第3课时 细胞呼吸原理的应用
教学过程
导入新课
教师设置问题情景：某同学为了证明细胞呼吸的产物有CO2，设计了下述实验来证明。设计实验装置如下图所示，加入装置中的气体能够按照图中箭头所示方向稳定地流动。
师
A瓶内的NaOH的作用是什么？B瓶中的Ca(OH)2的作用是什么？
生
A瓶内的NaOH的作用是除去空气中的CO2，B瓶中的Ca(OH)2的作用是验证空气中的CO2是否被完全除去。
师
如果将C瓶中萌发的种子换成绿色植物并接受充足光照，实验结果会怎样？原因是什么？如果要测定绿色植物呼吸作用的气体产物，怎样改进实验装置？
生
如果将C瓶中的萌发的种子换成绿色植物并接受充足光照，则D瓶中的澄清的石灰水不变浑浊。原因是绿色植物在充足的光照条件下，光合作用大于呼吸作用，没有氧气的净释放。如果要测定绿色植物呼吸作用的气体产物，则应对C装置进行遮光处理。
师
如果将C瓶中的种子换成乳酸菌培养液，D瓶中出现的现象是什么？为什么？
生[高考资源网KS5U.COM]
如果将C瓶中的种子换成乳酸菌培养液，D瓶中的澄清的石灰水将不变浑浊，因为乳酸型无氧呼吸没有二氧化碳的释放。
师
如果将C瓶中的种子换成酵母菌培养液，则D出现的现象是什么？写出C瓶中以糖类为底物的呼吸反应式。
生[高考资源网]
如果将C瓶中的种子换成酵母菌培养液，则D中澄清的石灰水将变浑浊。
生
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量（大量）。
师
若在A前面加吸收O2的装置，则D出现的现象是什么？原因是什么？
生
D中澄清的石灰水将变浑浊。因为酵母菌无氧呼吸产生酒精与二氧化碳。
师
细胞呼吸的原理是什么？
生
细胞呼吸的原理主要是指糖类、脂质与蛋白质等有机物，在生物活细胞内氧化分解为水和二氧化碳，或者分解为不彻底的氧化产物，同时释放能量的过程。
师
细胞呼吸的生理意义是什么？
生
细胞呼吸是生物体内重要的代谢活动，它不仅为生命活动提供能量，细胞呼吸过程产生的中间产物还是各种有机物之间转化的枢纽。
师
根据你已有知识，分析说明影响细胞呼吸的因素有哪些？
学生活动：学生分组讨论，小组记录，代表发言。
媒体信息：提供一组不同生物的细胞呼吸的图片情景、文字信息。
小组交流：
第一组：我们认为生物体的内部因素会影响生物体的细胞呼吸。
（1）不同种类生物呼吸速率不同，如：阳生植物比阴生植物高。
（2）同一植物不同发育时期不同，如：幼苗、开花期较成熟期高。
（3）同一植物不同器官不同，如：生殖器官较营养器官高。[高考资源网]
第二组：我们认为外部因素会影响生物体的细胞呼吸。如温度、水分、氧气、二氧化碳等外界环境因素。
推进新课
师
能否设计一个实验来证明你的推论？（如证明温度影响种子萌发时的呼吸速率）。
师
根据上述实验装置，控制其中的温度为单一变量（如对C瓶分别以不同的温度进行处理），测定相等时间内澄清的石灰水变浑浊的程度。
学生活动：根据提示，规范、科学、创新地设计实验。
师
生物的细胞呼吸，尤其是植物的细胞呼吸强度受外界环境影响很大，其中与水、温度以及空气成分的关系最密切。
（1）水对呼吸强度的影响，对种子表现得尤为明显。在一定范围内，呼吸强度随着含水量增加而提高。水稻种子含水量达３０％～３５％时，呼吸强度比干燥储藏时要增加数倍。种子含水量增加、呼吸强度增强的原因主要是种子的细胞质为凝胶状态，当含水量超过一定的量时，细胞质转化为溶胶状态，呼吸酶的活性就加强了。
（2）温度之所以能影响植物的呼吸强度，主要是影响了呼吸酶的活性。在酶的适宜温度范围内，当温度处于最低点与最适点之间，细胞呼吸强度总是随温度的增高而加快；超过最适点后，随着温度的增加，细胞呼吸强度则会随温度的增高而下降。
（3）空气中O2浓度与呼吸作用的关系很大。O2不足直接影响细胞呼吸强度和呼吸性质。当O2浓度为0时，细胞只进行无氧呼吸；在一定范围内，随着O2浓度增加，细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，从呼吸强度来看，随着O2增加，无氧遭到抑制而强度降低，有氧呼吸虽有促进，但强度不大，因而细胞呼吸的整体强度反而下降；随着O2浓度的继续增加，无氧呼吸强度继续降低，而有氧呼吸强度显著增加；当外界浓度到达一定值时，细胞仅进行有氧呼吸，我们把此时的浓度称为无氧呼吸消失点。
