呼吸作用在中學生物中的應用

摘 要：本文從中學生物課程的范疇內，以呼吸作用的應用入手，探討了呼吸作用在中學生物中的意義與關系。先是在中學生物的范疇內對呼吸作用概念進行介紹，對呼吸作用所涉及的反應方程式進行介紹。為了提高生物科學素養(yǎng)，幫助學生系統(tǒng)全面的了解與呼吸作用有關的知識，本文從呼吸作用的類型、方程式、特點和意義四個方面來闡述什么是呼吸作用。在中學生物實驗中運用呼吸作用的相關原理進行實驗鞏固知識，提高學生的創(chuàng)造性思維能力。最后以中學教材中對呼吸作用知識點的內容與應用作進一步系統(tǒng)的分析。

關鍵詞：呼吸作用；有氧呼吸；無氧呼吸

Abstract：This paper starts with the application of respiration and discusses the significance and the relationship of respiration in middle school biology，which is based on the category of the biology course of middle school.First，the concept of respiration and the reaction equation involved are introduced in this paper.In order to help students learn knowledge about respiration more systematically and comprehensively and improve the science of biology，this article describes respiration from four aspects，the type，the equation，the characteristic and the significance.The principle of respiration can help students consolidate knowledge and improve studentscreative thinking ability in the biological experiment in middle school is discussed.Finally，a further systematic analysis of the contents and applications of the knowledge points in the middle school textbooks is applied.

Key words：respiratory action，aerobic respiration，anaerobic respiration

選題意義：

在當前的教育形勢下，培養(yǎng)學生的生物科學素養(yǎng)尤為重要。就我國而言，《普通高中生物課程標準》于2003年頒布，本《標準》的實施反映了新世紀新形式下我國的社會需求，學生的發(fā)展需要及培養(yǎng)學生的生物科學素養(yǎng)，也是為了發(fā)展我國生物科學研究，也反映了我國50年來在生物課程改革中積累的成功經驗及相關研究成果。在《標準》中，主要的設計思路為：①課程宗旨——提高學生的生物科學素養(yǎng)；②充分考慮社會的需求；③為學生的擇業(yè)和就業(yè)提供必要的幫助；④反映時代的特點和生物科學的進步；⑤初中、高中整體設計。由此可見，我國中學教育對培養(yǎng)學生的生物科學素養(yǎng)越來越重視。

呼吸作用是我國中學生物的重要知識點之一，呼吸作用是我們學生在中學課程的各個階段都要學習的生物知識，但是呼吸作用的概念較為抽象難懂，整個反映過程又分為多個步驟和階段，所以被認為是學生必備的生物科學知識和中學生物教學中的重難點。呼吸作用的理解和運用是中學生物教學要求學生必須掌握的知識點，學好呼吸作用才能進一步理解和學習其他生物知識。本文將以呼吸作用在中學生物中的應用方面進行簡要分析。

概念的界定：

本文會出現“呼吸作用”、“有氧呼吸”、“無氧呼吸”等術語，為了避免不必要的誤解，清楚的敘述本文內容，現對相關概念進行界定。

呼吸作用：是指有機物在細胞內經過一系列的氧化分解反應，將水和氧氣反應生成二氧化碳或其他產物，釋放出能量的同時生成ATP的過程。本文采用人教版高中生物必修一《分子與細胞》中對呼吸作用的定義。

光合作用：是指綠色植物通過細胞內的葉綠體吸收利用光能，通過一系列的生化反應把二氧化碳和水轉化成儲能的有機物，并且釋放出氧氣的過程。本文采用人教版高中生物必修一《分子與細胞》中對光合作用的定義。

有氧呼吸：是指在有氧的條件下，通過細胞內多種酶的催化作用，徹底氧化分解葡萄糖等有機物，產生二氧化碳和水，生成大量ATP并放出能量的過程。本文采用人教版高中生物必修一《分子與細胞》中對有氧呼吸的定義。

無氧呼吸：一般指在沒有氧的條件下，細胞把細胞內某些有機物分解成為不徹底的氧化產物，同時釋放能量的過程。本文采用《植物生理學》中對無氧呼吸的定義。

方法：

文獻法：通過萬方數據庫系統(tǒng)、中國知網、維普中文科技期刊查閱相關的中文文獻，對中學生物教材和所學有關書籍進行研讀，了解當前對呼吸作用概念的定義和應用。

一、什么是呼吸作用？

1.呼吸作用的類型

在中學生物范疇中，呼吸作用也稱作細胞呼吸，因為呼吸作用是在細胞內進行的。通過科學家進行的大量實驗我們現在可以得出結論，細胞呼吸分為兩種類型，分別為有氧呼吸類型和無氧呼吸類型。

