資源簡介

第3節 細胞呼吸原理和應用
第2課時　無氧呼吸和細胞呼吸原理的應用
1. 從物質與能量的視角,闡明無氧呼吸的概念。
2. 通過對比有氧呼吸與無氧呼吸的異同,提高構建知識體系的能力。
3. 通過分析細胞呼吸原理在生產、生活中的應用,培養關心科學技術發展、關心社會生活的意識。
目標一、 無氧呼吸
1. 類型及反應式
類型 反應式
酒精發酵 C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量
乳酸發酵 C6H12O62C3H6O3＋少量能量
2．場所、過程及意義
場所 細胞質基質
過程 (1)第一階段：與有氧呼吸的第一階段完全相同。 (2)第二階段：丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解成酒精和CO2，或者轉化成乳酸
意義 (1)細胞呼吸能為生命活動提供能量，是ATP的主要來源。 (2)細胞呼吸是生物體代謝的樞紐。蛋白質、糖類和脂質的代謝，都可以通過細胞呼吸聯系起來。
3.判斷下列相關表述的正誤
（1） 所有細菌都能進行無氧呼吸。( × )
（2） 水稻根、蘋果果實、馬鈴薯塊莖等植物器官的細胞無氧呼吸的產物都是酒精和二氧化碳。( × )
（3） 無氧呼吸兩個階段都可以產生ATP 。( × )
（4） 無氧呼吸產物中只有酒精或乳酸。( × )
任務一　分析無氧呼吸的過程及其與有氧呼吸的比較
(一)分析無氧呼吸的過程
1．嘗試寫出無氧呼吸兩個階段的反應式
第一階段(與有氧呼吸第一階段相同) C6H12O6―→2C3H4O3(丙酮酸)＋4[H]＋少量能量
第二階段 產生酒精 2C3H4O3(丙酮酸)＋4[H]―→2C2H5OH(酒精)＋2CO2 大多數植物、酵母菌等
產生乳酸 2C3H4O3(丙酮酸)＋4[H]―→2C3H6O3(乳酸) 高等動物、乳酸菌和少數植物器官(馬鈴薯塊莖、甜菜塊根、玉米胚等)
2.為什么無氧呼吸第二階段不產生ATP，但要進行第二階段反應呢？(提示信息：已知細胞中的NAD＋的含量不多；丙酮酸不能運出細胞。)
　由于細胞中NAD＋的含量不多，隨著NADH的積累，NAD＋逐漸被消耗。當NAD＋的含量很低時，細胞呼吸的第一階段的過程就會停止，ATP的合成也會停止。因此為了保障通過細胞呼吸第一階段的持續以獲得ATP, NADH就要轉化成NAD＋來實現循環利用，來自NADH中的氫就會被乙醛或丙酮酸接收。另外，丙酮酸是不能運出細胞的，如果持續積累，也會抑制細胞呼吸第一階段的進行。
3．不同細胞無氧呼吸產物不同的直接原因是什么？
　不同細胞所具有的酶的種類不同，導致反應途徑不同，產物也不同。
4．1 mol葡萄糖有氧呼吸能釋放2 870 kJ的能量，而1 mol葡萄糖在分解生成乳酸以后，只釋放196.65 kJ的能量，其中只有61.08 kJ的能量儲存在ATP中。據此分析，在進行無氧呼吸過程中，葡萄糖中能量的主要去向和葡萄糖氧化分解釋放的能量的主要去向分別是什么？
　無氧呼吸過程中，葡萄糖中的能量主要儲存到乳酸或酒精中沒有釋放出來；而氧化分解釋放的能量主要以熱能的形式散失。
5．骨骼肌中的丙酮酸被還原成乳酸，大部分從活躍的肌細胞中擴散到血液，然后又通過血液帶回肝，在肝中重新轉化成葡萄糖。從物質和能量角度解釋乳酸在肝臟中重新轉化成葡萄糖的意義是什么？
