人教新课标高中生物必修一示范教案(ATP的主要来源细胞呼吸).pdf

第 3 节 ATP的主要来源细胞呼吸从容说课本节课内容需要约2 课时完成。 第一节课为探究活动，探究酵母菌细胞呼吸的方式，第二节课学习有氧呼吸和无氧呼吸的概念以及细胞呼吸原理应用于生活和生产实践的实例。学生学过了ATP 的知识，对于ATP 作为能量的通货有了一定的认识，教师可以此为切入点， 提出问题引入新课。探究酵母菌细胞呼吸方式的活动要注意解决几个问题：了解酵母菌作为单细胞生物采取何种方式进行细胞呼吸；酵母菌在有氧和无氧条件下细胞呼吸的产物是什么；在实验中如何控制实验条件和检测实验结果；如何设计对照实验等。当问题明确后， 学生探究的过程就会成为探究学习细胞呼吸概念的过程，同时也是学习科学方法， 养成科学态度以及建立科学价值观的过程。教师要随时注意学生在探究过程中的问题， 及时引导学生对科学概念的学习和理解。比如在准备实验、观察现象、记录结果等方面，需要特别提醒学生，注意养成尊重事实的习惯，然后根据实验现象来分析可能的原因，将学习引向深入，为下面的概念学习铺设道路。通过酵母菌细胞呼吸方式的探究，学生认识到有氧呼吸和无氧呼吸的条件和生成的产物，这样就为后面学习有氧呼吸和无氧呼吸打下了基础。然后从酵母菌转向其他生物，为学生介绍普遍存在于生物体中的有氧呼吸和无氧呼吸，同时通过学习细胞呼吸作用，让学生了解细胞呼吸的本质是通过有机物的氧化分解为生命活动提供能量，维持细胞的正常生活。关于细胞呼吸原理在生产和生活中的应用，可以先让学生分析课本中相关的图文资料，说明这些事例中所应用的细胞呼吸原理，再让学生联想其他事例，进行讨论和交流，从而认识到细胞呼吸原理在实践中应用的广泛性。三维目标1.知识与技能（1）说出线粒体的结构和功能。（2）说明有氧呼吸和无氧呼吸的异同。（3）说明细胞呼吸的原理，并探讨其在生产和生活中的应用。（4）进行酵母菌细胞呼吸方式的探究。2.过程与方法（1）通过酵母菌细胞呼吸方式的探究，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打下了基础。（2）通过有氧呼吸和无氧呼吸教学课件，让学生了解细胞呼吸的本质是通过有机物的氧化分解为生命活动提供能量，维持细胞的正常生活。（3）通过让学生分析课本中相关的图文资料，说明这些事例中所应用的细胞呼吸原理。（4）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识记理解相关的生物学知识，培养综合分析能力。3.情感态度与价值观（1）通过学习有氧呼吸的主要场所，树立结构和功能相适应的生物学基本观点。（2）通过分析有氧呼吸与无氧呼吸的关系，理解生命活动不断发展变化以及适应的特性，学会运用发展变化的观点认识生命。教学重点有氧呼吸的过程及原理。教学难点1.细胞呼吸的原理和本质。2.探究酵母菌细胞的呼吸方式。教具准备教师课件。课时安排2 课时第一课时细胞呼吸的方式教学过程课前准备要求学生利用各种方式收集有关酵母菌的知识。情境创设提出问题，学生讨论：1.你所了解的有关酵母菌的知识有哪些？酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞的不同呼吸方式。比如平时我们吃的馒头、面包之所以松软多孔，就是因为在和面时加入了酵母菌，经发酵产生的气体遇热膨胀所致。2.想一想关于酵母菌细胞呼吸的方式，自己有哪些不清楚的地方？