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2019-2020年高中生物 課時18 探究酵母菌細胞呼吸的方式和有氧呼吸導學案 新人教版必修1 【學習目標】 1．進行酵母菌細胞呼吸方式的探究。 2．說出線粒體的結(jié)構(gòu)和功能。 3．說明有氧呼吸的概念、過程及特點。 【自主梳理】 1．細胞呼吸的場所___________。 2．細胞呼吸過程中的物質(zhì)變化：有機物氧化分解，生成______________________。 3．細胞呼吸過程中的能量變化：釋放能量并生成_________。 4．探究酵母菌細胞呼吸的方式的實驗原理： (1)酵母菌的代謝類型：在__________________的條件下都能生存，是_________。 (2)細胞呼吸方式的判斷：在有氧和無氧條件下細胞呼吸的_________不同，以此來確定酵母菌細胞呼吸的方式。 5．探究酵母菌細胞呼吸的方式的實驗裝置： (1)有氧條件下 ①完善圖中的實驗裝置。 ②檢測有氧呼吸產(chǎn)物：CO2能夠使澄清的石灰水變_________，能夠使溴麝香草酚藍水溶液由_________變_________再變_________。 (2)無氧條件下 ①寫出下圖裝置中的試劑名稱。 ②使用方法：B瓶應_________一段時間后，再連通盛有澄清石灰水的錐形瓶。 ③檢測無氧呼吸產(chǎn)物：_________色的重鉻酸鉀溶液，在_________性的條件下與乙醇(俗稱酒精)發(fā)生化學反應，變成_________色。 6．探究酵母菌細胞呼吸的方式的實驗結(jié)論： (1)酵母菌細胞呼吸類型：在_____________和_____________條件下都能進行細胞呼吸。 (2)呼吸產(chǎn)物：①有氧呼吸____________。②無氧呼吸____________。 7．有氧呼吸的主要場所——線粒體 (1)寫出上圖中序號代表的結(jié)構(gòu)名稱。 ①_____________，②_____________，③_____________，_____________。 (2) 與有氧呼吸有關的酶分布在__________________________。 (3) 分布：集中在_____________的部位。 8．根據(jù)有氧呼吸的過程，請完成下圖。 9．有氧呼吸的總化學反應式： _______________________________。 10．有氧呼吸的概念： (1)條件：需要_____________和多種酶的參與。 (2)反應底物：_________等有機物。 (3)反應產(chǎn)物：_________、_________和能量。 11．有氧呼吸過程中能量轉(zhuǎn)化： 1 mol葡萄糖徹底氧化分解能夠產(chǎn)生_____________kJ能量，其中有_________kJ左右的能量儲存在ATP中，其余以_________形式散失。 12．有氧呼吸與有機物在生物體外燃燒相比的不同點： (1)條件：_________。 (2)能量釋放：經(jīng)過一系列化學反應_________釋放，且部分儲存在_________中。 【預習小測】 1．判斷正誤：酵母菌屬于厭氧型的細菌。 2．判斷正誤：橙色的重鉻酸鉀溶液可以直接和酒精發(fā)生化學反應變成灰綠色。 3．判斷正誤：有氧呼吸所釋放的能量全部用于合成ATP。 4．判斷正誤：有氧呼吸第一階段產(chǎn)生的[H]用于第二階段，第二階段產(chǎn)生的[H]用于第三階段。 5．判斷正誤：有氧呼吸過程既消耗水，也產(chǎn)生水。 6．判斷正誤：葡萄糖氧化分解為丙酮酸可以發(fā)生在細胞有氧時。 7．判斷正誤：種子風干脫水后細胞呼吸強度增強。 【探究一探究酵母菌細胞呼吸的方式】 1．