摘 要：本文從中學(xué)生物課程的范疇內(nèi)，以呼吸作用的應(yīng)用入手，探討了呼吸作用在中學(xué)生物中的意義與關(guān)系。先是在中學(xué)生物的范疇內(nèi)對(duì)呼吸作用概念進(jìn)行介紹，對(duì)呼吸作用所涉及的反應(yīng)方程式進(jìn)行介紹。為了提高生物科學(xué)素養(yǎng)，幫助學(xué)生系統(tǒng)全面的了解與呼吸作用有關(guān)的知識(shí)，本文從呼吸作用的類(lèi)型、方程式、特點(diǎn)和意義四個(gè)方面來(lái)闡述什么是呼吸作用。在中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用呼吸作用的相關(guān)原理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)鞏固知識(shí)，提高學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。最后以中學(xué)教材中對(duì)呼吸作用知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容與應(yīng)用作進(jìn)一步系統(tǒng)的分析。

關(guān)鍵詞：呼吸作用；有氧呼吸；無(wú)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(dāng)前的教育形勢(shì)下，培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)尤為重要。就我國(guó)而言，《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》于2003年頒布，本《標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)施反映了新世紀(jì)新形式下我國(guó)的社會(huì)需求，學(xué)生的發(fā)展需要及培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)，也是為了發(fā)展我國(guó)生物科學(xué)研究，也反映了我國(guó)50年來(lái)在生物課程改革中積累的成功經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)研究成果。在《標(biāo)準(zhǔn)》中，主要的設(shè)計(jì)思路為：①課程宗旨——提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)；②充分考慮社會(huì)的需求；③為學(xué)生的擇業(yè)和就業(yè)提供必要的幫助；④反映時(shí)代的特點(diǎn)和生物科學(xué)的進(jìn)步；⑤初中、高中整體設(shè)計(jì)。由此可見(jiàn)，我國(guó)中學(xué)教育對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)越來(lái)越重視。

呼吸作用是我國(guó)中學(xué)生物的重要知識(shí)點(diǎn)之一，呼吸作用是我們學(xué)生在中學(xué)課程的各個(gè)階段都要學(xué)習(xí)的生物知識(shí)，但是呼吸作用的概念較為抽象難懂，整個(gè)反映過(guò)程又分為多個(gè)步驟和階段，所以被認(rèn)為是學(xué)生必備的生物科學(xué)知識(shí)和中學(xué)生物教學(xué)中的重難點(diǎn)。呼吸作用的理解和運(yùn)用是中學(xué)生物教學(xué)要求學(xué)生必須掌握的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)好呼吸作用才能進(jìn)一步理解和學(xué)習(xí)其他生物知識(shí)。本文將以呼吸作用在中學(xué)生物中的應(yīng)用方面進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

概念的界定：

本文會(huì)出現(xiàn)“呼吸作用”、“有氧呼吸”、“無(wú)氧呼吸”等術(shù)語(yǔ)，為了避免不必要的誤解，清楚的敘述本文內(nèi)容，現(xiàn)對(duì)相關(guān)概念進(jìn)行界定。

呼吸作用：是指有機(jī)物在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)過(guò)一系列的氧化分解反應(yīng)，將水和氧氣反應(yīng)生成二氧化碳或其他產(chǎn)物，釋放出能量的同時(shí)生成ATP的過(guò)程。本文采用人教版高中生物必修一《分子與細(xì)胞》中對(duì)呼吸作用的定義。

光合作用：是指綠色植物通過(guò)細(xì)胞內(nèi)的葉綠體吸收利用光能，通過(guò)一系列的生化反應(yīng)把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)能的有機(jī)物，并且釋放出氧氣的過(guò)程。本文采用人教版高中生物必修一《分子與細(xì)胞》中對(duì)光合作用的定義。

