用输液器改进“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验

“探究酵母菌细胞呼吸的方式”是人教版高中生物学必修1《分子与细胞》第 5章第3 节的一个重要探究实验。

教材提供的参考方案中锥形瓶装置体积大且组建困难，试剂用量多，橡皮球或气泵间歇性通气( 约 50 min) 过程繁琐。实验耗尽葡萄糖需要9 h以上，学生难以及时观察到实验结果。

实验耗时长，导致很多教师只能以播放实验视频的形式向学生讲解实验内容，不能有效训练学生的探究能力。

1. 装置搭建

1. 1 装置的结构组成

有氧组装置由1支20 m L注射器、1条5．5号输液器、1支10 m L玻璃试管、试管架组成( 图1) 。

无氧组装置由1个流量调节器、1条5．5号输液器、1支10 m L

玻璃试管、试管架组成( 图2) 。

A侧软管上连滴壶

B侧软管伸入试管中。

1. 3装置的工作原理

有氧组用注射器作为自动充气装置，利用新鲜土豆或白菜梗中的H2O2酶催化H2O2分解制备O2，创设有氧环境。

滴壶作为酵母菌细胞呼吸的反应容器，注射器内产生的O2通过

A侧软管流向滴壶，滴壶中酵母菌细胞呼吸产生的CO2，通过B侧软管流向澄清石灰水或BTB中进行检测( 图3) 。

无氧组关闭流量调节器，用石蜡油液封酵母菌培养液，创设无氧环境。若无石蜡油，可静置10 min待酵母菌消耗掉滴壶中原有的O2，这两种方式的检测结果几乎一致。

酵母菌细胞呼吸产生的CO2，通过B 侧软管流向澄清石灰水或

BTB中进行检测( 图4) 。

2. 实验步骤

2. 1 试剂的配置

酵母菌培养液由0．2 g 葡萄糖粉、0．4 g高活性干酵母粉和2 m L蒸馏水混合而成，注意现配现用。

BTB的配置，取0．025 g BTB粉末加入750 m L煮沸过的自来水中，若配好时呈黄色，可滴加极少量0．01g / m L的Na OH溶液调至蓝色。

酸性重铬酸钾溶液由浓硫酸与浓度为2%的重铬酸钾溶液等体积混合而成。

H2O2溶液用30%H2O2溶液与水按1 ∶ 4的比例稀释。

2. 2  CO2的检测

有氧组:

①拔出注射器的活塞柄，向空筒中放入2 条土豆细丝( 约

1．5g) ，塞回活塞，抽取5 m L H2O2溶液和15 m L空气后水平放置;

②搭建有氧组装置;

③用5 m L注射器量取1 m L的酵母菌培养液，注射器针头从滴壶的加药橡胶口插入，注入酵母菌培养液后拔出;

④滴壶B侧软管放入盛有1 m L澄清石灰水或BTB的试管中，左手按住注射器，右手轻轻摇动滴壶，促进酵母菌与O2的接触，观察记录试剂的颜色变化和所用时长。

若室内温度低，需在滴壶下放置一个装有一半开水的培养皿，为酵母菌的生活提供一个较适宜的温度环境，缩短反应时间。

用20 m L 注射器抽满空气后和滴壶相连，将注射器及滴壶内的气体输入1 m L BTB中，BTB 的初始颜色未发生改变。该实验说明注射器和滴壶内空气中的 CO2浓度有限，不会使BTB变色，因此没有去除注射器和滴壶内一开始残留的CO2。

无氧组:

①搭建无氧组装置;

②向滴壶中注入 1 m L的酵母菌培养液后再注入适量的石蜡油;

③滴壶 B 侧软管放入盛有澄清石灰水或 BTB 的试管中，观察记录试剂的颜色变化和所用时长。

2. 3  酒精的检测

由于葡萄糖、干酵母粉中的食品添加剂SMS 和酒精一样会使酸性重铬酸钾溶液发生相似的颜色变化。为避免酸性重铬酸钾溶液与酵母菌培养液中葡萄糖、SMS的直接接触，选用酸性重铬酸钾溶液直接检测酒精蒸气的办法。