探究酵母菌的有氧呼吸，請據(jù)圖回答問題。 (1)A裝置中為什么用氣泵間歇性地通入空氣？ (2)質(zhì)量分數(shù)為10%的NaOH溶液的作用是什么？ 2．探究酵母菌的無氧呼吸，請據(jù)圖回答問題。 為什么要將B瓶封口放置一段時間后，再連通盛有澄清石灰水的錐形瓶？ 3．在探究酵母菌的細胞呼吸方式過程中，檢測指標的確定 能否以CO2的產(chǎn)生為指標來確定酵母菌的細胞呼吸方式？分析原因。 4．在探究酵母菌的細胞呼吸方式過程中，對比實驗是如何體現(xiàn)的？實驗結(jié)果是巳知的還是未知的？ 【典例精析】 酵母菌在氧氣充足條件下不能進行酒精發(fā)酵，有同學認為是氧氣抑制了酵母菌的無氧呼吸，也有同學認為是有氧呼吸產(chǎn)生的ATP抑制了酵母菌的無氧呼吸。某同學用質(zhì)量分數(shù)為5%的葡萄糖溶液、只含酵母菌細胞質(zhì)基質(zhì)的上清液、ATP溶液和蒸餾水等，設計實驗探究酵母菌在氧氣充足條件下不能進行無氧呼吸的原因。請完成下列實驗步驟。 (1)取錐形瓶等連接成如圖所示裝置三套，依次編號為A、B、C。 1號錐形瓶中都加入質(zhì)量分數(shù)為10% 的NaOH溶液，3號錐形瓶中都加入澄清的石灰水。 (2)三套裝置的2號錐形瓶中，除都加入10 mL只含酵母菌細胞質(zhì)基質(zhì)的上清液、10 mL質(zhì)量分數(shù)為5% 的葡萄糖溶液外，A裝置還需加入2 mL蒸餾水；B裝置加入_______________ ； C裝置加入_______________。 (3)A、B、C三套裝置均先持續(xù)通入N2 5 min，去除錐形瓶中的氧氣，再將A、B、C三套裝置分別作如下處理：A裝置持續(xù)通入N2 ， B裝置____________________，C裝置____________________。 (4)將三套裝置放在溫度適宜(25?35 C)的相同條件下培養(yǎng)相同時間(8?10 H)。 (5)請依據(jù)下列預期的澄清石灰水是否變混濁的情況，填寫相應的結(jié)論。 A裝置 B裝置 C裝置 結(jié)論 混濁 不混濁 混濁 ①_______________ 混濁 混濁 不混濁 ②_______________ 混濁 不混濁 不混濁 ③_______________ 混濁 混濁 混濁 ④_______________ 【變式訓練】 釀酒、做面包都需要酵母菌。某同學想探究酵母菌細胞呼吸的方式(是否在有氧和無氧條件下都能生存)， 于是進行了如下實驗： (1)作出假設:_______________________________________。 (2)材料用具：酵母菌培養(yǎng)液、澄清石灰水、橡皮球、玻璃導管數(shù)根、質(zhì)量分數(shù)為10%的NaOH溶液等。 (3)實驗步驟： ①A瓶先封口放置一段時間后選擇玻璃導管，將下圖中的裝置一、二中的錐形瓶分別進行連接。 ②將兩套裝置放在適宜溫度條件下培養(yǎng)10小時，觀察澄清石灰水是否變混濁。 (4)預測結(jié)果及結(jié)論： ①_______________________________，說明酵母菌在有氧和無氧條件下都能進行呼吸； ②_______________________________，說明酵母菌在有氧和無氧條件下都不能進行呼吸； ③_______________________________，說明酵母菌只能在無氧條件下進行呼吸； ④_______________________________，說明酵母菌只能在有氧條件下進行呼吸。 (5)為進一步確定酵母菌無氧呼吸的產(chǎn)物，可以再用________(試劑)檢測培養(yǎng)瓶中有無酒精產(chǎn)生。 (6)該實驗有實驗組、對照組嗎？