有氧呼吸：是指在有氧的條件下，通過(guò)細(xì)胞內(nèi)多種酶的催化作用，徹底氧化分解葡萄糖等有機(jī)物，產(chǎn)生二氧化碳和水，生成大量ATP并放出能量的過(guò)程。本文采用人教版高中生物必修一《分子與細(xì)胞》中對(duì)有氧呼吸的定義。

無(wú)氧呼吸：一般指在沒(méi)有氧的條件下，細(xì)胞把細(xì)胞內(nèi)某些有機(jī)物分解成為不徹底的氧化產(chǎn)物，同時(shí)釋放能量的過(guò)程。本文采用《植物生理學(xué)》中對(duì)無(wú)氧呼吸的定義。

方法：

文獻(xiàn)法：通過(guò)萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、中國(guó)知網(wǎng)、維普中文科技期刊查閱相關(guān)的中文文獻(xiàn)，對(duì)中學(xué)生物教材和所學(xué)有關(guān)書(shū)籍進(jìn)行研讀，了解當(dāng)前對(duì)呼吸作用概念的定義和應(yīng)用。

一、什么是呼吸作用？

1.呼吸作用的類(lèi)型

在中學(xué)生物范疇中，呼吸作用也稱(chēng)作細(xì)胞呼吸，因?yàn)楹粑饔檬窃诩?xì)胞內(nèi)進(jìn)行的。通過(guò)科學(xué)家進(jìn)行的大量實(shí)驗(yàn)我們現(xiàn)在可以得出結(jié)論，細(xì)胞呼吸分為兩種類(lèi)型，分別為有氧呼吸類(lèi)型和無(wú)氧呼吸類(lèi)型。

有氧呼吸可分為三個(gè)遞進(jìn)的階段，在不同階段的細(xì)胞場(chǎng)所、反應(yīng)生成的產(chǎn)物和釋放的能量不同，有氧呼吸的第一個(gè)反應(yīng)階段是在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中進(jìn)行的，其主要的呼吸參與物質(zhì)為葡萄糖，分解產(chǎn)生丙酮酸，這一階段的呼吸釋放能量較少。第二反應(yīng)階段的反應(yīng)場(chǎng)所是在線粒體基質(zhì)中，其參與反應(yīng)的物質(zhì)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(yīng)階段是在細(xì)胞的線粒體內(nèi)膜上進(jìn)行的，[H]和氧氣作為反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)，最終產(chǎn)物為水，這一反應(yīng)階段會(huì)釋放大量的能量。

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

2.呼吸作用的方程式

3.呼吸作用的特點(diǎn)

（1）呼吸作用是細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，反應(yīng)過(guò)程中生成多種中間產(chǎn)物，反應(yīng)復(fù)雜，通過(guò)多個(gè)途徑、多個(gè)步驟進(jìn)行反應(yīng)。

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

（3）呼吸作用中有機(jī)物能量利用率高，因?yàn)楹粑饔梅譃閹讉€(gè)階段逐步進(jìn)行，能量的釋放也是逐步的。

（4）呼吸作用中有機(jī)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(jīng)過(guò)科學(xué)家的界定，呼吸作用的特點(diǎn)也可以等同于生物氧化的特點(diǎn)。

4.呼吸作用的意義

在中學(xué)生物的學(xué)習(xí)中，呼吸作用的意義主要有：為生物的生命活動(dòng)提供所需要的能量，幫助機(jī)體進(jìn)行生長(zhǎng)代謝；而呼吸作用的中間產(chǎn)物作為合成其他物質(zhì)的原料；為生物體內(nèi)新陳代謝的還原過(guò)程提供還原力；顯著提高植物體的抗性。

二、呼吸作用應(yīng)用于中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)

在高中生物教材中，我們會(huì)在探究活動(dòng)中設(shè)置有氧條件和無(wú)氧條件，運(yùn)用對(duì)比實(shí)驗(yàn)，探究微生物在不同氧氣條件下細(xì)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(biāo)號(hào)甲、乙，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并要求學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)并將下表補(bǔ)充完整：

