5.3 细胞呼吸的原理和应用（第1课时）（学生版）-高一生物同步精品讲义（人教2019必修1）

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5.3 细胞呼吸的原理和应用（1） 1.通过分析细胞呼吸和有机燃料燃烧产生能量过程的不同，理解细胞呼吸的本质。2.通过设计和实施探究酵母菌呼吸方式的实验，了解对比实验的原理，说明细胞呼吸有有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。知识点01  细胞呼吸的实质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。特别提醒：①呼吸、呼吸运动和呼吸作用的作用不同：呼吸指机体与外界环境之间气体交换的过程；呼吸运动是呼吸肌收缩舒张引起胸廓节律性扩张与缩小的过程，是为肺与外界进行气体交换提供原动力的过程；呼吸作用是细胞内经过一系列的氧化分解，释放出能量的过程。②呼吸、呼吸运动和呼吸作用的过程不同：呼吸的作用是吸入氧气呼出二氧化碳；呼吸运动是改善呼吸功能，促进血液循环，减轻心脏负担的一种运动；呼吸作用是在细胞内将有机物氧化分解并产生能量的化学过程。    知识点02 探究酵母菌细胞的呼吸方式 1.酵母菌作为实验材料的原因：酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能进行生存，属于兼性厌氧菌。2.实验步骤①酵母菌培养液配制：取20g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入容量为500mL的锥形瓶A和锥形瓶B中。 分别向瓶中注入240 mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。②安装实验装置：图中（甲）装置用来探究酵母菌的有氧呼吸，（乙）用来探究酵母菌的无氧呼吸。图中a表示接橡皮球（或气泵），b表示质量分数为10%的NaOH溶液，c表示澄清的石灰水，d表示澄清的石灰水。a的作用是给A锥形瓶提供氧气，b的作用是吸收通入空气中的二氧化碳，c的作用是吸收A锥形瓶产生的二氧化碳，d的作用是吸收B锥形瓶产生的二氧化碳。③CO2检测：CO2可使澄清的石灰水变浑浊；也可使溴麝香草酚蓝溶液的颜色由蓝变绿再变黄。④酒精检测：橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色。3.实验现象：甲乙两装置中澄清石灰水都变混浊，且甲装置中混浊程度高。取A锥形瓶酵母菌培养液的滤液2mL加入1号试管，取B锥形瓶酵母菌培养液的滤液2mL加入2号试管，向两只试管分别滴加0.5mL溶有0.1g的重铬酸钾的浓硫酸溶液并轻轻振荡，1号试管不变色，2号试管变灰绿色。4.实验结论：酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸；在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳；在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生少量的二氧化碳和酒精。特别提醒：该实验中有氧和无氧条件均是实验探究的内容，两组实验均为实验组，二者相互对照。实验不另设对照组，这样的实验称为对比实验。知识点03  细胞呼吸的方式细胞呼吸根据是否消耗氧气，可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。考法01 酵母菌 1.酵母菌是一类以出芽生殖或分裂生殖来进行无性繁殖的单细胞真菌的通称，以与霉菌区分开。主要分布在含糖质较高的偏酸性环境，如各种水果的表皮、发酵的果汁、蔬菜、花蜜、植物叶面、菜园果园土壤和酒曲中。2.