有氧呼吸： C6H12O66O26H2O6CO2 12H2O能量无氧呼吸： C6H12O62C2H5OH（酒精） 2CO2少量能量3.我要探究的问题是什么？酵母菌发酵时产生的气体是什么？师生互动1.作出假设师：要探究问题，首先得提出假设，你提出的假设是什么？生：酵母菌发酵时所产生的气体是CO2。2.根据假设让学生分组讨论、设计实验方案（1）你选择的实验材料：鲜酵母菌培养液。（2）你选择的实验器具和试剂器具：试管，烧杯，量筒，玻璃管（弯成门形），温度计，玻棒，橡皮塞（中间钻孔），铁架台，铁夹，酒精灯，石棉网，火柴。试剂：质量分数为5的葡萄糖液、质量分数为0.1的溴麝香草酚蓝水溶液。（3）实验步骤：取 2 支试管， 分别编号1、 2，各注入质量分数为0.1的溴麝香草酚、 蓝水溶液3 mL。另取 1 支试管，注入鲜酵母菌培养液，注入量约为试管容量的23，试管口加塞。用弯成U 形的玻璃管按图所示将盛有鲜酵母菌培养液的试管与2 号管相通，并固定于铁架台上， 1 号试管设为对照。将盛有鲜酵母菌培养液的试管置于35 38 中水浴5 min 。观察 2 号管内的颜色变化。向装有酵母菌培养液的试管滴加0.5 mL 溶有 0.18 重铬酸钾的浓硫酸溶液（体积分数为 95 97）并轻轻振荡，使不均匀。观察试管中溶液的颜色变化。（4）自己设计的实验记录表格：（5）老师指定几组实验方案设计较好的组，派代表到讲台读设计方案，请老师和同学提出意见。其他各组设计方案等老师认可后开始做实验。3.实施实验按实验方案进行操作，仔细观察，认真记录。4.分析与结论根据实验结果得出本小组结论。5.表达与交流与其他小组交流。然后，各小组代表用简明、科学的语言，在班里说出细胞呼吸有几种方式，每种方式的条件和产物有什么区别。教师精讲1.生物实验中的无关变量很多，必须严格控制，要平衡和消除无关变量对实验的影响，对照实验是最有效的方法。2.本实验要探究的问题是酵母菌发酵时所产生的气体是不是CO2？首先要考虑的是酵母菌发酵所需的条件是什么？如何控制？接着要考虑的是如何检验CO2？又因为酵母菌发酵时还可能产生酒精，所以还要考虑的是如何检验酒精。根据以上分析我们设计实验步骤。3.对实验结果的分析，如是实验结果与假设相符，则假设成立。如是实验结果与假设不相符，则假设不成立，应分析出现此结果的原因，在此基础上得出正确的结论。评价反馈学生做课堂练习题、教师检查评讲：1.在探究实验的设计过程中，往往要进行对比实验，下列有关叙述中正确的是A.只能设置两个实验组，互为对比实验B.在“观察 DNA 和 RNA 在细胞中的分布”实验中，没有对比实验C.进行对比实验是为了探究某种因素与实验对象的关系D.只要实验现象明显，有没有对比实验对实验结论都没有影响2.在啤酒生产过程中，发酵是重要环节。 生产过程大致如下：将经过灭菌的麦芽汁充氧，接入啤酒酵母菌菌种后输入发酵罐。初期，酵母菌迅速繁殖，糖度下降，产生白色泡沫，溶解氧逐渐耗尽。随后，酵母菌繁殖速度迅速下降，糖度加速降低，乙醇浓度逐渐上升，泡沫不断增多。当糖浓度下降到一定程度后，结束发酵。最后分别输出有形物质和鲜啤酒。根据上述过程，回答以下问题：（1）该过程表明啤酒酵母菌异化作用的特点是_ 。（2）初期，酵母菌呼吸方式是_。（3）经测定酵母菌消耗的糖中，98.5%形成了乙醇和其他发酵产物，其余1.5%则是用于_ 。参考答案：1.C 2.（1）兼性厌氧呼吸（ 2）有氧呼吸（3）酵母菌本身的生命活动需要消耗掉了课堂小结1.实验目的：探究酵母菌细胞呼吸的方式2.