綠色植物無氧呼吸實驗探究

戚智河 （廣東省廣州市從化區城郊中學 廣東廣州 510920）

有很多教師對人教版教材（2012）生物學7年級上冊“綠色植物的呼吸作用”中的3個演示實驗作了改進，大多集中在選擇材料、實驗方法或儀器設備的應用上。例如，在選擇材料方面，有的用新鮮菜葉，有的用萌發種子，也有人用新鮮果實；在實驗方法上，有的用燃燒著的木條直接檢驗O2的減少，有的先去除CO2的“干擾”后，再用燃燒著的木條進行檢驗；在儀器設備的應用上，有的用保溫瓶，有的用廣口玻璃瓶，有的用礦泉水塑料瓶，也有人用塑料薄膜袋。這些均有一定的道理，其根本目的就是為了說明3個問題，包括植物呼吸作用會釋放熱量，植物呼吸作用會釋放出CO2，以及植物呼吸作用會消耗O2。

然而，很少人會利用這個實驗去探究另一個問題，即綠色植物的無氧呼吸。在供氧不足或沒有O2時，綠色植物會進行無氧呼吸釋放熱量，產生CO2和酒精。

1 問題的提出

學生在一次幫忙準備 “綠色植物的呼吸作用”實驗，從25℃恒溫箱中取出密封的、裝有萌發綠豆［Vigna radiata （Linn.）Wilczek］種子的礦泉水塑料瓶時，發現瓶身發硬，瓶內氣壓升高，打開瓶蓋，還聞到一股酒香味。學生的提問“礦泉水塑料瓶發硬，是瓶內氣體受熱膨脹導致的嗎？而酒香又是怎樣來的？”教師一時也無法解答。經過反復思考、分析和實驗探究之后證明，這個“發硬”和“酒香”除了與氣體受熱膨脹、微生物的發酵有關之外，還與植物的呼吸作用有關，特別是植物的無氧呼吸。

塑料瓶瓶身發硬，瓶內氣壓升高，在排除氣體受熱膨脹和微生物發酵導致之后，意味著瓶內氣體增加了。植物有氧呼吸是吸入O2排出CO2的，瓶內氣體增加意味著排出的CO2大于吸入的O2，即呼吸商大于1。雖然，無氧呼吸的呼吸商接近無限大，產生的CO2會使塑料瓶瓶身發硬，瓶內氣壓升高。但是，呼吸商大于1還不能說明萌發的綠豆種子進行了無氧呼吸，因為有些物質氧化分解的呼吸商也是大于1的，例如檸檬酸，蘋果酸等。至于“酒香味”，無氧呼吸確實會產生酒精，但微生物的發酵也能產生酒精。所以，要說萌發的綠豆種子進行了無氧呼吸，還需要通過實驗證明［1］。

2 現實生活中植物呼吸作用的存在

在現實生活中，很容易就能感覺到植物呼吸作用的存在。 例如，荔枝（Litchi chinensis Sonn）、龍眼（Dimocarpus longan）果實成熟季節，用紙箱裝著新鮮的果實，第2天將手伸進箱內取果時，會感覺到果實發熱，存放時間長了，還可以聞到酒味。有人吃了幾個荔枝后開車，還被查出“酒駕”。又例如，香蕉（Musa nana Lour.）、紅柿（Diospyros oldhami Maxim）、西紅柿（Lycopersicon esculentum Mill）等催熟時也會發熱。兒時在家負責晾曬稻谷（Olyza SativaL.），稻谷被雨水淋濕后堆放在一起，會發芽發熱，即便是秋冬季節，也能感覺到“熱氣騰騰”，夏季則更明顯。如果在街市買芽菜時留心，用手摸一下盛發芽菜用的罐子，一定能感覺到“熱”的存在。這些都是植物呼吸作用釋放出熱量導致的。

