2022年高中生物 课时18 探究酵母菌细胞呼吸的方式和有氧呼吸导学案 新人教版必修1(I)

2022年高中生物 课时18 探究酵母菌细胞呼吸的方式和有氧呼吸导学案 新人教版必修1(I)【学习目标】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说明有氧呼吸的概念、过程及特点。【自主梳理】1细胞呼吸的场所_。2细胞呼吸过程中的物质变化：有机物氧化分解，生成_。3细胞呼吸过程中的能量变化：释放能量并生成_。4探究酵母菌细胞呼吸的方式的实验原理：(1)酵母菌的代谢类型：在_的条件下都能生存，是_。(2)细胞呼吸方式的判断：在有氧和无氧条件下细胞呼吸的_不同，以此来确定酵母菌细胞呼吸的方式。5探究酵母菌细胞呼吸的方式的实验装置：(1)有氧条件下完善图中的实验装置。检测有氧呼吸产物：CO2能够使澄清的石灰水变_，能够使溴麝香草酚蓝水溶液由_变_再变_。(2)无氧条件下写出下图装置中的试剂名称。使用方法：B瓶应_一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶。检测无氧呼吸产物：_色的重铬酸钾溶液，在_性的条件下与乙醇(俗称酒精)发生化学反应，变成_色。6探究酵母菌细胞呼吸的方式的实验结论：(1)酵母菌细胞呼吸类型：在_和_条件下都能进行细胞呼吸。(2)呼吸产物：有氧呼吸_。无氧呼吸_。7有氧呼吸的主要场所线粒体(1)写出上图中序号代表的结构名称。_，_，_，_。(2) 与有氧呼吸有关的酶分布在_。(3) 分布：集中在_的部位。8根据有氧呼吸的过程，请完成下图。9有氧呼吸的总化学反应式： _。10有氧呼吸的概念：(1)条件：需要_和多种酶的参与。(2)反应底物：_等有机物。(3)反应产物：_、_和能量。11有氧呼吸过程中能量转化：1 mol葡萄糖彻底氧化分解能够产生_kJ能量，其中有_kJ左右的能量储存在ATP中，其余以_形式散失。12有氧呼吸与有机物在生物体外燃烧相比的不同点：(1)条件：_。(2)能量释放：经过一系列化学反应_释放，且部分储存在_中。【预习小测】1判断正误：酵母菌属于厌氧型的细菌。2判断正误：橙色的重铬酸钾溶液可以直接和酒精发生化学反应变成灰绿色。3判断正误：有氧呼吸所释放的能量全部用于合成ATP。4判断正误：有氧呼吸第一阶段产生的H用于第二阶段，第二阶段产生的H用于第三阶段。5判断正误：有氧呼吸过程既消耗水，也产生水。6判断正误：葡萄糖氧化分解为丙酮酸可以发生在细胞有氧时。7判断正误：种子风干脱水后细胞呼吸强度增强。知识拓展 探究案【探究一探究酵母菌细胞呼吸的方式】1探究酵母菌的有氧呼吸，请据图回答问题。(1)A装置中为什么用气泵间歇性地通入空气？(2)质量分数为10%的NaOH溶液的作用是什么？2探究酵母菌的无氧呼吸，请据图回答问题。为什么要将B瓶封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶？3在探究酵母菌的细胞呼吸方式过程中，检测指标的确定能否以CO2的产生为指标来确定酵母菌的细胞呼吸方式？分析原因。4在探究酵母菌的细胞呼吸方式过程中，对比实验是如何体现的？实验结果是巳知的还是未知的？【典例精析】酵母菌在氧气充足条件下不能进行酒精发酵，有同学认为是氧气抑制了酵母菌的无氧呼吸，也有同学认为是有氧呼吸产生的ATP抑制了酵母菌的无氧呼吸。某同学用质量分数为5%的葡萄糖溶液、只含酵母菌细胞质基质的上清液、ATP溶液和蒸馏水等，设计实验探究酵母菌在氧气充足条件下不能进行无氧呼吸的原因。请完成下列实验步骤。