抑制，因此加入适量的水可以营造一个缺氧的环境；冷水中，酶的活性会降低，无氧呼吸速率减小，因此释放气泡速率下降；酵母菌无氧呼吸产生热能，故试管内溶液温度升高，故D错误。
]
2．如图表示的是测定保温桶内温度变化的实验装置。
某研究小组以该装置探究酵母菌在不同条件下呼吸作用的情况。
材料用具：
保温桶（500mL）、温度计、活性干酵母、质量浓度为0.1g/mL的葡萄糖溶液、棉花、石蜡油。
实验假设：
酵母菌在有氧条件下呼吸作用比无氧条件下呼吸作用放出热量更多。
（1）取A、B两装置设计实验如下，请补充下表中内容：
装置
方法步骤一
方法步骤二
方法步骤三
A
加入240mL的葡萄糖溶液
加入10g活性干酵母
①________
________
B
加入240mL煮沸后冷却的葡萄糖溶液
②________
________
加入石蜡油，铺满液面
（2）B装置葡萄糖溶液煮沸的主要目的是__________________，这是控制实验的________变量。
（3）要测定B装置因呼吸作用引起的温度变化量，还需要增加一个装置C。
请写出装置C的实验步骤：
装置
方法步骤一
方法步骤二
方法步骤三
C
③_____________
④____________
加入石蜡油，铺满液面
（4）实验预期：
在适宜条件下实验，30分钟后记录实验结果，若装置A、B、C温度大小关系是：
_____________________________
（用“<、＝、>”表示），则假设成立。
[解析] A、B两个实验装置作对照，A为有氧条件下的，B为无氧条件下的（步骤三加入石蜡油，隔绝氧气）。
B装置煮沸的目的仍然是去除氧气，和步骤三目的一样。
两装置步骤二加入的都应该一样，都是10g活性干酵母，体现了单一变量的实验原则。
装置C是和B作对照的，用来排除其他因素造成的温度变化，因此，除了步骤二不加入活性干酵母外，其他条件应该和B一样。
装置A、B、C温度大小应该和三个装置呼吸类型有关，A装置酵母菌进行了有氧呼吸释放大量能量，温度会最高，C装置没有酵母菌，没有细胞呼吸，温度最低，B装置中酵母菌进行了无氧呼吸，释放的能量比A少。
[答案]
（1）①不加入石蜡油 ②加入10g活性干酵母
（2）去除氧气 自 （3）③加入240mL煮沸后冷却的葡萄糖溶液 ④不加入活性干酵母 （4）A>B>C
线粒体和细胞呼吸的过程
探讨
：
试从元素角度分析有氧呼吸过程中各物质的来源、去向，写出反应式并用箭头进行标注。
提示：
探讨
：
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？
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
：
细胞呼吸过程中能量发生了怎样的变化？
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高能磷酸键中活跃的化学能和热能。
探讨
：
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？
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。
探讨
：
所有生物无氧呼吸的产物相同吗？
说明理由。
提示：
不同。
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。
探讨
：
无氧呼吸为什么产生的能量是少量的？
提示：
因为无氧呼吸生成的乳酸或酒精中储存大部分能量。
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
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
意义
为生物体的各项生命活动提供能量
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
C [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。
]
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
C [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。
]
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
B [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。
]
影响细胞呼吸的因素及应用
探讨
：
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
：
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
：
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。
[归纳总结]__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。
②0③O2浓度≥10%时，只进行有氧呼吸。
④O2浓度＝5%时，有机物消耗最少。
（2）应用
3．水分
（1）影响
（2）应用
4．CO2
（1）影响：
CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行。
如图：
（2）应用：
在蔬菜、水果保鲜中，增加CO2浓度（或充入N2）可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。
1．如图表示光照、贮藏温度对番茄果实呼吸强度变化的影响。
