师：同学们，大家好。这节课我们来复习ATP的主要来源——细胞呼吸。细胞呼吸在有氧和无氧条件下都能进行吗？有氧和无氧条件下细胞呼吸的产物一样吗？我们以酵母菌为例来探究细胞呼吸的方式。酵母菌是单细胞真核生物，在有氧和无氧条件下都能存活，属于兼性厌氧菌，适合用来研究细胞呼吸的不同方式。那么，酵母菌细胞呼吸产生的酒精，是在有氧还是无氧条件下产生的呢？产生的二氧化碳又是在有氧还是无氧条件下产生的呢？我们先来看这个实验。

　　探究酵母菌细胞呼吸的方式，材料用具包括：新鲜的食用酵母菌、质量分数为5%的葡萄糖溶液、质量分数为10%的氢氧化钠溶液、酸性重铬酸钾溶液、澄清石灰水、气泵、锥形瓶、玻璃导管、烧杯、试管架、试管、滴管。

　　取20克新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A和锥形瓶B中，再分别向瓶中注入240毫升质量分数为5%的葡萄糖溶液并混匀。将锥形瓶A与盛有质量分数为10%氢氧化钠溶液和盛有澄清石灰水的锥形瓶相连接；锥形瓶B封口，将A组装置连通气泵持续通气，锥形瓶B放置一段时间后连通盛有澄清石灰水的锥形瓶。把两组实验装置放到25 - 35摄氏度的环境中培养，观察两个装置内澄清石灰水的浑浊程度。

　　一段时间后，观察到装置A比装置B中澄清石灰水的浑浊程度大，说明锥形瓶A中产生了大量的二氧化碳，锥形瓶B中产生了少量的二氧化碳。从A、B两个锥形瓶中各取2毫升酵母菌培养液的滤液，分别注入两支干净的试管中，向试管中分别滴加0.5毫升酸性重铬酸钾溶液，并轻轻振荡，使它们混合均匀，观察试管中溶液颜色的变化。观察到A组溶液无明显变化，B组溶液由橙色变为灰绿色。

　　实验原理：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。

　　实验结论：通过实验可知，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；在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精和少量的二氧化碳。

　　师：通过刚才的实验，大家清楚了酵母菌产生酒精是在无氧条件下，而产生二氧化碳在有氧和无氧条件下都可以。那在整个实验过程中，我们是怎样保证酵母菌正常生活的呢？无论是A组还是B组实验，都有酵母菌培养液，里面加入的是5%的葡萄糖溶液。为检测二氧化碳产生，两组后面都连接了澄清石灰水。那我们是怎样控制两组实验的有氧和无氧条件呢？

　　生：A组前面加一个气泵，不断通入气体；B组封闭一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶。

　　师：那B瓶为什么要封口放置一段时间后，再连接澄清石灰水的锥形瓶呢？

　　生：为了让B瓶消耗掉上面一段的空气，把有氧呼吸产生的二氧化碳先排放到空气中，然后再连接澄清石灰水，就能保证通入澄清石灰水的气体是由酵母菌无氧呼吸产生的。

　　师：非常好。我们看到A装置并没有把气泵直接连在酵母菌培养液上，而是加了一个质量分数为10%的氢氧化钠溶液，加这个氢氧化钠溶液的目的是什么呢？

　　生：吸收空气中的二氧化碳，保证通入A组装置实验的澄清石灰水的二氧化碳是由酵母菌细胞呼吸产生的。

　　师：没错。整个实验过程中，我们用澄清石灰水鉴定有无二氧化碳产生，其实除了澄清石灰水，溴麝香草酚蓝水溶液也可用来鉴定。那如何比较二氧化碳产生的多少呢？两组装置一开始都连了澄清石灰水，反应一段时间后，发现A组有氧呼吸实验的澄清石灰水浑浊程度比无氧呼吸的要强，说明有氧呼吸产生的二氧化碳更多。溴麝香草酚蓝水溶液遇到二氧化碳会由蓝变绿再变黄，我们可以根据变色时间来判断二氧化碳的多少。怎样鉴定有无酒精产生呢？