(1)取锥形瓶等连接成如图所示装置三套，依次编号为A、B、C。 1号锥形瓶中都加入质量分数为10% 的NaOH溶液，3号锥形瓶中都加入澄清的石灰水。(2)三套装置的2号锥形瓶中，除都加入10 mL只含酵母菌细胞质基质的上清液、10 mL质量分数为5% 的葡萄糖溶液外，A装置还需加入2 mL蒸馏水；B装置加入_ ； C装置加入_。(3)A、B、C三套装置均先持续通入N2 5 min，去除锥形瓶中的氧气，再将A、B、C三套装置分别作如下处理：A装置持续通入N2 ， B装置_，C装置_。(4)将三套装置放在温度适宜(2535 C)的相同条件下培养相同时间(810 H)。(5)请依据下列预期的澄清石灰水是否变混浊的情况，填写相应的结论。A装置B装置C装置结论混浊不混浊混浊_混浊混浊不混浊_混浊不混浊不混浊_混浊混浊混浊_【变式训练】酿酒、做面包都需要酵母菌。某同学想探究酵母菌细胞呼吸的方式(是否在有氧和无氧条件下都能生存)， 于是进行了如下实验：(1)作出假设:_。(2)材料用具：酵母菌培养液、澄清石灰水、橡皮球、玻璃导管数根、质量分数为10%的NaOH溶液等。(3)实验步骤：A瓶先封口放置一段时间后选择玻璃导管，将下图中的装置一、二中的锥形瓶分别进行连接。将两套装置放在适宜温度条件下培养10小时，观察澄清石灰水是否变混浊。(4)预测结果及结论：_，说明酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行呼吸；_，说明酵母菌在有氧和无氧条件下都不能进行呼吸；_，说明酵母菌只能在无氧条件下进行呼吸；_，说明酵母菌只能在有氧条件下进行呼吸。(5)为进一步确定酵母菌无氧呼吸的产物，可以再用_(试剂)检测培养瓶中有无酒精产生。(6)该实验有实验组、对照组吗？_。【探究二有氧呼吸】5从结构上分析，线粒体与有氧呼吸相适应的特点有哪些？6根据有氧呼吸过程，请回答下列问题。(1)有氧呼吸的整个过程是否都在线粒体内完成？(2)H产生于哪些阶段？又参与哪个阶段的反应？(3)哪些阶段产生ATP?产生ATP最多的是哪个阶段？(4)水在哪个阶段产生？整个过程是否有水的参与？(5)根据图解及上述分析归纳有氧呼吸三个阶段的区别。有氧呼吸场所反应物产物释放能量第一阶段第二阶段第三阶段(6)现有两组有氧呼吸的装置，如果用氧的同位素18O 分别标记A组的C6H1218O6和B组的18O2 ，试分析A、B 两组中的18O最终会出现在哪种产物中。7根据无氧呼吸的反应过程，书写无氧呼吸的化学反应式。产生酒精和二氧化碳第一阶段：_。第二阶段：_。产生乳酸第一阶段：_。第二阶段：_。【典例精析】下图为某绿色植物细胞内部分物质的代谢过程，下列相关叙述中正确的是A.图中的两物质依次是H2O和O2B.图中(一)(二)两阶段产生H的场所都是线粒体C.图中(三)阶段产生的H2O中的氢最终都来自葡萄糖D.1分子丙酮酸经过(二)(三)两阶段产生的能量一样多【变式训练】现有一瓶酵母菌和葡萄糖的混合液，通入不同浓度的O2，产生的酒精和二氧化碳如图所示。则在O2浓度为M时A.酵母菌只进行无氧呼吸不进行有氧呼吸B.用于无氧呼吸的葡萄糖的比例是2/5C.酵母菌有氧呼吸消耗9 mol O2D.O2浓度对酵母菌的细胞呼吸方式无影响【随堂自测】1重铬酸钾溶液在酸性条件下，与酒精发生化学反应变成A.黄色B.灰绿色C.蓝色D.砖红色2小李同学在以下装置的号瓶中分别加入等量的活酵母菌，以探究其呼吸方式。在相同时间内，号瓶中产生沉淀最多的是3有氧呼吸过程中ATP形成在A.第一和第二阶段B.第二和第三阶段C.第一和第三阶段D.三个阶段都产生4生物体吸收的O2用于A.在线粒体中合成CO2B.