“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，使該實驗的現象明顯并能在課內完成。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生酒精和產生二氧化碳的量來判斷細胞的呼吸方式。調查結果顯示本實驗在實際教學中開設率不高，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，也容易發生漏氣。實驗裝置的氣密性較差將影響細胞呼吸產生二氧化碳的檢測。

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

實驗過程發現，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。

根據重鉻酸根的化學性質，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。酵母菌培養液中未被消耗的葡萄糖可使酸性重鉻酸鉀溶液發生變色。其發生的離子反應式如下：

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

2 實驗方案的改進

2.1 改良酵母菌培養液縮短實驗時間

改變酵母菌培養液操作如下：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質量分數為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。裝酵母菌培養液的注射器體積是50 mL，比錐形瓶體積小，培養液上方留的空間較小，有利于酵母菌細胞呼吸產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液，易于隔絕空氣創造無氧條件。

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生的二氧化碳使溴麝香草酚藍水溶液呈現：藍色→綠色→黃色的漸變過程，且酵母菌培養液，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

為了排除培養液中未被消耗的葡萄糖對酒精檢測結果造成的影響，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，將酵母菌培養液轉移到去除活塞柄但有活塞的注射器內，在97℃恒溫水浴鍋內加熱，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，因無氧呼吸產生的酒精量有限，可能導致實驗現象不明顯。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，結合小組合作學習，開展實驗教學。

3.1 構建支架

實驗課前，教師為學生準備一個學習文件夾，里面包含學習任務單和改進實驗方案。學習任務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

實驗結束后，教師請學生代表展示實驗結果，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。