实验原理：（1）CO2可使澄清石灰水变浑浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝色变绿色再变黄色。 根据石灰水浑浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养液中CO2情况。（2）橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与乙醇发生化学反应，变成灰绿色。3.实验步骤：取2 支试管，分别编号1、2，各注入质量分数为0.1的溴麝香草酚蓝水溶液 3 mL。另取1 支试管，注入鲜酵母菌培养液，注入量约为试管容量的23，试管口加塞。用弯成U 形的玻璃管按图所示将盛有鲜酵母菌培养液的试管与2 号管相通，并固定于铁架台上，1号试管设为对照。向装有酵母菌培养液的试管滴加0.5 mL 溶有 0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液（体积分数为95 97）并轻轻振荡，使它们混合均匀。观察试管中溶液的颜色变化。4.实验现象： 2 号试管中可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝色变绿色再变黄色。橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与乙醇发生化学反应，变成灰绿色。5.实验结论：酵母菌在有氧和无氧条件下都可产生CO2气体，在无氧条件下产生CO2同时产生了酒精。布置作业写好实验报告。课后拓展1.发酵无氧呼吸如果不用于高等动植物和人体，而用于微生物则叫做发酵。发酵与无氧呼吸的共同点是： H和 e 的最终受体都不是氧，并且呼吸底物只是部分地被氧化，所以最终形成的产物有酒精、乳酸等。需要指出的是，发酵工业上所说的发酵，并非完全是无氧的，如醋酸发酵就是需要氧的。图 531 酒精发酵过程与乳酸发酵过程简图酒精发酵酵母菌和其他一些微生物，在缺氧的情况下，以酒精发酵的形式进行无氧呼吸，这是因为它们的细胞内含有乙醇脱氢酶。酒精发酵的第一个阶段，与糖酵解的步骤完全相同。然后在缺氧的情况下，丙酮酸就在丙酮酸羧化酶的作用下，脱羧形成乙醛， 乙醛则在乙醇脱氢酶的作用下，被糖酵解产物NADH 还原为酒精（乙醇） 。酒精发酵的总反应式是：C6H12O62ADP2Pi2C2H5OH 2CO22ATP 概括地说， 1 分子葡萄糖经过酒精发酵后所提供的可利用的能量，只是糖酵解过程中净得的 2 分子 ATP，该葡萄糖分子中原有的大部分能量则存留在酵母菌不能利用的酒精中。所以说，酒精发酵是产生ATP 的一条低效途径。乳酸发酵乳酸发酵也不需要氧的参与，1 分子葡萄糖经乳酸发酵后，形成2 分子乳酸，所提供的可利用的能量，同样只是糖酵解过程中净得的2 分子 ATP。葡萄糖分解成丙酮酸的情况与上述酒精发酵相同，只是丙酮酸是在乳酸脱氢酶的作用下还原成乳酸，同时还原型辅酶I（NADH ）被氧化成氧化型辅酶I（NAD） ，从而保证了乳酸发酵的持续进行。乳酸发酵的总反应式是：C6H12O62ADP2Pi2C3H6O32ATP 乳酸菌可以使牛奶发酵而成酸牛奶或奶酪。此外，泡菜、 酸菜、青贮饲料能够较长时间地保存，也都是利用乳酸发酵积累的乳酸抑制了其他微生物活动的缘故。2.发酵工程（1）酒变酸的启示到了 19 世纪的中期，在欧洲许多陈年的葡萄酒在空气中因自然变酸而不能被饮用。为了研究酒变酸的真正原因，巴斯德进行了大量的实验，终于发现引起葡萄酒变酸的罪魁祸首是一种叫醋酸杆菌的微生物，并指出醋酸杆菌是从空气中落进酒里的，是它使葡萄酒转变成了醋酸。