新教材2024版高中生物第5章细胞的能量供应和利用第3节细胞呼吸的原理和应用课件新人教版必修1

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第5章　细胞的能量供应和利用第3节　细胞呼吸的原理和应用课前 · 新知导学1．实验原理(1)酵母菌是一种________真菌，其代谢类型是___________型，可用于研究___________的不同方式。(2)CO2的检测：①澄清石灰水＋CO2→变________，且混浊程度与CO2产量有关。②蓝色的_______________溶液＋CO2→由_______________，且变黄时间长短与CO2产量有关。(3)酒精的检测：在酸性条件下，橙色的重铬酸钾溶液＋酒精，变成灰绿色。探究酵母菌细胞呼吸的方式单细胞兼性厌氧细胞呼吸混浊溴麝香草酚蓝蓝变绿再变黄2．组装实验装置(1)有氧条件装置：(2)无氧条件装置：NaOH溶液澄清的石灰水澄清的石灰水酵母菌(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。(3)检测酒精的产生：重铬酸钾4．实验现象及结论(1)实验现象：①甲、乙两装置中石灰水都变________，但甲中混浊程度高且速度________。②2号试管中溶液由橙色变成灰绿色，1号试管__________。(2)实验结论：①有氧条件下，酵母菌细胞呼吸产生_______CO2。②无氧条件下，酵母菌细胞呼吸产生_______和少量CO2。混浊快不变色大量酒精为什么要将葡萄糖溶液先煮沸再冷却后加入培养瓶中？________________________________________________。微思考提示：加热煮沸的目的是杀死溶液中的细菌，同时还能排出溶液中的O2。冷却的原因是防止高温将酵母菌杀死下列关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的叙述，错误的是 (　　)A．实验中将葡萄糖溶液煮沸的目的是灭菌和去除溶液中的O2B．在探究有氧呼吸的实验过程中，泵入的空气应去除CO2C．实验中需控制的无关变量有温度、培养液浓度等D．可通过观察澄清石灰水是否变混浊来判断酵母菌的呼吸方式【答案】D【解析】由于酵母菌的有氧呼吸和无氧呼吸均可产生CO2，所以不能根据澄清石灰水是否变混浊来判断酵母菌的呼吸方式。1．有氧呼吸的主要场所——线粒体(如下图)(1)写出图中序号代表的结构名称：①_______；②_____________；③____________。(2)与有氧呼吸有关的酶分布在________(填图中序号)上。(3)线粒体的分布：集中在______________的部位。有氧呼吸外膜内膜形成的嵴线粒体基质②③代谢旺盛2．有氧呼吸的总反应式：___________________________________ ______________。3．物质转化过程12H2O＋能量4．能量转化ATP热能我们常说的“呼吸”与细胞呼吸有什么区别？________________________________________________。微思考提示：呼吸是指通过呼吸运动吸入氧气，排出二氧化碳的过程。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，释放能量并合成ATP的过程有氧呼吸过程中，产生[H]较多和产生ATP最多的阶段分别是 (　　)①第一阶段　②第二阶段　③第三阶段A．①② B．②③C．①③ D．③③【答案】B【解析】有氧呼吸第一阶段仅产生少量的NADH和少量的ATP，第二阶段产生较多的NADH和少量的ATP，第三阶段消耗NADH，产生大量ATP。1．场所：_______________。2．类型和过程无氧呼吸细胞质基质丙酮酸NADH酒精乳酸2C2H5OH＋2CO2＋少量能量2C3H6O3＋少量能量水稻种子萌发时，如果长时间缺氧，就会引起烂芽，主要是由于 (　　)A．能量不足　 B．酒精中毒C．乳酸中毒　 D．CO2中毒【答案】B【解析】水稻种子萌发时，如果长时间缺氧，进行无氧呼吸会产生酒精和二氧化碳，酒精含量过多对细胞有毒害作用，引起烂芽。1．