课题 第4章 光合作用和细胞呼吸

第3节 细胞呼吸（2） 课型 新授课 教学目标

与知识点 1、说明无氧呼吸的过程；

2、说出细胞的无氧呼吸与有氧呼吸的区别；

3、通过对"无氧呼吸的过程"图群学习，提高图表分析能力以及运用恰当的生物学知识有效地表述图表、公式等提供的信息能力。

4、通过亲历探究"影响酵母菌无氧呼吸的因素"的过程，培养学生严谨、求实、创新的精神。

5、通过小组学习过程中的合作与交往，培养学生的协作意识与交往的态度。 教学重点、

难点分析及

教法设计 【教学重点】

1、无氧呼吸的过程；

2、有氧呼吸与无氧呼吸的区别。

【教学难点】

无氧呼吸的过程。

【教学媒体】PPT课件

【教学方法】问题导学、小组合作及启发点拨相结合 思考问题 一般生物在什么样的情况下进行无氧呼吸？怎样研究酵母菌的无氧呼吸？不同生物无氧呼吸的底物、产物和条件是否相同？厌氧生物如何获得生命活动所需的能量？无氧呼吸的场所是哪里？无氧呼吸的总反应式是怎样的？有氧呼吸和无氧呼吸有哪些主要区别？无氧呼吸对于生物体的生命活动有什么特殊意义？人体在什么条件下进行无氧呼吸？ 一次备课 二次备课 　　

　　导入新课

　　师

　　在上一堂课，我们学习了细胞的有氧呼吸，从细胞有氧呼吸的三个阶段来看，你认为有哪些方面值得注意？

　　生：

　　（1）从场所角度来看：第一阶段在细胞质基质中进行，第二、三阶段在线粒体中进行，线粒体是有氧呼吸的主要场所。

　　（2）从能量角度来看：每个阶段均产生能量，第三阶段最多。

　　（3）从物质角度来看，［H］的产生是第一、二阶段，作用是与氧结合生成水同时释放大量的能量；CO2的形成是在第二阶段，场所是线粒体；O2参与了第三阶段并生成了水。

　　师：

　　细胞的有氧呼吸是绿色植物叶肉细胞光合作用的逆反应过程吗？根据已有的知识能不能间接说明呢？

　　学生活动：学生自主思考，列出观点。

　　生甲：不是，原因是二者反应场所不同，前者主要在线粒体，后者在叶绿体。

　　生乙：不是，二者所需条件不同，前者不需光，后者需要光。

　　生丙： 二者反应所需的酶不同，前者为有氧呼吸相关的酶（主要在线粒体）；后者为光合作用光反应的酶（叶绿体类囊体薄膜）与暗反应的酶（叶绿体基质）。

　　生丁：人和动物均可进行有氧呼吸，但不能进行光合作用。

　　师：你能否列表比较光合作用和细胞的有氧呼吸？

　　课件展示：

比较

项目 　　　光合作用 　　　有氧呼吸 发生

部位 含叶绿体的细胞（主要是叶肉细胞） 　　所有活细胞 反应

场所 叶绿体 主要在线粒体内 条件 光、叶绿体色素、适宜的温度、酶 适宜的温度、酶、pH、氧 能量

代谢

光能转变为化学能，储存在有机物中 有机物中的化学能释放出来，部分转移至ATP

物质

代谢 将无机物（二氧化碳和水）合成有机物（如葡萄糖） 有机物（如葡萄糖）分解为无机物（二氧化碳和水） 联系 光合作用的产物作为呼吸作用的物质基础（有机物和氧气均为呼吸作用所用），呼吸作用产生的二氧化碳可为光合作用所利用 　　学生活动：根据所学知识，自主完成表格。