在细胞质基质中与H结合生成水C.部分形成CO2 ，部分与H结合生成水D.在线粒体中与H结合生成水5下图表示有氧呼吸的主要场所线粒体的结构示意图，有氧呼吸过程产生CO2和消耗水的场所分别是A.B.C.D.6如图是有氧呼吸过程的图解，据图回答下列问题。(1)有氧呼吸是从_的氧化分解开始的，全过程分为_个阶段。(2)有氧呼吸的主要场所是_，进入该场所的呼吸底物是_；释放的CO2是在第_阶段产生的；H2O是在第_阶段形成的；产生ATP最多的是第_阶段。(3)写出有氧呼吸的总化学反应式：_。【探究归纳】1教材提炼：2探究酵母菌细胞呼吸的方式可以转变为探究有氧条件和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的情况。3在探究酵母菌细胞呼吸的方式过程中，根据检测目的不同，可细化为两个子课题：(1)在有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸产生CO2的多少；(2)在有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸是否产生酒精。具体分析如下：课题名称课题一课题二自变量有氧和无氧因变量产生CO2的多少酒精的有无观察指标 澄清石灰水变混浊的程度 溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄所用时间的长短重铬酸钾溶液的颜色变化无关变量温度、营养物质的浓度和总量等实验结论在有氧条件下产生的CO2多在无氧条件下才能产生酒精4有氧呼吸过程中各元素的来源和去路：(1) CO2是在第二阶段产生的，是由丙酮酸和水反应生成的，场所是线粒体基质。(2) O2参与了第三阶段的反应，H和O2结合生成水，所以细胞呼吸产生的水中的氧来自O2，场所是线粒体内膜。(3)有氧呼吸过程中的反应物和生成物中都有水，反应物中的水用于第二阶段和丙酮酸反应，生成物中的水是有氧呼吸第三阶段H和O2结合生成的。5【提醒】(1)重铬酸钾溶液必须在酸性条件下使用。(2)使用溴麝香草酚蓝水溶液不仅可判断CO2的生成，还可通过由蓝变绿再变黄的时间长短来判断生成CO2的速度。6【提醒】有氧呼吸的实质：(1) 物质变化：有机物无机物(CO2和H2O)。(2) 能量变化：有机物中稳定的化学能热能+ ATP 中活跃的化学能。必修1课时18 探究酵母菌细胞呼吸的方式和有氧呼吸详细答案课前预习 预习案【自主梳理】1细胞内2二氧化碳或其他产物3ATP4(1)有氧和无氧 兼性厌氧菌 (2)产物5(1)通气 NaOH 澄清的石灰水 溴麝香草酚蓝水溶液 混浊 蓝 绿 黄(2)石灰水 封口放置 橙 酸 灰绿6(1)有氧 无氧 (2) CO2(或CO2和H2O) CO2和酒精7(l)外膜 嵴 内膜基质(2)内膜上和基质中 (3)代谢旺盛8细胞质基质 葡萄糖丙酮酸+H 少量 线粒体基质 丙酮酸+H2OCO2十H 少量 线粒体内膜H +O2H2O 大量9C6H12O6 +6O2 +6H2O6CO2 + 12H2O+能量10(1)氧气 (2)葡萄糖 (3) 二氧化碳 水112 870 1 161 热能12(1)温和 (2)逐步 ATP【预习小测】1 提示：酵母菌属于兼性厌氧菌。2 提示：橙色的重铬酸钾溶液必须在酸性条件下才能和酒精发生化学反应变成灰绿色。3 提示：有氧呼吸所释放的能量，只有大约40%合成了ATP，其余全部以热能的形式散失。4 提示：有氧呼吸第一、二阶段产生的H都用于第三阶段。5 提示：有氧呼吸的第二阶段消耗水，第三阶段产生水。6 提示：有氧呼吸第一阶段在细胞质基质中将葡萄糖转化成丙酮酸。