　減少機體內物質和能量的浪費，有機物和能量再次被利用。
6．請從競爭的角度思考，乳酸菌通過無氧呼吸產生乳酸的意義是什么？
　乳酸菌產生的乳酸排到外界環境中，會導致環境中pH降低，使得一些不耐酸的微生物死亡，有利于乳酸菌在競爭中占據優勢。
(二)比較有氧呼吸和無氧呼吸
列表比較有氧呼吸和無氧呼吸
項目 有氧呼吸 無氧呼吸
不同點 場所 細胞質基質和線粒體 細胞質基質
條件 需氧、酶 不需氧、需酶
產物 CO2、H2O 酒精和CO2或乳酸
能量 大量 少量
相同點 過程 葡萄糖分解為丙酮酸階段相同
實質 分解有機物，釋放能量，合成ATP
意義 為生物體的各項生命活動提供能量
1．(2021·全國甲卷)某同學將酵母菌接種在馬鈴薯培養液中進行實驗，不可能得到的結果是(　　)
A．該菌在有氧條件下能夠繁殖
B．該菌在無氧呼吸的過程中無丙酮酸產生
C．該菌在無氧條件下能夠產生乙醇
D．該菌在有氧和無氧條件下都能產生CO2
解析：選B　酵母菌的代謝類型是異氧兼性厭氧型，與無氧條件相比，在有氧條件下，產生的能量多，酵母菌的增殖速度快，A不符合題意；酵母菌的無氧呼吸在細胞質基質中進行，第一階段產生丙酮酸、還原型氫，并釋放少量能量，第二階段丙酮酸被還原型氫還原成乙醇，并生成二氧化碳，B符合題意，C不符合題意；酵母菌有氧呼吸和無氧呼吸都可以在第二階段生成CO2，D不符合題意。
2．[H]是在生物細胞廣泛存在的遞氫體，對生物細胞內的多種化學反應的正常進行具有重要作用。下圖是小麥葉肉細胞中[H]在細胞代謝中的產生和傳遞途徑，X、Y、Z表示不同的物質，相關敘述正確的是(　 )
A．X表示丙酮酸，形成時有[H]產生
B．Z表示CO2，②過程無[H]消耗和產生
C．Y表示酒精，③過程有[H]消耗和產生
D．在O2充足的情況下，①②發生在線粒體
解析：選A　①表示有氧呼吸和無氧呼吸的第一階段，在細胞質基質進行，一分子葡萄糖分解為兩分子丙酮酸(X)并產生少量的[H]，A正確；②表示有氧呼吸的第二和第三階段，Z表示CO2，第二階段產生[H]、第三階段消耗[H]，B錯誤；③表示無氧呼吸第二階段，Y表示酒精，該過程有[H]消耗但無[H]產生，C錯誤；在O2充足的情況下，①②表示有氧呼吸的過程，發生在細胞質基質和線粒體中，D錯誤。
拓展延伸 長句特訓 與高考接軌
在通風條件不好的環境中儲藏的棗會有酒味散發，而馬鈴薯儲藏久了卻不會有酒味產生，其中的原因是棗無氧呼吸的產物是酒精和 ，馬鈴薯塊莖無氧呼吸的產物是乳酸。因為不同生物細胞所具有的酶不同，導致反應途徑不同，產物也不同。
目標二、 細胞呼吸原理的應用
應用 原理
提倡有氧運動 因為劇烈運動供氧不足時，無氧呼吸積累過多⑧乳酸，使肌肉酸脹乏力
及時松土透氣 增加根細胞的⑨有氧呼吸，產生更多能量，促進
預防破傷風 只能進行⑩無氧呼吸，皮膚破損較深或被銹釘扎傷后，病菌就容易大量繁殖，需及時到醫院治療
釀酒 釀酒的早期要通氣，有利于酵母菌 進行有氧呼吸，從而快速繁殖；后期密閉，有利于酵母菌 進行無氧呼吸產生酒精
用“創可貼”、透氣消毒紗布包扎傷口 為傷口創造 有氧環境，避免厭氧菌繁殖，有利于傷口愈合
儲藏水 果、糧食 往往通過降低 溫度、降低 氧氣含量等措施，來減弱其呼吸作用，以延長保質期
3.判斷下列相關表述的正誤