　　师： 你知道酿酒时用的酒药中有何种生物吗？

　　生： 内有酵母菌。

　　师： 酿酒时为什么要密封？

　　生： 造成缺氧环境。

　　师： 酿酒的产物中有什么？

　　生： 酒精。

　　师： 这个生活实例可以说明什么？

　　生： 说明酵母菌在无氧条件下可以进行无氧呼吸产生酒精。

　　师： 酵母菌在有氧条件下，可以进行有氧呼吸吗？酵母菌的有氧呼吸与无氧呼吸都有CO2产生吗？

　　学生活动：阅读文本P63"影响酵母菌无氧呼吸的因素"部分的背景资料，注意对文本中"酵母菌呼吸实验示意图"的阅读与理解。

　　生： 酵母菌在有氧条件下，可以进行有氧呼吸；在无氧条件下，可以进行无氧呼吸。有氧呼吸、无氧呼吸都产生CO2。

　　师： 有哪些因素会影响酵母菌的无氧呼吸呢？能否设计一个简单的实验来验证你的假设呢？

　　师： 酵母菌无氧呼吸的产物有CO2，通过CO2与澄清石灰水的反应速度来探讨O2的浓度、温度等因素对酵母菌无氧呼吸的影响。

　　学生活动：小组分析、讨论，尝试提出有关影响酵母菌无氧呼吸的因素的研究问题，分小组讨论，提出O2的浓度、温度可能会对酵母菌的无氧呼吸产生的影响，并针对问题，提出假设。

　　活动建议：指导学生分组设计实验，实验设计要注意：①实验装置要符合科学性；②观察记录表格要合理。建议教师在整个课题研究过程中引导学生采用正确的科学方法，并组织好各个学习小组内部以及小组间的交流讨论活动，在实施实验的过程中注意安全，加强实验过程中教师的指导，学生间的交流与合作，注意对数据的收集与分析，学会倾听不同的声音，注重个人反思。

　　案例：温度会影响酵母菌无氧呼吸

　　实验假设

　　温度会影响酵母菌无氧呼吸。

　　实验原理

　　温度会影响酵母菌细胞内的无氧呼吸酶的活性，从而影响无氧呼吸；我们通过测定单位时间内酵母菌放出的CO2的量来确定酵母菌的无氧呼吸速率。

　　实验器材

　　试管、烧杯、酒精灯、酵母菌、葡萄糖溶液、色拉油。

　　实验步骤

　　（1）取3组相同的试管，分别标记为1、2、3，在其中加入等量的葡萄糖与酵母菌的混合溶液8 mL，在液面上方加入一定量的色拉油以隔绝空气。（实验装置参照"酵母菌呼吸实验示意图"）

　　（2）将上述3组试管分别置于10 ℃、20 ℃、37 ℃的环境水浴，同时观察澄清石灰水变浑浊的时间，并记录。

　　实验数据分析

　　略。

　　师： 我们能否在课后设计一个实验，以探究酵母菌在酿酒与发面过程中，细胞呼吸的本质有没有区别，并完成它，并与伙伴们分享你的实验？（教师可以从这两个过程中均有能量的释放来引导学生设计）

　　师： 那么，什么是细胞的无氧呼吸呢？

　　推进新课

　　板　书：

　　（二）无氧呼吸

　　学生阅读文本后回答：无氧呼吸是指生活细胞可以在无氧或缺氧的条件下，通过酶的催化作用，将有机物不彻底地氧化分解成乙醇或乳酸等，并释放出少量能量的过程。

　　师： 苹果储存久了，会有什么气味散发出来？

　　生： 酒味。

　　师： 这是什么道理呢？

　　生： 无氧呼吸产生酒精。

　　1.酒精型无氧呼吸

　　师：

　　可见高等植物仍保持着一定的无氧呼吸的能力。再如在水淹等情况下，高等植物可以短时间进行无氧呼吸，将糖类分解成酒精和二氧化碳，并且释放少量能量，以适应缺氧的环境条件。