在28℃恒溫的條件下安置甲、乙裝置，然后將甲、乙兩個(gè)裝置放在不同的氧氣濃度下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（注意：實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要保證微生物的活性，前三組實(shí)驗(yàn)所用的微生物種類(lèi)相同，第四組實(shí)驗(yàn)的微生物是乳酸）步驟完成后一個(gè)小時(shí)后讀數(shù)。補(bǔ)充下表：

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們應(yīng)該注意：為了使得測(cè)定結(jié)果更準(zhǔn)確，應(yīng)該設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)應(yīng)將所測(cè)生物滅活，其他處理與實(shí)驗(yàn)組相同。

學(xué)生在學(xué)習(xí)呼吸作用實(shí)驗(yàn)時(shí)很容易能生成呼吸作用的概念，實(shí)驗(yàn)課的目的主要是通過(guò)讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)探究，實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)，才能對(duì)所學(xué)的內(nèi)容有直觀和正確的理解。自己動(dòng)手也鍛煉了學(xué)生的操作能力和思維能力，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，熟練掌握學(xué)習(xí)知識(shí)的方法，培養(yǎng)全面發(fā)展的學(xué)生。

三、呼吸作用在中學(xué)教材中的主要內(nèi)容及應(yīng)用

一切生活細(xì)胞所共有的生命活動(dòng)和能量來(lái)源都離不開(kāi)呼吸作用，植物體新陳代謝也少不了呼吸，細(xì)胞呼吸對(duì)植物的全部生理活動(dòng)過(guò)程都起到至關(guān)重要的作用。根據(jù)中學(xué)課程所學(xué)的呼吸作用的內(nèi)容，我們可以把呼吸作用分成4部分講解：①呼吸基質(zhì)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)。下面將對(duì)呼吸作用的4個(gè)部分進(jìn)行分析和闡述。

（1）呼吸基質(zhì)降解途徑。中學(xué)生物只是簡(jiǎn)單的把呼吸作用分為有氧呼吸和無(wú)氧呼吸以及結(jié)論。我們都知道在通常情況下，沒(méi)有了氧氣我們就無(wú)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(jìn)行無(wú)氧呼吸暫時(shí)生存在我們教學(xué)時(shí)可以將其細(xì)分為：糖酵解過(guò)程、乙醛酸循環(huán)過(guò)程、戊糖磷酸途徑、三羧酸循環(huán)過(guò)程、光呼吸過(guò)程。只有從根本了解了呼吸基質(zhì)的降解途徑，才能講好呼吸作用的相關(guān)知識(shí)。在大學(xué)課程里，糖酵解過(guò)程和三羧酸循環(huán)過(guò)程在生化課中老師會(huì)詳細(xì)的講解，戊糖磷酸途徑也進(jìn)行了一般介紹，對(duì)于乙醛酸循環(huán)和光呼吸過(guò)程，一般是不介紹或簡(jiǎn)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(wú)氧呼吸的兩階段。

