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一、教材分析 （一）教学目标 1.通过探究酵母菌的细胞呼吸方式，说出细胞呼吸的类型。 2.描述线粒体适于进行有氧呼吸的结构，说明有氧呼吸过程中物质与能量的变化。 3.比较有氧呼吸与无氧呼吸的异同，阐明细胞呼吸的实质。 4.探讨细胞呼吸原理在生产和生活中的应用。 （二）教学重点和难点 1.教学重点 （1）探究酵母菌细胞呼吸的方式。 （2）有氧呼吸过程中物质与能量的变化。 2.教学难点 （1）探究酵母菌细胞呼吸的方式。 （2）有氧呼吸过程中物质与能量的变化。 （三）编写思路 本节教材的主要内容包括：细胞呼吸的方式、有氧呼吸和无氧呼吸过程中物质与能量的变化，以及细胞呼吸原理在生产生活中的应用。本节内容与前面所学的细胞的生物膜系统、线粒体的结构和功能、物质跨膜运输的方式、酶、ATP等内容都有紧密的联系。将本节学习内容与上述知识建立联系，可以更深刻地理解细胞生命活动中物质和能量变化的内在联系，更深刻地理解细胞是最基本的生命系统。学习本节内容，可以为后续学习光合作用等其他细胞代谢奠定基础。本节教材“问题探讨”以生产生活中和酵母菌细胞呼吸原理利用有关的事例创设情境。一方面，这是联系生产生活实际，同样是利用酵母菌发酵，一个需要氧，另一个却要在无氧环境这个事实出发，引起学生的认知冲突，从而激发学生的学习兴趣；另一方面，正文中的探究“酵母菌细胞呼吸的方式”，以及正文和习题中，都延续“酵母菌细胞呼吸”这一情境，前后呼应，使得整节教材都由类似的情境贯穿，情境也成为教材组织的内在线索。 说到细胞呼吸，学生很可能认为呼吸就都需要氧，呼吸的结果就是产生二氧化碳。因此，教材先介绍细胞呼吸的方式。教材在“问题探讨”之后，就引人细胞呼吸方式。教材安排的“探究.实践”活动，意在让学生通过实验获得直接经验，认识到酵母菌存在两种细胞呼吸的方式，并初步认识有氧和无氧条件下呼吸的产物不同。不过，这只是初步的认识，要真正了解有氧呼吸和无氧呼吸的过程，还需要分别进一步介绍。 有氧呼吸的主要场所是线粒体，学习有氧呼吸的过程、意义和应用，需要对线粒体的结构有所认识，因此，教材在介绍有氧呼吸时，先介绍线粒体的结构，然后，给出有氧呼吸的总反应式，让学生对有氧呼吸的物质转变有了一个总的认识之后，再具体学习有氧呼吸三个阶段的物质和能量变化。 教材在介绍有氧呼吸的过程时，是通过图文结合介绍的。有氧呼吸的过程非常复杂，高中学生学习达到的程度，要依据课程标准的要求做判断。因此，教材只是对一个阶段做了概要的介绍，而没有像大学教材那样将每一步物质变化、能量释放都一一道来。教材采用图文结合的方式，将物质和能量变化过程与相应步骤在细胞内发生的位置做了对应处理：第一阶段发生在细胞质基质中，第二阶段发生在线粒（体基质中，第三阶段发生在线粒体内膜上，这样，在体现能量供应伴随物质变化的同时，体现了线粒体结构与功能相适应的特点。 有氧呼吸过程中能量释放的特点是什么呢？这是在学习有氧呼吸过程之后需要提炼、总结的关键问题。为此，教材特别安排了“有氧呼吸的能量利用特点”的思考与讨论活动，意在引导学生分析、总结有氧呼吸能量利用的特点：释放能量多、转化效率高、能量逐级释放。由此可以让学生认识到细胞作为生命系统在能量利用方面的特点，从而进一步加深对生命本质的理解。 关于无氧呼吸，相关知识内容比有氧呼吸简单。不过，学生对于哪些生物或细胞能进行无氧呼吸并不清楚，特别是在学习本节前面的内容之后，就认为只有酵母菌等微生物才进行无氧呼吸。因此，教材先列举了一些生物进行无氧呼吸的实例，让学生知道尤氧呼吸的普遍性，从而对无氧呼吸有大致的认知。再简要介绍无氧呼吸的两个阶段，在阐述的过程中与有氧呼吸进行了对比。由于无氧呼吸的过程可以以前面所学的有氧呼吸的知识为基础，因此，教材简略介绍即可。 