　　师：

　　假如以葡萄糖为例，它是如何转化为酒精和二氧化碳的呢？

　　多媒体呈示以下信息：展示细胞酒精型无氧呼吸的过程，着重分析细胞无氧呼吸与有氧呼吸的相同与区别之处，以Flash动画形式使情景更为形象、生动。

　　学生活动：以小组为单位，通过对于多媒体信息的观察，能在小组学习过程中用准确的生物学语言来描述细胞的无氧呼吸过程。

　　师：

（1）酒精型无氧呼吸的第一阶段

　　①场所是细胞质基质。

　　②反应条件是细胞质基质的呼吸酶、ADP+Pi、适宜的温度与pH。

　　③反应底物是葡萄糖（呼吸底物）。

　　④反应过程是在酶催化下葡萄糖分解为丙酮酸。即葡萄糖2丙酮酸+4［H］+能量（少量）（C6H12O62C3H4O3+4［H］+能量）。

　　⑤反应产物是丙酮酸、少量［H］和少量ATP（注：第一阶段释放少量能量，其中一部分能量以热量形式散失，另一部分能量转移到ATP中，可形成2ATP）。

　　⑥产物中，丙酮酸、［H］继续停留在细胞质基质中，参与无氧呼吸的第二阶段反应；而ATP可直接用于各项生命活动。

（2）酒精型无氧呼吸的第二阶段

　　①场所仍旧是细胞质基质。

　　②反应条件是细胞质基质的无氧呼吸相关的酶、ADP+Pi、适宜的温度与pH以及无氧条件。

　　③反应底物是丙酮酸和［H］。

　　④反应过程是在酶的催化下将丙酮酸和［H］生成酒精与二氧化碳。

　　即2丙酮酸+4［H］2酒精+2CO2（2 C3H4O3+4［H］2C2H5OH+2CO2）。

　　⑤反应产物是酒精和CO2。

　　⑥产物中，酒精对植物细胞具有一定的毒害作用，因此长时间的无氧呼吸可能造成植物死亡。

　　师：能否根据前两个阶段的反应式推断细胞酒精型无氧呼吸的总反应式？

　　生：C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量（少量）。

　　师：葡萄糖在细胞内经无氧呼吸产生酒精过程中，为什么释放的能量较少？

　　生：因①产物（酒精）还储存很多能量；②［H］没有和氧气结合。

　　师：如何证明产物（酒精）还储存很多能量？

　　生：酒精燃烧产热。

　　师：剧烈运动后上肢和下肢骨骼肌往往会产生什么感觉？

　　生：全身酸、胀的感觉。

　　2.乳酸型无氧呼吸

　　师：

　　这是因为高等动物和人体在剧烈运动时，尽管呼吸运动和血液循环都大大加强了，但是仍不能满足骨骼肌对氧气的需要，这时骨骼肌内就会出现无氧呼吸。酸胀感觉就是其产物乳酸过多而刺激神经所致。另外，人从平原进入高原时，有些高等植物的某些器官（马铃薯块茎、甜菜块根与玉米的胚乳）在局部缺氧条件时进行无氧呼吸时也产生乳酸。

　　师：

　　乳酸型无氧呼吸第一阶段反应与酒精型无氧呼吸、有氧呼吸的第一阶段完全相同；第二阶段是在无氧条件下，在细胞质基质中的相关酶的作用下，丙酮酸和［H］生成乳酸。即：2丙酮酸+4［H］