（1）不同生物無氧呼吸所需要的酶都是相同的。(×)
（2）無氧呼吸的兩個階段都釋放了少量的能量。 (×)
（3）無氧呼吸過程中沒有氧氣參與,所以有[H]的積累。 (×)
（4）人體在劇烈運動時所需的能量由乳酸分解提供。 (×)
（5）人的成熟紅細胞中沒有線粒體,只能進行無氧呼吸。 (√)
任務二　氧氣對細胞呼吸的影響
1．原理
由曲線判斷O2濃度對無氧呼吸和有氧呼吸的影響分別是什么？
　隨O2濃度的升高無氧呼吸逐漸減弱；在一定濃度范圍內，隨O2濃度的升高有氧呼吸逐漸增強。
2．實踐應用
(1)在儲藏蔬菜或水果時，為降低細胞呼吸，減少有機物的消耗，儲藏室內的氧氣應調節到圖中的B點所對應的濃度。
(2)為什么農業生產中要通過中耕松土，提高作物產量？
　松土透氣可以使根細胞進行充分的有氧呼吸，從而有利于根系的生長和對無機鹽的吸收，促進作物生長。
(3)我們天天吃的饅頭松軟可口，可是利用酵母發面時，面塊開始硬，后來軟，而且表面有水珠出現，你知道是什么原因嗎？
　發面用的是酵母菌，在和面時加入酵母菌，酵母菌利用面中的葡萄糖進行無氧呼吸產生二氧化碳和酒精，二氧化碳受熱膨脹使饅頭體積增大，所以饅頭又松又軟。表面由于氧氣充足，酵母菌進行有氧呼吸產生大量二氧化碳和水，所以表面有水珠出現。
(4)在培養酵母菌用作飼料添加劑時，要給培養裝置通氣或進行振蕩，以利于酵母菌大量繁殖。在利用酵母菌生產葡萄酒時，卻需要密封發酵。
①為什么通氣有利于酵母菌大量繁殖？
　在有氧條件下，酵母菌分解營養物質釋放的能量多，這些能量可以為酵母菌細胞進行物質代謝和細胞分裂提供充足的動力。
②在密封發酵時，酵母菌將有機物轉化為酒精對它自身有什么意義？
　密封發酵時，酵母菌將有機物轉化為酒精的同時，能為自身的生命活動提供能量；產生的酒精能抑制其他細菌的生長，利于自身的繁殖。
1．家庭制作綠豆芽的方法：將綠豆浸泡24 h后平鋪在鋪有廚房用紙的蒸籠上(下有可漏水的孔洞，防止積水使種子霉爛)，蓋上濕毛巾，每天淋水(或流水沖洗)2～3次，放在一定的溫度條件下培養。下列分析正確的是(　 )
A．水的作用是作為原料參與葡萄糖分解為丙酮酸的過程
B．溫度越高，種子的萌發速率越快
C．豆芽中有機物的種類和含量均高于種子中
D．積水部位種子易霉爛的原因之一是酒精對種子有毒害作用
解析：選D　種子萌發過程會進行細胞呼吸，有氧呼吸第二階段丙酮酸和水分解為CO2和[H]，而葡萄糖分解為丙酮酸的過程不消耗水，A錯誤；溫度通過影響酶的活性，影響種子的萌發速率，當溫度高于酶的最適溫度時，隨溫度的升高，萌發速率降低，B錯誤；種子萌發形成豆芽的過程進行呼吸作用消耗有機物，故種子中的有機物含量減少，但種類增加，C錯誤；積水部位易缺氧，種子進行無氧呼吸產生的酒精對種子有毒害作用，D正確。
2．下圖是外界條件對植物呼吸速率的影響曲線圖，以下分析錯誤的是(　　)
A．從甲圖可知細胞呼吸最旺盛時的溫度是b點對應的溫度
B．乙圖中曲線Ⅰ表示有氧呼吸，曲線Ⅱ表示無氧呼吸
C．乙圖中曲線Ⅰ表示的生理過程所利用的有機物主要是葡萄糖
D．乙圖中曲線Ⅱ最終趨于平衡，可能是受到溫度或呼吸酶數量的限制
