科学家访谈　探索生物大分子的奥秘教案和学案内容

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第5章

细胞的能量供应和利用

第3节 ATP的主要能量来源

——细胞呼吸

教学目标

知识与技能 1.进行酵母菌细胞呼吸方式的探究。

2.说出线粒体的结构和功能。

3.说明有氧呼吸和无氧呼吸的异同。

4.说明细胞呼吸的原理，并探讨其在生产和生活中的应用。

过程与方法

1.通过探究酵母菌细胞呼吸的方式，使学生认识到有氧呼吸和无氧呼吸的条件和生成的产物，为后面学习有氧呼吸和无氧呼吸奠定基础。

2.通过比较有氧呼吸和无氧呼吸的异同，学会运用对比的方法理解并识记相关的生物学知识，培养综合分析能力。

情感、态度与价值观

1.

理解生物呼吸作用的各种方式，了解生物多样性，激发学生热爱生物、热爱生命的热情。

2.

通过分析有氧呼吸和无氧呼吸的关系，理解生命活动不断发展变化以及环境相适应的特性，学会运用发展变化的观点认识生命观点。

教学重难点

教学重点:1.探究酵母菌细胞的呼吸方式。

2.有氧呼吸的过程及原理。

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教学难点:细胞呼吸的原理和本质。

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课时安排：3课时

教学过程

导入：举以下情景导入新课：

“枯井取红薯父子三人先后遇难”——

前几年，周至县王柴屯村的父子三人先后下地窖取红薯时死亡。

医生告诉原因是因为该父子三人因为地窖中因CO2浓度过大不断地刺激呼吸中枢导致呼吸衰竭造成的。

探究一：1、事故原因？

2、你的建议。

解析1.地窖中的生物在细胞呼吸过程中产生了大量CO2,CO2浓度过大不断地刺激呼吸中枢导致呼吸衰竭造成的。

解析2.提醒农民朋友进入储存白菜、萝卜、生姜等食物的地窖之前，将鸡送入窑内，鸡的翅膀会煽动空气使空气产生对流，应待充分通风以后再下去。

探究二：为什么萌发的种子堆放一段时间会有潮湿和发烫的感觉？

解析.呼吸作用过程中，产生了H2O，会释放出热量。

（导入本节课题：“ATP的主要来源——细胞呼吸”）

一、细胞呼吸的概念

回顾ATP合成的主要来源为呼吸作用，讲解细胞呼吸概念。

由于细胞呼吸是在细胞内进行，也叫细胞呼吸。细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，说出二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。

场所：细胞。产物：二氧化碳等产物。结果：生成ATP。

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探究三：葡萄怎样制作酒精？

联系第1节中“资料分析——关于酶的本质探索”，提示这与酵母菌的生命活动有关，（引入第一部分内容“探究酵母菌细胞呼吸的方式”）

二、探究酵母菌细胞呼吸的方式

（一）酵母菌简介：展示酵母菌出芽生殖图片，简介酵母菌。

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酵母菌是一种单细胞真菌，依赖外来的有机物进行异养生活，以出芽生殖的方式产生后代，属于兼性厌氧菌。

（二）探究过程

就教材提供的探究方案，引导学生完成探究各个环节，重点完成实验设计。

1.提出问题：让学生联系实际，提出相关问题。

2.作出假设：让学生根据已有的知识和生活经验，针对提出问题作出假设。

3.设计实验：（对比试验）

（1）实验思路：通过自主学习与小组讨论，确定实验总体思路。

【讲解】对比实验：P93第一段 指设置两个或两个以上的实验组，通过对比结果的比较分析，来探究各种因素与实验对象的关系，这样的实验称为对比实验。 对比实验不设对照组，均为实验组（或互为实验组东陆高中教案设计稿纸

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和对照组），是对照实验的一种特殊形式，即相当于“相互对照实验”。 （2）实验原理：让学生根据总体思路，讨论以下问题，逐步细化写出实验方案。