在介绍有氧呼吸、无氧呼吸之后，教材总结提出细胞呼吸的概念。这是关于细胞呼吸的共性的归纳。另一方面，教材用旁栏思考题的形式引导学生自己来设计表格，让学生对有氧呼吸与无氧呼吸的异同进行比较，作出比较全面的总结，让学生既注意两者之间的不同点，清楚区分概念；同时，更要注意归纳其相同之处，理解细胞呼吸的意义。 教材用一段楷体字介绍了细胞呼吸作为代谢枢纽，供有余力的学生选学。有关内容，意在引导学生融会贯通地理解细胞内物质、能量代谢的关系。 关于细胞呼吸原理的应用，教材先让学生进行“思考.讨论”，分析生产、生活中应用细胞呼吸原理的事例，之后教材正文再做总结介绍。这些内容主要的教育价值在于引导学生将所学生物学知识应用于生产、生活实际，增强社会责任意识。本节教材的“练习与应用”拓展题第1题，是这一思路的进一步延伸、拓展。 教材正文后安排的“思维训练"，结合线粒体起源的问题，训练学生利用证据作出符合逻辑的推理来评价论点。这些内容能训练科学思维，有助于学生进一步理解科学的本质。同时，还可以进一步拓展学生对线粒体的认识，并对学生建立进化观有所帮助。本节教材中的“练习与应用”拓展题中的第2题，也隐含着引导学生以进化观指导思维、体会生物学独特韵味的意图。 特别提示 新的研究表明，1mol葡萄糖分子经有氧呼吸过程中产生的ATP数量为32mol或30mol，相应地，教材在关于有氧呼吸的能量利用特点的“思考·讨论”中，将储存在ATP中的能量数值更新为“977.28 kJ"。 二、教学建议 1.课时安排建议 本节内容需要2课时完成。第1课时探究酵母菌细胞呼吸的方式，第2课时学习有氧呼吸和无氧呼吸的概念，以及细胞呼吸原理的应用和生产实践中的实例。 2.教学实施建议 本节教学不仅要知道“细胞呼吸”的含义，还要知道“有氧呼吸”“无氧呼吸”的过程、场所、生理意义以及它们之间的异同。通过探究细胞呼吸方式的实验，渗透变量控制的方法，规范实验设计的思路，同时通过不断地发现问题，引导学生对问题进行理性的解释，在此基础上通过合作探究去尝试解决问题，这有助于提升学生的逻辑推理能力和合作探究能力；把细胞呼吸原理应用到生产生活实践中，解决现实生活中与生物学相关的问题，还能提升学生的社会责任感。 （1）情境导人，提出问题——细胞中的ATP从哪里来的？ 策略一利用做馒头这一学生熟悉的情境，提出问题：为什么加了酵母的面粉蒸出的馒头多孔松软？为什么加了酵母的面粉放置时间久了会有酒味？酵母菌起了什么作用？通过前面知识的学习，我们知道酵母菌的生活与繁殖必须靠ATP直接供能，酵母菌细胞内的ATP是怎么来的？与上述问题有什么关联？ 策略二利用教材中“问题探讨”所创设的情境，引导学生讨论教材中所提的3个问题，从而引出酵母菌有两种细胞呼吸方式，并让学生初步认识细胞呼吸的意义，以及有氧呼吸效率高的特点。 策略三通过前面知识的学习，我们知道人体细胞的生活必须靠ATP直接供能，细胞内的ATP是怎么来的？俗话说，“人是铁，饭是钢，一天不吃饿得慌”，我们吃进的有机食物通过消化吸收运输到细胞内到底是怎样发挥作用的？回顾初中人体呼吸的知识，我们吸进了O2，排出了CO2，那么CO2在细胞内是怎么产生的，O2运输到细胞内干什么去了？为什么我们剧烈运动，呼吸频率会加快？剧烈运动后为什么会出现肌肉酸痛的现象？简单的设问不仅拉近了课堂与现实生活的联系，而且能促使学生回顾有关细胞呼吸的知识。教师帮助学生厘清平常生活所说的“呼吸”与细胞呼吸的关系，再解答教材“问题探讨”栏目的问题就相对容易了。 （2）实验探究，分析讨论——酵母菌细胞呼吸的方式 探究酵母菌细胞呼吸的方式要注意解决的几个问题：控制酵母菌生活的有氧和无氧的环境；实验设计中的自变量、因变量和无关变量；实验条件的控制和对照实验的设计；酵母菌在有氧和无氧的环境条件下的产物及其检测。 （3）问题驱动，比较综合——有氧呼吸和无氧呼吸 本部分的教学建议采用图示教学，引导学生对整个有氧呼吸过程进行解构和整合，利用好教材中的细胞结构模式图，把每一个阶段的物质和能量变化对应到具体部位，最后再构建出有氧呼吸的总反应式。教师可以充分利用多媒体资源，呈现出细胞有氧呼吸过程中的物质和能量变化过程，在这个基础上，尝试让学生构建出有氧呼吸模式图I，最终整合后还可以用问题串的形式对诸如每一阶段的场所、反应物、生成物，以及能量变化等进行梳理。至于无氧呼吸过程，则可以引导学生通过类比分析的方式同样构建出模型，重点要放在对有氧呼吸和无有呼吸异同的比较上，通过分析有氧呼吸和无氧呼吸的共性，尝试归纳出细胞呼吸的概念，加深对“细胞呼吸是ATP的主要来源”这一概念的理解。 （4）联系社会，训练思维——细胞呼吸原理的运用 关于细胞呼吸原理在生活、生产上的应用事例很多，可以先让学生阅读课本中相关的图文资料，建议教师选取学生熟悉和有代表性的例子进行分析，说明事例中细胞呼吸原理的具体应用及意义再让学生列举生活、生产中的其他事例并能简要分析，从而认识到细胞呼吸与我们健康、生活、生产息息相关。从生活中遇到的实际问题出发，利用细胞呼吸原理加以解释，并能利用细胞呼吸原理，指导生产生活实际，这是培养学生的社会责任。教师还可以充分利用教材正文中“思维训练”栏目有关线粒体起源的内容，训练学生利用证据作出符合逻辑的推理能力，强化科学思维，加深对科学本质的认识，也可以结合教材“练习与应用”拓展题第2题，引导学生从进化的视角分析生物学问题 三、“探究·实践”指导 探究酵母菌细胞呼吸的方式 北京十一学校文可佳张敏 通过“探究酵母菌细胞呼吸方式”实验，学生不仅对“酵母菌作为单细胞生物采取何种方式进行细胞呼吸？”“酵时菌在有鼠和无氧条件下细胞呼吸的产物分别是什么？”等建立从感性到理性的理解，为后面学习有氧呼吸和无氧呼吸的概念及细胞呼吸原理的应用打下基础，而且实验的准备、实验变量的控制.实验现象的观察.结果的记录等方面的经历和实践，对于科学思维的发展、科学探究能力的提升具有较高的价值。 1.材料准备 器材：橡皮球（或气泵）、锥形瓶、试管、烧杯、量简、漏斗、纱布、天平。 试剂：酵母菌、葡萄糖、NaOH、澄清石灰水、酸性重铬酸钾溶液、溴麝香草酚蓝水溶液、蒸馏水， 2.实施建议 该实验是重要的探究性实验，将该实验放在学生学习细胞呼吸的概念性知识之前，日的是引导学生通过实验探究主动构建概念。教师在实验过程中应充分发挥学生的主体作用，让学生在思考和实践中领悟科学探究的一般思路和方法。 环节一：教师组织学生讨论以下问题 （1）蒸馒头时加人适量酵时菌，馒头会松软多孔，在酿造葡萄酒的过程中，需在葡萄汁装人发酵罐后盖严、请据此提出-一个有关酵母菌细胞呼吸方式和呼吸产物的假设（酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸，细胞呼吸的产物可能有CO2和酒精）。 （2）教师给出该实验所需的器材和试剂，请学生参照教材，自行设计实验，验证提出的假设 （学生自主设计有氧和无氧条件下的装置图）。 （3）在你设计的实验装置中，哪些是用来控制有氧和无氧条件的？如何控制有氧和无氧条件 （橡皮球和气泵用于控制有氧条件；无氧呼吸装置应保持密闭等）？ （4）如何鉴定产物中有无CO2？如何鉴定产物中有无酒精？如何比较CO2和酒精的多少（澄清石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液用于鉴定CO2，酸性重铬酸钾溶液用于鉴定酒精，通过变色时间长短来比较CO2和酒精的多少）？ （5）质量分数为10%的NaOH溶液作用是什么（去除有氧呼吸装置通入氧气中的CO2，保证检测出的CO2都是酵母菌呼吸的产物）？ （6）酵母菌活性高低会影响实验结果吗？如何让酵母菌在实验过程中保持高活性（尽量在酵母菌生长的最适温度下进行实验以保证酵母菌的高活性）？ 环节二：解决上述问题后，教师组织学生以小组为单位完成实验 实验前：要求小组成员讨论分工（如两两组合，分别负责无氧和有氧呼吸装置。学生需讨论清楚何时用何种试剂检测产物，如何准确记录实验现象与数据，以提高效率）。之后教师为每个小组发放未组装的锥形瓶、连通管等。 实验中：学生根据各自的实验设计安装实验设备并实施。 （1）安装设备：教师应巡视学生的实验装置是否正确。教师可将如下面所示的“探究酵母菌细胞呼吸方式数据统计”的表格发给学生方便其记录。