________。 【探究二有氧呼吸】 5．從結(jié)構(gòu)上分析，線粒體與有氧呼吸相適應的特點有哪些？ 6．根據(jù)有氧呼吸過程，請回答下列問題。 (1)有氧呼吸的整個過程是否都在線粒體內(nèi)完成？ (2)[H]產(chǎn)生于哪些階段？又參與哪個階段的反應？ (3)哪些階段產(chǎn)生ATP?產(chǎn)生ATP最多的是哪個階段？ (4)水在哪個階段產(chǎn)生？整個過程是否有水的參與？ (5)根據(jù)圖解及上述分析歸納有氧呼吸三個階段的區(qū)別。 有氧呼吸 場所 反應物 產(chǎn)物 釋放能量 第一階段 第二階段 第三階段 (6)現(xiàn)有兩組有氧呼吸的裝置，如果用氧的同位素18O 分別標記A組的C6H1218O6和B組的18O2 ，試分析A、B 兩組中的18O最終會出現(xiàn)在哪種產(chǎn)物中。 7．根據(jù)無氧呼吸的反應過程，書寫無氧呼吸的化學反應式。 ①產(chǎn)生酒精和二氧化碳 第一階段：______________________________。 第二階段：______________________________。 ②產(chǎn)生乳酸 第一階段：______________________________。 第二階段：______________________________。 【典例精析】 下圖為某綠色植物細胞內(nèi)部分物質(zhì)的代謝過程，下列相關敘述中正確的是 A.圖中的①②兩物質(zhì)依次是H2O和O2 B.圖中(一)(二)兩階段產(chǎn)生[H]的場所都是線粒體 C.圖中(三)階段產(chǎn)生的H2O中的氫最終都來自葡萄糖 D.1分子丙酮酸經(jīng)過(二)(三)兩階段產(chǎn)生的能量一樣多 【變式訓練】 現(xiàn)有一瓶酵母菌和葡萄糖的混合液，通入不同濃度的O2，產(chǎn)生的酒精和二氧化碳如圖所示。則在O2濃度為M時 A.酵母菌只進行無氧呼吸不進行有氧呼吸 B.用于無氧呼吸的葡萄糖的比例是2/5 C.酵母菌有氧呼吸消耗9 mol O2 D.O2濃度對酵母菌的細胞呼吸方式無影響 【隨堂自測】 1．重鉻酸鉀溶液在酸性條件下，與酒精發(fā)生化學反應變成 A.黃色 B.灰綠色 C.藍色 D.磚紅色 2．小李同學在以下裝置的①號瓶中分別加入等量的活酵母菌，以探究其呼吸方式。在相同時間內(nèi)，②號瓶中產(chǎn)生沉淀最多的是 3．有氧呼吸過程中ATP形成在 A.第一和第二階段 B.第二和第三階段 C.第一和第三階段 D.三個階段都產(chǎn)生 4．生物體吸收的O2用于 A.在線粒體中合成CO2 B.在細胞質(zhì)基質(zhì)中與[H]結(jié)合生成水 C.部分形成CO2 ，部分與[H]結(jié)合生成水 D.在線粒體中與[H]結(jié)合生成水 5．下圖表示有氧呼吸的主要場所——線粒體的結(jié)構(gòu)示意圖，有氧呼吸過程產(chǎn)生CO2和消耗水的場所分別是 A.①② B.②② C.②③ D.③③ 6．如圖是有氧呼吸過程的圖解，據(jù)圖回答下列問題。 (1)有氧呼吸是從_________的氧化分解開始的，全過程分為_________個階段。 (2)有氧呼吸的主要場所是_________，進入該場所的呼吸底物是_________；釋放的CO2是在第____階段產(chǎn)生的；H2O是在第____階段形成的；產(chǎn)生ATP最多的是第____階段。 (3)寫出有氧呼吸的總化學反應式：__________________。 【探究歸納】 1．教材提煉： 2．探究酵母菌細胞呼吸的方式可以轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄坑醒鯒l件和無氧條件下酵母菌細胞呼吸的情況。 