（4）CO2是呼吸作用的最终产物，当外界环境中的CO2浓度增加时，呼吸强度便会减慢。实验证明，在CO2体积分数升高到10%以上时，呼吸作用便会减慢。
师
从上述事例我们可以发现，细胞呼吸是一个很有趣的问题，也是一个关系到我们日常生活的问题。那么，细胞呼吸的原理在生产实践中有何应用呢？
师
发酵工程属于一种新兴产业，细胞呼吸与发酵工程具有怎样的关系呢？
师
学生自主阅读文本P65的“细胞呼吸和发酵技术”并思考下列问题：
（1）“发酵”与“无氧呼吸”二者之间具有怎样的关系？
（2）现代生物技术中“发酵”的概念是如何界定的？
（3）简述你对现代发酵工程技术的初步印象。
（4）现代发酵技术的应用有哪些？
生
（1）通常的发酵是指微生物的无氧呼吸。
（2）现代生物技术中的发酵是一个被泛化的概念，即把微生物或其他生物细胞在有氧或无氧条件下繁殖或积累其代谢产物的过程都称为发酵。
（3）现代发酵技术是一种将微生物学、生物化学和化学工程学有机地结合，在发酵罐中充分利用微生物或其他生物的生长代谢活动来生产各种有用的物质或细胞本身的现代生物工程技术。
（4）现代发酵技术主要可以用于医疗卫生、食品工业以及垃圾、废水的处理和沼气的生产等方面。
师
发酵工程包括菌种选育、菌体生产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等。现代发酵技术与传统化学工业比较，有以下优点：以生物为对象，着重于再生资源的利用，不受原料的限制；反应所需的温度低，能大大地节约能源，减少对环境的污染；为肿瘤治疗、能源、环境保护提供新的解决办法；可开辟一条安全有效的生产价格低廉、纯净的生物制品的新途径，且投资小、收益大、见效快。
师
现代发酵工程技术属于高科技范畴，而酒酿则是传统美食。你了解酒酿的制作过程吗？
ks5u.com
课件展示：
取小口坛子一口（酒坛、砂锅可代替）开水洗净擦干。将冲凉、沥干后的糯米饭倒入锅中（其他干净容器也可），将甜酒药取出研成粉末，将其中十分之九均匀搅拌进米饭中，然后将饭装进坛中，轻轻揿平压实，余下的十分之一酒药末撒在表面上。中间留一个杯子大的通气孔（可用干净的木棍插孔），加入适量的温开水（1 000毫升），加盖密封，冬季用棉被等保温物盖紧（夏天用布盖）用其自然发酵，冬天发2～3天或更长，夏天发12～24小时，即可酿出酒酿。
师
你知道细胞呼吸原理的其他应用吗？
课件展示：
（1）谚语说：“锄头底下自有肥”；农民经常松土以提高作物产量；在早稻育秧初期需要适时排水，水稻栽培中需要适时露田与晒田。
（2）我们可以把种子干燥以后进行长时间保藏，这样可以大大延长种子保藏时间。
（3）果蔬保藏中，我们通常向储存室冲入一定量的氮气，以延长果蔬的保藏时间。
师
从上述事例中，说明了什么？从这些事例中，我们能看到细胞呼吸原理在哪些方面的作用呢？
生
说明了细胞呼吸的原理在生产实践中具有广泛的应用。上述四个实例分别说明了细胞呼吸原理在农作物栽培、种子储藏以及果蔬保藏等领域的应用。
师
那么在农作物栽培、种子储藏以及果蔬保藏中，究竟如何利用细胞呼吸原理呢？
板 书：
三、细胞呼吸原理的应用
学生活动：阅读文本P65，思考文本中关于农作物栽培、种子储藏以及果蔬保藏中各种方法的生物学原理。
师
你能否具体分析为什么经常松土可以提高作物产量，而在早稻育秧初期需要适时排水，栽培中需要适时露田与晒田？
生
植物生长过程中的细胞分裂、矿质元素吸收、植株的生长与发育等过程，需要消耗大量的能量，而细胞呼吸可以为生命活动提供能量；因而在农作物的栽培过程中，经常松土、早稻育秧初期适时排水、栽培中适时露田与晒田的目的都是为了促进细胞呼吸，为生命活动提供能量。
师
为何在粮食种子储藏过程中，一般要将种子晒干，然后把种子储藏于温度相对较低、通风的环境中？为何在储藏过程中通过冲氮或二氧化碳的方法同样有助于延长种子储藏的时间？
生