因此，他建议采用微温（5060 ）加热法来消灭酒、醋等成品中的杂菌，从而解决了当时酿酒业的难题，发展了制醋的标准化工艺这种微温加热消灭微生物的方法，以后便称为巴斯德灭菌法或巴斯德消毒法，在奶制品加工和制酒业中沿用至今。（2）操作步骤发酵工程的操作一般可分为4 个阶段： 第一是选取发酵原料及时对原料进行预处理；第二是对发酵原料进行高压灭菌并选择目标菌种且接种到灭过菌的发酵原料中；第三是发酵过程，应根据目标菌种的需氧或厌氧的特点，通入空气发酵或密闭发酵；第四是对发酵产品进行分离和提纯，以获得符合要求的发酵产品。酒、醋、酱油、味精、酒精、抗生素、维生素和微生物杀虫剂等都是发酵的产物，同时人们还利用微生物发酵来生产粮食，微生物发酵生产蛋白质的速度很快，一个细菌一昼夜里发酵生产的蛋白质大约等于它自身重量的3040 倍。（3）白色农业用发酵工程成功地生产大量的酵母菌以及对人无害的细菌等微生物，然后制成含有菌体细胞的蛋白质干粉，如今， 科学家又给这种利用发酵工程生产蛋白质的方式起名叫“白色农业” 。由于酵母菌等微生物都是单细胞生物，所以利用微生物生产出的菌体蛋白质被称为单细胞蛋白。在不久的将来，单细胞蛋白将作为一种新型的食物展现在人们的面前。板书设计第 3节ATP 的主要来源细胞呼吸第一课时细胞呼吸的方式探究酵母菌的呼吸方式1.实验目的：探究酵母菌细胞呼吸的方式。2.实验原理：（1）CO2可使澄清石灰水变浑浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝色变绿色再变黄色。 根据石灰水浑浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养液中CO2情况。（2）橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与乙醇发生化学反应，变成灰绿色。3.实验步骤：注意实验中应用对照原则。4.实验现象5.实验结论习题详解第二课时细胞的呼吸和呼吸原理的应用教学过程课前准备要求学生把上一节课的探究实验结果以书面报告形式总结。情境创设学生：把上一节课的探究实验结论总结。教师： 上节课我们通过探究实验，知道了酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。在有氧条件下， 酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水；在无氧条件下， 酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的二氧化碳。科学家通过大量的实验证实，细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。师生互动（一）有氧呼吸对于绝大多数生物来说，有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式，这一过程必须有氧的参与。有氧呼吸的主要场所是线粒体。1.复习线粒体的结构师：线粒体有哪些结构与呼吸作用相适应？生：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，嵴使内膜的表面积大大增加。嵴的周围充满了液态的基质。线粒体的内膜和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶。2.