酵母菌在有氧和无氧的环境中都能生长，即酵母菌是兼性厌氧菌，在有氧的情况下，它把糖分解成二氧化碳和水，在有氧存在时，酵母菌生长较快。在缺氧的情况下，酵母菌把糖分解成酒精和二氧化碳。3.酵母菌具有真正细胞核，由多孔核膜包裹。在相差显微镜可观察到细胞核，对固定的酵母细胞进行染色，还可观察到核内的染色体(其数目因种而不同)。酵母菌具有液泡，液泡的功能可能是起着营养物和水解酶类的贮藏库的作用，同时还有调节渗透压的功能。特别提醒：酵母菌线粒体在有氧条件下，外形呈杆状或球状，内膜经折叠后形成嵴，其上富含参与电子传递和氧化磷酸化的酶，能进行有氧呼吸；在缺氧条件下只能形成无嵴的简单线粒体，不能进行有氧呼吸。【典例1】下列有关酵母菌的叙述中，不正确的是（   ）A．酵母菌与乳酸菌最主要区别是具有细胞核B．酵母菌在有氧和无氧条件下都能产生CO2C．酵母菌主要分布在含糖较高的偏酸性环境D．酵母菌主要以出芽生殖方式进行有性生殖【答案】D【解析】酵母菌是真菌属于真核生物，乳酸菌是细菌属于原核生物，酵母菌与乳酸菌最主要区别是具有细胞核，A正确；酵母菌在有氧和无氧的环境中都能生长，即酵母菌是兼性厌氧菌，在有氧的情况下，它把糖分解成二氧化碳和水，在有氧存在时，酵母菌生长较快。在缺氧的情况下，酵母菌把糖分解成酒精和二氧化碳，B正确；主要分布在含糖质较高的偏酸性环境，如各种水果的表皮、发酵的果汁、蔬菜、花蜜、植物叶面、菜园果园土壤和酒曲中，C正确；酵母菌是一类以出芽生殖或分裂生殖来进行无性繁殖的单细胞真菌的通称，出芽生殖属于无性生殖，D不正确。 考法02  探究酵母菌细胞呼吸的方式1.实验中空气在进入A锥形瓶前要先通过10%的NaOH溶液，再进入酵母菌培养液中。其目的适合用10%的NaOH溶液吸收空气中的CO2，以保证用于检测产物的锥形瓶中澄清石灰水变浑浊是由酵母菌有氧呼吸产生的CO2导致的。2.用于探究无氧呼吸的装置，之所以要将锥形瓶B的培养液封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，目的是让酵母菌将锥形瓶中的氧气消耗完毕后再进行检测，以确保通入澄清石灰水中的CO2是由无氧呼吸产生的。3.对酵母菌培养液中的葡萄糖溶液之所以要先煮沸再冷却后才加入锥形瓶，原因是加热煮沸能杀死葡萄糖溶液中的细菌排除其他微生物对实验结果的影响，且可排出溶液中的O2；后冷却的原因是若不冷却直接加入，温度过高会将酵母菌杀死。特别提醒：实验设计需遵循对照原则。此实验为对比实验，对比实验不设对照组，而是通过有氧和无氧条件下的两个实验组相互对比得出实验结论。【典例2】下图为“探究酵母菌的呼吸方式”的实验装置，下列有关叙述，正确的是(　　)A．该实验需设置有氧和无氧两种条件的对比实验，其中乙组作为对照组B．若向b瓶和d瓶中加入酸性重铬酸钾溶液，则d瓶内的溶液会变黄C．可根据溴麝香草酚蓝水溶液变黄的时间长短，来检测CO2的产生速率D．若c瓶和e瓶中溶液都变浑浊，不能据此判断酵母菌的呼吸方式【答案】C【解析】该对比实验两组都未知实验结果，都是实验组，故A错；d瓶进行无氧呼吸，生成酒精，在酸性条件下与重铬酸钾溶液反应变成灰绿色，而b瓶进行有氧呼吸，不生成酒精，无灰绿色出现，故B错；b瓶进行有氧呼吸，产生二氧化碳速率较快，溴麝香草酚蓝水溶液变黄的时间较短，石灰水变浑浊较快(浑浊量较大)；d瓶进行无氧呼吸，产生二氧化碳速率较慢，溴麝香草酚蓝水溶液变黄的时间较长，石灰水变浑浊较慢(浑浊量较小)，故C正确，D错。 题组A  基础过关练1.在探究酵母菌细胞呼吸的方式的实验中，质量分数为10%的NaOH溶液的作用是(　　)A．吸收空气中的O2　　B．吸收空气中的CO2C．检测酒精的产生     D．检验CO2的产生2．探究酵母菌在有氧和无氧条件下产生的CO2是否一样多的实验中，有无氧气和CO2的多少分别属于(　　)A．自变量和因变量       B．因变量和无关变量C．自变量和无关变量     D．自变量和对照变量3．在检验酵母菌细胞呼吸产物时，常用到一些特殊的颜色反应，下列描述不正确的是(　　)A．CO2可使澄清的石灰水变混浊B．CO2可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄C．乙醇在碱性条件下能与灰绿色的重铬酸钾溶液反应变成橙色D．乙醇在酸性条件下能与橙色的重铬酸钾溶液反应变成灰绿色4.如图为探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置，有关叙述错误的是（    ）