有氧呼吸原理的应用(1)利用淀粉、___________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____________，避免肌细胞产生大量________。(3)栽培时及时松土有利于______________。(4)稻田定期排水有利于根系_____________，防止幼根变黑、腐烂。细胞呼吸原理的应用醋酸杆菌有氧呼吸乳酸根系生长有氧呼吸2．无氧呼吸原理的应用(1)利用粮食通过________发酵可以生产各种酒。(2)包扎伤口应选用________的敷料。(3)破伤风芽孢杆菌可通过____________进行大量繁殖，皮肤破损较深时，需清理伤口并注射破伤风抗毒血清等。酵母菌透气无氧呼吸储藏苹果时既要保持其口感又要减少水分的消耗，下列最适宜的储藏条件是 (　　)A．高CO2浓度、低氧浓度和零下低温B．低CO2浓度、高氧浓度和零下低温C．低氧浓度、高CO2浓度和零上低温D．完全无氧、高CO2浓度和零上低温【答案】C【解析】储藏苹果时，细胞呼吸速率低，有机物消耗最少时最佳，故应选低氧、高CO2和零上低温，零下低温会引起冻伤。课堂 · 重难探究[知识归纳]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。(2)根据检测目的不同，可细化为两个子课题：①在有氧或无氧条件下酵母菌细胞呼吸产生CO2的多少；②在有氧或无氧条件下酵母菌细胞呼吸是否产生酒精。具体分析如下：酵母菌细胞呼吸的方式2．实验装置的分析(1)甲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瓶中的空气先经NaOH处理后，排除空气中CO2对实验结果的干扰。(2)乙装置中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均来自无氧呼吸。[对点精练]1．下图是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置，以下说法中正确的是 (　　)A．两个装置均需要在黑暗条件下进行B．装置乙在Ⅱ处可检测到有酒精生成C．装置乙是对照组，装置甲是实验组D．装置甲中NaOH的作用是吸收Ⅰ处的CO2【答案】B【解析】两个装置均不需要在黑暗条件下进行；Ⅱ处酵母菌无氧呼吸产生酒精；此实验是对比实验，没有对照组，都是实验组；装置甲中NaOH溶液的作用是吸收空气中的CO2。2．下列关于探究酵母菌细胞呼吸方式实验的分析，错误的是 (　　)A．实验过程中氧气的有无是引起酵母菌呼吸方式不同的外界因素B．培养液中葡萄糖浓度过高会影响酵母菌的繁殖和生长C．在有氧和无氧条件下培养酵母菌的培养液温度都升高D．酵母菌细胞呼吸的产物都能用酸性重铬酸钾溶液检测【答案】D【解析】本实验的自变量是氧气的有无，A正确；培养液中葡萄糖浓度过高会导致酵母菌过度失水死亡，B正确；有氧呼吸和无氧呼吸均可产生能量，故培养酵母菌的培养液温度都升高，C正确；酵母菌细胞无氧呼吸的产物有酒精，能用酸性重铬酸钾溶液检测，有氧呼吸的产物不能用酸性重铬酸钾溶液检测，D错误。[知识归纳]1．有氧呼吸和无氧呼吸的过程图解(注：[H]指的是NADH)有氧呼吸和无氧呼吸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．有氧呼吸与无氧呼吸的比较为什么葡萄糖不能在线粒体中氧化分解？提示：①线粒体膜上没有运输葡萄糖的载体，葡萄糖不能进入线粒体；②线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。[对点精练]1．下列有关人体在100米比赛中身体发生的生理反应的叙述，正确的是 (　　)A．在100米比赛中，腿部肌肉细胞产生CO2的场所只有线粒体基质B．无氧呼吸时，葡萄糖中能量的主要去向是以热能的形式散失C．在有氧呼吸的三个阶段中，产生ATP时均伴有[H]的生成D．若用18O标记葡萄糖，一段时间后在生成的水中可以检测到18O【答案】A【解析】人体细胞中二氧化碳只有经过有氧呼吸产生，故在100米短跑比赛中，运动员腿部肌肉细胞中CO2的产生场所只有线粒体基质，A正确；无氧呼吸时，葡萄糖中的能量主要储存在不彻底氧化分解产生的有机产物中，释放的能量的主要去向是以热能形式散失，B错误；有氧呼吸三个阶段都产生ATP，但是只有第一阶段和第二阶段有[H]的生成，C错误；用18O标记葡萄糖，有氧呼吸过程中葡萄糖中的氧进入二氧化碳，因此在生成的水中不能检测到18O，D错误。