解析：選B　甲圖中b點對應的溫度下植物呼吸作用的相對速率最大，說明該溫度下細胞呼吸最旺盛，A正確；隨O2濃度的增大有氧呼吸增強，無氧呼吸減弱，故乙圖中曲線Ⅰ表示無氧呼吸，曲線Ⅱ表示有氧呼吸，B錯誤；細胞呼吸利用的有機物主要是葡萄糖，C正確；有氧呼吸需要酶的參與，溫度會影響酶的活性，故在O2充足的條件下，有氧呼吸受溫度或呼吸酶數量的限制，使曲線Ⅱ最終趨于平衡，D正確。
3．下圖表示光照、儲藏溫度對番茄果實呼吸強度的影響。下列有關敘述正確的是(　　)
A．番茄果實細胞產生CO2的場所是細胞質基質
B．光照對番茄果實呼吸的抑制作用2 ℃時比15 ℃時更強
C．低溫、黑暗條件下更有利于儲存番茄果實
D．儲藏溫度下降時果實呼吸強度減弱，可能與細胞內酶的空間結構被破壞有關
解析：選B　番茄果實細胞有氧呼吸產生CO2的場所是線粒體基質，無氧呼吸產生CO2的場所是細胞質基質，A錯誤；由題圖可知，2 ℃時黑暗條件下與光照條件下呼吸強度差值比15 ℃時大，即2 ℃時光照對番茄果實呼吸的抑制作用更強，B正確；低溫條件下呼吸強度較小，但黑暗條件下比光照條件下呼吸強度大，所以低溫、光照條件下更有利于番茄果實的儲存，C錯誤；低溫僅抑制酶的活性，不破壞酶的空間結構，D錯誤。
拓展延伸 長句特訓 與高考接軌
（1） 鮮果保鮮時常往包裝袋中沖入適量 （或 ），這樣做的原理是抑制細胞的有氧呼吸，減少有機物的消耗，有利于鮮果的保鮮。
（2） 農業上有一句關于鋤地（中耕松土）的諺語“鋤頭下面有肥”，請結合所學知識分析該諺語的合理性。定期進行松土可增加土壤中的氧氣濃度，能促進根細胞的有氧呼吸，為礦質元素吸收供應能量，從而提高農作物的產量。第3節 細胞呼吸原理和應用
第2課時　無氧呼吸和細胞呼吸原理的應用
班級 學號 姓名
1. 從物質與能量的視角,闡明無氧呼吸的概念。
2. 通過對比有氧呼吸與無氧呼吸的異同,提高構建知識體系的能力。
3. 通過分析細胞呼吸原理在生產、生活中的應用,培養關心科學技術發展、關心社會生活的意識。
目標一、 無氧呼吸
1. 類型及反應式
類型 反應式
酒精發酵
乳酸發酵
2．場所、過程及意義
場所 細胞質基質
過程 (1)第一階段： (2)第二階段：
意義 (1) (2)
3.判斷下列相關表述的正誤
（1） 所有細菌都能進行無氧呼吸。( )
（2） 水稻根、蘋果果實、馬鈴薯塊莖等植物器官的細胞無氧呼吸的產物都是酒精和二氧化碳。( )
（3） 無氧呼吸兩個階段都可以產生ATP 。( )
（4） 無氧呼吸產物中只有酒精或乳酸。( )
任務一　分析無氧呼吸的過程及其與有氧呼吸的比較
(一)分析無氧呼吸的過程
1．嘗試寫出無氧呼吸兩個階段的反應式
第一階段(與有氧呼吸第一階段相同)
第二階段 產生酒精 大多數植物、酵母菌等
產生乳酸 高等動物、乳酸菌和少數植物器官(馬鈴薯塊莖、甜菜塊根、玉米胚等)
2.為什么無氧呼吸第二階段不產生ATP，但要進行第二階段反應呢？(提示信息：已知細胞中的NAD＋的含量不多；丙酮酸不能運出細胞。)
　由于細胞中NAD＋的含量不多，隨著NADH的積累，NAD＋逐漸被消耗。當NAD＋的含量很低時，細胞呼吸的第一階段的過程就會停止，ATP的合成也會停止。因此為了保障通過細胞呼吸第一階段的持續以獲得ATP, NADH就要轉化成NAD＋來實現循環利用，來自NADH中的氫就會被乙醛或丙酮酸接收。另外，丙酮酸是不能運出細胞的，如果持續積累，也會抑制細胞呼吸第一階段的進行。
3．不同細胞無氧呼吸產物不同的直接原因是什么？