7 提示：水是细胞呼吸的原料，风干脱水后的种子细胞呼吸强度减弱。知识拓展 探究案【探究一探究酵母菌细胞呼吸的方式】1(1)提示：保证酵母菌有充足的氧气，以进行有氧呼吸。(2)提示：NaOH溶液的作用是除去空气中的CO2，以保证第三个锥形瓶中澄清石灰水变混浊是由于酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致。2提示：B瓶刚封口后，锥形瓶中有氧气，酵母菌进行有氧呼吸，所以需将开始产生的CO2排掉，一段时间后，B瓶中的氧气消耗完，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，可确保是无氧呼吸产生的CO2通入澄清的石灰水。3提示：不能。酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都产生CO2，故不能以CO2的产生为指标确定细胞呼吸方式。应以酒精的产生为指标，因为酵母菌只有进行无氧呼吸才能产生酒精。4提示：设置有氧和无氧两种条件，通过对产物的比较分析，探究氧气对酵母菌呼吸方式的影响。实验结果是未知的。【典例精析】(2)2 mLATP溶液 2mL蒸馏水(3)持续通入N2 持续通入空气(5)酵母菌无氧呼吸受ATP抑制，不受氧气抑制酵母菌无氧呼吸不受ATP抑制，受氧气抑制酵母菌无氧呼吸既受ATP抑制，又受氧气抑制酵母菌无氧呼吸既不受ATP抑制，也不受氧气抑制【解析】该实验的目的是探究酵母菌在氧气充足条件下不能进行无氧呼吸的原因，实际上是两个实验，即探究是不是ATP 抑制了酵母菌的无氧呼吸和探究是不是氧气抑制了酵母菌的无氧呼吸。前者的自变量为ATP的有无，后者的自变量为氧气的有无；前者自变量的设置方法是在装置的2号瓶中一组加入ATP溶液，一组不加；后者自变量的设置方法是在装置中一组持续通入空气，另一组持续通入N2。因自变量有两个，可分三组实验，对照组是不加ATP溶液，通入N2。因变量为是否进行无氧呼吸，观察指标为澄清石灰水是否变混浊。【备注】通过设置有氧和无氧两种条件，然后对不同条件下的产物进行检测，根据产物进而分析酵母菌细胞的呼吸方式。【变式训练】(1)酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸(3)装置连接如下图：(4)两组装置中石灰水都变混浊两组装置中石灰水都不变混浊装置一中石灰水变混浊，装置二中石灰水不变混浊装置一中石灰水不变混浊，装置二中石灰水变混浊(5)酸性重铬酸钾溶液(6)无【解析】无【备注】无【探究二有氧呼吸】5提示：内膜向内折叠形成嵴，使内膜表面积大大增加，增大了有氧呼吸酶的附着面积；内膜和基质中含有大量与有氧呼吸有关的酶。6(1)提示：否。有氧呼吸第一阶段在细胞质基质内完成，第二阶段在线粒体基质内完成，第三阶段在线粒体内膜上完成。(2)提示：有氧呼吸第一、二阶段都产生H；前两个阶段产生的H参与第三阶段与氧气的反应。(3)提示：有氧呼吸三个阶段均产生ATP；第三阶段产生的ATP最多。(4)提示：水产生于第三阶段，在第二阶段也参与反应。(5)细胞质基质 主要是葡萄糖 丙酮酸和H 少量线粒体基质 丙酮酸和水 二氧化碳和H 少量 线粒体内膜 H和氧气 水 大量(6)提示：A组标记的是C6H1218O6 ， C6H1218O6的利用过程是C6H1218O6丙酮酸C18O2，所以A组的18O出现在产物CO2中。B组对18O2进行标记，在有氧呼吸中，18O2是在第三阶段参与反应的，其产物是H218O，所以B组的18O首先出现在H2O中。