①怎样控制有氧和无氧条件？

②怎样鉴定有无酒精产生？怎样鉴定有无二氧化碳产生？如何比较二氧化碳产生的多少？

③怎样保证酵母菌在整个过程中能正常生活？

（3）实验步骤：引导学生根据讨论结果逐步写出实验步骤。

①配制酵母菌培养液(酵母菌＋葡萄糖溶液)。

②检测CO2的产生，装置如图所示。

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（说明1：：甲为有氧装置，橡皮球通入外界氧气， 10%的NaOH溶液用于吸收空气中的CO2，以保证用于检测产物的锥形瓶中澄清石灰水变混浊是由酵母菌有氧呼吸产生的CO2导致的。）: （说明:2：乙为无氧装置，必须将酵母菌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检测酒精的产生：自B、D中各取2 mL酵母菌培养液的滤液分别注入编号为1、2的两支试管中→分别滴加0.5 mL溶有0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液→振荡并观察东陆高中教案设计稿纸

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溶液的颜色变化。

（4）实验现象：让学生根据实验结果填好实验结果表格。

条件

甲组

乙组

澄清石灰水的变化

变混浊快

变混浊慢

1、2两试管的变化

无变化

出现灰绿色

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（5）实验结论：根据实验结果写出实验结论。 ①酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。

②在有氧条件下产生CO2多而快，在无氧条件下产生酒精，还产生少量CO2。

（6）表达和交流，进一步探究

【典型例题】 下图是某研究小组在探究酵母菌的细胞呼吸方式时的两套实验装置图，下列分析合理的是(

)

A.为检验空气中的二氧化碳是否被A瓶完全吸收，可在B瓶前加一个盛有澄清石灰水的锥形瓶

B.实验中发现C瓶先变混浊后又澄清了，说明实验不成功

C.实验进行一段时间后用酸性的重铬酸钾检测E瓶中物质会出现灰绿色

D.D瓶封口后应立即接通E瓶，防止D瓶中的培养液被分解完

【答案】A 东陆高中教案设计稿纸

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三、细胞呼吸的方式

(一）有氧呼吸

讲述：有氧呼吸是绝大多数生物细胞呼吸的主要方式，必须有氧参与。

1.主要场所：线粒体

展示线粒体结构示意图，引导学生观察结构，理解结构与功能相适应。

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线粒体具有内外两层膜，内膜的某些部位向线粒体的内腔折叠形成嵴。嵴的周围充满液态基质。内膜和基质含有许多种与有氧呼吸有关的酶。

2.过程

（1）让学生阅读课本P93-94，完成下列表格。

放能

多少

反应物

生成物

反应场所 第一阶段 葡萄糖

丙酮酸、[H] 少

细胞质基质

第二阶段 第三阶段 丙酮酸

[H]、O2、

CO2、[H] H2O 少

多

线粒体基质

线粒体内膜

（2）过程和场所

展示有氧呼吸过程图解，讲解有氧呼吸过程三个阶段变化和场所。

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第一阶段：1分子葡萄糖分解成2分子丙酮酸，产生少量[H]，释放少量能量，不需要氧参与，在细胞质基质进行。

第二阶段：丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和[H]，释放少量能量，不需要氧参与，在线粒体基进行。

第三阶段：第一、二阶段产生的[H]，经过一系列化学反应，与氧结合生成水，同时释放大量能量。需要氧参与，在线粒体内膜进行。

（3）总反应式

引导学生根据有氧呼吸过程三个阶段变化，写出有氧呼吸的总反应式，并标出各种元素的来源和去路。

（二）无氧呼吸

讲述：除酵母菌外，许多种真菌和细菌能够进行无氧呼吸。此外，马铃薯块茎、苹果等植物器官的细胞以及动物骨骼肌的肌细胞等，除了进行有氧呼吸，缺氧下也进行无氧呼吸。无氧呼吸最常利用的物质也是葡萄糖。

