高三生物第一轮复习课件
第16课时　必修1 5-3 ATP的主要来源——细胞呼吸
本讲实验——探究酵母菌细胞呼吸方式
1．实验原理
(1)酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧
菌。酵母菌进行有氧呼吸能产生大量的CO2，在进行无氧呼吸时能产生酒精和CO2。
(2)CO2可使澄清的石灰水变浑浊，也可使溴麝香草酚蓝水
溶液由蓝变绿再变黄。根据石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养液中CO2的产生情况。
(3)橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下可与乙醇发生化学
反应，变成灰绿色。
2．实验流程
提出问题：酵母菌使葡萄糖发酵产生酒精的条件是有氧还
是无氧；酵母菌在有氧和无氧条件下细胞呼吸的产物是什么
作出假设：针对上述问题，根据已有的知识和生活经验(如
酵母菌可用于酿酒、发面等)作出合理的假设
3．注意事项
(1) 将装置(甲)连通橡皮球，让空气间断而持续地依次通过3个锥形瓶，既保证O2的充分供应，又使进入A瓶的空气先经过NaOH的锥形瓶，清除空气中的CO2，保证第三个锥形瓶的澄清石灰水变浑浊是由酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致。
(2)B瓶应封口放置一段时间，待酵母菌将B瓶中的氧气消耗
完，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，确保通入澄清石灰水中的CO2是由无氧呼吸产生的。
一、细胞呼吸的概念
细胞呼吸是有机物在细胞内经过一系列氧化分解生成二氧化碳或其它产物，释放能量并且生成ATP的过程。
二、细胞呼吸的类型
（一）有氧呼吸
1.有氧呼吸过程图解
C6H12O6
6CO2
12H2O
线粒体
细胞质基质
②
①
③
⒉有氧呼吸三个阶段
细胞质基质
主要是葡萄糖
丙酮酸H2O
[H]、O2
丙酮酸、[H]
CO2、[H]
H2O
2ATP
2ATP
34ATP
3．有氧呼吸的总反应式：
能量
总共放能2870kJ,其中 kJ转移给ATP
1161
（二）无氧呼吸
1.无氧呼吸过程
产生乳酸的无氧呼吸
葡萄糖
举例
葡萄糖
产生酒精的无氧呼吸
举例
人和高等动物的肌细胞
水稻根部细胞
乳酸菌 、玉米胚乳细胞
甜菜块根、马铃薯块茎
苹果果实内部细胞
酵母菌……
总共放能196.65kJ,其中 kJ 转移给ATP
2.无氧呼吸总反应式
61.08
过程分析
(1)无氧呼吸的第二阶段是第一阶段产生的[H]将丙酮酸还原为C2H5OH和CO2或乳酸的过程。
(2)有氧呼吸H2O即是反应物，又是生成物，且H2O中的氧全部来自于O2。
(3)有氧呼吸的三个阶段共同的产物是ATP，无氧呼吸只在第一阶段产生ATP。
（三）有氧呼吸和无氧呼吸的比较
探究思考：
1.怎样检测汽车司机是否喝了酒？
答案：重铬酸钾可以检测有无酒精存在。这一原理可以用来检测汽车司机是否喝了酒。具体做法是：让司机呼出的气体直接接触到载有用硫酸处理过的重铬酸钾或三氧化铬的硅胶（两者均为橙色），如果呼出的气体中含有酒精，重铬酸钾或三氧化铬就会变成灰绿色的硫酸铬。
2．原核生物细胞内无线粒体，能否进行有氧呼吸？
