乙醇發(fā)酵實(shí)驗(yàn)幾種改進(jìn)方式的比較分析

趙廣英

(浙江省嘉興市海鹽高級(jí)中學(xué) 314300)

乙醇發(fā)酵實(shí)驗(yàn)是浙科版教材必修一《分子與細(xì)胞》中的一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)。原實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足之處表現(xiàn)在：①該實(shí)驗(yàn)在學(xué)生初中階段已經(jīng)定性研究過(guò)，故高中應(yīng)增加定量研究，研究酵母菌厭氧呼吸產(chǎn)生多少二氧化碳；②為防止氣壓、溫度等物理膨脹因素所引起的誤差，實(shí)驗(yàn)應(yīng)設(shè)置對(duì)照組；③實(shí)驗(yàn)裝置較復(fù)雜，不便移動(dòng)，不利于實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展。

本文針對(duì)上述不足之處提出改進(jìn)方案，并在教學(xué)實(shí)踐中師生共同探索出3種實(shí)驗(yàn)方法，既彌補(bǔ)教材中實(shí)驗(yàn)的不足，又培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

1 吹氣球法

(1)取兩個(gè)大小相同的錐形瓶，分別標(biāo)上實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。

(2)將含3 g葡萄糖和3 g安琪酵母的混合液100 mL倒入實(shí)驗(yàn)組的錐形瓶?jī)?nèi)，攪拌均勻，用植物油密封；將3 g安琪酵母加到100 mL清水中，攪拌均勻后倒入對(duì)照組的錐形瓶?jī)?nèi)，用植物油密封。然后，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的錐形瓶口都套上擠癟的紅氣球，并用膠帶紙封牢，放到30℃的恒溫水浴鍋中。

(3)前兩個(gè)步驟要在課前1 h準(zhǔn)備，在課堂上師生一起觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?？煽吹綄?shí)驗(yàn)組的氣球慢慢膨脹變大，而對(duì)照組的氣球略有膨脹。將氣球內(nèi)的氣體都通入到澄清的石灰水中進(jìn)行檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)組澄清的石灰水迅速變渾濁；而對(duì)照組澄清的石灰水在2 min左右才稍變渾濁。把氣球從錐形瓶口拿下來(lái)時(shí)，兩組都能聞到酒味，實(shí)驗(yàn)組比對(duì)照組酒味更濃。

(4)通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生可得出結(jié)論：實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組酵母菌都進(jìn)行了乙醇發(fā)酵，生成二氧化碳和酒精，只是對(duì)照組的發(fā)酵比較微弱。學(xué)生在得出結(jié)論的同時(shí)提出一個(gè)疑問(wèn)：對(duì)照組僅有酵母沒(méi)有糖怎么會(huì)發(fā)酵？經(jīng)過(guò)查閱文獻(xiàn)得知：因安琪酵母中含有食品添加劑，所以也會(huì)有少量碳源等營(yíng)養(yǎng)，也能引起微量的酒精發(fā)酵。

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀明顯。學(xué)生對(duì)此種實(shí)驗(yàn)方法很感興趣，并在課后主動(dòng)進(jìn)行與乙醇發(fā)酵相關(guān)的探究實(shí)驗(yàn)。

2 注射器法

(1)取兩支普通大試管，分別標(biāo)上實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組。準(zhǔn)備兩個(gè)與試管匹配的膠塞，膠塞上插入30 mL注射器。(注射器的針頭必須穿過(guò)膠塞，保持暢通)

(2)將含0.1 g葡萄糖和1 g安琪酵母的混合液30 mL倒入實(shí)驗(yàn)組的試管內(nèi)，攪拌均勻，用植物油密封；將1 g安琪酵母加到30 mL清水中，攪拌均勻后倒入對(duì)照組的試管內(nèi)，用植物油密封。然后實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的試管都套上帶注射器的膠塞，放到30℃的恒溫水浴鍋中。

(3)前兩個(gè)步驟要在課前1 h準(zhǔn)備，在課堂上師生一起觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。可看到兩組注射器的推桿都緩慢向上移動(dòng)，當(dāng)推桿不再移動(dòng)時(shí)，記錄注射器內(nèi)氣體的體積。實(shí)驗(yàn)組氣體28 mL，對(duì)照組6 mL。

(4)將注射器內(nèi)氣體注射到澄清的石灰水中，實(shí)驗(yàn)組澄清的石灰水會(huì)較快地變混濁，而對(duì)照組變渾濁的速度較緩慢。打開(kāi)膠塞，都能聞到一股酒味，實(shí)驗(yàn)組酒味較濃，對(duì)照組酒味較淡。此時(shí),可讓學(xué)生總結(jié)對(duì)照組推桿上升的原因(上升是因?yàn)榘l(fā)酵和物理因素兩個(gè)方面)。

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，現(xiàn)象直觀明顯，而且可測(cè)定二氧化碳的產(chǎn)生量。但注射器的體積有限，定量研究的范圍也較小。

3 傳感器法

(1)將二氧化碳傳感器(或壓強(qiáng)傳感器)軟管部分與單孔橡皮塞相連接，連接處要保持密封。

(2)將實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的普通大試管固定在30℃的水浴鍋中，然后向?qū)嶒?yàn)組大試管中加入0.2 g葡萄糖和1 g安琪酵母的混合液30 mL，攪拌均勻，用植物油密封，再套上帶有傳感器的橡皮塞。向?qū)φ战M大試管中加入等量的安琪酵母和清水30 mL，攪拌均勻，用植物油密封，套上帶有傳感器的橡皮塞。電腦上顯示實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組起始?jí)簭?qiáng)相等。

(3)前兩個(gè)步驟要在課前1 h準(zhǔn)備，在課堂上師生一起觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可看到兩組試管的壓強(qiáng)都在增加，大約20 min后壓強(qiáng)不再變化。利用傳感器可知發(fā)酵產(chǎn)生的氣體壓強(qiáng)，通過(guò)克拉伯龍方程(PV=nRT)可以換算出氣體的摩爾數(shù)[實(shí)驗(yàn)組產(chǎn)生(166×10-5) mol二氧化碳]。

(4)利用傳感器進(jìn)行定量研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加精確，研究范圍較寬泛。該實(shí)驗(yàn)最好是用二氧化碳傳感器，可直接測(cè)量出二氧化碳的量。如果沒(méi)有二氧化碳傳感器，也可用壓強(qiáng)傳感器代替，但要多一個(gè)計(jì)算的過(guò)程。

4 比較分析

本文對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3種不同改進(jìn)的方式，都具有以下的共同點(diǎn)：都設(shè)置了對(duì)照組；實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單且可移動(dòng)；選用氣球、注射器和傳感器都方便學(xué)生觀察。同時(shí)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)又有各自的特點(diǎn)：①吹氣球法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果不僅直觀有趣，而且生活化，能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣，使學(xué)生感受到身邊的很多材料都可用來(lái)做實(shí)驗(yàn)；②注射器法。實(shí)驗(yàn)操作方便簡(jiǎn)單、易于測(cè)量、較準(zhǔn)確且實(shí)驗(yàn)成本低廉，在高中階段能夠廣泛地開(kāi)展；③傳感器法。具有測(cè)量范圍廣、測(cè)量精度高和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，有條件的學(xué)校還可利用傳感器開(kāi)展相關(guān)的探究實(shí)驗(yàn)。