1、课时2 探究酵母菌的呼吸方式及影响细胞呼吸的因素一、探究酵母菌的呼吸方式1.酵母菌作为实验材料的原因酵母菌在有氧环境和无氧环境中都能生活。不同的氧环境中,酵母菌的呼吸方式不同,产物和产生的能量均有差异。2.呼吸产物的检测(1)检测CO2的产生:CO2可使澄清石灰水变浑浊,也可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。(2)检测酒精的产生:橙色的重铬酸钾溶液,在酸性条件下与乙醇(酒精)发生化学反应,变成灰绿色。3.实验步骤(1)配制酵母菌培养液:酵母菌+质量分数为5%的葡萄糖溶液。(2)检测CO2的产生,装置如图所示:装置甲:用于探究酵母菌的需氧呼吸。装置乙:用于探究酵母菌的厌氧呼吸。(3)检测酒精的产
2、生:自A、B中各取2 mL酵母菌培养液的滤液,分别注入编号为1、2的两支试管中分别滴加0.5 mL 5%重铬酸钾溶液振荡并观察溶液的颜色变化。4.实验现象(1)澄清石灰水的变化。组别澄清石灰水的变化是否变浑浊浑浊程度甲组是高乙组是低(2)滴加含重铬酸钾的酸性溶液后的变化。组别现象(颜色变化)原因甲组不变色甲组不产生酒精,乙组产生酒精,使溶液变为灰绿色乙组变灰绿色5.实验结论(1)酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。(2)产物有氧条件:大量的CO2和水无氧条件:产生酒精,还产生少量的CO2结合对实验材料的选择和处理,探讨以下问题。(1)为什么要将葡萄糖溶液煮沸,且冷却到常温后方可加入新鲜的
3、酵母菌?提示:煮沸的目的是杀菌和除去溶液中的氧,冷却到常温的目的是防止高温杀死酵母菌。(2)为什么要把装置放置在2535 的环境下培养?提示:在2535 的条件下,酵母菌中酶的活性最高,生命活动最旺盛,细胞呼吸明显,可保证实验效果。二、影响细胞呼吸的因素1.温度通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸速率。与温度影响酶催化效率的曲线特征一致。2.O2浓度(1)具体影响如图所示:(2)解读:图A表示O2浓度对厌氧呼吸的影响。随O2浓度增加而受抑制,O2浓度越高,抑制作用越强,O2浓度达到一定值时,被完全抑制。图B表示O2浓度对需氧呼吸的影响。在一定范围内,随着O2浓度的增加,呼吸速率增强,但当O2浓度增加
4、到一定值时,呼吸速率不再增加。3.CO2浓度在一定范围内,随CO2浓度的增加,细胞呼吸速率下降。利用降低温度的方法可以实现对蔬菜、水果等的长期保存,试分析原因。提示:降低温度使植物细胞内酶的活性降低,从而减少了有机物的消耗。三、细胞呼吸是细胞代谢的核心1.细胞代谢类型包括合成代谢和分解代谢。2.不同代谢途径分析(1)糖代谢:多糖先被水解为单糖,经糖酵解,最后被完全氧化成CO2和水。(2)脂肪代谢:脂肪先分解形成甘油和脂肪酸,甘油形成一个三碳化合物后进入糖酵解,脂肪酸则进一步被分解。(3)蛋白质代谢:先分解为氨基酸,氨基酸脱去氨基后变成不同有机酸,最后被完全氧化。用氨基酸饲养饥饿动物,发现动物的
5、肝糖原将增加。这一现象说明了什么?提示:糖原不含有N元素,氨基酸饲养饥饿动物造成肝糖原增加,说明氨基酸进行了相关代谢后可作为原料用于合成糖原。自主学习检测教材基础熟记于心1.给含有酵母菌的发酵液连续通气可以提高产酒量。()提示:酵母菌发酵产生乙醇需要在无氧条件下。2.适当降低温度和氧浓度有利于果蔬储藏。()3.农田及时排涝能防止根细胞因缺氧产生乙醇而烂根。()4.创可贴要透气是为了促进伤口部位细胞的需氧呼吸。()提示:创可贴要透气是为了抑制厌氧微生物的繁殖。5.酵母菌能够进行需氧呼吸和乙醇发酵,与细胞内所具有酶的种类有关。()6.探究酵母菌的呼吸方式实验中10%NaOH溶液和澄清石灰水的作用都