H218O可以参与第二阶段丙酮酸的氧化分解，又会出现在CO2中，即18O2H218OkC18O27(1)C6H12O62C3 H4O3 +4H+少量能量2C3H4O3+4H2C2H5OH+2CO2C6H12O62C3H4O3+4H+少量能量2C3H4O3 +4H2C3H6O3【典例精析】A【解析】从题图所示的过程及参与的物质分析可知， 该过程表示的是细胞的有氧呼吸过程。(一)表示有氧呼吸的第一阶段，在细胞质基质中完成，在酶的作用下，葡萄糖分解为丙酮酸和少量H，释放少量能量。(二)表示有氧呼吸的第二阶段，在线粒体中丙酮酸和H2O(即图中)彻底分解成CO2并产生大量的H，释放少量能量。(三)表示有氧呼吸的第三阶段，前两个阶段产生的H(部分来自水)与O2(即图中)结合生成H2O，释放大量能量。【备注】有氧呼吸的第一阶段是在细胞质基质中完成的，第二、三阶段是在线粒体完成的。线粒体内膜的折叠， 内膜上、基质中含有大量的酶都是线粒体结构与进行有氧呼吸相适应的特点。有氧呼吸第一、二阶段会产生少量的能量和H，其中H在第三阶段和氧气反应生成水，释放大量能量。【变式训练】C【解析】图中虚线表示产生CO2的曲线，实线表示产生酒精的曲线。假设有氧呼吸消耗的葡萄糖为x，消耗的氧气为y，则由图中数据和细胞呼吸的反应式可计算出：C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O1 6 6X y 156得：x = 3/2，y = 9C6H12O62CO2 +2C2H5OH1 2 23 6 6因此，酵母菌既进行无氧呼吸也进行有氧呼吸；用于无氧呼吸的葡萄糖比例为2/3；有氧呼吸消耗的氧气为9mol；从图中看出，随着O2浓度的增加，产生的CO2量逐渐增加，产生的酒精量逐渐减少直至不产生酒精，可见O2可促进有氧呼吸，同时抑制无氧呼吸。【备注】无【随堂自测】1B【解析】重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精反应呈现灰绿色。【备注】无2A【解析】A项中号瓶酵母菌进行有氧呼吸，且温度适宜， 能产生大量CO2，号瓶中产生的沉淀较多；B项中号瓶酵母菌进行无氧呼吸，能产生少量CO2；C项中号瓶无酵母菌细胞呼吸需要的原料，不能产生CO2；D项中号瓶酵母菌进行有氧呼吸，但温度不适宜，产生CO2的量较少。【备注】无3D【解析】有氧呼吸的第一阶段和第二阶段产生少量的ATP，第三阶段产生大量的ATP。【备注】无4D【解析】选项A的CO2中的氧来源于丙酮酸和水，并非来源于O2；选项B的化学反应正确，但反应场所应是线粒体内膜并非细胞质基质；选项C的叙述是错误的，因为O2只能与H结合生成水。【备注】无5D【解析】有氧呼吸的第二阶段是在线粒体基质中进行的，丙酮酸在水的参与下，分解为CO2和H，故产生CO2和消耗水的场所都是线粒体基质。【备注】无6(1)葡萄糖 三(2)线粒体 丙酮酸 二 三 三(3)C6H12O6 +6H2O+6O26CO2 + 12H2O+能量【解析】在有氧呼吸过程中，第一阶段发生在细胞质基质中，将1分子葡萄糖分解成2分子丙酮酸，脱下来少量H(4个H)，释放少量能量，形成少量ATP；第二阶段发生在线粒体基质中，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；第三阶段发生在线粒体内膜上，前两个阶段脱下的H经过一系列反应，与O2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，O2用于第三阶段的反应，水生成于第三阶段，释放能量最多的是第三阶段。【备注】无