取 1 m L 现配酵母菌培养液于试管中，加热使酵母菌灭活。检测培养液除酵母菌可以产生的酒精外，葡萄糖、SMS等物质是否也会挥发使酸性重铬酸钾液滴发生颜色变化，半小时内液滴无颜色变化，说明该方法可行。

步骤:

①有氧组滴壶A 侧软管伸入空试管中，捏扁滴壶，挤入酵母菌培养液;

②试管放入装有适量开水的50 m L 小烧杯中水浴加热;

③快速用胶头滴管吸取酸性重铬酸钾溶液，蘸一滴在盖玻片盒盖中央;

④快速将盖玻片盒盖倒扣在试管口上，让盒盖上的酸性重铬酸钾液滴正对试管口内部，观察记录酸性重铬酸钾溶液的颜色变化。

无氧组检测酒精的方法，同上( 图 5) 。

3. 结果与分析

3. 1  CO2的检测

室温25℃ ，滴壶置于装有一半开水的培养皿上，记录10 min

后的实验现象。

用BTB检测的结果: 有氧组BTB由蓝变绿再变黄，无氧组BTB

由蓝变绿。

用澄清石灰水检测的结果: 有氧组很浑浊，无氧组略微浑浊。BTB

和澄清石灰水的检测结果都表明，酵母菌在有氧和无氧条件下呼吸产物都有 CO2且有氧条件下产生的CO2更多。

相较之下，BTB检测CO2更灵敏，现象更易观察，推荐使用。

本实验开课时间在冬季，室温若低于20℃，观察到现象的时长会略有延长。

3. 2 酒精的检测

有氧组酸性重铬酸钾液滴仍为黄色，无氧组酸性重铬酸钾液滴由黄变绿。说明酵母菌只在无氧条件下产生酒精。

经实践发现，极少的酒精蒸气就会使酸性重铬酸钾液滴发生颜色变化，故酒精检测时间不宜过长，约2 min即可，避免有氧组试管内

的酵母菌在检测过程中进行无氧呼吸产生酒精，对实验结果产生干扰。

4.改进的亮点

4. 1 巧用生活资源，使实验简单易行

用输液器做实验的主体装置，气密性好、成本低，1 套装置成本在10元以内，易采购，并可重复使用。

装置的组建和使用方法简单，学生可亲自动手完成分组实验。

4. 2 实验用时短，损耗低，现象明显

原实验方案需480 m L 酵母菌培养液，改进后的实验方案只需

2 m L; 原实验需时长8—10 h，改进后的实验能在30 min 内完成且实验现象明显。

4. 3 该装置可进一步进行定量探索

滴壶两侧软管可直接连接二氧化碳传感器，定量检测酵母菌在有氧和无氧条件下的呼吸速率( 图 6) 。

由于滴壶体积小，高活性干酵母的量若过多，滴壶内 CO2浓度短时间即会达传感器测量峰值，不利于数据收集。0．05 g 葡萄糖粉

、0．05 g高活性干酵母粉和1 m L 蒸馏水混合的培养液较适宜。

有氧组匀速滚动滴壶，促进酵母菌与空气中的O2接触，创设有氧环境; 无氧组加适量石蜡油液封，制造无氧环境。CO2传感器与数据采集器、电脑连接，打开电脑配套软件设置用Excel表格记录每5 s

滴壶CO2的百分比浓度值(ppm) ，数据收集时长只需400s。用 Excel

表格呈现的原始数据，计算每5 s 内CO2的增加量，再求取平均值，用单位时间内 CO2的增加量表示呼吸速率。检测结果，酵母菌有氧呼吸速率约是无氧呼吸的3 倍