植物在進行有氧呼吸的同時還會進行無氧呼吸。當O2不足或者沒有O2的情況下，植物會進行無氧呼吸。有氧呼吸產生的能量較多，無氧呼吸產生的能量較少。這些能量小部分用于植物各種生理活動，大部分以熱的形式散發到大氣中。因此，可以感覺到它們“發熱”。

3 綠色植物無氧呼吸演示實驗方案的設計

能否設計一個實驗方案，可以證明綠色植物在O2不足或者沒有O2的情況下，會進行無氧呼吸釋放熱量，釋放CO2和產生酒精？以下演示實驗可以實現目標。

將400 g左右的綠豆種子用水浸泡6～12 h后，轉放0.1%的KMnO4溶液中浸泡5 min消毒殺菌，用以排除微生物發酵的影響。將綠豆種子分成2份，其中一份煮熟，并冷卻至室溫。然后分別裝入2個家庭用塑料保鮮袋中，用家用手動抽真空器抽成真空（或者先向袋里充滿涼開水或0.1%的KMnO4溶液，用手抓住袋口排盡空氣，然后倒轉，小心地把水排出，使袋內形成“真空”），在靠近袋口處打個活結，確保塑料保鮮袋密封缺乏O2。將綠豆種子連同保鮮袋一起分別放入2個保溫瓶（杯）中，各插入一支溫度計后，用棉花團塞住瓶口，在實驗臺面上放一支溫度計，用于測量室內溫度。放置12～24 h后再做以下實驗，注意觀察和記錄實驗現象，并通過比較和分析之后得出實驗結果。

3.1 植物無氧呼吸釋放熱量

實驗：12～24 h后，讀取3支溫度計的讀數。

現象：保溫瓶中溫度計的讀數為：裝活種子的20℃，裝煮熟種子的17℃，實驗臺面上溫度計的讀數為：17℃。

結論：活著的綠豆種子在O2不足或者沒有O2的情況下，會進行無氧呼吸釋放熱量。

3.2 植物無氧呼吸產生CO2

實驗：小心取出保溫瓶（杯）中2袋實驗樣品，檢查塑料保鮮袋的變化。

現象：裝煮熟種子的塑料保鮮袋內沒有產生氣體，裝活種子的塑料保鮮袋發脹，袋內產生了氣體。

實驗：用20 mL針筒先抽取5～10 mL澄清石灰水，再用針頭刺破保鮮袋，確保針筒垂直向下時慢慢地抽取5～10 mL袋內氣體，使澄清石灰水與袋內氣體充分接觸，觀察澄清石灰水是否有變化？

現象：澄清石灰水變渾濁。

結論：活的綠豆種子在氧氣不足或者沒有O2的情況下，會進行無氧呼吸產生CO2。

3.3 植物無氧呼吸產生酒精

實驗：打開保鮮袋袋口活結，聞一聞綠豆種子的氣味。現象：煮熟的種子沒有酒味，活種子有酒味。結論：活的綠豆種子在O2不足或者沒有O2的情況下，會進行無氧呼吸產生了酒精。

科學實驗證明，植物在有O2的條件下將有機化合物氧化分解產生CO2和水，同時釋放能量供生命活動需要的過程，稱為有氧呼吸。其化學反應式（以葡萄糖為例）為：C6H12O6+6O2-酶→6CO2+6H2O+能量。植物組織在供氧不足或者缺乏O2時，體內有機物也可以分解，產生CO2和酒精，同時釋放少量能量，供生命活動需要的過程稱為無氧呼吸。化學反應式（以葡萄糖為例）為：C6H12O6—酶→2CO2+2C2H5OH+少量能量［2］。正是因為萌發的綠豆種子進行了無氧呼吸，所以才會有學生發現的“塑料瓶發硬”和“酒香味”現象。

因此，增加上述“綠豆萌發種子的無氧呼吸”演示實驗之后，“綠色植物的呼吸作用”的4個演示實驗不僅可以探究植物呼吸作用會釋放熱量，釋放CO2，消耗 O2，還能夠探究植物在 O2不足或沒有O2的情況下，會進行無氧呼吸釋放熱量，釋放CO2和產生酒精。