有氧呼吸的过程（） 教师：引导学生，回顾初中学过的有关呼吸的知识，在讨论中板书有氧呼吸的反应式。即C6H1262CO2H2能量教师：呼吸作用是怎样进行的呢? 学生：阅读课本P93P94相关内容。教师： 有氧呼吸的全过程十分复杂，可以概括地分为三个阶段，每个阶段的反应都有相应的酶催化。关于呼吸作用过程的教学，可对照图（图59）讲解，在讲解中讲清以下几点：首先应指出， 下面以葡萄糖为例讲述呼吸作用过程。其他有机物也可以通过呼吸作用氧化分解。第一阶段，一个分子的葡萄糖分解成两个分子的丙酮酸，在分解的过程中释放能量，一部分被 ADP 捕获（把ADP 转变成 ATP） ，并脱下 H 。这一过程在细胞质的基质完成。第二阶段，丙酮酸进入线粒体内，继续脱H ，氧化分解成二氧化碳，同时释放能量合成 ATP。第三阶段，前两阶段脱下的H 在线粒体内，与从外界吸收或叶绿体光合作用产生的O2结合成水。在此过程中释放大量的能量，合成大量的ATP。（2）在整理出三个阶段后，根据学生状况，进一步分析以下几点：引导学生，将呼吸作用的反应式配平即 C6H1266O26CO26H2能量配平过程中，提问，呼吸作用产生的H2O 中的 O，来自哪种原料?（学生回答出：来自O2） ，接着提出，消耗6 分子的 O2应该产生12 个分子的H2O，可是，如果形成12 分子的H2O，又需要24 个 H，一分子的C6H126，只有 12 个 H，差 12 个 H 来自哪里 ?最后指出，呼吸作用还消耗水。因而呼吸作用的反应式应改为：C6H126626H2O6CO212H 2能量才能反映其本质。解决了这一环节，其他物质的来龙去脉就可迅速解释清楚。分析呼吸作用过程中的能量问题。学生：阅读课本P94小字。教师： 1 mol 的葡萄糖彻底氧化分解成二氧化碳和水，释放出2 870 kJ 的能量，其中1 161 kJ 左右的能量被ADP 捕获，储存在ATP 中（约 38 mol 的 ATP） 。可见，呼吸过程中释放的能量，只有40储存在ATP 中，用于推动其他生命活动。其余以热的形式散失了。因此， 在有些情况下， 如新鲜蔬菜、 粮食等保存， 通过控制呼吸速率，可减少有机物的消耗。（3）线粒体是呼吸作用的主要场所。教师：为什么说线粒体是呼吸作用的主要场所？学生：呼吸作用的三个阶段，后两个阶段都是在线粒体中进行的。另外，从能量角度看，在细胞质的基质中进行的第一步产生4 mol 的 ATP，其余 34 mol 的 ATP 是在线粒体中产生的。因此，线粒体是呼吸作用的主要场所。播放多媒体课件观看有氧呼吸全过程3.归纳有氧呼吸概念教师：请同学们归纳有氧呼吸的概念。学生： 有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成许多ATP 的过程。（二）无氧呼吸1.无氧呼吸过程教师：除前节课我们探究过的酵母菌以外，还有许多细胞在缺氧条件下也可以进行无氧呼吸，无氧呼吸的过程又是怎样的呢？学生：阅读课本P94P95相关内容。教师：无氧呼吸的第一阶段与有氧呼吸的第一阶段是否相同？学生：无氧呼吸的第一阶段与有氧呼吸的第一阶段是相同的。教师：接下来两者有何不同？学生：在有氧的情况下， 丙酮酸进入线粒体继续氧化分解，脱下的氢与氧气结合而消耗，即进行有氧呼吸；在无氧情况下，则在细胞质的基质中，在酶的作用下，利用第一阶段脱下的氢，把丙酮酸还原成酒精或乳酸。因此，两种呼吸作用是在丙酮酸后分道扬镳的。教师：请学生写出有关化学方程式：C6H12O62C3H6O3（乳酸）少量能量C6H1262C2H5OH（酒精） 2CO2少量能量教师：两种呼吸作用，有何共同点？