下列有关叙述中不正确的是（ ）
A．番茄果实细胞产生CO2的场所是线粒体和细胞质基质
B．光照对番茄果实呼吸的抑制作用8℃时比15℃时更强
C．低温、黑暗条件下更有利于贮存番茄果实
D．贮藏温度下降时果实呼吸减弱，可能与细胞内酶活性降低有关
C [番茄果实细胞进行有氧呼吸和无氧呼吸均可产生CO2，场所分别是线粒体和细胞质基质，A项说法正确。
由题图可以看出B项说法正确。
由图可知，低温、光照条件下更有利于番茄果实的贮存，C项说法错误。
温度降低，呼吸酶的活性降低，细胞呼吸减弱，D项说法正确。
]
2．下图表示大气中O2浓度对植物组织内CO2产生的影响，试据图回答：
（1）A点表示植物组织释放的CO2较多，这些CO2是________的产物。
（2）由A到B，CO2的释放量急剧减少，其原因是______________
__________________________________________________。
（3）由B到C，CO2的释放量又不断增加，其主要原因是
__________________________________________________
__________________________________________________
__________________________________________________。
（4）为了有利于储藏蔬菜和水果，储藏室内的氧气应调节到图中的哪一点所对应的浓度？
________。
采取这一措施的理由是_______
__________________________________________________
__________________________________________________。
[解析] 植物组织内的CO2是细胞呼吸的产物，在不同的环境中，植物细胞呼吸的主要方式会发生变化。
在O2浓度较低的环境中（如A点）植物细胞主要进行无氧呼吸，在酶的作用下，将葡萄糖分解成不彻底产物酒精的同时产生少量CO2。
随着O2浓度的增加，无氧呼吸受到抑制，而有氧呼吸仍很弱（如B点）。
此时通过无氧呼吸产生的CO2会急剧减少。
在一定浓度范围内，随着O2浓度的继续升高（如B→C），植物的细胞呼吸为有氧呼吸，且呼吸速率逐渐加快，在此过程中不断将葡萄糖等有机物进行彻底氧化分解，产生大量CO2。
[答案]
（1）无氧呼吸
（2）O2浓度增加，无氧呼吸受到抑制 （3）O2浓度增加，有氧呼吸加强，释放的CO2量增多 （4）B点 有氧呼吸非常微弱，同时又抑制无氧呼吸，蔬菜水果内有机物消耗最慢
[课堂小结]
知识网络构建
核心语句归纳
1.有氧呼吸的反应式：
C6H12O6＋6O2＋6H2O
6CO2＋12H2O＋能量
2.有氧呼吸的三个阶段
（1）细胞质基质：
C6H12O6
丙酮酸＋[H]＋能量
（2）线粒体基质：
丙酮酸＋H2O
CO2＋[H]＋能量
（3）线粒体内膜：
[H]＋O2
H2O＋能量
3.无氧呼吸的两种反应类型
（1）C6H12O6
2C3H6O3（乳酸）＋少量能量
（2）C6H12O6
2C2H5OH（酒精）＋2CO2＋少量能量
4.真核生物有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体，而无氧呼吸的场所只有细胞质基质。
1．下图表示细胞内葡萄糖分解的反应式。
下列关于该过程的说法正确的是（ ）
A．只发生在细胞有氧时 B．只发生在细胞缺氧时
C．只发生在线粒体内D．只发生在细胞质基质内
D [图中表示的细胞内葡萄糖分解的反应式为呼吸作用的第一阶段，无论有氧呼吸还是无氧呼吸，都是在细胞质基质中进行。
]
2．下列细胞中，其无氧呼吸过程会以乳酸为主要产物的是（ ）
A．密闭塑料袋中苹果的细胞
B．用于制作酒精的酵母菌
C．剧烈奔跑时的马骨骼肌细胞
D．浇水过多的青菜根部细胞
C [苹果无氧呼吸产物是酒精和二氧化碳，A错误。
酵母菌无氧呼吸产物是酒精和二氧化碳，B错误。
动物细胞无氧呼吸产物是乳酸，C正确。
浇水过多的青菜根部细胞无氧呼吸产物主要是酒精和二氧化碳，D错误。
]
3．雨水过多时，农作物发生烂根现象的原因是（ ）
A．土壤中有毒物质溶解到水中，使根遭到毒害
B．土壤中水分充足，微生物繁殖而引起烂根
C．土壤中缺乏氧气，根进行无氧呼吸产生酒精，对根细胞有毒害作用
D．土壤因水涝温度低，使根受到低温损害
C [土壤长期被水淹，导致土壤中缺少氧气，根进行无氧呼吸，由于根的无氧呼吸会产生酒精，对细胞有毒害作用而导致烂根，C正确。
]
4．如图是酵母菌细胞有氧呼吸过程的图解。
请根据图回答下列问题。
（1）图中②③所代表的物质分别是__________、__________。
（2）依次写出图中④、⑤、⑥所代表的能量多少：
____________（填“少量”或“大量”）。
（3）如果氧气供应不足，其产物是____________，反应的场所是________，该反应可以写成：
____________________________
__________________________________________________
________________。
[解析]
（1）根据图示物质转化关系及有氧呼吸过程中的物质变化过程判断，①是葡萄糖，②是丙酮酸，③是氧气，④⑤⑥都是能量。
（2）有氧呼吸第一阶段、第二阶段都释放出少量能量，第三阶段则释放出大量能量。
（3）若氧气供应不足，酵母菌进行无氧呼吸，产生酒精和CO2，其反应场所是细胞质基质。
[答案]
（1）丙酮酸 O2
（2）少量、少量、大量
（3）C2H5OH（或酒精）和CO2 细胞质基质 C6H12O6
2C2H5OH＋2CO2＋少量能量
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