【天成教育】2022年高中生物必修一教師用書-5.3.1細(xì)胞呼吸的方式

第3節(jié)ATP的主要來源——細(xì)胞呼吸一、細(xì)胞呼吸概念1．物質(zhì)變化：有機(jī)物氧化分解，生成二氧化碳或其他產(chǎn)物。2．能量變化：釋放出能量并生成ATP。二、探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式1．試驗(yàn)原理(1)酵母菌：①代謝類型：在有氧和無氧條件下都能生存，是兼性厭氧菌。②細(xì)胞呼吸方式推斷：在有氧和無氧條件下細(xì)胞呼吸的產(chǎn)物不同，以此來確定酵母菌細(xì)胞呼吸的方式。(2)產(chǎn)物檢測(cè)：①CO2的檢測(cè)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(CO2使澄清的石灰水變混濁,CO2使溴麝香草酚藍(lán)溶液由藍(lán)變綠再,變黃))②酒精的檢測(cè)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(檢測(cè)試劑：橙色的重鉻酸鉀溶液,條件：酸性,現(xiàn)象：溶液由橙色變成灰綠色))(3)試驗(yàn)假設(shè)：①有氧條件下：酵母菌進(jìn)行有氧呼吸，產(chǎn)生CO2和水。②無氧條件下，酵母菌進(jìn)行無氧呼吸，產(chǎn)生CO2和酒精。2．試驗(yàn)過程及結(jié)果分析(1)配制酵母菌培育液：取20g新穎的食用酵母菌，分成兩等份，分別放入錐形瓶A(500mL)和錐形瓶B(500mL)中，再分別向瓶中注入240mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的葡萄糖溶液。(2)組裝試驗(yàn)裝置圖并進(jìn)行試驗(yàn)：①有氧條件下裝置，如圖甲。②無氧條件下裝置，如圖乙。③將上述甲、乙兩裝置放置在25℃～35(3)觀看CO2的產(chǎn)生：觀看并記錄澄清石灰水變混濁的狀況。(4)檢測(cè)酒精的產(chǎn)生：①取兩支試管編號(hào)1和2；②各取A、B錐形瓶酵母菌培育液的濾液2mL，分別注入試管1和2；③分別滴入0.5mL重鉻酸鉀的濃硫酸溶液，輕輕振蕩、混勻。(5)試驗(yàn)現(xiàn)象及分析：組別項(xiàng)目甲組(有氧條件)乙組(無氧條件)現(xiàn)象澄清的石灰水變混濁且混濁程度高變混濁，但速度和程度次于甲滴加重鉻酸鉀的濃硫酸溶液1號(hào)試管呈現(xiàn)橙色2號(hào)試管呈現(xiàn)灰綠色緣由分析有氧條件下釋放的CO2多，無酒精產(chǎn)生無氧條件下釋放的CO2較少，同時(shí)有酒精產(chǎn)生(6)寫出試驗(yàn)結(jié)論：①酵母菌在有氧和無氧條件下都能進(jìn)行細(xì)胞呼吸。②在有氧條件下，酵母菌通過細(xì)胞呼吸產(chǎn)生大量二氧化碳和水。③在無氧條件下，酵母菌通過細(xì)胞呼吸產(chǎn)生酒精，還產(chǎn)生少量的二氧化碳。一、細(xì)胞呼吸概念讀教材P91第一、二自然段。試歸納總結(jié)細(xì)胞呼吸的實(shí)質(zhì)是什么？提示：分解有機(jī)物，釋放能量。二、細(xì)胞呼吸方式探究1．教材問題探討分析認(rèn)真閱讀教材P91～P92探究?jī)?nèi)容，思考并爭(zhēng)辯下列問題：(1)從產(chǎn)物角度分析，酵母菌在有氧和無氧條件下細(xì)胞呼吸產(chǎn)物有何不同。提示：酵母菌在有氧條件下產(chǎn)生H2O和CO2；在無氧條件下產(chǎn)生酒精和CO2。(2)酵母菌細(xì)胞呼吸能產(chǎn)生CO2，摸索究如何檢測(cè)CO2產(chǎn)生量的多少。提示：可依據(jù)澄清石灰水混濁程度或溴麝香草酚藍(lán)水溶液變成黃色所需的時(shí)間長(zhǎng)短，來檢測(cè)酵母菌產(chǎn)生CO2的多少。(3)探討將葡萄糖溶液先煮沸再冷卻后加入錐形瓶的緣由。