（2）实施实验：教师进行巡视、指导，提醒学生控制有氧与无氧呼吸装置，保证有氧和无氧培养的时间相同。对于无氧呼吸装置，提醒学生要让酵母菌与葡萄糖反应几分钟，待无氧呼吸反应体系中的氧气耗尽后再将导气管插人澄清石灰水。若在常温下操作该实验，课上难以完成所有实验现象的观察，需要各学生小组课下规划时间来完成结果记录。 环节三：实验结果的分析与讨论 教师可组织各小组分享在实验中产生的异常现象并对这些异常现象进行探讨。例如，很多学生发现用酸性重铬酸钾检测酒精时，有氧和无氧装置产生的颜色反应几乎一样。教师可带领学生查阅资料并分析可能原因：（1）有氧呼吸装置实验操作中可能供氧不足，导致部分酵母菌进行无氧呼吸产生少量酒精；（2）重铬酸钾是强氧化剂，在酸性条件下可将酒精氧化成乙醛，同时六价铬被还原为三价铬而产生颜色反应。酵母菌培养液中的葡萄糖是还原性糖，同样也可以被重铬酸钾氧化，其颜色反应与酒精相同。因此，有氧与无氧装置中酸性重铬酸钾的颜色反应可能为葡萄糖所致。 3.注意事项 （I）实验成功的关键取决于严格控制有氧和无氧的环境。有氧呼吸装置应提供稳定的有氧环境，如用气泵持续通入空气。在无氧呼吸装置中，装有酵母菌的锥形瓶应放置一段时间再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，使得锥形瓶中氧气耗尽。教师也可选择在无氧呼吸装置加人酵母菌溶液后，立即加入石蜡油或植物油密封，以提供严格的无氧环境。 （2）该实验耗时较长，若希望缩短实验现象出现所需的时间，教师可在课前活化酵母细胞，即将干酵母加入30-~35℃的温水中放置0.5~1h；同时在配制酵母菌与葡萄糖的混合液时，用35~ 40℃的水配制，并在35~40 ℃的水浴中完成反应。 （3）鉴定酒精时，将酵母菌培养液过滤后，取滤液进行酒精鉴定。原因是酵母菌培养液本身具有颜色且不透明，可能会对颜色反应产生遮盖和干扰。也可通过让学生闻有氧与无氧呼吸装置是否有酒精气味来替代用酸性重铬酸钾鉴定酒精。 4.拓展方案 该实验耗时较长，为减少操作时间，可用100 mL注射器替代锥形瓶进行小体系的反应，具体操作如下。 （1）制备去CO2的空气。取100 mL注射器编号为1，吸取20 mL NaOH溶液后再吸人50 mL空气。封口后将注射器平置3~5 min。 （2）制备培养液。在烧杯中倒入50 mL葡萄糖溶液，称取5 g酵母倒人烧杯混合。 （3）制备有氧呼吸与无氧呼吸反应体系。无氧呼吸组：取100 mL注射器编号为2，吸取10 mL酵母菌培养液，封口后将注射器平置进行反应。有氧呼吸组：取100 mL注射器编号为3，吸取10 mL酵母菌培养液，通过硅胶管与1号注射器连通，将40 mL NaOH处理过的空气推入3号注射器进行反应。实验过程中轻晃3号注射器使得培养液与空气充分接触，避免无氧呼吸。 （4）反应20 min后，进行CO2与酒精的鉴定。 四、答案与提示 （一）问题探讨 1.通气可以给酵母菌提供呼吸需要的氧气，利于酵母菌进行旺盛的细胞分裂；密封则是避免空气进人，便于酵母菌在无氧条件下分解有机物产生酒精。 2.在有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放的能量多，这些能量可以为酵母菌细胞进行物质代谢和细胞分裂提供充足的动力。 