探究細(xì)胞的呼吸

殷國(guó)杰

摘 要：細(xì)胞呼吸是指有機(jī)物在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)過系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他產(chǎn)物，釋放出能量并生成ATP的過程[1]。廣義上細(xì)胞呼吸分為有氧呼吸、無(wú)氧呼吸兩種方式。本文主要以酵母菌的細(xì)胞呼吸為例，對(duì)其進(jìn)行淺顯的探究。

關(guān)鍵詞：有氧呼吸 無(wú)氧呼吸 酵母菌

中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2019）02-0-01

細(xì)胞呼吸對(duì)于生命有著重要的意義，在這一過程中最終會(huì)產(chǎn)生能量和ATP，為生物提供生存的物質(zhì)。本文首先對(duì)細(xì)胞呼吸進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。

一、有氧呼吸

有氧呼吸是指細(xì)胞在有氧氣的情況下，通過細(xì)胞內(nèi)多種酶的催化，把葡萄糖等有機(jī)物徹底地進(jìn)行氧化分解后產(chǎn)生水和二氧化碳，釋放能量且生成大量ATP的過程。ATP是腺嘌呤核苷三磷酸的簡(jiǎn)稱，是一種不穩(wěn)定的高能化合物，水解時(shí)可以釋放大量能量，是生物體內(nèi)最直接的能量來源。有氧呼吸的特點(diǎn)是有氧的參與和徹底氧化分解。

1.反應(yīng)過程

首先在細(xì)胞質(zhì)的基質(zhì)中，葡萄糖分解成兩個(gè)分子的丙酮酸，釋放出少量的能量，并不需要氧的參與。接著丙酮酸進(jìn)入細(xì)胞的線粒體基質(zhì)中，將部分活化氫脫下，分解成二氧化碳和部分能量，這一階段也不需要氧的參與。最后在線粒體內(nèi)膜上，外界的氧和前兩個(gè)階段的活化氫結(jié)合生成大量水，釋放大量能量并且合成ATP。

2.總反應(yīng)式

大量能量

二、無(wú)氧呼吸

與有氧呼吸相比，無(wú)氧呼吸并不能將有機(jī)物完全氧化，在酶的作用下會(huì)產(chǎn)生乳酸或者酒精。

1.反應(yīng)過程

無(wú)氧呼吸分為兩個(gè)階段，第一個(gè)階段和有氧呼吸相同，在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中將葡萄糖分解成丙酮酸，釋放少量能量。第二個(gè)階段是在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中通過酶的參加，丙酮酸分解成酒精和二氧化碳，也有可能轉(zhuǎn)化為乳酸。

2.總反應(yīng)式

酶 （乳酸） 或

酶 （酒精）+2CO2

三、以酵母菌為例探究細(xì)胞呼吸

酵母菌是一種單細(xì)胞真菌，能夠?qū)⑻前l(fā)酵為酒精和二氧化碳，在有氧和無(wú)氧的條件下都可以存活，且酵母菌相對(duì)來說比較好收集，方便用于實(shí)驗(yàn)研究。

首先我們要清楚酵母菌在進(jìn)行有氧呼吸和無(wú)氧呼吸時(shí)產(chǎn)生的效果是如何的，這樣才能用對(duì)照實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證我們的猜想。已知酵母菌在有氧呼吸的情況下，消耗的氧氣和生成的二氧化碳體積相同，無(wú)氧呼吸時(shí)則不消耗氧氣產(chǎn)生二氧化碳，所以酵母菌在實(shí)驗(yàn)時(shí)無(wú)氧呼吸會(huì)使原來的氣體體積變大，有氧呼吸則不會(huì)[2]。

1.準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)器具為干酵母菌5g，100mL5%的葡萄糖溶液，澄清石灰水溶液，0.2g/mL的酸性重鉻酸鉀溶液，燒杯，滴管，試管，溫度計(jì)，100mL注射器，帶彈簧夾的橡皮膠管，集氣瓶和蒸餾水。

為了更好地進(jìn)行觀察，我們將設(shè)置兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組和一個(gè)對(duì)照組，分為有氧組，無(wú)氧組和對(duì)照組。其中澄清石灰水可以驗(yàn)證是否存在二氧化碳，若有二氧化碳的存在，澄清石灰水會(huì)變渾濁；酸性重鉻酸鉀溶液可以驗(yàn)證酒精的生成，如果沒有生成酒精，那么酸性重鉻酸鉀溶液還是橙黃色，如果生成酒精，那么酸性重鉻酸鉀溶液則會(huì)發(fā)生變色反應(yīng)成為灰綠色。