（2）呼吸作用方程式。通過(guò)科學(xué)家進(jìn)行的大量實(shí)驗(yàn)我們可以得出，細(xì)胞呼吸可以簡(jiǎn)單的分為兩種類(lèi)型，即有氧呼吸類(lèi)型和無(wú)氧呼吸兩種類(lèi)型。有氧呼吸和無(wú)氧呼吸的化學(xué)反應(yīng)方程式是本知識(shí)點(diǎn)的重點(diǎn)，其化學(xué)反應(yīng)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(qiáng)度、溫度、氧、細(xì)胞原生質(zhì)的充水程度和二氧化碳。環(huán)境在多個(gè)方面持續(xù)影響著呼吸作用的強(qiáng)度，而植物本身的性質(zhì)和特點(diǎn)也影響著呼吸作用。地球上的植物種類(lèi)繁多，其中種類(lèi)不同的植物有著不同的呼吸強(qiáng)度；甚至同一植物或者是同一器官的不同階段時(shí)期，其呼吸強(qiáng)度也隨著階段的改變而變化。溫度對(duì)呼吸作用的影響十分強(qiáng)烈，過(guò)高的溫度和過(guò)低的溫度都會(huì)影響植物的呼吸，植物呼吸有3個(gè)溫度點(diǎn)需要注意：最高點(diǎn)、最低點(diǎn)和最適點(diǎn)，這三點(diǎn)被稱(chēng)為植物呼吸作用的溫度三基點(diǎn)，一般教材中會(huì)有圖表的形式形象的展示。溫度可以通過(guò)影響呼吸酶的活性來(lái)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(nèi)，呼吸作用強(qiáng)度會(huì)不會(huì)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(qiáng)度越高。氧是呼吸作用過(guò)程中參與反應(yīng)有機(jī)物氧化分解的必要條件，沒(méi)有氧氣就沒(méi)有呼吸作用。在氧氣充足的情況下，細(xì)胞的無(wú)氧呼吸往往會(huì)受到抑制。所以在一定的范圍內(nèi)，細(xì)胞有氧呼吸的強(qiáng)度會(huì)隨著氧氣濃度升高而升高，有氧呼吸增強(qiáng)就會(huì)抑制無(wú)氧呼吸。影響呼吸作用的敏感因素還有氧氣的濃度變化，當(dāng)氧的濃度逐漸升高時(shí)，細(xì)胞的有氧呼吸增高，而無(wú)氧呼吸釋放的二氧化碳迅速下降；當(dāng)氧的濃度上升到某個(gè)點(diǎn)時(shí)，無(wú)氧呼吸終止。原生質(zhì)膠體水分的飽和程度也強(qiáng)烈影響著呼吸作用的強(qiáng)度，對(duì)于絕大多數(shù)的植物種子，它們的水分飽和程度越高，它們的呼吸強(qiáng)度就越高。還有就是二氧化碳濃度對(duì)呼吸作用的影響，增加二氧化碳的濃度可以明顯的抑制細(xì)胞呼吸。在教學(xué)過(guò)程中，要以生活中各種鮮活的例子幫助學(xué)生理解這個(gè)重要知識(shí)，讓學(xué)生熟練掌握影響因素的作用機(jī)理。不是灌輸式的教學(xué)。

（4）呼吸作用與生活生產(chǎn)。我們?cè)诮虒W(xué)中傳授生物科學(xué)知識(shí)，讓學(xué)生掌握相關(guān)的技能認(rèn)識(shí)，主要目的還是要將知識(shí)運(yùn)用到生活生產(chǎn)中。我們醫(yī)院里消毒過(guò)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?yàn)閭谟霞?xì)胞需要呼吸；在家養(yǎng)的花草長(zhǎng)時(shí)間不打理，花盆里的土壤板結(jié)后，不透氣就會(huì)導(dǎo)致土壤里缺氧影響植物的根系細(xì)胞的呼吸，從而影響植物的生長(zhǎng)，需要及時(shí)的松土透氣；在生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)食醋和味精。在我們平時(shí)的糧食儲(chǔ)藏中，也要降低呼吸速率，確保儲(chǔ)糧安全；對(duì)于果蔬儲(chǔ)藏，我們根據(jù)氧對(duì)呼吸作用影響的原理，降低氧的濃度，一般是降到無(wú)氧呼吸的消失點(diǎn)。在水果和蔬菜的保鮮中，我們也常常通過(guò)控制呼吸作用來(lái)降低它們的代謝強(qiáng)度。

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作者簡(jiǎn)介：

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

《中小企業(yè)管理與科技》征稿審查表（編號(hào)：17____）

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

審查單位：河北省中小企業(yè)服務(wù)服務(wù)中心、藍(lán)石咨詢(xún)

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