（1）过程

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让学生阅读教材无氧呼吸部分，完成下列表格，加以讲解。

阶段

第一阶段

具体过程

酶C6H12O6―→2C3H4O3(丙酮酸)＋4[H]＋少量

能量(2ATP)个 案

第二阶段

酶2C3H4O3＋4[H] ―→2C2H5OH(酒精)＋2CO2

酶或者2C3H4O3＋4[H] ―→2C3H6O3(乳酸) 无氧呼吸全过程分为两个阶段，需要不同酶催化，都在细胞质基质进行。

第一阶段：与有氧呼吸第一阶段完全相同。

第二阶段：丙酮酸在不同酶催化下，分解成酒精和二氧化碳，或者转化为乳酸。

无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量，生成少量ATP。葡萄糖中大部分能量存留在酒精或乳酸中。

(2)反应式

让学生根据无氧呼吸过程写出反应式。

酶①分解成酒精的反应式：C6H12O6―→2C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量。

酶②转化成乳酸的反应式：C6H12O6―→2C3H6O3(乳酸)＋少量能量。

讲解：酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸叫发酵。产生酒精的叫酒精发酵，产生乳酸的叫乳酸发酵。

【典型例题】 ①②下列关于“葡萄糖―→丙酮酸―→CO2”的过程的叙述，错误的是(

) A.①过程可在植物细胞中进行，也可在动物细胞中进行

B.②过程可产生ATP，也可不产生ATP 东陆高中教案设计稿纸

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C.②过程可产生[H]，也可消耗[H] D.①过程可在线粒体中进行，也可在细胞质基质中进行

【答案】D 共同回顾归纳本节主干知识：有氧呼吸和无氧呼吸的比较

项目 场所

条件

不同点

特点

有机物彻底分解，能量完全释放

产物

能量

有氧呼吸

无氧呼吸

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细胞质基质和线粒体

细胞质基质

需O2、酶

CO2、H2O 大量

不需O2、需酶

酒精和CO2或乳酸

少量

有机物没有彻底

分解，能量没有

完全释放

相同点

联系

实质

意义

葡萄糖分解为丙酮酸阶段完全相同

分解有机物，释放能量，合成ATP 为生物体的各项生命活动提供能量

温故知新：回顾有氧呼吸和无氧呼吸反应式，导入更进一步的学习目标。

四、细胞呼吸的类型的判断

引导学生根据有氧呼吸和无氧呼吸总反应式，分析反应物和生成物关系，归纳细胞呼吸的类型的判断方法。

C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2＋12H2O＋大量能量。

C6H12O6→2C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量。

C6H12O6→2C3H6O3(乳酸)＋少量能量。

1.一看反应物和产物

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2.“二看”物质的量的关系

①不消耗O2，释放CO2⇒只进行无氧呼吸产生酒精。

①不消耗O2，释放CO2⇒只进行无氧呼吸产生酒精。

②无CO2释放⇒只进行无氧呼吸产生乳酸。

③酒精产生量等于CO2释放量⇒只进行无氧呼吸产生酒精。

④CO2释放量等于O2的吸收量⇒只进行有氧呼吸或同时进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸。

⑤CO2释放量大于O2的吸收量⇒既进行有氧呼吸，又进行产生酒精的无氧呼吸；多余的CO2来自产生酒精的无氧呼吸。

⑥酒精产生量小于CO2释放量⇒既进行有氧呼吸，又进行产生酒精的无氧呼吸；多余的CO2来自有氧呼吸。

【探究】植物组织呼吸方式的探究（呼吸底物以葡萄糖为例）

欲确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置，如图所示(以发芽种子为例) 个 案

(1)装置1中加入NaOH溶液的目的是 ，根据有色液滴移动的刻度可知 。

（2）装置2作用 。

提示：（1）吸收二氧化碳,呼吸作用消耗的氧气的体积

（2）比较种子发芽时进行呼吸作用消耗的氧气体积和释放二氧化碳的体积变化大小

。

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（3）实验现象与结论

个 案

实验现象

装置一液滴

不动

装置二液滴

不动

结论

只进行产乳酸的无氧呼吸

或种子已死亡 只进行产酒精的无氧呼吸 进行有氧呼吸和产酒精的

无氧呼吸 只进行有氧呼吸或进行有

氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸 不动

右移

左移

右移

左移

不动

【典型例题】

如图是探究酵母菌呼吸类型的装置，如果装置一中红色液滴向左移，装置二中红色液滴向右移，证明酵母菌(

)