粮食种子储藏的主要目的是保持种子的有机物，对于需要用于农业再生产的种子，则还必须保持其生命活力。上述保藏种子的各种方法，都是为了减小种子的细胞的呼吸强度。需要说明的是，我们一般不是把种子放在严格无氧的环境中，因为这样可能导致种子进行无氧呼吸而产生大量的酒精，造成种子死亡。
师
我们知道，新疆哈密的哈密瓜又大又甜，你知道为什么吗？[高考资源网]
生
其一，新疆哈密地区，在春、夏季节的白昼时间较长，每日光合作用时间较长，光合作用积累的有机物多；其二，新疆哈密地处内陆，昼夜温差较大，因而在夜间细胞呼吸消耗的有机物较少，所以，整体积累的有机物较多，所以新疆哈密的哈密瓜又大又甜。
师
那么，大棚栽培作物时，该如何控制昼夜温差呢？
生
白天适当提高温度，以提高光合作用产量；夜间适当低温，以降低细胞呼吸消耗的有机物量，即增加昼夜温差。
师
为何现代健身观念提倡慢跑而非剧烈运动来增进机体健康？
生
剧烈运动，会使机体供氧不足，而使部分细胞无氧呼吸，产生乳酸使得机体的肌肉酸胀乏力。
师
皮肤破损较深或被钉子扎伤后，为何容易感染破伤风？
生
破伤风由破伤风杆菌引起，破伤风杆菌是一种厌氧型微生物，只能进行无氧呼吸。当皮肤破损较深或被钉子扎伤后，破伤风杆菌会大量繁殖而导致破伤风。
师
你还了解细胞呼吸原理的其他应用实例吗？说出来与你的伙伴们分享。
……
板书设计
三、细胞呼吸原理的应用
1.细胞呼吸原理在作物栽培中的应用。
2.细胞呼吸原理在种子储藏中的应用。
3.细胞呼吸原理在卫生保健中的应用。
……
活动与探究
“水果的保藏方法探究”的活动建议
探究原理：
利用细胞呼吸原理来进行保鲜，一方面抑制了水果的呼吸作用，另一方面抑制了细菌生长或杀灭细菌以达到储藏水果的作用。
方法与步骤：[高考资源网]
（1）讨论水果的保藏方法，如真空包装、低温储藏、控制氧气的浓度等。选择一种方法继续探究。
（2）现以控制氧的浓度为例，提几点参考意见：
①氧气浓度与ＣＯ2释放的相对值。
②必须先对实验水果进行杀菌处理。
习题详解
1.解析：蜜蜂属于高等的多细胞昆虫，主要的细胞呼吸方式为有氧呼吸。葡萄糖在细胞内在有氧条件下被分解的时候，首先在细胞质基质中被分解形成丙酮酸和还原态氢（［H］），同时释放少量能量。丙酮酸和［H］在有氧条件下进入线粒体，然后丙酮酸在线粒体中与水生成二氧化碳和［H］。最后前两个阶段产生的［H］与氧结合生成水，同时释放大量能量。蜜蜂生命活动的直接能源物质是ATP。地球上绝大多数生命的最终能量来源是太阳能，所以光合作用是地球上最主要的物质代谢与能量代谢。
答案：（1）有氧呼吸 （2）丙酮酸和［H］ 能量 二氧化碳和［H］ 少量能量 ［H］ 水 能量 （3）ATP （4）光合 物质 能量 太阳能
2.解析：高等植物呼吸作用的主要方式是有氧呼吸，但仍保留了无氧呼吸的能力，所以在A点时氧含量接近0，释放较多CO2，这主要是无氧呼吸产生酒精和CO2的缘故；AB段随着氧含量增加，无氧呼吸受到抑制，CO2释放量减少；BC段氧含量不断增加，有氧呼吸越来越旺盛，CO2的释放量达到新高峰。储存蔬菜水果时，要尽量降低呼吸作用，减少有机物的消耗，应选择B点所对应的氧的含量，这时的有氧呼吸已明显降低，同时又抑制了无氧呼吸。
答案：（1）无氧呼吸 （2）AB段随着氧含量增加，无氧呼吸受到抑制 （3）BC段氧含量不断增加，有氧呼吸越来越旺盛，CO2的释放量达到新高峰 （4）B点。储存蔬菜水果时，要尽量降低呼吸作用，减少有机物的消耗，应选择B点所对应的氧的含量，这时的有氧呼吸已明显降低，同时又抑制了无氧呼吸。
3.解析：此题考查学生的图表分析能力与问题解决能力。从图中我们可以看出，当温差由15 ℃/10 ℃上升到30 ℃/25 ℃时，生长期缩短了40 d，子粒干重减少27 mg左右。小麦灌浆时期，日温对光合作用与细胞呼吸都有影响，但主要影响光合作用的效率；而夜温则主要影响植物晚间细胞呼吸，若降低晚间温度，可以降低细胞呼吸的速率，减少有机物消耗。
答案：（１）40 27 （２）小麦灌浆时期，日温对光合作用与细胞呼吸都有影响，但主要影响光合作用的效率；而夜温则主要影响植物晚间细胞呼吸。增加昼夜温差。
【点此下载】