有氧呼吸可分為三個遞進的階段，在不同階段的細胞場所、反應生成的產物和釋放的能量不同，有氧呼吸的第一個反應階段是在細胞質基質中進行的，其主要的呼吸參與物質為葡萄糖，分解產生丙酮酸，這一階段的呼吸釋放能量較少。第二反應階段的反應場所是在線粒體基質中，其參與反應的物質主要是丙酮酸和水，釋放出大量的二氧化碳，并伴隨著少量的能量。有氧呼吸的第三反應階段是在細胞的線粒體內膜上進行的，[H]和氧氣作為反應物發(fā)生反應，最終產物為水，這一反應階段會釋放大量的能量。

無氧呼吸和有氧呼吸的反應階段不同，無氧呼吸的第一個階段和有氧呼吸的第一階段完全相同，反應過程中1摩爾的葡萄糖在細胞內酶的作用下分解為2摩爾的丙酮酸，這一過程釋放[H]和能量。兩種呼吸方式反應階段的不同之處在于無氧呼吸的第二階段，丙酮酸可以直接轉化為酒精和二氧化碳或者直接轉化為乳酸。

2.呼吸作用的方程式

3.呼吸作用的特點

（1）呼吸作用是細胞內的化學反應過程，反應過程中生成多種中間產物，反應復雜，通過多個途徑、多個步驟進行反應。

（2）呼吸作用的正常進行離不開各種酶的作用，在常溫常壓的條件下進行的氧化還原反應。

（3）呼吸作用中有機物能量利用率高，因為呼吸作用分為幾個階段逐步進行，能量的釋放也是逐步的。

（4）呼吸作用中有機物不是被氧直接氧化，而是脫氫氧化，脫下的氫再傳給氧形成水。

經過科學家的界定，呼吸作用的特點也可以等同于生物氧化的特點。

4.呼吸作用的意義

在中學生物的學習中，呼吸作用的意義主要有：為生物的生命活動提供所需要的能量，幫助機體進行生長代謝；而呼吸作用的中間產物作為合成其他物質的原料；為生物體內新陳代謝的還原過程提供還原力；顯著提高植物體的抗性。

二、呼吸作用應用于中學生物實驗

在高中生物教材中，我們會在探究活動中設置有氧條件和無氧條件，運用對比實驗，探究微生物在不同氧氣條件下細胞呼吸的方式。我們利用下列裝置探究微生物的呼吸作用方式。

利用以上兩套密閉裝置，我們分別標號甲、乙，設計實驗，并要求學生自主實驗并將下表補充完整：

在28℃恒溫的條件下安置甲、乙裝置，然后將甲、乙兩個裝置放在不同的氧氣濃度下進行實驗（注意：實驗過程中要保證微生物的活性，前三組實驗所用的微生物種類相同，第四組實驗的微生物是乳酸）步驟完成后一個小時后讀數。補充下表：

在進行實驗時，我們應該注意：為了使得測定結果更準確，應該設置對照實驗應將所測生物滅活，其他處理與實驗組相同。

學生在學習呼吸作用實驗時很容易能生成呼吸作用的概念，實驗課的目的主要是通過讓學生參與實驗的設計探究，實際操作實驗，才能對所學的內容有直觀和正確的理解。自己動手也鍛煉了學生的操作能力和思維能力，有利于提高學生的學習興趣，熟練掌握學習知識的方法，培養(yǎng)全面發(fā)展的學生。

三、呼吸作用在中學教材中的主要內容及應用

一切生活細胞所共有的生命活動和能量來源都離不開呼吸作用，植物體新陳代謝也少不了呼吸，細胞呼吸對植物的全部生理活動過程都起到至關重要的作用。根據中學課程所學的呼吸作用的內容，我們可以把呼吸作用分成4部分講解：①呼吸基質降解途徑；②呼吸作用方程式；③影響呼吸作用的因素；④呼吸作用和農業(yè)生產。下面將對呼吸作用的4個部分進行分析和闡述。

