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1、高中生物必修一第章第节ATP的主要来源细胞呼吸一、细胞呼吸1.概念(1)物质变化:有机物氧化分解,生成_。(2)能量变化:释放出能量并生成_。二氧化碳或其他产物ATP2.探究酵母菌细胞呼吸的方式(1)酵母菌作为实验材料的原因:在_的条件下都能生存,属于兼性厌氧菌。(2)不同条件下的装置:有氧条件装置:NaOH溶液澄清的石灰水有氧和无氧无氧条件装置:澄清的石灰水(3)检测细胞呼吸产物所用试剂与现象:(4)结论:酵母菌的呼吸方式:_。检测产物所用试剂实验现象二氧化碳澄清的石灰水_由蓝变绿再变黄酒精重铬酸钾溶液橙色变成_变混浊溴麝香草酚蓝水溶液灰绿色有氧呼吸和无氧呼吸二、有氧呼吸1.概念葡萄糖二氧化
2、碳和水有氧多种酶大量ATP2.主要场所:线粒体(1)写出序号代表的结构名称:_;_;_。(2)与有氧呼吸有关的酶分布在:_。(3)线粒体的分布:集中在_的部位。外膜内膜形成的嵴线粒体基质代谢旺盛3.过程细胞质基质少量线粒体基质少量线粒体内膜大量4.总反应式_5.有氧呼吸的特点C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量酶温和条件逐步释放ATP热能形式分类依据：无氧呼吸的_ 酒精发酵：_ _ 乳酸发酵：_三、无氧呼吸1.类型及反应式产物反应式2.场所:_3.过程第一阶段:与_的第一阶段完全相同;第二阶段:_在不同酶的催化作用下,分解成_,或者转化成乳酸。细胞质基质有氧呼吸丙酮酸酒精
3、和二氧化碳【思考辨析】1.判断正误(1)在探究酵母菌细胞呼吸的方式实验中,必须保证酵母菌是新鲜的、有活性的。( )(2)有氧呼吸的过程只发生在线粒体内。( )【分析】真核生物的有氧呼吸发生在细胞质基质和线粒体内。原核生物无线粒体,只能发生在细胞膜上和细胞质基质中。(3)有氧呼吸三个阶段所需要的酶是相同的。( )【分析】由于酶的催化作用具有专一性,一种酶只能催化一种或一类化学反应,三个阶段的底物不相同,故所需要的酶也不相同。(4)无氧呼吸中产生的ATP少,是由于产生的能量大部分以热能形式散失了。( )【分析】无氧呼吸过程中产生的能量少,是由于葡萄糖分子中的大部分能量存留在了乳酸或酒精中。2.问题
4、思考(1)有氧呼吸的三个阶段中,哪个阶段释放能量最多?提示：第三个阶段释放能量最多。(2)无氧呼吸在两个阶段中均释放能量并生成ATP吗?提示：无氧呼吸只在第一阶段释放出少量能量,生成ATP,第二阶段不释放能量合成ATP。一、探究酵母菌细胞呼吸的方式的实验过程及关键步骤1.探究过程提出问题:酵母菌使葡萄糖发酵产生酒精是在有氧还是无氧条 件下?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2.实验关键步骤(1)通入A瓶的空气中不能含有CO2,以保证使第三个锥形瓶中的澄清石灰水变混浊是由酵母菌有氧呼吸产生
5、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,确保是无氧呼吸产生的CO2通入澄清的石灰水中。3.实验中的观察指标(1)产生CO2的多少:相同时间内,澄清石灰水变混浊的程度;或出现相同混浊程度所需要的时间。溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄所需时间的长短。(2)酒精的有无:重铬酸钾溶液的颜色变化。【警示钟】该实验应在2535的条件下进行,此时酵母菌中酶的活性最高,生命活动最旺盛,细胞呼吸明显。若温度过低,酵母菌代谢缓慢;若温度过高,酵母菌会被杀死。【学而后思】(1)探究实验过程中能否以CO2的产生来判断酵母菌细胞呼吸的类型?提示：酵母菌在有
6、氧和无氧呼吸的过程中均会产生二氧化碳,故不能依据是否有二氧化碳产生来判断酵母菌细胞呼吸的类型。(2)在有氧条件的装置中,质量分数为10%的NaOH溶液的作用是什么?提示：使进入A瓶的空气先经过NaOH溶液处理,排除空气中CO2对实验结果的干扰。【典例训练1】(2013成都高一检测)下图为某生物小组设计探究酵母菌呼吸方式的实验装置。下列叙述正确的是()A.实验自变量为温度B.乙、丙两试管中液体应煮沸冷却除去O2C.气泵泵入的气体应先除去O2D.此实验为对比实验【解题关键】解答本题的关键是:明确本题的自变量以及Ca(OH)2溶液的作用;明确实验中为减少对实验结果的影响应该除去的气体。【解析】选D。