3.密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精的同时，能为自己的生命活动提供少量能量。 （二）探究·实践 B瓶应封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶。这是因为B瓶在封口后，培养液液面上方的空气中还存在--定量的氧气，静置一段时间，让酵母菌将这部分氧气消耗尽，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶可认为检验的是酵母菌的无氧呼吸释放的气体。 （三）思考.讨论1 1.有氧呼吸的能量转化效率大约为34%。结合上一节所学内容，1 mol ATP分子的高能键含有30.54kJ的能量，因此，1mol葡萄糖能够使32molADP分子转化为ATP分子。 2.提示：燃烧是一种迅速释放能量的过程，而有氧呼吸过程则是逐步缓慢释放能量，这种方式保证有机物中的能量得到最充分的利用，主要表现在两个方面：可以使有机物中的能量逐步地转移到ATP中；能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。 （四）旁栏思考题 可参考下表，并作出补充和完善。 （五）思考.讨论2 1.略。 2.提示：酸奶制作是利用了乳酸菌无氧呼吸；收获后的粮食要晒干再贮藏，就是通过降低细胞呼吸速率来延长贮存时间。 （六）思维训练 提示：这一论点包含两个要点：线粒体原本是一种独立生存的细菌，后来与真核细胞共生成细胞内的结构。由此可见，证据1、证据3和证据4，能够支持这一论点，而证据2不支持。 （七）练习与应用 概念检测 1.（1）×；（2）√ 2.C。 3.B。拓展应用 1.提示：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，促进作物生长，吸收更多的CO2，缓解全球气候变暖现象；增强根系的水土保持能力；避免根细胞由于无氧呼吸产生酒精对根系造成的伤害。此外，松土透气还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖.促使这些微生物对土壤有机物的分解，为植物生长提供更多的CO2，也有可能导致局部大气CO2浓度上升。松土不当，可能伤害植物根系；要根据不同植物、植物不同的生长阶段等，采取不同的松土方法。 2.提示：有氧呼吸第一阶段与无氧呼吸第一阶段完全相同，都不需要氧气，都与j线粒体无关。联想到地球的早期以及原核细胞的结构，可以大胆作出这样的推测：在生物进化史上先出现无氧呼吸，而后才出现有氧呼吸。继而推测，地球早期的单细胞生物只进行无氧呼吸。体内骨骼肌细胞保留进行无氧呼吸的能力，可以理解为漫长的生物进化史在人类身上留下的印记，同时也可以理解为人体在进行长跑等剧烈运动时，在供氧不足的情况下，骨骼肌细胞保留一定的无氧呼吸来供能，有一定的适应意义。 五、背景资料 1.细胞有气呼吸中ATP的产生和消耗 细胞的有氧呼吸过程需要经过一系列复杂的化学反应，它们可以概括为糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化三个阶段。在细胞有氧呼吸的过程中，ATP有产生，也有消耗。 三羧酸循环中4次脱氢反应产生NADH + H+和FADH2，通过电子传递链和氧化磷酸化产生ATP。目前一般认为，线粒体内1 mol NADH + H+的氢传递给氧时，可生成2.5 mol ATP；1mol FADH2的氢传递给氧时，只能生成1.5 mol ATP。底物水平磷酸化生成1 mol ATP，1 mol乙酰CoA经三羧酸循环彻底氧化，共生成10molATP。此外，糖酵解中3-磷酸甘油醛在细胞质基质中脱氢生成的NADH +H+，在有氧氧化时也要转运至线粒体内进人电子传递链而产生ATP。