答案：原核生物细胞能进行有氧呼吸。有的原核生物，如硝化细菌、根瘤菌，虽然没有线粒体，但却含有全套与有氧呼吸有关的酶，这些酶分布在细胞质基质和细胞膜上，因此，这些细胞是可以进行有氧呼吸的。有的原核生物如乳酸菌、产甲烷杆菌等，没有与有氧呼吸有关的酶，因此，只能进行无氧呼吸。总之，大多数原核生物能进行有氧呼吸。
3、细胞呼吸产生的能量是不是全部用于生成ATP？为什么？
答案：不是。例如1 mol葡萄糖完全氧化分解可释放2870 kJ能量，其中有1161 kJ左右的能量储存在ATP中，其他大部分能量以热能的形式散失。在无氧条件下，1 mol葡萄糖分解成乳酸时，共放出196.65 kJ的能量，其中61.08 kJ的能量储存在ATP中，其余能量都以热能的形式散失。
易错提示：
1.无氧呼吸产生乳酸这反应主要发生在动物中，但并不绝对，如马铃薯块茎和甜菜块根也会发生此反应。
2.酵母菌可以进行有氧呼吸，也可以进行无氧呼吸。微生物的无氧呼吸也称为发酵，但动植物的无氧呼吸不能称为发酵。
4．不同生物无氧呼吸的产物不同，其原因在于催化反应的酶不同。
5．原核生物无线粒体，有些原核生物(如硝化细菌、蓝藻)仍可进行有氧呼吸。
6．只能进行无氧呼吸的真核生物(如蛔虫)，其细胞内无线粒体。
7.有氧呼吸的三个阶段均有ATP产生，无氧呼吸只在第一阶产生ATP。
二、细胞呼吸类型的判断
在以C6H12O6为呼吸底物的情况下，CO2的释放量和O2消耗量是判断细胞呼吸方式的重要依据，方法如下：
细胞呼吸类型的判断
酵母菌培养液
NaOH
酵母菌培养液
清水
a
b
当a液滴 、b液滴 时，只进行有氧呼吸。
当a液滴 、b液滴 时，只进行无氧呼吸。
当a液滴 、b液滴 时，即有无氧呼吸也有有氧呼吸。
右移
左移
不动
不动
左移
右移
根据CO2释放量和O2消耗量判断细胞呼吸状况
(1)植物细胞呼吸的指标：植物细胞呼吸吸收O2，释放CO2，
CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，毛细管内的水滴左移(实验装置如下图)。根据单位时间内液滴左移的体积即可计算呼吸速率。
(2)条件：整个装置必须遮光处理，否则植物的光合作用会
干扰呼吸速率的测定。
(3)为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应将装置及所测
种子进行消毒处理。
(4)对照组的设置：为防止气压、温度等物理膨胀因素所引
起的误差，应设置对照实验，将所测定的生物灭活(将种子煮熟)，其他条件均不变。
[特别提醒]　 ，（呼吸商=CO2释放量\O2吸收量）由于脂肪含H量高于糖类，因此耗氧量多。若以脂肪为呼吸底物，进行有氧呼吸，会出现耗O2量＞CO2释放量的情况。
（一）内部因素——遗传因素
1.不同的植物种类，呼吸速率各有不同，
如旱生植物小于水生植物；
2.同一植物的不同器官或组织，呼吸速率也有明显的差异，
如生殖器官大于营养器官。
3.同一植物在不同的生长发育时期细胞呼吸速率不同，
如幼苗期细胞大于成熟期细胞
三、影响细胞呼吸的因素
1、呼吸速率与温度的关系(如图)
（二）外部因素
温度能影响呼吸作用，实质是影响呼吸酶的活性。
①最适温度时，细胞呼吸最强，超过最适温度呼吸酶活性降低，甚至变性失活，细胞呼吸受抑制；低于最适温度酶活性下降，细胞呼吸受抑制。
②生产上常利用这一原理在低温下贮存蔬菜、水果，在大棚蔬菜的栽培过程中，夜间适当降低温度，降低细胞呼吸，减少有机物的消耗，提高产量。