学生：两种呼吸作用，不仅在过程上有共同点，而且都具有分解有机物，释放能量，产生 ATP 的本质。教师：两种呼吸作用，放出的能量有何不同？为什么？学生：无氧呼吸，由于没有彻底分解有机物，所以释放的能量少，合成ATP 少。因此，利用有机物分解获得ATP 的效率低。教师：无氧呼吸是否有害？学生： 由于无氧呼吸产生的小分子有机物，如酒精和乳酸，在细胞中大量积累，对细胞有毒害。因此大多数生物不能长时间用无氧呼吸维持生命，涝田时应及时排水就是这个道理。教师：无氧呼吸是否有利？学生： 生物体或部分器官组织在缺氧条件下，作为有氧呼吸的补充，是生物的适应性的表现（举例） 。教师： 在远古时期， 地球的大气中没有氧气，那时微生物的呼吸是无氧呼吸。随着大气中出现了氧气， 细胞内出现了有氧呼吸的酶类，在无氧呼吸的基础上发展出有氧呼吸。由于有氧呼吸比无氧呼吸优越，有氧呼吸逐渐成为绝大多数生物的主要呼吸形式，但还保留无氧呼吸的能力， 使生物体或部分器官组织在缺氧条件下，作为有氧呼吸的补充，是生物的适应性的表现（举例） 。有些微生物，至今仍只在无氧的条件下生活。人类在生活和生产中，对其有很多利用（举例）。播放多媒体课件观看无氧呼吸全过程。2.归纳无氧呼吸概念教师：参照有氧呼吸的概念，用准确而精练的语言概括无氧呼吸的定义。学生：一般是指细胞在无氧条件下,通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解为不彻底的氧化产物，同时释放少量能量的过程。3.发酵无氧呼吸如果不用于高等动植物和人体，而用于微生物则叫做发酵。需要指出的是， 工业上所说的发酵，并非完全是无氧的，如醋酸发酵就是需要氧的。（三）比较有氧呼吸和无氧呼吸的异同要求学生完成下表有氧呼吸无氧呼吸呼吸场所细胞质基质、线粒体细胞质基质是否需氧需氧不需氧分解产物二氧化碳和水二氧化碳和酒精或乳酸释放能量较多较少联系从葡萄糖到丙酮酸这一阶段完全相同，从丙酮酸开始，它们才沿着不同的途径形成不同的产物（四）细胞呼吸原理的应用教师：对照课本P95，说出它们应用的呼吸原理。学生： （ 1）控制呼吸条件，造成只能进行有氧呼吸或无氧呼吸。如课本中的“创可贴”，中耕松土应用的是有氧呼吸；酸菜、面包、酿酒应用的是无氧呼吸。（2）抑制酶活性、抑制呼吸作用，减弱有机物分解速度等。低温、减少水分，加CO2、N2等。教师精讲1.有氧呼吸有氧呼吸全过程，可以分三个阶段：第一阶段： C6H1262 丙酮酸 4H 2ATP 第二阶段： 2 丙酮酸6CO2 20H 2ATP 第三阶段： 6O224H12H2 34ATP 从物质变化的角度来看，是有机物脱去氢，脱下的氢与氧结合生成水，又脱去CO2，分解成无机物。 从能量的角度看，有氧呼吸是在有机物的逐渐分解中，使储存在有机物中的能量逐步释放，一部分转移到ATP 中，另一部分能量则以热能的形式散失。有氧呼吸之所以能正常进行， 是因为线粒体中含有与有氧呼吸有关的酶，有机物之所以彻底氧化分解，是因为有氧气的参加。2.无氧呼吸：只需相应的酶，不需要氧气，在有氧气存在时，无氧呼吸会受到抑制；从物质变化的角度来看，由于缺氧，C6H126不能彻底氧化分解，而产生不彻底的氧化产物，如 C3H6O3（乳酸）、C2H5OH（酒精）。从能量的角度看，因为分解不彻底，氧化产物中严寒储存着能量，所以释放少。无氧呼吸不一定只有在无氧条件下才能进行，如小麦、水稻、玉米等种子的胚芽早期，在有氧条件下就可以进行无氧呼吸，但一些高等植物在通气不良时，会诱发无氧呼吸，如苹果、梨储存久了就会产生酒味。