A．装置甲和乙分别探究酵母菌的有氧呼吸和无氧呼吸　B．A瓶中需加入NaOH溶液用于吸收空气中的CO2C．可依据澄清的石灰水是否变混浊来判断酵母菌的呼吸方式D．一段时间后向C瓶的滤液中加入酸性重铬酸钾，颜色变为灰绿色5. 下列关于探究酵母菌细胞呼吸方式实验的叙述，错误的是（　　）A．根据短时间内澄清石灰水变混浊的程度，可检测CO2产生量的多少B．根据酸性条件下乙醇使重铬酸钾变成灰绿色，可检测有无酒精产生C．根据溴麝香草酚蓝溶液变黄的时间长短，可检测是否产生CO2D．本实验的结论是：酵母细胞既可进行有氧呼吸，也可进行无氧呼吸6.利用如图所示装置探究酵母菌的无氧呼吸，正确的操作方法是(　　)A．A瓶先敞口培养一段时间后，再连通B瓶B．A瓶密封后，应该立即连通B瓶C．A瓶密封后，培养一段时间，再连通B瓶D．实验结束后，在B瓶中加入重铬酸钾检验酒精 题组B  能力提升练7．某同学为了研究酵母菌呼吸作用的类型，只做了如图所示的实验装置。甲、乙中各加等量的经煮沸后冷却的葡萄糖溶液，并加等量的酵母菌，乙中用液状石蜡隔绝空气。对该实验的分析，错误的是(　　)A．该实验不能以有无CO2的产生来判断酵母菌的呼吸作用类型B．将葡萄糖溶液煮沸可以防止杂菌污染，以免影响实验结果C．乙和甲比较，说明酵母菌在不同的条件下有不同的呼吸作用类型D．乙为甲的空白对照实验，以排除无关因素对酵母菌呼吸作用的影响8．如图是某同学验证呼吸作用产生二氧化碳的实验装置，在透明的容器B中放入湿润的活种子。以下说法正确的是(　　)A．从C瓶导出的气体中，氧气的含量与空气相比没有变化B．种子不进行光合作用，检测到的CO2是呼吸作用产生的C．在黑暗条件下，种子不进行呼吸作用D．在光照条件下，澄清石灰水不会变浑浊9.将酵母细胞研磨并除去ATP后，分别放入编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的锥形瓶中。将3个锥形瓶密封后，均置于20℃水浴箱中，1h后的结果如图所示。下列分析合理的是（　　）
 
A. 该实验的实验目的是探究酵母菌的细胞呼吸方式
B. 由实验结果可知锥形瓶Ⅰ和Ⅱ必定进行了无氧呼吸
C. Ⅲ中的液滴向左移动说明酵母菌只进行了有氧呼吸
D. 实验结果说明酵母菌进行有氧呼吸需要葡萄糖和ATP10. 如图是某同学在一定条件下测定酵母菌无氧呼吸速率的实验装置。实验开始时，先打开软管夹将试管恒温水浴，10min后再关闭软管夹，随后每隔5min记录一次毛细管中液滴移动的距离。下列有关实验分析错误的是（　　）
A．保温10 min有利于消耗掉葡萄糖溶液中的氧气B．实验中可观察到毛细管中液滴向右移动C．需另设一组相同装置，用等量死酵母菌代替活酵母菌以对实验结果进行校正D．去掉油脂层、打开软管夹、通入氧气，该装置可用于测定酵母菌有氧呼吸速率11.酵母菌是一类单细胞真菌，右图是其亚显微结构示意图。据图回答：（1）酵母菌细胞在低渗溶液中能保持正常的形态，是因为它具有_________。（2）与大肠杆菌细胞相比，其结构上最大的区别是酵母菌具有_____________。（3）酵母菌在无氧条件下，呼吸作用进行的场所是________（填序号）；在有氧条件下，呼吸作用进行的场所是_________（填序号）。（4）酵母菌无氧呼吸的产物可以通过____________（方式）运输到细胞外。（5）图中含RNA的细胞器有_________（填序号）。