呼吸作用在最适温度（25～35℃）时最强
2、呼吸速率与O2浓度的关系(如图)
①O2浓度低时，无氧呼吸占优势；随O2浓度增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强；但当O2浓度达到一定值后，随O2浓度增大，有氧呼吸不再加强(受呼吸酶数量等因素的限制)。
②生产上常利用适当降低氧气浓度等能够抑制细胞呼吸、减少有机物消耗的原理来延长蔬菜、水果的保鲜时间，中耕松土增加根的有氧呼吸；在医疗上选用透气的消毒纱布或松软的“创可贴”包扎伤口，可抑制厌氧病原菌的繁殖。
3、呼吸速率与含水量的关系(如图)
①在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，随含水量的减少而减慢。当含水量过多时，呼吸速率减慢，甚至死亡。
②作物栽培中要合理灌溉。
在作物种子储藏时，将种子风干，以减弱细胞呼吸，减少有机物的消耗。
4、呼吸速率与CO2浓度的关系
应用：在蔬菜水果的保鲜中，增加CO2的浓度也具有良好的保鲜效果。在冬天北方地区常用地窖来贮藏大白菜、甘薯等。
从化学平衡的角度分析， CO2浓度增加，呼吸速率下降。
1.选用“创可贴”等敷料包扎伤口，既为伤口敷上了药物，又为伤口创造了疏松透气的环境、避免厌氧病原菌的繁殖，从而有利于伤口的痊愈。
2.酵母菌是兼性厌氧微生物。酵母菌在适宜的通气、温度和pH等条件下，进行有氧呼吸并大量繁殖；在无氧条件下则进行酒精发酵。醋酸杆菌是一种好氧细菌。在氧气充足和具有酒精底物的条件下，醋酸杆菌大量繁殖并将酒精氧化分解成醋酸。
四、细胞呼吸原理的应用
谷氨酸棒状杆菌是一种好氧细菌。在发酵过程中要不断通入无菌空气，在适宜温度下培养，就会生成大量的谷氨酸。谷氨酸经过人们的进一步加工，就成为谷氨酸钠——味精。
3.对于板结的土壤及时进行松土透气，可以使根细胞进行充分的有氧呼吸，从而有利于根系的生长和对无机盐的吸收。此外，松土透气还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，这能够促使这些微生物对土壤中有机物的分解，从而有利于植物对无机盐的吸收。
4.水稻的根系适于在水中生长，这是因为水稻的茎和根能够把从外界吸收来的氧气通过气腔运送到根部各细胞，而且与旱生植物相比，水稻的根也比较适应无氧呼吸。但是，水稻根的细胞仍然需要进行有氧呼吸，所以稻田需要定期排水。如果稻田中的氧气不足，水稻根的细胞就会进行酒精发酵，时间长了，酒精就会对根细胞产生毒害作用，使根系变黑、腐烂。
5.较深的伤口里缺少氧气，破伤风芽孢杆菌适合在这种环境中生存并大量繁殖。所以，伤口较深或被锈钉扎伤后，患者应及时请医生处理。
6.有氧运动是指人体细胞充分获得氧的情况下所进行的体育锻炼。人体细胞通过有氧呼吸可以获得较多的能量。相反，百米冲刺和马拉松长跑等无氧运动，是人体细胞在缺氧条件下进行的高速运动。无氧运动中，肌细胞因氧不足，要靠乳酸发酵来获取能量。因为乳酸能够刺激肌细胞周围的神经末梢，所以人会有肌肉酸胀乏力的感觉。
1.种子贮存
种子贮存的过程中，在不降低种子生活力的前提下，为尽量减少有机物的消耗，常常通过一些措施使细胞呼吸减弱。
措施 ：
(1)将种子风干。通过风干，使种子的自由水含量大量减少，从而使其新陈代谢（主要是细胞呼吸）受到抑制，减少储存过程中有机物的消耗。
