“探究酵母菌細胞的呼吸方式”的實驗改進

鄭榮鈴+林曉

摘 要 按照教材原有實驗方案實施，實驗耗時長，需要8～10 h，難以組織學生在課內(nèi)完成實驗。利用注射器與輸液線改進實驗方案，縮短實驗所需要的時間，使該實驗的現(xiàn)象明顯并能在課內(nèi)完成。本文主要從實驗存在的不足、實驗方案改進與實驗教學組織三個角度分析討論以提高實驗成功率。

關(guān)鍵詞 呼吸方式 注射器 實驗方案改進

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

“探究酵母菌細胞的呼吸方式”是教材的開放性實驗。通過酵母菌細胞是否產(chǎn)生酒精和產(chǎn)生二氧化碳的量來判斷細胞的呼吸方式。調(diào)查結(jié)果顯示本實驗在實際教學中開設(shè)率不高，究其原因除了實驗耗時長外，實驗裝置還存在一定的局限性，影響了實驗效果。筆者通過對實驗的改進，使其效果明顯，并縮短實驗所需時間，一節(jié)課即可完成。

1 教材實驗存在的不足

1.1 實驗裝置的氣密性較差

有氧呼吸、無氧呼吸實驗裝置中，錐形瓶口用木塞堵上，容易發(fā)生漏氣；錐形瓶之間用U型玻璃導管連接，U型玻璃導管間用橡皮管連接，橡皮管老化，也容易發(fā)生漏氣。實驗裝置的氣密性較差將影響細胞呼吸產(chǎn)生二氧化碳的檢測。

1.2 有氧和無氧實驗條件較難控制

有氧呼吸裝置中，通過氣泵或洗耳球不斷地將空氣通入裝置中，時間大約需要50 min，但是整個實驗過程酵母菌細胞發(fā)酵時間是8～10 h；在不通入空氣情況下，酵母菌細胞可能進行無氧呼吸，且實驗操作較為繁瑣；無氧呼吸裝置中，培養(yǎng)液上方仍具有一定量空氣可能參與有氧呼吸。以上這些都可能影響實驗檢測的準確性。

1.3 酒精檢測不夠準確

實驗過程發(fā)現(xiàn)，酸性重鉻酸鉀除了加入酒精中會變色，加入葡萄糖溶液中也會變色。

根據(jù)重鉻酸根的化學性質(zhì)，重鉻酸根中的鉻是正六價，具有強氧化性，易將具有還原性的葡萄糖氧化。酵母菌培養(yǎng)液中未被消耗的葡萄糖可使酸性重鉻酸鉀溶液發(fā)生變色。其發(fā)生的離子反應(yīng)式如下：

4Cr2O72-+C6H12O6+32H+→8Cr3++6CO2+22H2O。

2 實驗方案的改進

2.1 改良酵母菌培養(yǎng)液縮短實驗時間

改變酵母菌培養(yǎng)液操作如下：4 g高活性干酵母在25℃時溶于60 mL水，先活化5 min，再取20 mL與5 mL質(zhì)量分數(shù)為5%的葡萄糖溶液混合。酵母菌生長的適宜溫度是20～30℃，用25℃左右的溫水對酵母菌進行活化處理，可增強酵母菌的活性。改變葡萄糖、酵母菌的比例，可增強酵母菌細胞呼吸的強度。

2.2 改進有氧、無氧呼吸實驗裝置

利用醫(yī)用注射器和輸液線改進有氧呼吸實驗裝置（見圖1）、無氧呼吸實驗裝置（見圖2）。

2.2.1 改進的實驗裝置優(yōu)點

（1） 實驗裝置氣密性好。實驗所用注射器的活塞是軟橡皮，用輸液線與注射器連接緊密，裝置不易漏氣。

（2） 注射器上有刻度，可定量取液。

（3） 能快速檢測二氧化碳。裝酵母菌培養(yǎng)液的注射器體積是50 mL，比錐形瓶體積小，培養(yǎng)液上方留的空間較小，有利于酵母菌細胞呼吸產(chǎn)生的二氧化碳較快的進入裝有溴麝香草酚藍溶液的注射器中，使溶液變色快，從而快速檢測二氧化碳。

（4） 在有氧呼吸裝置中，利用氯化鐵催化過氧化氫分解的方法為有氧呼吸提供氧氣，保證有氧呼吸順利進行。

（5） 在無氧呼吸裝置中，將0.5 mL石蠟油注入酵母菌培養(yǎng)液，易于隔絕空氣創(chuàng)造無氧條件。

2.2.2 檢測二氧化碳

連接好實驗裝置后，只需要1 min即可觀察有氧呼吸產(chǎn)生的二氧化碳使溴麝香草酚藍水溶液呈現(xiàn)：藍色→綠色→黃色的漸變過程，且酵母菌培養(yǎng)液，呈蜂窩狀。無氧組需要3～4 min，也可明顯觀察到顏色變化。

2.3 改良檢測酒精裝置

為了排除培養(yǎng)液中未被消耗的葡萄糖對酒精檢測結(jié)果造成的影響，實驗采用蒸餾法分離酒精檢測。具體如下：酵母菌細胞呼吸15 min左右，將酵母菌培養(yǎng)液轉(zhuǎn)移到去除活塞柄但有活塞的注射器內(nèi)，在97℃恒溫水浴鍋內(nèi)加熱，用輸液線連接，通入裝有5滴酸性重鉻酸鉀溶液的試管內(nèi)檢測。水浴加熱大約1 min，即可觀察到無氧組顏色變化。因為酒精沸點為79℃，水浴溫度高于酒精沸點能將酒精蒸餾出檢測。酸性重鉻酸鉀溶液用量為5滴，因無氧呼吸產(chǎn)生的酒精量有限，可能導致實驗現(xiàn)象不明顯。改良檢測酒精實驗裝置（見圖3）。

3 改進實驗教學組織

采用支架式教學，結(jié)合小組合作學習，開展實驗教學。

3.1 構(gòu)建支架

實驗課前，教師為學生準備一個學習文件夾，里面包含學習任務(wù)單和改進實驗方案。學習任務(wù)單為學生提供了學習框架，讓學生知道課前需要做好哪些準備，比如在這個實驗中，要求學生要制作好改良的注射器。學生通過學習“改進實驗方案”，學會如何利用注射器和輸液線組裝實驗裝置，體現(xiàn)了“先學后教”的理念。

3.2 小組合作學習

本實驗包括課前與課堂小組合作學習。課前，學生以4人為一組，共同學習改進的實驗方案，并比較教材實驗方案與改進實驗方案的差異，以更好地理解實驗。課堂上，小組分工、協(xié)作，按照改進的實驗方案組裝實驗裝置，完成二氧化碳和酒精的檢測。

3.3 實驗展示與交流

實驗結(jié)束后，教師請學生代表展示實驗結(jié)果，并讓學生互相交流實驗心得，使他們的實驗成果得到充分的肯定。組織實驗活動評價，教師從小組完成情況、組員貢獻等角度對學生進行評價，較客觀地評價學生的實驗技能。

4 注意事項

本實驗是在30℃室溫下完成，因為酵母菌細胞呼吸受溫度影響明顯，在不同地域、月份完成本實驗所需時間存在一定差異。