　不同細胞所具有的酶的種類不同，導致反應途徑不同，產物也不同。
4．1 mol葡萄糖有氧呼吸能釋放2 870 kJ的能量，而1 mol葡萄糖在分解生成乳酸以后，只釋放196.65 kJ的能量，其中只有61.08 kJ的能量儲存在ATP中。據此分析，在進行無氧呼吸過程中，葡萄糖中能量的主要去向和葡萄糖氧化分解釋放的能量的主要去向分別是什么？
　無氧呼吸過程中，葡萄糖中的能量主要儲存到乳酸或酒精中沒有釋放出來；而氧化分解釋放的能量主要以熱能的形式散失。
5．骨骼肌中的丙酮酸被還原成乳酸，大部分從活躍的肌細胞中擴散到血液，然后又通過血液帶回肝，在肝中重新轉化成葡萄糖。從物質和能量角度解釋乳酸在肝臟中重新轉化成葡萄糖的意義是什么？
　減少機體內物質和能量的浪費，有機物和能量再次被利用。
6．請從競爭的角度思考，乳酸菌通過無氧呼吸產生乳酸的意義是什么？
　乳酸菌產生的乳酸排到外界環境中，會導致環境中pH降低，使得一些不耐酸的微生物死亡，有利于乳酸菌在競爭中占據優勢。
(二)比較有氧呼吸和無氧呼吸
列表比較有氧呼吸和無氧呼吸
項目 有氧呼吸 無氧呼吸
不同點 場所
條件
產物
能量 大量 少量
相同點 過程 葡萄糖分解為丙酮酸階段相同
實質
意義 為生物體的各項生命活動提供能量
1．(2021·全國甲卷)某同學將酵母菌接種在馬鈴薯培養液中進行實驗，不可能得到的結果是(　　)
A．該菌在有氧條件下能夠繁殖
B．該菌在無氧呼吸的過程中無丙酮酸產生
C．該菌在無氧條件下能夠產生乙醇
D．該菌在有氧和無氧條件下都能產生CO2
2．[H]是在生物細胞廣泛存在的遞氫體，對生物細胞內的多種化學反應的正常進行具有重要作用。下圖是小麥葉肉細胞中[H]在細胞代謝中的產生和傳遞途徑，X、Y、Z表示不同的物質，相關敘述正確的是(　 )
A．X表示丙酮酸，形成時有[H]產生
B．Z表示CO2，②過程無[H]消耗和產生
C．Y表示酒精，③過程有[H]消耗和產生
D．在O2充足的情況下，①②發生在線粒體
拓展延伸 長句特訓 與高考接軌
在通風條件不好的環境中儲藏的棗會有酒味散發，而馬鈴薯儲藏久了卻不會有酒味產生，其中的原因是棗無氧呼吸的產物是酒精和 ,馬鈴薯塊莖無氧呼吸的產物是乳酸。因為不同生物細胞所具有的酶不同，導致反應途徑不同，產物也不同。
目標二、 細胞呼吸原理的應用
應用 原理
提倡有氧運動 因為劇烈運動供氧不足時，無氧呼吸積累過多⑧乳酸，使肌肉酸脹乏力
及時松土透氣 增加根細胞的⑨有氧呼吸，產生更多能量，促進
預防破傷風 只能進行⑩無氧呼吸，皮膚破損較深或被銹釘扎傷后，病菌就容易大量繁殖，需及時到醫院治療
釀酒 釀酒的早期要通氣，有利于酵母菌 進行有氧呼吸，從而快速繁殖；后期密閉，有利于酵母菌 進行無氧呼吸產生酒精
用“創可貼”、透氣消毒紗布包扎傷口 為傷口創造 有氧環境，避免厭氧菌繁殖，有利于傷口愈合
儲藏水 果、糧食 往往通過降低 溫度、降低 氧氣含量等措施，來減弱其呼吸作用，以延長保質期
3.判斷下列相關表述的正誤
（1）不同生物無氧呼吸所需要的酶都是相同的。(×)
（2）無氧呼吸的兩個階段都釋放了少量的能量。 (×)
（3）無氧呼吸過程中沒有氧氣參與,所以有[H]的積累。 (×)
（4）人體在劇烈運動時所需的能量由乳酸分解提供。 (×)