6、是吸收CO2。()提示:10%NaOH溶液的作用是吸收空气中的CO2,澄清石灰水的作用是检测CO2。7.糖类、蛋白质和脂肪均能通过相应途径进入细胞呼吸过程被氧化分解,释放能量。()8.细胞合成代谢的产物能成为细胞生活、生长和修复所需要的物质。()任务一探究酵母菌的呼吸方式任务突破1 探究酵母菌呼吸方式的实验分析(1)实验设置思路。控制变量结果对比分析得出结论有氧、无氧条件CO2多少、是否产生酒精有两种呼吸类型对比实验(相互对照实验):两个实验组,分别为有氧条件和无氧条件。分析结果,得出结论:(2)实验操作的提醒及主要目的。实验操作提醒主要目的配制培养液时,将葡萄糖溶液先煮沸冷却后再加入锥形瓶煮
7、沸:除去其他杂菌,防止其他杂菌的干扰;冷却后再加入:防止高温将酵母菌杀死先通入NaOH溶液后再通入酵母菌培养液中既能保证O2的充分供应,又能排除空气中的CO2对实验结果的干扰酵母菌培养液封口放置一段时间让酵母菌将瓶中的O2消耗完,确保其在实验过程中只进行厌氧呼吸迁移应用典例1-1 为了探究酵母菌在不同条件下的呼吸产物,设计如图两套装置,图中注射器的作用是便于抽取样液用于检测,过氧化氢在二氧化锰催化下会产生氧气。下列有关该实验的说法,正确的是(B)A.图一为对照组,图二为实验组B.A瓶应先封口放置一段时间,再连通试管BC.试管B、E中可加适量5%重铬酸钾溶液用于检测是否产生酒精D.抽取A、D瓶中
8、的样液加入适量0.1%溴麝香草酚蓝溶液可用于检测是否产生CO2解析:此实验为对比实验,没有对照组,两组都是实验组,相互对照;A瓶放置一段时间,消耗掉氧气后,再连通试管B,保证通往试管B的二氧化碳都是厌氧呼吸的产物;试管B、E中的液体应是澄清的石灰水或溴麝香草酚蓝溶液,用于检验酵母菌呼吸作用是否产生二氧化碳;抽取A、D瓶中的样液加入适量5%重铬酸钾溶液可用于检测是否产生酒精。任务突破2基于液滴移动测定细胞呼吸类型及细胞呼吸速率(1)细胞呼吸类型测定。实验装置。欲确认某生物的呼吸类型,应设置两套呼吸装置,如图所示(以发芽种子为例)。实验结果预测和结论(见下表):实验现象结论装置一液滴装置二液滴不动
9、不动只进行产生乳酸的厌氧呼吸或种子已死亡不动右移只进行产生乙醇的厌氧呼吸左移右移进行需氧呼吸和产生乙醇的厌氧呼吸左移不动只进行需氧呼吸或进行需氧呼吸和产生乳酸的厌氧呼吸实验拓展:呼吸底物与着色液滴移动的关系。脂肪含氢量高,含氧量低,等质量的脂肪与葡萄糖相比,氧化分解时耗氧量高,而产生CO2量少。因此脂肪需氧呼吸时,产生的CO2量小于消耗的O2量,着色液滴移动更明显。(2)细胞呼吸速率的测定。实验装置。实验原理:组织细胞呼吸作用吸收O2,释放CO2,CO2被NaOH溶液吸收,使容器内气体压强减小,刻度管内的液滴左移。单位时间内液滴左移的体积即表示呼吸速率。装置乙为对照。误差的校正。a.如果实验材
10、料是绿色植物,整个装置应遮光处理,否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。b.如果实验材料是种子,为防止微生物呼吸对实验结果的干扰,应对装置及所测种子进行消毒处理。c.为防止气压、温度等物理因素所引起的误差,应设置对照实验,将所测的生物材料灭活(如将种子煮熟),其他条件均不变。迁移应用典例1-2 某研究小组利用检测气压变化的密闭装置来探究微生物的细胞呼吸,实验设计如下。关闭活栓后,U形管右管液面高度变化反映瓶中气体体积变化。实验开始时将右管液面高度调至参考点,实验中定时记录右管液面高度相对于参考点的变化(忽略其他原因引起的气体体积变化)。下列有关说法不正确的是(D)A.甲组右管液面变化,表示的