因为酒精对细胞有毒害作用，所以一般陆生植物不能长期进行无氧呼吸。3.有氧呼吸与无氧呼吸的联系（1）有氧呼吸与无氧呼吸的第一阶段是相同的，都产生丙酮酸，两种呼吸作用是在丙酮酸后分道扬镳的。（2）两种呼吸作用不仅在过程上有共同点，而且在本质上也有共同点，都是分解有机物，释放能量产生ATP。4.细胞呼吸原理的应用主要是从控制反应的条件来应用的，如有无氧气、水分、温度等。评价反馈学生做课本探究练习题，教师检查评讲。课堂小结1.呼吸作用2.有氧呼吸与无氧呼吸的比较布置作业练习 P96：1、2、3、4。课后拓展1.线粒体有哪些与功能相适应的结构特点？电镜下观察， 线粒体由内外两层膜组成。外膜即界限膜， 使线粒体与周围的细胞质分开，是各种分子和离子进入线粒体内部的屏障。内膜的不同部位向线粒体的中心腔折叠，形成嵴。这样就大大增加了酶分子附着的表面，并且把分子密集地包在线粒体里。内膜和外膜在化学成分和物理特性上都有显著的差异。例如， 它们在蛋白质的含量上，特别是在类脂上的分布上是很不相同的。外膜比内膜的磷脂含量要高2 至 3 倍；外膜的通透性也比内膜高得多。外膜的通透性， 为线粒体与周围细胞质之间进行充分的物质交换提供了条件。内膜的通透性差，可以使催化有氧呼吸第二、三阶段的复杂酶系统保留在内膜的间隔中，保证有氧呼吸的进行。线粒体膜上还有小孔，这样，有氧呼吸所产生的ATP 可以更加容易地向线粒体外面扩散。2.线粒体的研究人体的每一个细胞都含有数百个线粒体，一个线粒体又含有几个环状DNA 。其中每一个环都包含着几十个基因，最近10 年来的研究成果表明，线粒体DNA 在许多方面具有重要作用。线粒体 DNA 的缺陷与数十种人类遗传病有关，并且这些疾病很多是与脑部和肌肉有关的遗传病。 例如，线粒体肌病和神经性肌肉衰弱、运动失调及眼视网膜炎等。这些遗传病都是只能通过母亲遗传给后代的。随着对线粒体DNA 研究的进一步深入，线粒体DNA 的检验还越来越多地用于对罪犯的鉴别，以及对死者的查找核对上。这是因为与核内DNA 比较，在一些可利用部分（如一根头发、一块骨骸或一颗牙齿）的细胞中，更容易得到大量的线粒体DNA 。此外，遗传学家通过对世界各地人类不同种群线粒体的对比分析，推断出人类历史上几次大迁徙的情况及时间表。例如，用这种方法推算出北美印第安人的祖先是在1.5 万年前，由亚洲经过西伯利亚和阿拉斯加迁徙到北美洲的。3.细胞呼吸原理的应用选用“创可贴” 等敷料包扎伤口，既为伤口敷上了药物，又为伤口创造了疏松透气的环境、避免厌氧病原菌的繁殖，从而有利于伤口的痊愈。对于板结的土壤及时进行松土透气，可以使根细胞进行充分的有氧呼吸，从而有利于根系的生长和对无机盐的吸收。此外， 松土透气还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，这能够促使这些微生物对土壤中有机物的分解，从而有利于植物对无机盐的吸收。酵母菌是兼性厌氧微生物。酵母菌在适宜的通气、温度和pH 等条件下，进行有氧呼吸并大量繁殖； 在无氧条件下则进行酒精发酵。醋酸杆菌是一种好氧细菌。在氧气充足和具有酒精底物的条件下，醋酸杆菌大量繁殖并将酒精氧化分解成醋酸。谷氨酸棒状杆菌是一种厌氧细菌。在无氧条件下， 谷氨酸棒状杆菌能将葡萄糖和含氮物质（如尿素、硫酸铵、氨水）合成为谷氨酸。谷氨酸经过人们的进一步加工，就成为谷氨酸钠味精。