　　生：用酸性的重铬酸钾溶液。滴入有氧装置的酵母菌滤液中不变灰绿色，滴入无氧装置的酵母菌滤液中由橙色变成灰绿色，说明无氧呼吸产生了酒精。

　　师：像上述这样设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析来探究某种因素与实验对象关系的实验，叫做对比实验，这也是科学探究中常用的方法之一。细胞呼吸在有氧和无氧条件下都能进行，所以分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型，有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式，它的过程是怎样的呢？我们来看一个视频。

　　（播放视频）

　　师：刚才视频清晰讲解了有氧呼吸的过程，我们再回顾一下。有氧呼吸第一阶段发生在细胞质基质中，以葡萄糖为分解底物的话，第一阶段是葡萄糖在酶的催化下分解成2分子丙酮酸、还原氢，并释放少量能量，这一步也叫糖酵解，由十步小的化学反应组成。无氧呼吸的第一阶段与有氧呼吸第一阶段完全相同，即葡萄糖在细胞内先被酵解成2分子丙酮酸和少量还原氢，释放少量能量。如果细胞内有氧气，2分子丙酮酸就会进入线粒体进行下一步分解，2分子丙酮酸和水分子在酶的催化下生成二氧化碳、还原氢以及少量能量。有氧呼吸释放的二氧化碳在第二阶段生成，那么有氧呼吸需要的氧气在第几阶段参与反应呢？

　　生：第三阶段。

　　师：对，氧气与前两阶段的还原氢在酶的催化下生成水，并释放大量能量，这个阶段在线粒体内膜上完成。如果把分阶段反应写成一个总反应式，应该是1摩尔葡萄糖需要6摩尔水和6摩尔氧气进行氧化分解，在酶的催化下生成6个二氧化碳和12分子水，并释放能量。有氧呼吸过程中产生的水中的氧来自哪里呢？

　　生：氧气。

　　师：没错，氧气中的氧全部到了水分子中。那二氧化碳中的氧来自哪里呢？

　　生：葡萄糖和反应物水中的氧。

　　师：很好。有氧呼吸释放大量能量，1摩尔葡萄糖氧化分解，释放出2870千焦的能量，其中977.28千焦左右转移到ATP中，用于各项生命活动，所以说细胞呼吸是ATP的主要来源。其余的能量呢？

　　生：以热能形式散失，用来维持体温恒定。

　　师：什么叫有氧呼吸？我们来下个定义。有氧呼吸是指细胞在有氧气参与下，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，生成大量ATP的过程。为什么叫彻底氧化分解呢？

　　生：因为物质变化是从有机物变成无机物，能量变化是葡萄糖中的能量逐步转移到ATP中，其余以热能形式散失。

　　师：非常好。如果没有氧气，经过第一阶段分解后，丙酮酸只能留在细胞质基质中被生成的还原氢还原。我们来看无氧呼吸的过程，无氧呼吸第一阶段与有氧呼吸完全相同，第二阶段丙酮酸被还原氢还原，场所依然在细胞质基质中。由于不同细胞的酶系不一样，丙酮酸被还原可能生成乳酸，也可能生成酒精和二氧化碳。在高等动物细胞、乳酸菌细胞，以及高等植物的某些器官，如马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚中，丙酮酸会被还原生成乳酸；在大多数植物细胞，如苹果储存久了有酒味、高等植物被水淹会产生酒精，还有酵母菌细胞内，丙酮酸会被还原生成酒精和二氧化碳，生成酒精的同时一定会生成二氧化碳。所以无氧呼吸有两种类型，不管哪种类型，第一阶段都与有氧呼吸一样，首先葡萄糖被酵解成丙酮酸和还原氢，这一步释放少量能量，能量一部分转移到ATP里，一部分以热能形式散失。在不同酶的催化下，丙酮酸和还原氢在细胞质基质中可能生成酒精和二氧化碳，也可能生成乳酸。写成总反应方程式的话，有两种类型：葡萄糖在酶的催化下生成2分子乳酸和少量能量；葡萄糖在酶的催化下生成2分子酒精、2分子二氧化碳和少量能量。这里可以看到，无氧呼吸只有第一阶段产生少量能量，第二阶段没有能量产生。所以无氧呼吸是指细胞在无氧条件下，通过多种酶的催化，把糖类等有机物进行不彻底的氧化分解，产物是二氧化碳和酒精，或者是乳酸，同时释放能量生成少量ATP的过程。