11、是微生物细胞呼吸时O2的消耗量B.乙组右管液面变化,表示的是微生物细胞呼吸时CO2的释放量和O2消耗量之间的差值C.甲组右管液面升高,乙组不变,说明微生物只进行需氧呼吸D.甲组右管液面不变,乙组下降,说明微生物进行乳酸发酵解析:由于甲组装置内放的是NaOH溶液,用于吸收CO2,所以甲组右管液面变化是锥形瓶内的O2变化所致;乙组装置内放的是蒸馏水,那么乙组右管液面变化是锥形瓶内CO2释放量和O2消耗量之间的差值引起的;甲组右管液面升高表明消耗O2,存在需氧呼吸,乙组不变表明释放CO2与消耗O2相等,则可知该微生物只进行需氧呼吸;甲组右管液面不变,乙组下降,说明微生物进行酒精发酵,若微生物进行乳酸
12、发酵,则乙组液面高度也不会变化。任务二探究影响酵母菌呼吸的因素任务突破1 影响细胞呼吸的因素及曲线分析项目坐标曲线曲线分析温度在最适温度时,呼吸速率最大;超过最适温度,呼吸酶活性降低甚至变性失活,呼吸速率下降;低于最适温度,酶活性下降,呼吸速率下降O2浓度O2浓度=0时,只进行厌氧呼吸;0O2浓度10%时,同时进行需氧呼吸和厌氧呼吸;O2浓度10%时,只进行需氧呼吸CO2浓度CO2是细胞呼吸的最终产物,积累过多会抑制细胞呼吸的进行水分在一定范围内,细胞呼吸速率随含水量的增加而加快,随含水量的减少而减慢。当含水过多时,呼吸速率减慢,甚至死亡迁移应用典例2-1 细胞呼吸是细胞能量的根本来源,细胞呼
13、吸容易受外界环境的影响。如图是温度与氧气浓度对植物叶片细胞呼吸速率的影响,以下分析不正确的是(C)A.图中细胞呼吸速率可用单位时间二氧化碳的释放量表示B.从甲图可知细胞呼吸最旺盛时的温度是B点对应的温度C.温度对曲线代表的呼吸类型影响较大,对曲线影响较小D.分析图甲、乙可知,水果储存需要低温和低氧的条件解析:由于需氧呼吸的产物是二氧化碳和水,所以图中细胞呼吸速率可用单位时间二氧化碳的释放量表示;分析题图甲可知,B点细胞呼吸的相对速率最高,该点对应的温度是细胞呼吸的最适温度;温度通过影响酶的活性进而影响细胞呼吸,温度对不同酶的影响基本相同,故温度对曲线、代表的呼吸类型影响相同;分析图甲、乙可知,
14、在低温和低氧的条件下,细胞呼吸的相对速率都较低,所以水果储存需要低温和低氧的条件。任务突破2 归纳总结细胞呼吸在实践中的应用项目应用温度冰箱中果实和蔬菜保鲜;蔬菜大棚夜间适当降温以降低呼吸消耗,提高产量O2浓度中耕松土促进植物根部需氧呼吸;厌氧发酵过程需要严格控制无氧环境;低氧储藏粮食、水果和蔬菜CO2浓度在蔬菜和水果保鲜中,增加CO2浓度可抑制细胞呼吸,减少有机物的消耗水分粮食在收仓前要进行晾晒处理;干种子萌发前进行浸泡处理迁移应用典例2-2 下列关于细胞呼吸的影响因素及其应用的叙述,错误的是(B)A.及时排涝可以避免作物根细胞进行厌氧呼吸产生酒精导致烂根B.氧气参与需氧呼吸的第三阶段,随着氧浓度增大需氧呼吸速率会不断变大C.用透气的纱布包扎伤口可以抑制一些厌氧细菌在伤口处的繁衍增殖D.进行有氧运动可以避免人体肌肉细胞产生过多乳酸引起乳酸中毒解析:及时排涝可以为作物根部提供氧气,避免根细胞进行厌氧呼吸产生酒精导致烂根;氧浓度增大到一定程度时,需氧呼吸速率也不再变大;用透气纱布包扎伤口,可增加通气量,抑制厌氧细菌的厌氧呼吸,从而抑制厌氧细菌的大量繁殖;人体厌氧呼吸时会产生乳酸,所以进行有氧运动可以避免人体肌肉细胞产生过多乳酸引起乳酸中毒。