目前发现，有两种转运机制可以将细胞质基质中的NADH+H+转运至线粒体。葡萄糖氧化过程中各个反应生成ATP的具体情况如下表所示。 综上所述，若仅从能量转化的角度考虑，1 mol葡萄糖彻底被有氧氧化，将产生30 mol或32 mol ATP。 值得注意的是，部分资料认为1 mol NADH氧化可产生3 mol ATP，1 mol FADH2氧化可产生2molATP，由此计算，1mol葡萄糖彻底氧化分解应产生36mol或38molATP，但是目前这一数值被废止使用。不论采用哪一种计算方式，有氧呼吸反应全过程的能量转化效率都不算高，为35~40%，其余能量则以热能的形式散失或作为他用。 事实上，NADH和FADH2是富含能量的分子，因为它们都含有一对具有高转移势能的电子。线粒体内有一系列电子传递载体，称为呼吸链。有证据表明，线粒体内膜上组成呼吸链的四个主要复合体是完全独立的，每个都是蛋白复合体。其中，有三个复合体在电子传递的同时，可以将H*从线粒体基质泵到线粒体内外膜之间的膜间腔。电子传递所产生的电化学能被保存在质子浓度差和电荷梯度中，这包含了两层含义：（1）由膜隔开的两个区域中的H"浓度差所形成的化学势能；（2）质子跨过膜形成电荷分离而造成的电势能。化学渗透假说认为，上述电化学梯度蕴含能量，可用来驱动线粒体内膜上的ATP合成酶，最终驱动ATP的合成。因此，葡萄糖氧化分解合成ATP的数量，取决于线粒体内膜内外的质子浓度差以及ATP合成酶允许多少质子跨膜。这将最终导致1mol葡萄糖被完全氧化时，产生的ATP分子数可以从28mol到38mol不等。 2.发酵 无氧呼吸如果不用于高等动植物和人体，而用于微生物则叫作发酵。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（图5-3）。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。 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： C6H12O6+2ADP+2Pi→2C2H5OH+2CO2+2ATP 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： C6H12O6+2ADP+2Pi→2C3H6O3+2ATP 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。 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好氧细菌。在有氧条件下，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（图5-4）运送到根部各细胞，而且与旱生植物相比，水稻的根比较适应无氧环境。 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。 有氧运动是指人在机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，是人在体细胞缺氧条件下进行的高速运动。在无氧运动中，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.细胞呼吸是细胞代谢的枢纽 细胞呼吸包括有氧呼吸和无氧呼吸两种方式。无论哪种方式，都能为生物体活动提供能量，同时，中间产物可以成为氨基酸、脂类等物质合成的原料。非糖物质的代谢产物也能够进入细胞呼吸的不同阶段。因此，可以通过细胞呼吸过程将糖类、蛋白质.脂质的代谢过程联系起来。 糖酵解的终产物是丙酮酸，它是糖酵解过程中第一个不再被磷酸化的化合物。大多数情况下，它可以通过氧化脱羧形成乙酰辅酶A.