7、本实验是一个对比实验,有氧和无氧条件是自变量;乙、丙两个试管中液体是酵母菌培养液,要保持活性,进行细胞呼吸;气泵泵入的气体应首先除去CO2,防止对实验结果产生干扰。【变式备选1】如图为“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验装置。对该图分析不合理的是()A.该实验可以证明酵母菌是兼性厌氧菌B.甲、乙两装置应置于相同且适宜的温度下C.在相同时间内,C、E瓶中混浊程度相同D.A瓶中加入NaOH溶液是为了吸收空气中的CO2【解析】选C。该实验可以证明酵母菌是兼性厌氧菌,置于相同且适宜温度下的甲、乙两装置中相同时间内前者产生的CO2比后者多,因此在相同时间内,C、E瓶中混浊程度不相同。二、有氧呼吸与无氧呼吸
8、的过程分析及比较1.有氧呼吸和无氧呼吸的过程图解及分析分析:(1)有氧呼吸第一、二阶段产生的H用于第三阶段与O2结合生成水;无氧呼吸第一阶段产生的H用于第二阶段将丙酮酸还原为C2H5OH和CO2或乳酸。(2)有氧呼吸中H2O既是反应物又是生成物,且生成的H2O中的氧全部来自O2。(3)不同生物无氧呼吸的产物不同,是由于催化反应的酶不同。(4)由葡萄糖的有氧呼吸反应式可知,消耗的O2与生成的CO2体积相等。(5)有氧呼吸中氧元素的来源和去路:2.有氧呼吸与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
9、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项目有氧呼吸无氧呼吸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供生命活动所需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【警示钟】(1)产生CO2的不只是有氧呼吸,酒精发酵过程中也有CO2的产生。(2)有氧呼吸过程中产生的水和反应物中的水其来源和去向不同,所以不是同一分子。【学而后思】(1)葡萄糖能否直接进入线粒体而被分解?为什么?提示：不能。体内生物的新陈代谢过程需要酶的催化分解。又因酶具有专一性,葡萄糖只能在细胞质基质中被分解,线粒体内部没有分解葡萄糖的酶。(2)有人说
10、:“无氧呼吸是有氧呼吸的第一个阶段。”这句话是否正确?为什么?提示：不正确。虽然无氧呼吸和有氧呼吸第一阶段发生的场所都是细胞质基质,且反应物都是葡萄糖,但是两个过程的产物不同,前者是酒精和二氧化碳或乳酸,后者是丙酮酸,且所需要的酶也不完全相同。【典例训练2】(2013大连高一检测)如图为某同学构建的在晴朗白天植物的有氧呼吸过程图。下列说法正确的是()A.催化1CO2的酶存在于线粒体内膜上B.产生的6大部分用于合成ATPC.4可来自叶绿体和大气D.CO2全部释放到大气中【解题关键】解答本题的关键是根据图中标号选出起点和终点,结合有氧呼吸的过程并根据某一标号中箭头指向的多少判断出各个标号的含义。【
11、解析】选C。由图中葡萄糖到CO2可以推知,1为丙酮酸,2是第二阶段需要的水,3是第一阶段和第二阶段都能产生的H,4为第三阶段需要的氧气,5为第三阶段产生的水,而6为三个阶段都能产生的能量;催化1CO2的酶是分布在线粒体基质中的;6中的能量大部分以热能的形式散失了,少部分储存在ATP中;4中的O2来自叶绿体和大气;同时产生的CO2可以用于光合作用或释放到大气中。【变式备选2】如图所示是有氧呼吸过程的图解,据图回答下列问题:(1)有氧呼吸过程是从分解开始的,有氧呼吸的全过程分为个阶段。(2)在有氧呼吸的过程中,释放的CO2是在第阶段产生的;H2O是通过第阶段形成的;产生ATP最多的是第阶段。(3)