提示：①加熱煮沸后，葡萄糖溶液里的細(xì)菌會(huì)被殺死，可排解其他微生物對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響；②加熱煮沸時(shí)，可排出溶液里的O2；③若不冷卻后再加入，溫度過高會(huì)將酵母菌殺死。(4)分析教材P92的試驗(yàn)裝置圖，思考下列問題：①在有氧條件的裝置中，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaOH溶液的作用是什么？提示：使進(jìn)入A瓶的空氣先經(jīng)過NaOH溶液處理，排解空氣中CO2對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的干擾。②B瓶封口放置一段時(shí)間后，再連通盛有澄清石灰水的錐形瓶，試分析其緣由。提示：保證瓶?jī)?nèi)原有O2被消耗掉造成無氧環(huán)境，可確保只有無氧呼吸產(chǎn)生的CO2通入澄清的石灰水。(5)能否以CO2的產(chǎn)生為指標(biāo)來確定酵母菌的細(xì)胞呼吸方式？分析緣由。提示：不能。有氧呼吸和無氧呼吸都產(chǎn)生CO2，故不能以CO2的產(chǎn)生為指標(biāo)確定細(xì)胞呼吸方式。應(yīng)以酒精為指標(biāo)，由于酵母菌只有無氧呼吸才能產(chǎn)生酒精。2．推斷下列說法是否正確(1)細(xì)胞呼吸的產(chǎn)物都是CO2和H2O。(×)(2)檢測(cè)CO2的產(chǎn)生除澄清石灰水外，還可以用溴麝香草酚藍(lán)水溶液檢測(cè)。(√)(3)酵母菌無氧呼吸會(huì)產(chǎn)生酒精和水。(×)(4)在酸性條件下酒精與橙色的重鉻酸鉀反應(yīng)變成灰綠色。(√)一、試驗(yàn)課題的分析1．本試驗(yàn)的探究課題可以轉(zhuǎn)變?yōu)椋禾骄坑醒鯒l件和無氧條件下酵母菌細(xì)胞呼吸的狀況。2．依據(jù)檢測(cè)目的不同，可細(xì)化為兩個(gè)子課題：①在有氧和無氧條件下酵母菌細(xì)胞呼吸產(chǎn)生CO2的多少；②在有氧和無氧條件下酵母菌細(xì)胞呼吸是否產(chǎn)生酒精。具體分析如下：課題名稱課題一課題二自變量有氧和無氧因變量產(chǎn)生CO2的多少酒精的有無觀看指標(biāo)①澄清石灰水變混濁的程度②溴麝香草酚藍(lán)水溶液由藍(lán)變綠再變黃所用時(shí)間的長(zhǎng)短重鉻酸鉀溶液的顏色變化無關(guān)變量溫度、養(yǎng)分物質(zhì)的濃度和總量等試驗(yàn)結(jié)論在有氧條件下產(chǎn)生的CO2多在無氧條件下才能產(chǎn)生酒精二、試驗(yàn)裝置的分析(裝置見教材P92)1．第一組裝置中的第一個(gè)錐形瓶中盛放的試劑是NaOH溶液，其目的是：使進(jìn)入A中的空氣先經(jīng)NaOH處理后，排解空氣中CO2對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的干擾。2．其次組裝置中B瓶放置一段時(shí)間后，才能與裝有澄清石灰水的錐形瓶連接，其目的是讓酵母菌將B瓶中的氧氣消耗掉，確保產(chǎn)物CO2均來自于無氧呼吸。[例](廣東高考)某新能源爭(zhēng)辯愛好小組嘗試用木薯塊根的淀粉制備燃料酒精。他們用酶將木薯淀粉降解成a,單糖。查閱資料后，安裝的酒精發(fā)酵裝置、接受的發(fā)酵條件如圖所示。(1)向發(fā)酵瓶中加入5g酵母菌開頭試驗(yàn)，發(fā)酵初期，通氣閥①需要間或短時(shí)間打開，并在A通氣口處打氣,b)，以利于__________________；試驗(yàn)過程中，通氣閥②需要間或短時(shí)間打開，目的是______________。(2)第3天，取出少量發(fā)酵液，滴加含有__________的濃硫酸溶液來檢測(cè)酒精。(3)檢測(cè)后發(fā)覺，盡管酵母菌菌種合適、淀粉酶解物充分、操作正確、發(fā)酵溫度和pH適宜，但酒精含量(＋)比預(yù)期低。