也可以形成酒精、乳酸或甘油等。三羧酸循环的起始物为乙酰辅酶A，它不但是糖氧化分解的广物，也可来自脂肪的甘油、脂肪酸和来自蛋白质的某此氨基酸代谢，因此，三羧酸循环实际上是种主要们机物在体内氧化供能的共同通路。据估计，人体内2/3的有机物是通过三羧酸循环被分解的山于糖和甘油在体内代谢可生成α-酮戊二酸及草酰乙酸等中间产物，这些中间产物川以转变为某些氨基酸；而有此氮基酸义叮以通过不同途径变成α-酮戊二酸及草酰乙酸，再经过糖异生（非糖物质，如甘油、丙酮酸、乳酸和生糖氨基酸等，在体内转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生）的途径生成糖。因此，三羧酸循环不仅是三种主要有机物分解代谢的最终共同途径，而且也是它们互变的联络中心（见下图所示）。 5.酵母菌 酵母菌泛指能发酵糖类的各种单细胞的真菌，酵母菌有5个显著的特点：（1）个体一般以单细胞状态存在；（2）多数能出芽繁殖；（3）能够发酵糖类产生能量；（4）细胞壁常含有甘露聚糖；（5）常生活在含糖量较高、酸度较大的液体环境中，酵时菌细胞形态通常有球形、卵圆形、圆柱形、梨形、腊肠形、椭圆形，柠檬形或藕节形等其细胞直径一般是细菌的10倍左右，比细菌的单细胞个体要大得多，一般为（1~5）μm×（5~30）μm。酵母菌没有鞭毛，不能游动。酵母菌孢子具有典型的真核细胞结构，有细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质、液泡、线粒体等。有的还具有微体（微丝） 酵母菌有多种繁殖方式，分为无性繁殖和有性繁殖有学者将只进行无性繁殖的醉时菌称为“假酵母"，而把具有有性繁殖的酵母菌称为“真酵母”，无性繁殖主要有芽殖和裂殖两种方式，最常见的无性繁殖方式是芽殖（如图5-6所示）。除这两种方式，酵母菌还可以通过无性孢子繁殖。 酵母菌以形成子囊和子囊孢子的方式进行有性繁殖。两个临近的酵母细胞各自伸出-根管状的原生质突起，随即相互接触、融合，并形成-一个通道，两个细胞核在此通道内结合，形成二倍体细胞核，然后进行减数分裂，形成4个或8个细胞核。每一子核与其周围的原生质形成孢子，即为子囊孢子，形成子囊孢子的细胞称为子囊。 酵母菌也称“糖菌”，多分布在含糖的偏酸性环境中，如水果、叶子、蔬菜和树皮上，以及葡萄园和果园的土壤中。酵母菌也被称为人类的“第一种家养微生物”，广泛应用于农业、工业、医药等领域，如酿造工业（酒类、果汁等）、食品工业（面包、馒头等）、医药工业（核苷酸、维生素等）、饲料工业（单细胞蛋白——“人造肉"）、化学工业（有机酸、甘油等）。酵母菌也是重要的科研模式微生物，啤酒酵母在1996年就已完成全基因组测序。当然，有些酵母菌对人类存在一定的危害。例如，白假丝酵母能引起皮肤、呼吸道、消化道、泌尿生殖系统疾病；新型隐球菌等可引起鹅口疮、阴道炎或肺炎等疾病。 6.中耕 中耕即植物生长过程中，主要完成的除草、松土或对苗株根部进行培土的作业过程。中耕是田间管理的重要环节。植物生长过程中，因浇水、降雨、行人走动或其他原因，常会导致植物根部土壤板结，影响透气，进而影响植物根部细胞进行细胞呼吸，从而影响植物的生长。中耕能疏松表土，促使土壤内的空气流通，有利于土壤中微生物的繁殖和活动，从而促进土壤中有机物的分解，为根系的生长和养分的吸收创造良好的条件。 中耕作业可分为全面中耕和行间中耕两类。全面中耕是指休闲地和冬耕地春播前的除草及松土保墒工作。因我国休闲地少，很少进行全面中耕，所以中耕作业主要是指行间中耕，而且作业内容应根据不同作物和各个生长期的需要来选择，中耕次数一般需 2~3次。现代化农业生产中，广泛采用中耕机进行中耕作业。 六、教学案例与评析 细胞呼吸的原理和应用 广州市第四中学 刘媛媛 教学目标的确定 根据普通高中生物学课程标准的内容要求，学生在学完本节课后，能“说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量”。