2乳酸（2 C3H4O3+4［H］2C3H6O3）。

　　总反应式为什么？

　　生: C6H12O62C3H6O3+能量（少量）

比较项目 有氧呼吸 无氧呼吸 不同点 反应条件 需要分子氧、酶和适宜的温度 不需要分子氧，需要酶和适宜的温度 呼吸场所 第一阶段在细胞质基质中，第二、三阶段在线粒体内 细胞质基质 分解产物 二氧化碳和水 二氧化碳、酒精或乳酸 产生ATP 较多，1 mol葡萄糖释放能量2870 kJ 较少，1 mol葡萄糖释放能量196.65 kJ 相同点 本质都是：分解有机物释放能量，为生命活动提供能量来源 相互联系 第一阶段(从葡萄糖到丙酮酸)完全相同，之后在不同条件下，在不同的场所沿着不同的途径，在不同的酶作用下形成不同的产物 　　师： 葡萄糖在细胞内经无氧呼吸产生乳酸的过程中，共产生196.65 kJ的能量，形成了2ATP，其余的能量以热量形式散失，产能效率相当于31.06%；无氧呼吸产生的乳酸对生物体有一定的影响，机体通过一定的途径会在线粒体中彻底分解乳酸产生能量，在动物体内，乳酸还可以在肝脏中合成糖元。

　　师： 那么，无氧呼吸主要有哪些类型？哪些生物无氧呼吸产生酒精？又有哪些生物的无氧呼吸产生乳酸呢？为什么两种无氧呼吸的产物不同？

　　师： 按照呼吸产物来分，一般无氧呼吸可以分为乳酸型无氧呼吸与酒精型无氧呼吸。一般植物组织、酵母菌等无氧呼吸生成物是酒精和CO2，但马铃薯块茎、甜菜块根等无氧呼吸生成物是乳酸；动物和人体细胞以及乳酸菌等无氧呼吸生成物也是乳酸。产生不同产物的原因是不同生物的呼吸酶不同。我们通常把微生物的无氧呼吸称为发酵，如酒精发酵和乳酸发酵。

　　师： 那么细胞的有氧呼吸与无氧呼吸有哪些区别呢？

　　3.有氧呼吸与无氧呼吸的区别与联系

　　学生活动：学生阅读文本P64，自主思考上述问题。

　　教师活动：教师分发课前准备的表格。

　　课件展示：

　　学生活动：根据表格自主分析、比较。

　　师： 依据反应式 (根据O2、CO2的量),能否分析出呼吸类型?（以葡萄糖为例）

　　学生讨论、分析，共同总结：

　　C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量

　　C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量（少量）

　　C6H12O62C3H6O3+能量（少量）

　　（1）若某种生物吸收氧气量与放出二氧化碳相同，则为有氧呼吸；

　　（2）若某种生物不吸收氧气但放出二氧化碳，则为产酒精的无氧呼吸；

　　（3）若某种生物吸收氧气比放出的二氧化碳少，则既进行有氧呼吸，也进行无氧呼吸。

　　师： 那么，从生物的进化角度来看，生物的有氧呼吸与无氧呼吸具有怎样的关系？哪些细胞能进行无氧呼吸？

　　学生活动：阅读文本P63，并思考上述问题。

　　课件展示：

　　地球形成初期原始海洋中原始生物的生活景象。

　　师：

　　在地球形成初期，地球的大气中没有氧。那时的生物在无氧的条件下生活，生命活动所需能量来自无氧呼吸。有些微生物至今仍只能在无氧条件下生存（专性厌氧微生物）内仍缺乏氧化酶类，不能有效地利用分子氧，只能在无氧条件下生活，分子氧对它们反而有害，如乳酸杆菌、大肠杆菌、蛔虫以及产甲烷杆菌等。

　课件展示：

　地球形成初期地球大气成分和绿色植物出现后大气成分的变化。

　师：

　生物不断进化，地球上出现了原始的光合作用的生物，原始大气中的氧逐渐增加，随着绿色植物的出现，光合作用放出氧气，原始大气还原性逐渐变为氧化性，于是出现好氧型生物，其体内有完善的有氧呼吸酶系统，能够利用分子氧，能量利用效率高，因而是生物代谢类型上的一个显著进化。随着时间的推移，地球上有氧呼吸的生物逐渐占据了主导地位，高等植物和动物呼吸作用的主要方式就是有氧呼吸。