12、有氧呼吸中氧的作用是 。(4)写出有氧呼吸的总反应式: 。【解析】在有氧呼吸过程中,第一阶段将1分子的葡萄糖分解成2分子的丙酮酸,脱下来少量H(4个还原氢),释放少量能量,形成少量ATP;第二阶段将丙酮酸彻底分解成CO2,消耗6分子水,脱下来20个H,释放少量能量,形成少量ATP;第三阶段将前两个阶段脱下的还原氢经过一系列反应,与氧结合形成12分子水,释放大量能量,形成大量ATP。从上述过程可以看出,CO2产生于第二阶段,水生成于第三阶段,释放能量最多的是第三阶段。答案：(1)葡萄糖三(2)二三三(3)与氢结合生成水,生成大量的ATP(4)C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+
13、能量酶三、影响细胞呼吸的因素1.内因(1)遗传特性:不同种类的植物呼吸速率不同。实例:旱生植物小于水生植物,阴生植物小于阳生植物。(2)生长发育时期:同一植物在不同的生长发育时期呼吸速率不同。实例:幼苗期呼吸速率高,成熟期呼吸速率低。(3)器官类型:同一植物的不同器官呼吸速率不同。实例:生殖器官大于营养器官。2.外因(1)温度:作用机制:通过影响细胞呼吸酶的活性来影响细胞呼吸速率。曲线特征:与温度影响酶催化效率的曲线特征一致。随温度的升高,呼吸速率先升高,达到一定温度后,随温度的升高,呼吸速率降低。应用:生产上常利用这一原理在低温下储存蔬菜、水果,在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降温,来降低细胞
14、呼吸速率,减少有机物的消耗。(2)O2浓度:对无氧呼吸的影响:曲线特征:随氧气浓度增加而受抑制,氧气浓度越高,抑制作用越强,氧气浓度达到一定值时,被完全抑制。对于有氧呼吸:曲线特征:在一定范围内,随着氧气浓度的增加,有氧呼吸速率增加,但当氧气浓度增加到一定值时,有氧呼吸速率不再增加。应用:适当降低O2浓度,可减少呼吸消耗,延长蔬菜和水果的保鲜时间。【警示钟】有氧气存在不一定只进行有氧呼吸(1)当氧气浓度较低时,既进行有氧呼吸,也进行无氧呼吸,且无氧呼吸占优势;(2)当氧气浓度较高时,无氧呼吸逐渐减弱,有氧呼吸逐渐增强,当氧气浓度增加到一定值时,只进行有氧呼吸。【学而后思】种子、水果和蔬菜在储存
15、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：(1)种子的储存条件:低氧、适宜低温、干燥;(2)水果和蔬菜储存条件:低氧、适宜低温、适宜湿度。【典例训练3】如图表示某种植物的非绿色器官在不同氧气浓度下的有氧呼吸和无氧呼吸过程中二氧化碳的释放量,据图判断下列说法正确的是()A.图中乙曲线在b时无氧呼吸最强B.图中甲曲线表示在不同氧气浓度下无氧呼吸过程中二氧化碳的释放量C.氧气浓度为d时该器官的细胞既进行有氧呼吸,又进行无氧呼吸D.若甲代表的细胞呼吸方式在氧气浓度为b时消耗了Amol的葡萄糖,则乙代表的细胞呼吸方式在氧气浓度为b时消耗的葡萄糖为A/2 mol【解
16、题关键】解答本题时应从氧气浓度对呼吸作用的影响及呼吸作用中反应物和产物的比例入手分析。【解析】选B。图中乙曲线表示有氧呼吸中二氧化碳的释放量随氧气浓度的变化;图中甲曲线表示无氧呼吸中二氧化碳的释放量随氧气浓度的变化。当氧气浓度为b时,无氧呼吸和有氧呼吸释放的CO2量是相同的,有氧呼吸消耗的葡萄糖为无氧呼吸的1/3;当氧气浓度为d时,无氧呼吸已经停止,只进行有氧呼吸。【互动探究】(1)上题曲线中,无氧呼吸消失时,对应的氧气浓度是多少?提示：氧气浓度为c时,无氧呼吸消失。(2)随氧气浓度的增加,曲线乙最后的趋势如何?提示：曲线乙最后升至一定值并趋于稳定。【变式备选3】如图表示的是某植物的非绿色器官呼吸时O2的吸收量和CO2的释放量之间的相互关系,其中线段XY=YZ,在氧气浓度为a时有氧呼吸与无氧呼吸()A.消耗的有机物相等B.释放的能量相等C.释放的二氧化碳相等D.消耗的氧气相等【解析】选C。当O2浓度为a时,XZ表示CO2释放总量,YZ表示有氧呼吸CO2释放量,则XY表示无氧呼吸CO2释放量,因为线段XY=YZ,所以这两种呼吸方式释放的CO2量相等。【备选要点】水分和二氧化碳浓度对细胞呼