让学生从物质和能量的视角分析呼吸作用的过程，既加深对细胞结构的理解，义对学生后续学习光合作用、生态系统中能量流动与物质循环等知识具有启发作用。学生已经在初中阶段对细胞呼吸中分解有机物、释放能量等知识有初步了解，但本节内容有一定抽象性且具体过程比较复杂，学生需要克服对微观结构认识的困难，结合化学和物理学相关知识，并完成各种观察、实验等探究性学习活动。结合课标要求、教材内容和学生情况，确定如下教学目标。 1.通过设计和实施应用控制变量法探究酵母菌呼吸方式的实验，总结细胞呼吸的类型。 2.通过对有氧呼吸相关实验的资料分析，阐明有氧呼吸过程中物质与能量的变化。 3.通过表格归纳，厘清有氧呼吸与无氧呼吸过程的异同，归纳细胞呼吸的概念，说明细胞呼吸的意义。 4.关注细胞呼吸原理在生产生活实际中的应用。 教学设计思路 本节课的教学设计贯穿着物质与能量观，从燃烧葡萄糖现象引人让学生直观感受剧烈的氧化分解中物质与能量的变化；学生探讨酵母菌细胞呼吸的方式，认识到有氧呼吸和无氧呼吸的条件和产物，为有氧呼吸和无氧呼吸的学习打下基础；通过资料分析，让学生自主构建细胞呼吸的过程、场所、物质变化与能量转化；与燃烧迅速释放能量进行比较，细胞呼吸逐级释放能量以及产生多种代谢产物，让学生从物质和能量的角度更好地理解细胞呼吸的过程与意义。针对本节课学生容易产生“呼吸作用就是分解有机物产生二氧化碳和水”“线粒体分解葡萄糖产生二氧化碳和水”“有氧呼吸与无氧呼吸的产物都不相同”等错误概念，鼓励学生使用表格比较“5W”[who（反应物）、where（场所）、how（过程）、what（产物）、why（意义）]的方式，梳理概念各要素之间的内在联系，加深对概念的理解。此外，细胞呼吸与学生的日常生活联系紧密，通过现象分析、迁移应用，探讨细胞呼吸原理指导生产生活实际，培养学习兴趣、科学思维以及社会责任感。 教学实施的程序
评析 该案例以构建概念和提升学生生物学科素养为目标，营造了探究和合作的氛围，始终贯穿物质与能量变化的生命观念。主要特点如下： 1.创设情境，注重实验过程与概念学习的融合 给予符合教学实际的实验背景，引导学生进行资料分析，在不断探讨中加深认识，主动理解有氧呼吸的场所、过程、物质变化、能量转化以及生理意义，与生物学核心素养生命观念、科学思维、科学探究的要求一致。引导学生通过控制变量法设计对比实验探究酵母菌的呼吸方式，促进学生掌握实验条件的选择、操作、控制及优化；通过分析实验的各种变量，理解实验目的，提高学生的推理能力。 2.通过“5W"有效帮助学生理解细胞呼吸的过程 通过表格比较“5W"[who（反应物）、where（场所）、how（过程）、what（产物）、why（意义）]的方式，梳理概念各要素之间的内在联系，从而引导学生自主构建有氧呼吸和无氧呼吸的概念，加深对细胞呼吸概念的理解，该方式适用于学生学习光合作用、基因的表达等其他生命活动过程。 3.充分运用教材资源，抓好教材的思维训练点 该课例中，引导学生自主阅读教材，归纳、概括无氧呼吸的知识点；充分利用教材“思维训练”、楷体字部分内容，引导学生多角度认识生物学科知识；通过“问题探讨”“思考·讨论”等栏目加强生物学科学习与社会生活的联系，学生在真实的情境中运用知识解决问题，扩大学生的学习视野，促进学生社会责任的养成。 本课例涉及的教学内容较多，借鉴此案例时，需要注意合理分配教学时间，把握好课堂节奏，做到教学环节与形成核心概念之间的紧凑性。 评析人：王建春（广东省广州市白云区教育研究院） 囡波湾生物 扫码查看更多 点击即为支持 觉得不错就给我个"在看"!  |
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