細胞呼吸相關實驗設計說明

王永美

摘要：細胞呼吸作為生物新陳代謝的重要內容，而其實驗設計則是教學的重點、難點。介紹細胞呼吸速率的測定裝置、類型的判斷及相關對照實驗設計。

關鍵詞：細胞呼吸測定裝置相關實驗設計

中圖分類號：G633．91文獻標識碼：B

細胞的呼吸作用作為新陳代謝的主要內容，平時教學的重點內容。它不但可與細胞的光合作用、能量代謝、生態系統等知識建立學科聯系，而且又可以與物理化學等學科間知識找到諸多關聯點，是理化生小綜合或各學科大綜合的較理想的設題切入點。而呼吸作用的相關試驗設計在平時教學中容易混淆，下面進行簡要分析。

1測定裝置設置

測定細胞呼吸作用或呼吸類型常采用U型管，液面升降或玻璃管液滴移動觀察法，即在廣口瓶或錐形瓶內放入被測生物(活種子或植物或動物)通過生物呼吸過程中釋放CO₂或吸入O₂的氣壓變化而推測或計算生物的呼吸狀況，如圖1裝置所示。

由于生物呼吸既產生CO₂，又消耗O₂，前者可引起裝置內氣壓升高，而后者則引起裝置內氣壓下降，為便于測定呼吸情況，應只測其中一種氣體變化情況，為此，測定過程中，往往采取用NaOH或KOH吸收掉呼吸所產生的CO₂，這樣整個裝置中的氣壓變化，只能因吸收O₂所引起，從而清除CO₂升高對氣壓的干擾。

2對照實驗設計

2．1物理誤差校正

由于裝置的氣壓變化，也可能會因溫度等物理因素所引起，為使測定結果更趨準確，應設置對照實驗，以校正物理膨脹等因素對實驗結果造成的誤差，此時對照實驗與呼吸裝置相比，應將所測生物滅活。如將種子煮熟而其他各項處理與實驗組完全一致(NaOH溶液，所用種子數量，裝置瓶及玻璃管的規格等)。

2．2呼吸類型的確認

欲測定與確認某生物的呼吸類型，應設置兩類呼吸裝置，兩類呼吸裝置中單一變量為NaOH或清水，即用等量清水取代實驗組的NaOH，其他各項所有項目均應一致。當然此時仍有必要設置另一組作誤差校正之用。2套裝置可如圖2所示。

結果與分析：

(1)若裝置1液滴左移，裝置2液滴不動，則表明所測生物只進行有氧呼吸，(因有氧呼吸產生CO₂與耗氧量相等)

(2)裝置1液滴不動，裝置2液滴右移則說明：所測生物只進行無氧呼吸(因無氧呼吸吸只產生CO₂不消耗O₂)

(3)裝置1液滴左移，裝置2液滴右移，則表明該生物既進行有氧呼吸，又進行無氧呼吸。(因兩種呼吸作用共存時呼吸放出的CO₂應高于O₂消耗量)

3注意事項

(1)校正物理誤差時應將生物處死，但測呼吸類型時應均用活生物(如兩組裝置均用活種子)只是將單一變量改為是否用NaOH吸收掉CO₂。

(2)用植物進行呼吸類型測定時，應避免光合作用吸收CO₂與釋放O₂對裝置氣壓的干擾，因而有必要對整個裝置進行遮光處理，以防光合作用。

(3)若用乳酸菌進行呼吸，既不耗O₂，也不產生CO₂。

(4)若采用含脂肪高的種子如油菜種子做測定實驗，則液滴移動更明顯(因其耗氧量更大)。

(5)為防止微生物呼吸對實驗結果的干擾，將應裝置及所測種子進行消毒處理。

[例1]給未萌發的小麥種子、廣口瓶、橡皮塞、凡士林、燒杯、小試管、氫氧化鈉、細玻璃管等實驗材料和藥品，試設計一個試驗，達到驗證“生活著的種子不萌發時也進行細胞呼吸”的目的。

(1)實驗原理：_________。

(2)實驗裝置示意圖如圖3表示：

①A、B實驗裝置中，使用NaOH的目的是______

②C燒杯中放入活的干種子，D燒杯中放入_______。這樣起對照作用的為________實驗裝置。

(3)實驗結果：________。

解析：本題考查學生的實驗設計能力，設計實驗要設置對照實驗，設置對照實驗必須設置單一變量。本題要證明不萌發種子也能進行細胞呼吸，細胞呼吸過程中吸收氧氣，放出二氧化碳，因此設置單一變量就是活種子與烘烤致死種子對照；還要考慮對照實驗過程中，實驗現象要易于觀察，根據圖中提供的示意圖，可以看出廣口瓶中放置氫氧化鈉溶液，可以吸收瓶中二氧化碳，導致溶液玻璃管中的有色液滴向左移動。根據兩瓶中有色液滴移動距離，可以判斷未萌發的種子也能進行細胞呼吸。

答案：(1)細胞呼吸分解有機物過程中，吸收O₂放出CO₂，NaOH溶液能吸收CO₂，瓶內氣壓下降。

(2)①吸收二氧化碳②放烘烤致死的種子B

(3)A裝置中有色液滴向左移動