　　师：

（1）从发展的观点来看，有氧呼吸是从无氧呼吸进化而来的。尽管现今高等植物的呼吸类型主要是有氧呼吸，但仍保留有无氧呼吸的能力。例如，在缺氧的情况（如水淹）下，高等植物可进行短时期的无氧呼吸，以适应不利环境。在正常不缺氧的环境中，高等植物的某些部位亦进行一些无氧呼吸，如种子萌发时，种皮未破裂之前只进行无氧呼吸；体积大的储藏器官（如甜菜块根和马铃薯块茎）和果实（如苹果的果实）的内部，也进行无氧呼吸。

（2）①有些生物的细胞，同时能进行有氧呼吸和无氧呼吸，如大多数动物、植物细胞，在短时间缺O2情况下，能通过无氧呼吸获得暂时的能量来源，但是这类生物细胞不能长时间生活在无O2环境中，它们在异化作用过程中，必须不断从外界吸收O2来氧化分解有机物，我们一般称这类生物为需氧型生物；②也有部分生物细胞，只能进行无氧呼吸，这些生物只有在无氧环境下，才能将体内的有机物氧化，从中获得生命活动所需的能量，如大肠杆菌、乳酸杆菌、蛔虫与产甲烷杆菌等生物与人的红细胞等，氧对其具有毒害作用，我们一般称之为厌氧型生物；③而酵母菌则比较特殊，它可以在有氧情况下进行有氧呼吸，在无氧情况下进行无氧呼吸，也能生活较长的时间，需要说明的是，酵母菌在有氧情况下生活得更好，我们一般把酵母菌这类生物称为兼性厌氧型生物。

师：

植物被水淹后会不会马上死亡？时间过长呢？原因是什么？

　　板　书：

　　（三）细胞呼吸的生理意义

　　生： 不会马上死亡，因为无氧呼吸能产生少量的能量；时间过长会死亡，原因是长期无氧呼吸积累的酒精对根细胞有毒害作用，同时无氧呼吸释放的能量少，不能满足植物生命活动的需要。

　　师： 无氧呼吸还有其他积极意义吗？

　　生：......

　　师： 由此可见，细胞的无氧呼吸也具有重要的生理意义。

　　师： 你了解细胞呼吸的意义吗？

　　学生活动：思考、讨论。

　　课堂小结

　　呼吸作用具有很重要的生理意义，主要表现在下列两点：

（1）呼吸作用提供植物生命活动所需要的大部分能量。呼吸作用释放能量的速度较慢，而且是逐步释放，适合细胞利用。释放出来的能量，一部分转变为热能散失掉，一部分以ＡＴＰ形式储存着。当ＡＴＰ分解时，就把储存的能量释放出来，供生物体的生命活动需要。如植株对矿质营养的吸收和运输、有机物的运输和合成、细胞的分裂和伸长、植物的生长和发育等，无一不需要能量。任何活细胞都在不停地呼吸，呼吸停止则意味着死亡。因此细胞呼吸是生命的重要特征之一。

　　（2）呼吸过程为其他化合物合成提供原料。呼吸过程产生一系列中间产物，这些中间产物很不稳定，成为进一步合成生物体内各种重要化合物的原料，在生物体内有机物转变方面起枢纽作用。

　　由于呼吸作用提供能量以带动各种生理过程，其中间产物又能转变成其他重要的有机物，所以，呼吸作用就成为代谢的中心，呼吸速率在一般情况下，可以作为植物生理活动的指标。

　　总结本课内容。

【布置作业】认真复习本课所授内容，完成《学习与评价》中的相应练习。

【板书设计】

（二）无氧呼吸

　1.酒精型无氧呼吸

　(1) 酒精型无氧呼吸的第一阶段

　(2) 酒精型无氧呼吸的第二阶段

　2.乳酸型无氧呼吸

　3.有氧呼吸与无氧呼吸的区别与联系

（三）细胞呼吸的生理意义