實(shí)驗(yàn)探究“酵母細(xì)胞呼吸方式”

曾曉輝 周斌偉

（湖北省孝感高級中學(xué) 湖北孝感 432000）

1 材料和器具

100 mL注射器、燒杯、滴管、試管、溫度計(jì)、橡皮膠管（帶彈簧夾)、集氣瓶、干酵母、5%葡萄糖溶液、澄清的石灰水溶液、酸性重鉻酸鉀溶液（0.2 g/mL）和蒸餾水。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 酵母培養(yǎng)液制備 上課前稱取干酵母菌5 g，加入裝有100 mL 5%葡萄糖溶液的燒杯中，將燒杯放在 25~35℃的水浴中活化 15 min［1］。

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置搭建 分為3組：①有氧組，注射器中吸入20 mL的酵母菌培養(yǎng)液，再吸入70 mL的空氣，套上橡皮管，夾上彈簧夾；②無氧組，注射器中吸入20 mL的酵母菌培養(yǎng)液后，排完空氣，套上橡皮管，夾上彈簧夾；③對照組，注射器中吸入20 mL的5%葡萄糖溶液（不含酵母菌），排盡空氣，套上橡皮管，夾上彈簧夾。

2.3 發(fā)酵過程 將3組裝置置于預(yù)設(shè)的水浴杯（50℃）中，通過觀察3組注射器活塞芯桿的移動(dòng)情況判斷注射器內(nèi)氣體體積的變化。約10 min后，在A組氣體體積變化前停止培養(yǎng)；在B組活塞明顯向后退出時(shí)停止培養(yǎng)。

2.4 CO2的檢測 分別將3組橡皮管套上含有石灰水的導(dǎo)管，打開彈簧夾，將注射器中的氣體緩慢推入澄清的石灰水中，觀察變化。若注射器中沒有產(chǎn)生氣體，則不需進(jìn)行檢測（圖 1）。

圖1 CO2檢測裝置模式圖

2.5 酒精的檢測 將3組注射器中的溶液分別過濾，各取2 mL濾液置于試管中，滴加0.5 mL的酸性重鉻酸鉀溶液并輕輕振蕩，混合均勻，觀察3組試管中溶液顏色的變化。

3 結(jié)果

3.1 氣體的產(chǎn)生 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在有氧條件下，有氧組注射器活塞沒有移動(dòng)。在無氧條件下，無氧組注射器則產(chǎn)生一定的氣體，活塞向上移動(dòng)；對照組注射器的活塞未移動(dòng)，沒有產(chǎn)生氣體。

3.2 CO2的檢測 為了檢測有氧組和無氧組裝置中產(chǎn)生的氣體是否含有CO2，將2組裝置中的氣體導(dǎo)入澄清的石灰水的裝置中。結(jié)果表明，通入注射器中的氣體前，容器中的澄清石灰水均為透明澄清的（圖2A）；但在注入注射器中的氣體后，有氧組和無氧組均能產(chǎn)生使澄清的石灰水變渾濁的氣體，對照組沒有產(chǎn)生氣體，不需檢測（圖2B）。

圖2 CO2檢測裝置

3.3 酒精的檢測 為了檢測3組裝置中是否產(chǎn)生酒精，分別取2 mL濾液置于試管中，各滴加0.5 mL的酸性重鉻酸鉀溶液并輕輕振蕩至混合均勻。結(jié)果表明，無氧組呈現(xiàn)灰綠色，有氧組和對照組則未發(fā)生顏色反應(yīng)，為橙黃色。

4 分析和結(jié)論

在本實(shí)驗(yàn)條件下，有氧組和無氧組裝置中可產(chǎn)生使得澄清的石灰水變渾濁的氣體，說明有氧組和無氧組裝置均可產(chǎn)生CO2［2］。而所取濾液與酸性重鉻酸鉀溶液的反應(yīng)表明，無氧組呈現(xiàn)灰綠色，說明無氧組溶液中產(chǎn)生了酒精；而有氧組和對照組未發(fā)生顏色反應(yīng)，為橙黃色，說明沒有酒精產(chǎn)生。因此，本實(shí)驗(yàn)裝置可在有限的時(shí)間內(nèi)證實(shí)酵母菌在有氧和無氧條件下都會(huì)產(chǎn)生CO2，而只在無氧條件下產(chǎn)生酒精。

5 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

與人教版教材中的裝置相比，改進(jìn)的裝置有如下優(yōu)點(diǎn)：①實(shí)驗(yàn)裝置體積減小，極大程度地節(jié)約了試劑，適于分組實(shí)驗(yàn)。改進(jìn)前，裝置的三角瓶中需加入200~240 mL溶液；改進(jìn)后，各試管只需加入20 mL左右的溶液即可；②實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加直觀，有、無生理活動(dòng)的變化，通過活塞的移動(dòng)情況即可判斷；③玻璃導(dǎo)管間用乳膠管相連，便于檢驗(yàn)裝置中的氣體；④注射器作為反應(yīng)器，方便對反應(yīng)液進(jìn)行過濾，操作方便；⑤采用透明的濾液檢驗(yàn)有、無酒精產(chǎn)生，現(xiàn)象更加明顯；⑥采用50℃的水浴對反應(yīng)容器進(jìn)行加熱，可加快反應(yīng)速率，縮短時(shí)間，在40 min課時(shí)內(nèi)完成該探究活動(dòng)。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置簡單易操作，可作為優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)課的參考題材。