3．在探究酵母菌細胞呼吸的方式過程中，根據(jù)檢測目的不同，可細化為兩個子課題：(1)在有氧和無氧條件下酵母菌細胞呼吸產(chǎn)生CO2的多少；(2)在有氧和無氧條件下酵母菌細胞呼吸是否產(chǎn)生酒精。具體分析如下： 課題名稱 課題一 課題二 自變量 有氧和無氧 因變量 產(chǎn)生CO2的多少 酒精的有無 觀察指標 ① 澄清石灰水變混濁的程度 ② 溴麝香草酚藍水溶液由藍變綠再變黃所用時間的長短 重鉻酸鉀溶液的顏色變化 無關變量 溫度、營養(yǎng)物質(zhì)的濃度和總量等 實驗結(jié)論 在有氧條件下產(chǎn)生的CO2多 在無氧條件下才能產(chǎn)生酒精 4．有氧呼吸過程中各元素的來源和去路： (1) CO2是在第二階段產(chǎn)生的，是由丙酮酸和水反應生成的，場所是線粒體基質(zhì)。 (2) O2參與了第三階段的反應，[H]和O2結(jié)合生成水，所以細胞呼吸產(chǎn)生的水中的氧來自O2，場所是線粒體內(nèi)膜。 (3)有氧呼吸過程中的反應物和生成物中都有水，反應物中的水用于第二階段和丙酮酸反應，生成物中的水是有氧呼吸第三階段[H]和O2結(jié)合生成的。 5．【提醒】(1)重鉻酸鉀溶液必須在酸性條件下使用。 (2)使用溴麝香草酚藍水溶液不僅可判斷CO2的生成，還可通過由藍變綠再變黃的時間長短來判斷生成CO2的速度。 6．【提醒】有氧呼吸的實質(zhì)： (1) 物質(zhì)變化：有機物→無機物(CO2和H2O)。 (2) 能量變化：有機物中穩(wěn)定的化學能→熱能+ ATP 中活躍的化學能。 必修1課時18 探究酵母菌細胞呼吸的方式和有氧呼吸 詳細答案 課前預習 預習案 【自主梳理】 1．細胞內(nèi) 2．二氧化碳或其他產(chǎn)物 3．ATP 4．(1)有氧和無氧 兼性厭氧菌 (2)產(chǎn)物 5．(1)①通氣 NaOH 澄清的石灰水 溴麝香草酚藍水溶液 ②混濁 藍 綠 黃 (2)①石灰水 ②封口放置 ③橙 酸 灰綠 6．(1)有氧 無氧 (2) ①CO2(或CO2和H2O) ②CO2和酒精 7．(l)①外膜 ②嵴 ③內(nèi)膜④基質(zhì) (2)內(nèi)膜上和基質(zhì)中 (3)代謝旺盛 8．細胞質(zhì)基質(zhì) 葡萄糖丙酮酸+[H] 少量 線粒體基質(zhì) 丙酮酸+H2OCO2十[H] 少量 線粒體內(nèi)膜[H] +O2H2O 大量 9．C6H12O6 +6O2 +6H2O6CO2 + 12H2O+能量 10．(1)氧氣 (2)葡萄糖 (3) 二氧化碳 水 11．2 870 1 161 熱能 12．(1)溫和 (2)逐步 ATP 【預習小測】 1． 提示：酵母菌屬于兼性厭氧菌。 2． 提示：橙色的重鉻酸鉀溶液必須在酸性條件下才能和酒精發(fā)生化學反應變成灰綠色。 3． 提示：有氧呼吸所釋放的能量，只有大約40%合成了ATP，其余全部以熱能的形式散失。 4． 提示：有氧呼吸第一、二階段產(chǎn)生的[H]都用于第三階段。 5．√ 提示：有氧呼吸的第二階段消耗水，第三階段產(chǎn)生水。 6．√ 提示：有氧呼吸第一階段在細胞質(zhì)基質(zhì)中將葡萄糖轉(zhuǎn)化成丙酮酸。 7． 提示：水是細胞呼吸的原料，風干脫水后的種子細胞呼吸強度減弱。 知識拓展 探究案 【探究一探究酵母菌細胞呼吸的方式】 1．(1)提示：保證酵母菌有充足的氧氣，以進行有氧呼吸。 (2)提示：NaOH溶液的作用是除去空氣中的CO2，以保證第三個錐形瓶中澄清石灰水變混濁是由于酵母菌有氧呼吸產(chǎn)生的CO2所致。 2．提示：B瓶剛封口后，錐形瓶中有氧氣，酵母菌進行有氧呼吸，所以需將開始產(chǎn)生的CO2排掉，一段時間后，B瓶中的氧氣消耗完，再連通盛有澄清石灰水的錐形瓶，可確保是無氧呼吸產(chǎn)生的CO2通入澄清的石灰水。 