2．(2023·广东汕尾期末)细胞进行的某代谢过程如图甲所示，与该代谢密切相关的细胞器如图乙所示，相关叙述正确的是 (　　)A．图甲中的全部代谢过程都发生在图乙所示的结构中B．图中T1、T2、T3阶段分别发生在①②③所示的结构中C．图中的[H]指的是NADH，Ⅰ、Ⅱ分别是H2O和O2D．人体的细胞都能通过该代谢为细胞的生命活动提供能量【答案】C【解析】根据图示信息判断，图乙为线粒体，图甲代谢过程是有氧呼吸过程。有氧呼吸的第一阶段T1发生在细胞质基质，并不在线粒体中，A错误。①②③分别是线粒体外膜、内膜和线粒体基质，T1、T2、T3阶段分别是有氧呼吸的第一、二、三阶段，这三个阶段分别发生在细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜上，B错误。第一、二阶段产生的[H]是NADH。第二阶段有H2O参与，第三阶段有O2参与，C正确。人体的绝大部分细胞能通过有氧呼吸为细胞的生命活动提供能量，但成熟的红细胞等没有线粒体的细胞通过无氧呼吸提供能量，D错误。【方法技巧】 判断细胞呼吸方式的三大依据[知识归纳]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来影响细胞呼吸速率。细胞呼吸的最适温度一般在25～35 ℃ 之间。影响细胞呼吸的主要外界因素及应用2．O2浓度(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。4．CO2浓度(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，如下图所示。(2)应用：适当增加CO2浓度，有利于水果和蔬菜的保鲜。下面甲、乙、丙三图分别表示温度、含水量、CO2浓度对细胞呼吸的影响。1．结合甲图，在温室大棚中应如何通过控制温度来提高产量？2.根据乙图，种子在储藏前为什么要晾干？干种子萌发时为什么要浸泡处理？3．结合丙图所示的原理，在蔬菜、水果保鲜时我们可采取什么措施？1．提示：温室栽培夜晚要通风降温，以减少呼吸消耗有机物。2．提示：储存种子之前要进行晾干处理，以降低含水量，从而降低呼吸速率。干种子萌发前要浸泡处理，以增加含水量提高呼吸速率。3．提示：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。[对点精练]1．下列关于细胞呼吸原理在生活、生产中应用的说法，不正确的是 (　　)A．晒干的种子因呼吸作用减弱而可以保存更长时间B．泡菜的制作主要利用了乳酸菌无氧呼吸的原理C．用透气的纱布包扎伤口可避免组织细胞缺氧死亡D．低温、低氧、适宜的湿度等条件有利于水果和蔬菜的保鲜【答案】C【解析】晒干的种子，水分减少，呼吸作用减弱，因而可以保存更长时间，A正确；泡菜的制作主要利用了乳酸菌无氧呼吸产生乳酸的原理，B正确；用透气的纱布包扎伤口可避免厌氧微生物的繁殖，C错误；低温、低氧、适宜的湿度等条件有利于水果和蔬菜的保鲜，粮食要在低温、低氧、干燥的环境中保存，D正确。2．以下甲、乙两图都表示苹果组织细胞中CO2释放量和O2吸收量的变化。下列相关叙述不正确的是 (　　)A．甲图中氧浓度为a时的情况对应的是乙图中的A点B．甲图中氧浓度为b时的情况对应的是乙图中的CD段C．甲图的a、b、c、d四个浓度中c是最适合苹果贮藏的氧浓度D．甲图中氧浓度为d时没有酒精产生【答案】B【解析】甲图中氧浓度为a时，细胞只释放CO2不吸收O2，说明细胞只进行无氧呼吸，对应乙图中的A点，A正确；甲图中氧浓度为b时，CO2的释放量远远大于O2的吸收量，说明既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，且无氧呼吸强度大，应对应乙图中AC段，B错误；贮藏植物器官应选择CO2产生量最少即细胞呼吸最弱时(图甲中的c浓度)的氧浓度，故C正确；氧浓度为d时，CO2的释放量与O2的吸收量相等，细胞只进行有氧呼吸，因此没有酒精产生，D正确。【方法技巧】 影响细胞呼吸的内部因素以植物为例，从以下3个角度分析课堂 · 延伸提分(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的来源和去向不同，所以不是同一分子。