（6）在探究酵母菌的呼吸方式实验中，除了用澄清的石灰水来检测二氧化碳以外，也可以用_____________来进行检测。用图3装置测定酵母菌在一定浓度氧气条件下进行的呼吸方式类型中装置2中的烧杯B中应加入_____________。将以上两个装置同时关闭活塞，在25℃下经过20min再观察红色液滴移动情况，若装置1的红色液滴左移，装置2的红色液滴右移，则说明此时酵母菌进行的呼吸方式是_______________________。12.如图为“探究酵母菌的呼吸方式”的实验装置图，C、E瓶为澄清石灰水，请据图分析：
（1）A瓶加入的试剂是             ，其目的是                               。（2）酵母菌与乳酸菌在结构上最主要的区别是酵母菌                         。（3）D瓶应封口放置一段时间后，再连通E瓶，其原因是                         。（4）图中装置有一处错误为                                            。 题组C  培优拔尖练13.（2018·天津卷）为探究酵母菌的呼吸方式，在连通CO2和O2传感器的100 mL锥形瓶中，加入40 mL活化酵母菌和60 mL葡萄糖培养液，密封后在最适温度下培养。培养液中O2和CO2相对含量变化见下图。有关分析错误的是(　　)A．t1→t2，酵母菌的有氧呼吸速率不断下降B．t3时，培养液中葡萄糖的消耗速率比t1时快C．若降低10 ℃培养，O2相对含量达到稳定所需时间会缩短D．实验后的培养液滤液加入适量酸性重铬酸钾溶液后变成灰绿色14.（2018·浙江卷）以酵母菌和葡萄糖为材料进行“乙醇发酵实验”，装置图如下。下列关于该实验过程与结果的叙述，错误的是(　　)A．将温水化开的酵母菌悬液加入盛有葡萄糖液的甲试管后需振荡混匀B．在甲试管内的混合液表面需滴加一薄层液体石蜡以制造富氧环境C．乙试管中澄清的石灰水变浑浊可推知酵母菌细胞呼吸产生了CO2D．拔掉装有酵母菌与葡萄糖混合液的甲试管塞子后可闻到酒精的气味15. 为探究酵母菌呼吸方式的类型，设计了如下图所示的装置，相关叙述错误的是（   ） A．装置一中的红色液滴左移，装置二中的红色液滴不动，说明酵母菌只进行有氧呼吸[来源:学科网ZXXK]B．装置一中的红色液滴不移动，装置二中的红色液滴右移，说明酵母菌只进行无氧呼吸[来源:Z*xx*k.Com]C．装置一中的红色液滴左移，装置二中的红色液滴右移，说明酵母菌既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸D．装置一、二中的红色液滴均不动，说明酵母菌只进行有氧呼吸或只进行无氧呼吸16.（2009·福建卷）回答下列问题：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细胞呼吸的情况。材料用具：保温桶(500 mL)、温度计、活性干酵母、质量浓度为0.1 g/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细胞呼吸比无氧条件下细胞呼吸放出的热量多。（1）取A、B两套装置设计实验如下，请补充下表中内容：装置步骤一步骤二步骤三A加入240 mL的葡萄糖溶液加入10 g活性干酵母①________B加入240 mL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装置因细胞呼吸引起的温度变化量，还需要增加一个装置C。请写出对装置C应进行的实验步骤：装置步骤一步骤二步骤三C③________④________加入石蜡油，铺满液面（4）实验预期：在适宜条件下实验，30 min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。