A.只进行有氧呼吸

B.只进行无氧呼吸

C.可能死亡

D.既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸

【答案】D 五、影响细胞呼吸的外界因素及其应用

逐项展示温度、氧气、CO2浓度、含水量对细胞呼吸影响曲线，引导学生加以分析，并总结在实际生产的应用。

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1.温度对细胞呼吸的影响

(1)原理：通过影响与细胞呼吸有关的酶的活性来影响呼吸速率。

(2)曲线分析

①在最适温度时，呼吸强度最大。

②超过最适温度，呼吸酶活性降低甚至变性失活，呼吸速率下降。

③低于最适温度，酶活性下降，呼吸速率下降。

(3)应用

①低温下储存蔬菜和水果。

②蔬菜大棚夜间适当降温以降低呼吸消耗，提高产量。

2.氧气浓度对细胞呼吸的影响

(1)原理：O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。

(2)曲线分析

个 案

①O2浓度＝0时，只进行无氧呼吸。

②0

③O2浓度≥10%时，只进行有氧呼吸。

④O2浓度＝5%时，有机物消耗最少。

(3)应用

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①中耕松土促进植物根部有氧呼吸。

②无氧发酵过程需要严格控制无氧环境。

③低氧仓储粮食、水果和蔬菜。

3.CO2浓度对细胞呼吸的影响

(1)原理：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。

(2)曲线

个 案

(3)应用：在蔬菜和水果保鲜中，增加CO2浓度可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。

4.含水量对细胞呼吸的影响

(1)原理：水作为有氧呼吸的原料和环境因素影响细胞呼吸的速率。

(2)特点：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。

(3)应用

①粮食在收仓前要进行晾晒处理。

②干种子萌发前进行浸泡处理。

【课堂练习】判断下列说法的正误

(1)贮藏水果时为减少有机物的消耗，应放在完全无氧的环境中( ×

) (2)O2浓度为零时，细胞呼吸强度等于零( ×

) (3)破伤风芽孢杆菌适宜生活在有氧的环境中( ×

) (4)及时排涝，以防止豌豆根细胞受酒精毒害( √

) (5)种子风干脱水后呼吸强度增强( ×

) 【典型例题】

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如图表示某植物非绿色器官在不同O2浓度下，O2的吸收量和CO2的释放量的变化情况，根据所提供的信息，以下判断正确的是(

) 个 案

A.N点时，该器官O2的吸收量和CO2的释放量相等，说明其只进行有氧呼吸

B.M点是贮藏该器官的最适O2浓度，此时无氧呼吸的强度最低

C.该器官呼吸作用过程中有非糖物质氧化分解

D.L点时，该器官产生CO2的场所是细胞中的线粒体基质

【答案】C

课堂小结——再次共同回顾归纳本节主干知识：有氧呼吸和无氧呼吸的比较

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第3节

ATP的主要来源——细胞呼吸

一、细胞呼吸的概念

二、探究酵母菌细胞呼吸的方式

1.实验材料选择酵母菌的原因：

2.反应原理：（1）反应过程：

（2）产物验证：

三、有氧呼吸过程及概念

1.第一阶段

2.第二阶段

3.第三阶段

四、无氧呼吸过程及概念

1.第一阶段

2.第二阶段

五、细胞呼吸原理的应用

作业布置（课本96页习题和优化设计相关习题）

教学后记：

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