分別用有氧組和無(wú)氧組的注射器吸入30mL的酵母菌培養(yǎng)液（干酵母菌放在葡萄糖溶液中用25℃左右的熱水水浴加熱活化20分鐘），對(duì)照組注射器僅僅吸入同樣體積的葡萄糖溶液。

有氧組：用注射器吸入50mL的空氣后用橡皮圈將注射口密封，用夾緊彈簧夾的橡皮膠管連接裝有澄清石灰水的燒杯液體。

無(wú)氧組：將裝有30mL酵母菌培養(yǎng)液的注射器內(nèi)空氣排出，也同有氧組一樣用夾緊彈簧夾的橡皮膠管連接裝有澄清石灰水的燒杯液體。

對(duì)照組：將裝有30mL葡萄糖溶液的注射器內(nèi)空氣排出，也同兩組實(shí)驗(yàn)組一樣用夾緊彈簧夾的橡皮膠管連接裝有澄清石灰水的燒杯液體。

2.實(shí)驗(yàn)

準(zhǔn)備工作完成后將對(duì)三組注射器進(jìn)行水浴加熱，以便加快實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，溫度在50℃左右，時(shí)間在15分鐘左右。

加熱過后對(duì)三組注射器進(jìn)行觀察。

有氧組：注射器活塞沒有變化。

無(wú)氧組：注射器活塞明顯向外移動(dòng)。

對(duì)照組：注射器活塞沒有變化。

打開三組彈簧夾，發(fā)現(xiàn)有氧組和無(wú)氧組的澄清石灰水都變渾濁，無(wú)氧組渾濁程度略重，對(duì)照組澄清石灰水沒有變化。

再將三組注射器中的溶液取5mL與酸性重鉻酸鉀溶液一同放置于試管中并振蕩，觀察顏色反應(yīng)，得出有氧組和對(duì)照組均未出現(xiàn)顏色變化，無(wú)氧組中溶液呈灰綠色。

3.結(jié)論

得到結(jié)論即為酵母菌有氧呼吸和無(wú)氧呼吸均能產(chǎn)生二氧化碳[3]，且有氧呼吸時(shí)消耗的氧氣和產(chǎn)生的二氧化碳的體積基本相同。

酵母菌有氧呼吸并不產(chǎn)生酒精，無(wú)氧呼吸時(shí)則產(chǎn)生酒精。

高中生物的學(xué)習(xí)首先在于將教材的內(nèi)容熟記于心，然后再揉入自己的思考。教材中的實(shí)驗(yàn)都非常經(jīng)典，能夠給我們一種直觀的視覺沖擊。有條件時(shí)多做實(shí)驗(yàn)，在具體的實(shí)驗(yàn)操作過程中將會(huì)再一次加深我們對(duì)知識(shí)點(diǎn)的印象。例如上文中對(duì)細(xì)胞呼吸情況的討論，書中僅僅說明了有氧呼吸和無(wú)氧呼吸的反應(yīng)過程，反應(yīng)場(chǎng)所和反應(yīng)后生成的物質(zhì)，多種反應(yīng)很容易記混。但是通過對(duì)酵母菌呼吸作用的實(shí)驗(yàn)，就可以直觀地得出無(wú)氧呼吸產(chǎn)生了酒精，且無(wú)氧呼吸和有氧呼吸都產(chǎn)生了二氧化碳。但這個(gè)實(shí)驗(yàn)也有不完美之處，無(wú)氧呼吸產(chǎn)生的乳酸該通過什么樣的實(shí)驗(yàn)才能證明呢？實(shí)驗(yàn)是否真的控制了變量呢？這就需要更專業(yè)的生物知識(shí)和生物實(shí)驗(yàn)了，而這種不斷探索的過程也正是生物的魅力所在。

參考文獻(xiàn)

[1]朱正威，趙占良，張怡.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)生物必修1.人民教育出版社，2007：91-96.

[2]郭愛平.探究酵母菌細(xì)胞呼吸的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)[J].生物學(xué)通報(bào)，2017，52（5）：43-44.

[3]陸奇，蔣選榮，萬(wàn)曉安.探究酵母菌細(xì)胞呼吸方式的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)[J].生物學(xué)教學(xué)，2008，33（8）：43.