3．提示：不能。酵母菌有氧呼吸和無氧呼吸都產(chǎn)生CO2，故不能以CO2的產(chǎn)生為指標確定細胞呼吸方式。應以酒精的產(chǎn)生為指標，因為酵母菌只有進行無氧呼吸才能產(chǎn)生酒精。 4．提示：設置有氧和無氧兩種條件，通過對產(chǎn)物的比較分析，探究氧氣對酵母菌呼吸方式的影響。實驗結(jié)果是未知的。 【典例精析】 (2)2 mLATP溶液 2mL蒸餾水 (3)持續(xù)通入N2 持續(xù)通入空氣 (5)①酵母菌無氧呼吸受ATP抑制，不受氧氣抑制 ②酵母菌無氧呼吸不受ATP抑制，受氧氣抑制 ③酵母菌無氧呼吸既受ATP抑制，又受氧氣抑制 ④酵母菌無氧呼吸既不受ATP抑制，也不受氧氣抑制 【解析】該實驗的目的是探究酵母菌在氧氣充足條件下不能進行無氧呼吸的原因，實際上是兩個實驗，即探究是不是ATP 抑制了酵母菌的無氧呼吸和探究是不是氧氣抑制了酵母菌的無氧呼吸。前者的自變量為ATP的有無，后者的自變量為氧氣的有無；前者自變量的設置方法是在裝置的2號瓶中一組加入ATP溶液，一組不加；后者自變量的設置方法是在裝置中一組持續(xù)通入空氣，另一組持續(xù)通入N2。因自變量有兩個，可分三組實驗，對照組是不加ATP溶液，通入N2。因變量為是否進行無氧呼吸，觀察指標為澄清石灰水是否變混濁。 【備注】通過設置有氧和無氧兩種條件，然后對不同條件下的產(chǎn)物進行檢測，根據(jù)產(chǎn)物進而分析酵母菌細胞的呼吸方式。 【變式訓練】 (1)酵母菌在有氧和無氧條件下都能進行細胞呼吸 (3)①裝置連接如下圖： (4)①兩組裝置中石灰水都變混濁 ②兩組裝置中石灰水都不變混濁 ③裝置一中石灰水變混濁，裝置二中石灰水不變混濁 ④裝置一中石灰水不變混濁，裝置二中石灰水變混濁 (5)酸性重鉻酸鉀溶液 (6)無 【解析】無 【備注】無 【探究二有氧呼吸】 5．提示：內(nèi)膜向內(nèi)折疊形成嵴，使內(nèi)膜表面積大大增加，增大了有氧呼吸酶的附著面積；內(nèi)膜和基質(zhì)中含有大量與有氧呼吸有關的酶。 6．(1)提示：否。有氧呼吸第一階段在細胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)完成，第二階段在線粒體基質(zhì)內(nèi)完成，第三階段在線粒體內(nèi)膜上完成。 (2)提示：有氧呼吸第一、二階段都產(chǎn)生[H]；前兩個階段產(chǎn)生的[H]參與第三階段與氧氣的反應。 (3)提示：有氧呼吸三個階段均產(chǎn)生ATP；第三階段產(chǎn)生的ATP最多。 (4)提示：水產(chǎn)生于第三階段，在第二階段也參與反應。 (5)細胞質(zhì)基質(zhì) 主要是葡萄糖 丙酮酸和[H] 少量線粒體基質(zhì) 丙酮酸和水 二氧化碳和[H] 少量 線粒體內(nèi)膜 [H]和氧氣 水 大量 (6)提示：A組標記的是C6H1218O6 ， C6H1218O6的利用過程是C6H1218O6→丙酮酸→C18O2，所以A組的18O出現(xiàn)在產(chǎn)物CO2中。B組對18O2進行標記，在有氧呼吸中，18O2是在第三階段參與反應的，其產(chǎn)物是H218O，所以B組的18O首先出現(xiàn)在H2O中。H218O可以參與第二階段丙酮酸的氧化分解，又會出現(xiàn)在CO2中，即18O2→H218Ok→C18O2 7．(1)①C6H12O62C3 H4O3 +4[H]+少量能量 2C3H4O3+4[H]2C2H5OH+2CO2 ②C6H12O62C3H4O3+4[H]+少量能量 2C3H4O3 +4[H]2C3H6O3 【典例精析】 A 【解析】從題圖所示的過程及參與的物質(zhì)分析可知， 該過程表示的是細胞的有氧呼吸過程。