(3)无氧呼吸只有第一阶段释放少量能量，第二阶段不释放能量。(4)呼吸作用释放的能量小部分转化成ATP中的能量，大部分以热能的形式散失。(5)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。易错易混：细胞呼吸的5个易错点例1　(2023·河北邯郸期末)如图是玉米不同部位的细胞中呼吸作用的部分过程。据图分析，有关叙述正确的是 (　　) A．玉米同一细胞中可同时存在催化丙酮酸生成乳酸或酒精的酶B．物质c为乳酸，玉米胚中丙酮酸转化成c时释放出少量能量C．试剂甲(重铬酸钾溶液)与酒精在酸性条件下发生反应，变成橙色D．玉米叶肉细胞在线粒体内膜上生成物质b，同时释放大量能量【答案】D【解析】由图可知，玉米不同细胞进行无氧呼吸的产物不同，同一细胞中只存在催化丙酮酸生成乳酸或生成酒精的酶，A错误；分析题图可知，物质c为乳酸，丙酮酸生成乳酸属于无氧呼吸第二阶段，无氧呼吸只在第一阶段释放出少量能量，生成少量ATP，B错误；橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精发生反应，变成灰绿色，C错误；图中物质a为CO2、b为H2O，在有氧呼吸第三阶段，[H]与氧结合形成水，同时释放出大量能量，该阶段在线粒体内膜上进行，D正确。错因分析：一是对无氧呼吸产物不同的根本原因没有理解到位；二是对无氧呼吸只有第一阶段释放能量没有掌握；三是对细胞呼吸产物的检测方法记忆不准确；四是对有氧呼吸的过程、发生的场所、能量的释放掌握不熟练。例2　在a、b、c、d条件下，测得某植物种子萌发时CO2和O2体积变化的相对值如下表。若底物是葡萄糖，则下列叙述中正确的是(　　)解题技巧：细胞呼吸方式的判断与计算题的解题技巧A．a条件下，呼吸产物除CO2外还有酒精和乳酸B．d条件下，产生的CO2全部来自线粒体C．b条件下，有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸多D．c条件下，无氧呼吸最弱【答案】B【解析】a条件下，O2吸收量为0，种子只进行无氧呼吸，呼吸产物为CO2和酒精，没有乳酸，A错误；d条件下，吸收的O2量与释放的CO2量相等，表明只进行有氧呼吸，产生的CO2全部来自线粒体，B正确；b条件下，有氧呼吸吸收3 mol O2需要消耗0.5 mol葡萄糖同时产生3 mol CO2，余下5 mol CO2由无氧呼吸产生，需要消耗2.5 mol葡萄糖，C错误；c条件下仍存在无氧呼吸，而d条件下不进行无氧呼吸，D错误。审题流程：第一步　解读题干和表格，提取信息。分析题干内容，概括信息主旨。由题干和表格信息可知，该植物细胞无氧呼吸的类型是酒精发酵；a条件下不消耗O2，释放CO2，只进行无氧呼吸；d条件下消耗O2量等于释放的CO2量，只进行有氧呼吸；b和c条件下释放CO2量多于消耗O2量，故同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，但强度不同。第二步　对接教材，迁移知识。弄清考查的知识点，对应教材中的相关章节。根据题干“测得某植物种子萌发时CO2和O2体积变化的相对值如下表。若底物是葡萄糖”，考查的知识点与教材中第5章第3节“细胞呼吸的原理和应用”密切相关。依据O2消耗量和CO2产生量来判断细胞呼吸方式，具体如下。①不消耗O2：a．无CO2产生：细胞只进行产生乳酸的无氧呼吸；b．有CO2产生：细胞只进行产生酒精的无氧呼吸。②消耗O2，产生CO2：a．VCO2/VO2＝1，细胞只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸。b．VCO2/VO21，细胞同时进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸。此种情况下，判断哪种细胞呼吸方式占优势的方法：若VCO2/VO2＝4/3，有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖的速率相等；若VCO2/VO2>4/3，无氧呼吸消耗葡萄糖的速率大于有氧呼吸，无氧呼吸占优势；若VCO2/VO2