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“探究酵母菌细胞的呼吸方式”的实验改进
作者：郑荣铃 林晓
来源：《中学生物学》2017年第02期
        摘 要 按照教材原有实验方案实施，实验耗时长，需要8～10 h，难以组织学生在课内完成实验。利用注射器与输液线改进实验方案，缩短实验所需要的时间，使该实验的现象明显并能在课内完成。本文主要从实验存在的不足、实验方案改进与实验教学组织三个角度分析讨论以提高实验成功率。
        关键词 呼吸方式 注射器 实验方案改进
        中图分类号 G633.91 文献标志码 B
        “探究酵母菌细胞的呼吸方式”是教材的开放性实验。通过酵母菌细胞是否产生酒精和产生二氧化碳的量来判断细胞的呼吸方式。调查结果显示本实验在实际教学中开设率不高，究其原因除了实验耗时长外，实验装置还存在一定的局限性，影响了实验效果。笔者通过对实验的改进，使其效果明显，并缩短实验所需时间，一节课即可完成。
        1 教材实验存在的不足
        1.1 实验装置的气密性较差
        有氧呼吸、无氧呼吸实验装置中，锥形瓶口用木塞堵上，容易发生漏气；锥形瓶之间用U型玻璃导管连接，U型玻璃导管间用橡皮管连接，橡皮管老化，也容易发生漏气。实验装置的气密性较差将影响细胞呼吸产生二氧化碳的检测。
        1.2 有氧和无氧实验条件较难控制
        有氧呼吸装置中，通过气泵或洗耳球不断地将空气通入装置中，时间大约需要50 min，但是整个实验过程酵母菌细胞发酵时间是8～10 h；在不通入空气情况下，酵母菌细胞可能进行无氧呼吸，且实验操作较为繁琐；无氧呼吸装置中，培养液上方仍具有一定量空气可能参与有氧呼吸。以上这些都可能影响实验检测的准确性。
        1.3 酒精检测不够准确
        实验过程发现，酸性重铬酸钾除了加入酒精中会变色，加入葡萄糖溶液中也会变色。
        根据重铬酸根的化学性质，重铬酸根中的铬是正六价，具有强氧化性，易将具有还原性的葡萄糖氧化。酵母菌培养液中未被消耗的葡萄糖可使酸性重铬酸钾溶液发生变色。其发生的离子反应式如下：
        4Cr2O72-+C6H12O6+32H+→8Cr3++6CO2+22H2O。
        2 实验方案的改进
        2.1 改良酵母菌培养液缩短实验时间
        改变酵母菌培养液操作如下：4 g高活性干酵母在25℃时溶于60 mL水，先活化5 min，再取20 mL与5 mL质量分数为5%的葡萄糖溶液混合。酵母菌生长的适宜温度是20～30℃，用25℃左右的温水对酵母菌进行活化处理，可增强酵母菌的活性。改变葡萄糖、酵母菌的比例，可增强酵母菌细胞呼吸的强度。
        2.2 改进有氧、无氧呼吸实验装置
        利用医用注射器和输液线改进有氧呼吸实验装置（见图1）、无氧呼吸实验装置（见图2）。
        2.2.1 改进的实验装置优点
        （1） 实验装置气密性好。实验所用注射器的活塞是软橡皮，用输液线与注射器连接紧密，装置不易漏气。
        （2） 注射器上有刻度，可定量取液。
        （3） 能快速检测二氧化碳。装酵母菌培养液的注射器体积是50 mL，比锥形瓶体积小，培养液上方留的空间较小，有利于酵母菌细胞呼吸产生的二氧化碳较快的进入装有溴麝香草酚蓝溶液的注射器中，使溶液变色快，从而快速检测二氧化碳。
        （4） 在有氧呼吸装置中，利用氯化铁催化过氧化氢分解的方法为有氧呼吸提供氧气，保证有氧呼吸顺利进行。
        （5） 在无氧呼吸装置中，将0.5 mL石蜡油注入酵母菌培养液，易于隔绝空气创造无氧条件。
        2.2.2 检测二氧化碳
        连接好实验装置后，只需要1 min即可观察有氧呼吸产生的二氧化碳使溴麝香草酚蓝水溶液呈现：蓝色→绿色→黄色的渐变过程，且酵母菌培养液，呈蜂窝状。无氧组需要3～4 min，也可明显观察到颜色变化。
        2.3 改良检测酒精装置
        为了排除培养液中未被消耗的葡萄糖对酒精检测结果造成的影响，实验采用蒸馏法分离酒精检测。具体如下：酵母菌细胞呼吸15 min左右，将酵母菌培养液转移到去除活塞柄但有活塞的注射器内，在97℃恒温水浴锅内加热，用输液线连接，通入装有5滴酸性重铬酸钾溶液的试管内检测。水浴加热大约1 min，即可观察到无氧组颜色变化。因为酒精沸点为79℃，水浴温度高于酒精沸点能将酒精蒸馏出检测。酸性重铬酸钾溶液用量为5滴，因无氧呼吸产生的酒精量有限，可能导致实验现象不明显。改良检测酒精实验装置（见图3）。
        3 改进实验教学组织
        采用支架式教学，结合小组合作学习，开展实验教学。
        3.1 构建支架
        实验课前，教师为学生准备一个学习文件夹，里面包含学习任务单和改进实验方案。学习任务单为学生提供了学习框架，让学生知道课前需要做好哪些准备，比如在这个实验中，要求学生要制作好改良的注射器。学生通过学习“改进实验方案”，学会如何利用注射器和输液线组装实验装置，体现了“先学后教”的理念。
        3.2 小组合作学习
        本实验包括课前与课堂小组合作学习。课前，学生以4人为一组，共同学习改进的实验方案，并比较教材实验方案与改进实验方案的差异，以更好地理解实验。课堂上，小组分工、协作，按照改进的实验方案组装实验装置，完成二氧化碳和酒精的检测。
        3.3 实验展示与交流
        实验结束后，教师请学生代表展示实验结果，并让学生互相交流实验心得，使他们的实验成果得到充分的肯定。组织实验活动评价，教师从小组完成情况、组员贡献等角度对学生进行评价，较客观地评价学生的实验技能。
        4 注意事项
        本实验是在30℃室温下完成，因为酵母菌细胞呼吸受温度影响明显，在不同地域、月份完成本实验所需时间存在一定差异。