(一)表示有氧呼吸的第一階段，在細胞質(zhì)基質(zhì)中完成，在酶的作用下，葡萄糖分解為丙酮酸和少量[H]，釋放少量能量。(二)表示有氧呼吸的第二階段，在線粒體中丙酮酸和H2O(即圖中①)徹底分解成CO2并產(chǎn)生大量的[H]，釋放少量能量。(三)表示有氧呼吸的第三階段，前兩個階段產(chǎn)生的[H](部分來自水)與O2(即圖中②)結(jié)合生成H2O，釋放大量能量。 【備注】有氧呼吸的第一階段是在細胞質(zhì)基質(zhì)中完成的，第二、三階段是在線粒體完成的。線粒體內(nèi)膜的折疊， 內(nèi)膜上、基質(zhì)中含有大量的酶都是線粒體結(jié)構(gòu)與進行有氧呼吸相適應的特點。有氧呼吸第一、二階段會產(chǎn)生少量的能量和[H]，其中[H]在第三階段和氧氣反應生成水，釋放大量能量。 【變式訓練】 C 【解析】圖中虛線表示產(chǎn)生CO2的曲線，實線表示產(chǎn)生酒精的曲線。假設有氧呼吸消耗的葡萄糖為x，消耗的氧氣為y，則由圖中數(shù)據(jù)和細胞呼吸的反應式可計算出： C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O 1 6 6 X y 15–6 得：x = 3/2，y = 9 C6H12O62CO2 +2C2H5OH 1 2 2 3 6 6 因此，酵母菌既進行無氧呼吸也進行有氧呼吸；用于無氧呼吸的葡萄糖比例為2/3；有氧呼吸消耗的氧氣為9mol；從圖中看出，隨著O2濃度的增加，產(chǎn)生的CO2量逐漸增加，產(chǎn)生的酒精量逐漸減少直至不產(chǎn)生酒精，可見O2可促進有氧呼吸，同時抑制無氧呼吸。 【備注】無 【隨堂自測】 1．B 【解析】重鉻酸鉀溶液在酸性條件下與酒精反應呈現(xiàn)灰綠色。 【備注】無 2．A 【解析】A項中①號瓶酵母菌進行有氧呼吸，且溫度適宜， 能產(chǎn)生大量CO2，②號瓶中產(chǎn)生的沉淀較多；B項中①號瓶酵母菌進行無氧呼吸，能產(chǎn)生少量CO2；C項中①號瓶無酵母菌細胞呼吸需要的原料，不能產(chǎn)生CO2；D項中①號瓶酵母菌進行有氧呼吸，但溫度不適宜，產(chǎn)生CO2的量較少。 【備注】無 3．D 【解析】有氧呼吸的第一階段和第二階段產(chǎn)生少量的ATP，第三階段產(chǎn)生大量的ATP。 【備注】無 4．D 【解析】選項A的CO2中的氧來源于丙酮酸和水，并非來源于O2；選項B的化學反應正確，但反應場所應是線粒體內(nèi)膜并非細胞質(zhì)基質(zhì)；選項C的敘述是錯誤的，因為O2只能與[H]結(jié)合生成水。 【備注】無 5．D 【解析】有氧呼吸的第二階段是在線粒體基質(zhì)中進行的，丙酮酸在水的參與下，分解為CO2和[H]，故產(chǎn)生CO2和消耗水的場所都是線粒體基質(zhì)。 【備注】無 6．(1)葡萄糖 三 (2)線粒體 丙酮酸 二 三 三 (3)C6H12O6 +6H2O+6O26CO2 + 12H2O+能量 【解析】在有氧呼吸過程中，第一階段發(fā)生在細胞質(zhì)基質(zhì)中，將1分子葡萄糖分解成2分子丙酮酸，脫下來少量[H](4個[H])，釋放少量能量，形成少量ATP；第二階段發(fā)生在線粒體基質(zhì)中，將丙酮酸徹底分解成CO2，消耗6分子水，脫下來20個[H]，釋放少量能量，形成少量ATP；第三階段發(fā)生在線粒體內(nèi)膜上，前兩個階段脫下的[H]經(jīng)過一系列反應，與O2結(jié)合形成12分子水，釋放大量能量，形成大量ATP。從上述過程可以看出，CO2產(chǎn)生于第二階段，O2用于第三階段的反應，水生成于第三階段，釋放能量最多的是第三階段。 【備注】無