（1）呼吸基質降解途徑。中學生物只是簡單的把呼吸作用分為有氧呼吸和無氧呼吸以及結論。我們都知道在通常情況下，沒有了氧氣我們就無法呼吸，所以呼吸作用都是有氧氣的參加，但是植物在缺氧的情況下，可以進行無氧呼吸暫時生存在我們教學時可以將其細分為：糖酵解過程、乙醛酸循環(huán)過程、戊糖磷酸途徑、三羧酸循環(huán)過程、光呼吸過程。只有從根本了解了呼吸基質的降解途徑，才能講好呼吸作用的相關知識。在大學課程里，糖酵解過程和三羧酸循環(huán)過程在生化課中老師會詳細的講解，戊糖磷酸途徑也進行了一般介紹，對于乙醛酸循環(huán)和光呼吸過程，一般是不介紹或簡要介紹。熟悉了解了這些途徑后，我們就可以系統(tǒng)的講解有氧呼吸的三階段與無氧呼吸的兩階段。

（2）呼吸作用方程式。通過科學家進行的大量實驗我們可以得出，細胞呼吸可以簡單的分為兩種類型，即有氧呼吸類型和無氧呼吸兩種類型。有氧呼吸和無氧呼吸的化學反應方程式是本知識點的重點，其化學反應方程式為：

（3）影響呼吸作用的因素。影響植物呼吸作用的的幾種重要因素分別為呼吸作用的強度、溫度、氧、細胞原生質的充水程度和二氧化碳。環(huán)境在多個方面持續(xù)影響著呼吸作用的強度，而植物本身的性質和特點也影響著呼吸作用。地球上的植物種類繁多，其中種類不同的植物有著不同的呼吸強度；甚至同一植物或者是同一器官的不同階段時期，其呼吸強度也隨著階段的改變而變化。溫度對呼吸作用的影響十分強烈，過高的溫度和過低的溫度都會影響植物的呼吸，植物呼吸有3個溫度點需要注意：最高點、最低點和最適點，這三點被稱為植物呼吸作用的溫度三基點，一般教材中會有圖表的形式形象的展示。溫度可以通過影響呼吸酶的活性來間接的影響呼吸作用。在合適的條件下，在一定的溫度范圍內，呼吸作用強度會不會隨著溫度的變化而變化呢？答案是肯定的，溫度越高呼吸作用強度越高。氧是呼吸作用過程中參與反應有機物氧化分解的必要條件，沒有氧氣就沒有呼吸作用。在氧氣充足的情況下，細胞的無氧呼吸往往會受到抑制。所以在一定的范圍內，細胞有氧呼吸的強度會隨著氧氣濃度升高而升高，有氧呼吸增強就會抑制無氧呼吸。影響呼吸作用的敏感因素還有氧氣的濃度變化，當氧的濃度逐漸升高時，細胞的有氧呼吸增高，而無氧呼吸釋放的二氧化碳迅速下降；當氧的濃度上升到某個點時，無氧呼吸終止。原生質膠體水分的飽和程度也強烈影響著呼吸作用的強度，對于絕大多數的植物種子，它們的水分飽和程度越高，它們的呼吸強度就越高。還有就是二氧化碳濃度對呼吸作用的影響，增加二氧化碳的濃度可以明顯的抑制細胞呼吸。在教學過程中，要以生活中各種鮮活的例子幫助學生理解這個重要知識，讓學生熟練掌握影響因素的作用機理。不是灌輸式的教學。

（4）呼吸作用與生活生產。我們在教學中傳授生物科學知識，讓學生掌握相關的技能認識，主要目的還是要將知識運用到生活生產中。我們醫(yī)院里消毒過的透氣紗布或者是松軟透氣“創(chuàng)可貼”等醫(yī)用品可以幫助我們的傷口痊愈，就是因為傷口愈合細胞需要呼吸；在家養(yǎng)的花草長時間不打理，花盆里的土壤板結后，不透氣就會導致土壤里缺氧影響植物的根系細胞的呼吸，從而影響植物的生長，需要及時的松土透氣；在生產中，我們可以利用各種糧食和微生物等，在控制通氣的條件下，讓原料發(fā)酵生產各種各樣的酒；也可以利用淀粉、醋酸桿菌或谷氨酸棒狀桿菌等，在控制通氣的條件下生產食醋和味精。在我們平時的糧食儲藏中，也要降低呼吸速率，確保儲糧安全；對于果蔬儲藏，我們根據氧對呼吸作用影響的原理，降低氧的濃度，一般是降到無氧呼吸的消失點。在水果和蔬菜的保鮮中，我們也常常通過控制呼吸作用來降低它們的代謝強度。

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作者簡介：

張駿（1994.07—），四川西昌人，大學本科畢業(yè)生，研究方向：中學生物教學。

《中小企業(yè)管理與科技》征稿審查表（編號：17____）

擬刊期號： 2017 第____期總第____期 送審人及送稿日期：2017.5.26

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