水稻的根系适于在水中生长，这是因为水稻的茎和根能够把从外界吸收来的氧气通过气腔运送到根部各细胞，而且与旱生植物相比，水稻的根也比较适应无氧呼吸。但是，水稻根的细胞仍然需要进行有氧呼吸，所以稻田需要定期排水。如果稻田中的氧气不足，水稻根的细胞就会进行酒精发酵，时间长了，酒精就会对根细胞产生毒害作用，使根系变黑、腐烂。较深的伤口里缺少氧气，破伤风芽孢杆菌适合在这种环境中生存并大量繁殖。所以， 伤口较深或被锈钉扎伤后，患者应及时请医生处理。图 532 水稻根的横切面有氧运动是指人体细胞充分获得氧的情况下所进行的体育锻炼。人体细胞通过有氧呼吸可以获得较多的能量。相反， 百米冲刺和马拉松长跑等无氧运动，是人体细胞在缺氧条件下进行的高速运动。无氧运动中，肌细胞因氧不足，要靠乳酸发酵来获取能量。因为乳酸能够刺激肌细胞周围的神经末梢，所以人会有肌肉酸胀乏力的感觉。4.呼吸速率呼吸速率是指单位数量的活体组织，在单位时间内， 分解有机物的速率。它是植物呼吸作用强弱的生理指标。因为测定有机物分解的速率是非常困难的，所以一般以测定植物释放二氧化碳或吸收氧气的速率来衡量呼吸速率。因呼吸作用是植物物质代谢的中心环节，通常呼吸速率作为植物生理活动强弱的指标。5.影响呼吸速率的因素（1）内部因素不同种类植物的呼吸速率不同，一般旱生植物生长缓慢，呼吸速率比水生植物低；阴生植物所处的光强度较弱，呼吸也较弱，呼吸速率比阳生植物低。同一种植物在不同的生长发育时期，呼吸速率也不同，一般在幼苗期、开花期等生长旺盛期，呼吸速率增高。同一种植物的不同器官，呼吸速率也不同，一般生殖器官比营养器官高，幼嫩组织器官比衰老的组织器官高。（2）外界因素对呼吸速率的影响温度呼吸作用是一系列的化学过程，这些化学反应大多需要酶来催化完成，而酶的活性直接受温度的影响，因此温度对呼吸作用的影响很大。一般植物在0 以下，呼吸作用很弱或几乎停止，呼吸作用的最适宜温度一般在2535 之间，呼吸作用的最高点一般在 4555 。氧气呼吸作用需要游离的氧气，由于大气中氧气的含量约占大气成分的21，因此，植物的地上部分一般不会受到缺氧的危害。但土壤中氧气的含量是随土壤水分含量以及土壤板结程度而改变，当土壤中含量低于2 5时根系的正常呼吸会受到影响。在储藏植物种子、果实时，为了保持其品质，常通过控制水分、温度和氧气含量来控制呼吸强度。有的就采用空气调节技术储藏大米，即将大米用塑料布密封，抽出空气再充入氮气，使内部缺氧，抑制呼吸作用，达到保持品质的目的。板书设计第二课时细胞的呼吸和呼吸原理的应用（一）有氧呼吸1.有氧呼吸的过程（1）第一阶段C6H12O62 丙酮酸 4 H 少量能量（ 2ATP） （细胞质的基质）（2）第二阶段2 丙酮酸 6H2O6CO220 H 少量能量（2ATP） （线粒体）（3）第三阶段6O224H12H2大量能量（34ATP） （线粒体）总反应式：C6H126626H2O6CO212H2能量2.有氧呼吸概念（二）无氧呼吸1.无氧呼吸过程（1）第一阶段：与有氧呼吸完全相同。（2）第二阶段：生成乳酸或酒精和CO2。总反应式：C6H1262C3H6O3（乳酸）少量能量C6H1262C2H5OH（酒精） 2CO2少量能量2.无氧呼吸概念3.发酵（三）比较有氧呼吸和无氧呼吸的异同要求学生完成下表：有氧呼吸无氧呼吸呼吸场所细胞质基质、线粒体细胞质基质是否需氧需氧不需氧分解产物二氧化碳和水二氧化碳和酒精或乳酸释放能量较多较少联系从葡萄糖到丙酮酸这一阶段完全相同，从丙酮酸开始，它们才沿着不同的途径形成不同的产物（四）细胞呼吸原理的应用1.控制呼吸条件2.抑制酶活性、抑制呼吸作用