应用总结
(2)将种子装袋密封，袋上打适量小孔。密封可使种子贮存袋内的二氧化碳含量升高、氧气含量适度降低，使细胞呼吸受到一定程度的限制，减少呼吸消耗；预留小孔，确保内部二氧化碳含量不致过高、氧气含量不致过低，避免种子因氧含量太低而进行无氧呼吸，防止无氧呼吸产物的积累影响种子的生活力。
(3)适当降低贮存温度。降低温度可使酶活性下降，使细胞呼吸暂时减弱，有利于有机物消耗的减少。
(4)适当降低贮存环境的湿度。种子在贮存过程中，若湿度太大，种子容易吸潮增强细胞呼吸，也有利于霉菌生活，容易导致种子发霉变质。
2．水果、蔬菜保鲜
目的 ：既要减少营养物质的消耗，又要防止水分含量的降低和无氧呼吸产物的出现，以免影响水果、蔬菜的“新鲜”。
措施 ：
(1)适度降低贮存温度。与种子贮存一样，也是通过降低温度减弱细胞呼吸，从而减少有机物的消耗。与种子贮存不同的是，种子在风干状态下对低温的耐受性强，不容易受冻伤，水果和蔬菜在新鲜状态下，自由水含量高，温度太低易受冻害，因此，降低温度应以不使水果、蔬菜受冻害为前提。
(2)让贮存环境保持一定湿度。在湿度太小的环境中，水果与蔬菜容易失水，使“新鲜”程度下降。
(3)用保鲜袋（膜）进行包装。控制袋（膜）内氧气含量，以适度抑制细胞呼吸的进行，减少有机物的消耗，但应避免因氧含量太低而导致其进行无氧呼吸，因为水果、蔬菜在无氧呼吸时易产生酒精，导致品质下降、变味。
3．作物栽培
目的 ：以获得高产、优质的收获物为目的。
措施 ：如增加作物对养分的吸收、减少有机物的消耗及其增加无土栽培营养液中的氧含量等。
(1)中耕松土。通过中耕松土，可改善土壤通气状态，促进根系的有氧呼吸，保证根系吸收矿质养分所需的能量，可有效避免根系因无氧呼吸造成的酒精中毒。另外，在进行中耕松土时，还可去除杂草，避免养分流向人们不需要的方向，促进养分朝着人们需要的方向（农作物）流动。
(2)温室大棚夜晚降温。通过适当降低温室大棚内夜晚的温度，可减少作物呼吸消耗，以达到积累更多有机物目的。
(3)稻田晾晒。通过稻田晾晒，使稻田间歇缺水，一方面可促进根系生长，形成更加发达的根系，增大根系的吸收面积；另一方面，会改善土壤的通气状态，促进根系的细胞呼吸，达到促进矿质养分吸收的目的，还有利于被土壤胶体固定的养分的释放，有利根系的吸收。这些措施都有利于水稻的增产。
(4)向无土栽培营养液中通气或让营养液始终循环流动。氧气在水中的溶解度很低，往往成为限制作物生长的因素，为了保证无土栽培植物根系进行有氧呼吸对氧气的需要，一是利用通气设备，向营养液中不断通入空气，增加溶氧；也可通过抽水装置促使营养液能够不断流动，通过营养液的流动促进溶氧增加。
4.酿酒、泡菜制作
目的 ：利用微生物发酵生产人们所需的产物。
措施 ：
泡菜制作：都是通过乳酸杆菌的发酵来实现的，通过密封给乳酸杆菌创造一个厌氧环境，促进乳酸发酵，增加环境酸度，以抑制其他微生物的生长繁殖，从而达到改善口味、保存营养，还能使一些难以被人或动物消化吸收的成分转化为较为容易吸收的成分。
酿酒：根据不同阶段的需要，创设适宜酵母菌发酵的环境来实现。操作过程中，一是煮熟原料，目的是灭菌，避免其他微生物与酵母菌竞争原料；二是拌入酵母菌种后，摊开一段时间，目的是提供充足氧气，让酵母菌通过出芽方式快速增殖，产生足够数量的酵母菌，为厌氧发酵作准备；三是密封发酵，目的是使酵母菌在厌氧的条件下，进行无氧呼吸产生乙醇。