二氧化碳定量測定采集盒在呼吸作用教學中的應用

陳素娟（龍巖市初級中學福建龍巖364000）

二氧化碳定量測定采集盒在呼吸作用教學中的應用

根據植物呼吸作用CO2定量測定法，利用二氧化碳傳感器和改良的二氧化碳定量測定采集盒，收集二氧化碳釋放率（ppm/5s）對照實驗數據，使得實驗數據準確、可靠，實驗操作安全、簡便、高效，有利于開展學生實驗，促進學生明確綠色開花植物六大器官的活細胞時刻都在進行呼吸作用，提高學生的實驗能力。

植物呼吸作用；二氧化碳傳感器；二氧化碳定量測定采集盒；二氧化碳釋放率；學生實驗

北師大版《七年級·上冊·生物學》第3單元第5章第2節“呼吸作用”第一課時教學要求進行三個演示實驗。教學實踐發現，按照教科書進行實驗，雖然實驗現象明顯，實驗效果好，但存在三方面局限性：（1）對實驗材料要求高，需要采用生命活動最旺盛的萌發種子。（2）實驗準備時間長，需要將萌發種子和煮熟冷卻后種子在溫暖處放置一夜后才能進行實驗。（3）屬于定性實驗。“呼吸作用”第二課時“植物細胞都能進行呼吸作用”，教科書只有建議性提示，沒有具體教學方案。綠色開花植物除種子外，還有根、莖、葉、花和果實，如何證明它們也能進行呼吸作用？如果按照第一課時演示實驗方法進行教學，效果如何？有什么方法能簡便、快速、直觀檢測植物細胞時時刻刻都在進行呼吸作用？這些問題引起筆者的思考。

我校新建的生物探究實驗室，有測定空氣中CO2含量（300ppm）的二氧化碳傳感器（可精確到百萬分之一，即ppm）。筆者嘗試利用二氧化碳傳感器開展學生實驗，根據萌發種子呼吸作用吸收氧氣、釋放二氧化碳、產生熱量的原理，選擇代表植物六大器官的實驗材料，檢測CO2含量隨時間延長而快速增加，以證明植物活細胞時刻進行呼吸作用。在“植物細胞能進行呼吸作用”的學生實驗時，使用保鮮袋裝萌發的綠豆種子、豆苗根、豆苗莖和葉、花菜和西蘭花、香蕉果實等實驗材料，將二氧化碳傳感器采集氣體端放入裝有實驗材料的保鮮袋內，并將袋口用手扎緊后測數據。實驗使用的保鮮袋存在容積不確定、氣密性差、采集氣體端管口位置不固定和易被堵等問題，具體表現在袋口扎得過下或過上、袋口扎得不夠緊、袋口松了、二氧化碳傳感器的管口插入位置有的遠離實驗材料、有的緊靠在保鮮袋壁上、種子和水進入管內而堵住管口等。這些問題導致測得的CO2數據偏差。經過多次改進，制作了植物呼吸作用二氧化碳定量測定實驗材料采集盒，解決了以上問題，完善了生物探究實驗儀器。

一、二氧化碳定量測定采集盒的組成與使用

二氧化碳定量測定采集盒由透明圓形保鮮盒和不銹鋼過濾球組成，保鮮盒的直徑15cm，高7.5 cm，容積1000ml，能容納150g蔬菜類如豆苗等，過濾球的直徑5cm。盒蓋和過濾球上各鉆兩個小孔，孔的大小剛好能讓二氧化碳傳感器的兩根塑料管穿過，其連接方式如圖1。該裝置具有容積固定開時易與外界氣體對流，實驗時密封性好的特點。

圖1 氧化碳定量測定采集盒

實驗時傳感器的兩根塑料管穿過蓋孔，再穿入盒內不銹鋼過濾球，蓋孔周圍用橡皮泥封住避免漏氣，過濾球置于盒中央，實驗材料緊緊圍繞在它周圍，通過過濾球采集數據，避免和實驗材料直接接觸而被堵住（如圖2）。

圖2 實驗數據采集

二、二氧化碳定量測定采集盒在植物呼吸作用教學中的應用

1.植物呼吸作用探對照實驗

探究“植物細胞能進行呼吸作用”時，在同時間、同溫度條件下，以采集盒為容器做定量測定釋放CO2量的對照實驗。選擇萌發的綠豆種子、豆苗根、豆苗莖和葉、花菜和西蘭花、香蕉等為實驗材料，分別代表綠色植物種子、根、莖、葉、花和果實等六大器官。分別取等量的（150g）實驗材料設置實驗組（活細胞）和對照組（煮熟后冷卻的死細胞）。每5s采集一次數據共20次。利用采集到的數據，繪制CO2曲線圖，相應CO2釋放率（ppm/5s）（見表1）。CO2釋放率（ppm/5s）能定量反應不同植物、不同器官呼吸作用的強度，其平均值能比較客觀、減少誤差。表1可轉化成直觀的柱狀圖，彌補了CO2曲線圖的不足（如圖3）。

注：以豆苗莖和葉為例，橫坐標是時間，縱坐標是CO2釋放量，曲線a為實驗組，曲線b為對照組。

表1 植物呼吸作用對照實驗

圖3 植物呼吸作用對照實驗

2.實驗結果分析

（1）豆苗莖和葉（莖和葉）對照實驗的CO2曲線圖直觀表現煮熟后冷卻的死細胞CO2釋放量隨時間增加沒大的變化，幾乎和X軸平行，而活細胞CO2釋放量隨時間增加發生大幅度變化，說明活細胞時刻都在進行呼吸作用。

（2）由表1數據說明綠色植物種子、根、莖、葉、花和果實等六大器官活細胞比煮熟后冷卻的死細胞CO2釋放率（ppm/5s）高得多。圖3直觀、形象地表明六種代表植物器官活細胞呼吸作用的強度：萌發的綠豆種子＞豆苗莖和葉＞香蕉＞豆苗根＞西蘭花＞花菜。

可見植物的六大器官根、莖、葉、花、果實和種子只要是活細胞時時刻刻都在進行呼吸作用，生命活動旺盛部位如萌發的綠豆種子、幼嫩的莖和葉等呼吸作用較強。

三、二氧化碳定量測定采集盒提高植物呼吸作用教學效率

一位學生在一臺計算機上最多同時可以完成對四個實驗數據的采集（二氧化碳傳感器有四個接口），而用保鮮袋采集數據可以兩人合作采集一個實驗數據，因此效率大大提高，操作安全、簡便。

利用二氧化碳傳感器和采集盒進行植物呼吸作用二氧化碳定量測定，使得“植物細胞都能進行呼吸作用”探究實驗時間短，簡單易操作，實驗現象明顯。學生通過采集、分析二氧化碳數據，既培養學生的實驗動手能力，又讓學生深刻領悟植物只要是活細胞時時刻刻都在進行呼吸作用。因此，建議將此實驗列入教科書的學生實驗。

［1］高秀英：測定CO2的氣相色譜裝置及其應用［J］.北京林業大學學報，1987（2）.

［2］袁超，何保山，韓小賢，等.二氧化碳氣體檢測研究進展［J］.江西農業大學學報，2009（6）.

（責任編輯：陳欣）