（5）人的成熟紅細胞中沒有線粒體,只能進行無氧呼吸。 (√)
任務二　氧氣對細胞呼吸的影響
1．原理
由曲線判斷O2濃度對無氧呼吸和有氧呼吸的影響分別是什么？
　隨O2濃度的升高無氧呼吸逐漸減弱；在一定濃度范圍內，隨O2濃度的升高有氧呼吸逐漸增強。
2．實踐應用
(1)在儲藏蔬菜或水果時，為降低細胞呼吸，減少有機物的消耗，儲藏室內的氧氣應調節到圖中的B點所對應的濃度。
(2)為什么農業生產中要通過中耕松土，提高作物產量？
　松土透氣可以使根細胞進行充分的有氧呼吸，從而有利于根系的生長和對無機鹽的吸收，促進作物生長。
(3)我們天天吃的饅頭松軟可口，可是利用酵母發面時，面塊開始硬，后來軟，而且表面有水珠出現，你知道是什么原因嗎？
　發面用的是酵母菌，在和面時加入酵母菌，酵母菌利用面中的葡萄糖進行無氧呼吸產生二氧化碳和酒精，二氧化碳受熱膨脹使饅頭體積增大，所以饅頭又松又軟。表面由于氧氣充足，酵母菌進行有氧呼吸產生大量二氧化碳和水，所以表面有水珠出現。
(4)在培養酵母菌用作飼料添加劑時，要給培養裝置通氣或進行振蕩，以利于酵母菌大量繁殖。在利用酵母菌生產葡萄酒時，卻需要密封發酵。
①為什么通氣有利于酵母菌大量繁殖？
　在有氧條件下，酵母菌分解營養物質釋放的能量多，這些能量可以為酵母菌細胞進行物質代謝和細胞分裂提供充足的動力。
②在密封發酵時，酵母菌將有機物轉化為酒精對它自身有什么意義？
　密封發酵時，酵母菌將有機物轉化為酒精的同時，能為自身的生命活動提供能量；產生的酒精能抑制其他細菌的生長，利于自身的繁殖。
1．家庭制作綠豆芽的方法：將綠豆浸泡24 h后平鋪在鋪有廚房用紙的蒸籠上(下有可漏水的孔洞，防止積水使種子霉爛)，蓋上濕毛巾，每天淋水(或流水沖洗)2～3次，放在一定的溫度條件下培養。下列分析正確的是(　 )
A．水的作用是作為原料參與葡萄糖分解為丙酮酸的過程
B．溫度越高，種子的萌發速率越快
C．豆芽中有機物的種類和含量均高于種子中
D．積水部位種子易霉爛的原因之一是酒精對種子有毒害作用
2．下圖是外界條件對植物呼吸速率的影響曲線圖，以下分析錯誤的是(　　)
A．從甲圖可知細胞呼吸最旺盛時的溫度是b點對應的溫度
B．乙圖中曲線Ⅰ表示有氧呼吸，曲線Ⅱ表示無氧呼吸
C．乙圖中曲線Ⅰ表示的生理過程所利用的有機物主要是葡萄糖
D．乙圖中曲線Ⅱ最終趨于平衡，可能是受到溫度或呼吸酶數量的限制在O2充足的條件下，有氧呼吸
3．下圖表示光照、儲藏溫度對番茄果實呼吸強度的影響。下列有關敘述正確的是(　　)
A．番茄果實細胞產生CO2的場所是細胞質基質
B．光照對番茄果實呼吸的抑制作用2 ℃時比15 ℃時更強
C．低溫、黑暗條件下更有利于儲存番茄果實
D．儲藏溫度下降時果實呼吸強度減弱，可能與細胞內酶的空間結構被破壞有關
拓展延伸 長句特訓 與高考接軌
（1） 鮮果保鮮時常往包裝袋中沖入適量 （或 ），這樣做的原理是抑制細胞的有氧呼吸，減少有機物的消耗，有利于鮮果的保鮮。
（2） 農業上有一句關于鋤地（中耕松土）的諺語“鋤頭下面有肥”，請結合所學知識分析該諺語的合理性。定期進行松土可增加土壤中的氧氣濃度，能促進根細胞的有氧呼吸，為礦質元素吸收供應能量，從而提高農作物的產量。

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