,c)他們開放了爭(zhēng)辯，認(rèn)為還有其他影響因素，如__________，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)試驗(yàn)對(duì)此因素進(jìn)行探究并猜測(cè)試驗(yàn)結(jié)果(用表格形式呈現(xiàn)；用“＋”表示酒精含量，最高含量為“＋＋＋＋＋”)。d(4)請(qǐng)對(duì)猜測(cè)的結(jié)果進(jìn)行分析，并得出結(jié)論。[研析]本題考查酵母菌呼吸方式及試驗(yàn)探究的相關(guān)學(xué)問。具體解題過程如下：[審]——關(guān)鍵信息信息解讀a：由題干“用酶將木薯淀粉降解成單糖”、酒精發(fā)酵裝置中“12%木薯淀粉酶解物發(fā)酵培育基”和淀粉降解成的單糖為葡萄糖可知，發(fā)酵底物為葡萄糖。信息解讀b：發(fā)酵初期充氣的目的是讓酵母菌進(jìn)行有氧呼吸。信息解讀c：題干排解了各種因素，然后再讓推想酒精含量比預(yù)期低的緣由。任何一個(gè)生化反應(yīng)都由三部分組成：反應(yīng)物、產(chǎn)物和反應(yīng)條件，由信息c可知，反應(yīng)物和反應(yīng)條件都沒有問題，發(fā)酵的產(chǎn)物是酒精和CO2，CO2定時(shí)排出，由此可推知酒精含量低于預(yù)期的緣由可能是由于產(chǎn)物酒精造成的。信息解讀d：由“最高含量為‘＋＋＋＋＋’”可知，試驗(yàn)分組時(shí)最少設(shè)置為5組。[破]——聯(lián)系基礎(chǔ)設(shè)問(1)可聯(lián)系：酵母菌屬于兼性厭氧菌，在有氧條件下進(jìn)行有氧呼吸，代謝快，增殖快；在無氧條件下進(jìn)行無氧呼吸，產(chǎn)生酒精和CO2。設(shè)問(2)可聯(lián)系：探究酵母菌細(xì)胞呼吸方式的試驗(yàn)原理，即橙色的重鉻酸鉀溶液，在酸性條件下可與乙醇發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，變成灰綠色。設(shè)問(3)(4)可聯(lián)系：試驗(yàn)設(shè)計(jì)的單一變量原則和對(duì)比原則及試驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般步驟。[答]——研判設(shè)問設(shè)問(1)：圖中的發(fā)酵裝置是選修1果酒制作裝置的一個(gè)變形，發(fā)酵初期通氣的目的是利于酵母菌進(jìn)行有氧呼吸，繁殖大量酵母菌有利于后期發(fā)酵；試驗(yàn)過程中，酵母菌進(jìn)行酒精發(fā)酵，產(chǎn)生CO2，裝置內(nèi)氣壓上升，通氣閥②需要間或短時(shí)間打開，排出部分CO2以保持裝置內(nèi)氣壓的平衡和維持溶液pH穩(wěn)定。設(shè)問(3)(4)：由信息解讀c和隨著發(fā)酵的進(jìn)行酒精濃度不斷增大可推知，酒精含量低于預(yù)期的緣由可能是不斷增大的酒精含量抑制了酵母菌的無氧呼吸，使酒精的生成量削減，由此可確定試驗(yàn)?zāi)康臑椋禾骄烤凭珴舛葘?duì)無氧呼吸的影響，其中自變量是酒精濃度，因變量為溶液中酒精的量。依據(jù)設(shè)問(3)題干提示及信息解讀d可知，設(shè)置5組試驗(yàn)，加入等量的酒精，用不同量的水進(jìn)行稀釋即得5種不同酒精濃度的溶液；其他條件都相同，因酒精濃度不同，對(duì)酵母菌無氧呼吸的影響將不同，依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果即可得出試驗(yàn)結(jié)論。[答案](1)供應(yīng)氧氣使酵母菌大量繁殖排出產(chǎn)生的CO2以保持裝置內(nèi)氣壓平衡(2)重鉻酸鉀(3)酒精濃度試驗(yàn)設(shè)計(jì)：①取5只錐形瓶，標(biāo)號(hào)為1、2、3、4、5，分別加入等量的酵母菌、葡萄糖培育液和緩沖液。②向錐形瓶中分別加入0、20、40、60、80mL的蒸餾水進(jìn)行稀釋，密封，在相同且適宜條件下培育相同時(shí)間。③一段時(shí)間后測(cè)定溶液中的酒精含量。結(jié)果如下：錐形瓶編號(hào)1234