人教版《選修1·生物技術(shù)實踐》模塊中若干問題釋疑

劉 莉

（大慶實驗中學 黑龍江大慶 163000）

探討一：在專題一“制作泡菜并檢測亞硝酸鹽含量”這一節(jié)中，教材中提到:“一般腌制10 d后，亞硝酸鹽的含量開始下降”，該數(shù)據(jù)與許多實驗結(jié)果有出入，那么亞硝酸鹽含量到底何時開始下降呢？

在泡菜的制作中，硝酸鹽還原菌可將蔬菜中的NO3-還原為NO2-，導致發(fā)酵初期泡菜中的NO2-含量增加。隨著好氧型細菌逐漸將壇中氧氣耗盡，乳酸菌等厭氧菌逐漸成為環(huán)境中的優(yōu)勢菌種。它們能產(chǎn)生細菌素來抑制硝酸鹽還原菌的活性，減少NO2-的產(chǎn)量。此外，泡菜壇中各種微生物產(chǎn)生的酸性物質(zhì)使環(huán)境中pH下降，H+可使NO2-分解。乳酸菌的代謝產(chǎn)物中還有亞硝酸鹽還原酶，它能降解泡菜中的NO2-，使泡菜中NO2-的含量進一步下降。周光燕、張小平在研究論文中說明，無論是自然發(fā)酵還是人工添加菌種發(fā)酵，NO2-都在發(fā)酵2 d之后開始下降，這一結(jié)果與書中所說的“10 d”大相徑庭。黃麗慧等人在研究中說明，當泡菜的pH為4時NO2-含量達到峰值，之后開始下降，這與酸性條件對硝酸鹽還原菌的抑制有關(guān)。同時考慮到NO2-的含量還與溫度、食鹽用量和腌制時間、蔬菜種類等因素有關(guān)，所以亞硝酸鹽含量是否從第10天開始下降還有待商榷。

探討二：發(fā)酵的果酒中有醋酸菌嗎？或者說，醋酸菌能在氧氣條件不充裕的環(huán)境下生存嗎？

在果酒發(fā)酵中起主要作用的微生物是酵母菌，且酒精的發(fā)酵需要無氧條件。醋酸發(fā)酵使用的菌種是醋酸菌，為好氧型細菌，可在有氧條件下將酒精或葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)榇姿?。氧氣充足時，醋酸菌細胞中可進行包括產(chǎn)生醋酸在內(nèi)的多種氧化反應。這些反應多是由位于細胞膜上的脫氫酶所催化，將底物不完全氧化為相應的產(chǎn)物并釋放到環(huán)境中，各種脫氫酶釋放出的電子在輔酶Q的協(xié)助下傳遞給末端氧化酶，并與最終電子受體O2結(jié)合生成H2O。當缺乏氧氣時，其他化合物可充當電子受體，如在酒精發(fā)酵過程中以乙醛作為終受體。但是，此時微生物只能維持生理活性而不再進行醋酸產(chǎn)物的合成代謝。也有一些醋酸菌在缺氧條件下，可用代謝產(chǎn)物中的醌類物質(zhì)或還原性染料作為電子受體，從而繼續(xù)呼吸作用。綜上，酒精發(fā)酵過程中，發(fā)酵液中可能存在醋酸菌，即醋酸菌可以在缺乏氧氣的環(huán)境中生存。

探討三：能利用光能的微生物都是自養(yǎng)型生物嗎？

在“專題一傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)”中涉及到了多種微生物的應用，這時不可避免的要學習微生物的代謝類型。一些高中教師常誤把能利用光能的微生物視為自養(yǎng)型生物，其實通過碳源、能源和電子供體的不同可將生物更細致地分為光能自養(yǎng)型、光能異養(yǎng)型、化能無機自養(yǎng)型、化能有機異養(yǎng)型。少數(shù)微生物以光能為能源。但電子供體是有機物，因此需要為其提供有機碳源，這樣的微生物雖能利用光能但屬于異養(yǎng)型微生物，如紅螺細菌。因此，能利用光能的微生物不都是自養(yǎng)型生物。一般來說，自養(yǎng)型和異養(yǎng)型生物的劃分依據(jù)是生物利用的碳源種類，利用無機碳源的生物被劃分為自養(yǎng)型生物。但生物的特性往往不能一概而論，如紫色微硫細菌的代謝類型可依據(jù)環(huán)境的變化而變化，進而提高對環(huán)境的適應能力。

探究四：玫瑰精油的提取能否采用萃取法？橘皮精油的提取只能采用壓榨法嗎？

玫瑰精油應用廣泛，價格昂貴，被稱為“液體黃金”，因其具有化學性質(zhì)穩(wěn)定，難溶于水，能隨水蒸氣一同蒸餾的特點，教材中選用了水中蒸餾法提取玫瑰精油。但水蒸氣蒸餾法提取率低，有效成分也會部分被破壞。在實際生產(chǎn)中提取玫瑰精油的常用方法卻是萃取法，該方法出油率高，方法簡單，還能最大程度地保留玫瑰精油的香氣，目前還研發(fā)了臨界萃取法等更優(yōu)質(zhì)的提取方法應用于工業(yè)生產(chǎn)。

橘皮精油也有廣泛的應用和良好的經(jīng)濟價值，教材中提到:“橘皮精油在水蒸氣蒸餾時會發(fā)生部分水解，在水中蒸餾時又會產(chǎn)生原料焦糊的問題，所以一般采用壓榨法提取。”其實在工業(yè)生產(chǎn)上，橘皮精油可使用水蒸氣蒸餾法、冷榨法、有機溶劑浸提法、超臨界流體萃取法、快速萃取法等方法來提取。通過對水蒸氣蒸餾法提取橘皮精油的工藝研究和改進，橘皮精油在蒸餾提取時得率逐漸升高，且應用前景廣闊。

實驗室提取有效成分和工業(yè)生產(chǎn)畢竟存在較大區(qū)別，本章內(nèi)容的設置意圖是介紹這三種植物有效成分提取的方法和實例，教師在授課時應仍以教材為主要素材，可通過學生自主查閱資料的方式補充其他提取方法。這樣既激發(fā)學生興趣又完善了學習內(nèi)容，可謂一舉兩得。

探討五：壓榨橘皮時，加入的相當于橘皮質(zhì)量的質(zhì)量分數(shù)為0.25%的NaHCO3和5%的Na2SO4是固體物還是溶液？

考慮到試劑與材料的充分接觸，溶液態(tài)的試劑會起到更好的效果。通過觀看大量的實驗視頻發(fā)現(xiàn)，本實驗壓榨操作多采用榨汁機或破壁機破壞橘皮細胞獲得橘皮精油。為使試劑與壓榨液充分混合并加強油水分離效果，向裝置中加入相應濃度的NaHCO3溶液和Na2SO4溶液，對榨取得到的液體調(diào)節(jié)pH，隨后進行后續(xù)的過濾等操作。但教材中使用的是手動壓榨裝置且側(cè)壁布滿了篩眼，固體試劑不能與橘皮充分接觸，液體試劑易從桶壁流出，因此推測也應向壓榨液中加入相應濃度的NaHCO3溶液和Na2SO4溶液以保證油水分層效果。