绿色植物无氧呼吸实验探究

戚智河 （广东省广州市从化区城郊中学 广东广州 510920）

有很多教师对人教版教材（2012）生物学7年级上册“绿色植物的呼吸作用”中的3个演示实验作了改进，大多集中在选择材料、实验方法或仪器设备的应用上。例如，在选择材料方面，有的用新鲜菜叶，有的用萌发种子，也有人用新鲜果实；在实验方法上，有的用燃烧着的木条直接检验O2的减少，有的先去除CO2的“干扰”后，再用燃烧着的木条进行检验；在仪器设备的应用上，有的用保温瓶，有的用广口玻璃瓶，有的用矿泉水塑料瓶，也有人用塑料薄膜袋。这些均有一定的道理，其根本目的就是为了说明3个问题，包括植物呼吸作用会释放热量，植物呼吸作用会释放出CO2，以及植物呼吸作用会消耗O2。

然而，很少人会利用这个实验去探究另一个问题，即绿色植物的无氧呼吸。在供氧不足或没有O2时，绿色植物会进行无氧呼吸释放热量，产生CO2和酒精。

1 问题的提出

学生在一次帮忙准备 “绿色植物的呼吸作用”实验，从25℃恒温箱中取出密封的、装有萌发绿豆［Vigna radiata （Linn.）Wilczek］种子的矿泉水塑料瓶时，发现瓶身发硬，瓶内气压升高，打开瓶盖，还闻到一股酒香味。学生的提问“矿泉水塑料瓶发硬，是瓶内气体受热膨胀导致的吗？而酒香又是怎样来的？”教师一时也无法解答。经过反复思考、分析和实验探究之后证明，这个“发硬”和“酒香”除了与气体受热膨胀、微生物的发酵有关之外，还与植物的呼吸作用有关，特别是植物的无氧呼吸。

塑料瓶瓶身发硬，瓶内气压升高，在排除气体受热膨胀和微生物发酵导致之后，意味着瓶内气体增加了。植物有氧呼吸是吸入O2排出CO2的，瓶内气体增加意味着排出的CO2大于吸入的O2，即呼吸商大于1。虽然，无氧呼吸的呼吸商接近无限大，产生的CO2会使塑料瓶瓶身发硬，瓶内气压升高。但是，呼吸商大于1还不能说明萌发的绿豆种子进行了无氧呼吸，因为有些物质氧化分解的呼吸商也是大于1的，例如柠檬酸，苹果酸等。至于“酒香味”，无氧呼吸确实会产生酒精，但微生物的发酵也能产生酒精。所以，要说萌发的绿豆种子进行了无氧呼吸，还需要通过实验证明［1］。

2 现实生活中植物呼吸作用的存在

在现实生活中，很容易就能感觉到植物呼吸作用的存在。 例如，荔枝（Litchi chinensis Sonn）、龙眼（Dimocarpus longan）果实成熟季节，用纸箱装着新鲜的果实，第2天将手伸进箱内取果时，会感觉到果实发热，存放时间长了，还可以闻到酒味。有人吃了几个荔枝后开车，还被查出“酒驾”。又例如，香蕉（Musa nana Lour.）、红柿（Diospyros oldhami Maxim）、西红柿（Lycopersicon esculentum Mill）等催熟时也会发热。儿时在家负责晾晒稻谷（Olyza SativaL.），稻谷被雨水淋湿后堆放在一起，会发芽发热，即便是秋冬季节，也能感觉到“热气腾腾”，夏季则更明显。如果在街市买芽菜时留心，用手摸一下盛发芽菜用的罐子，一定能感觉到“热”的存在。这些都是植物呼吸作用释放出热量导致的。

植物在进行有氧呼吸的同时还会进行无氧呼吸。当O2不足或者没有O2的情况下，植物会进行无氧呼吸。有氧呼吸产生的能量较多，无氧呼吸产生的能量较少。这些能量小部分用于植物各种生理活动，大部分以热的形式散发到大气中。因此，可以感觉到它们“发热”。

3 绿色植物无氧呼吸演示实验方案的设计

能否设计一个实验方案，可以证明绿色植物在O2不足或者没有O2的情况下，会进行无氧呼吸释放热量，释放CO2和产生酒精？以下演示实验可以实现目标。

将400 g左右的绿豆种子用水浸泡6～12 h后，转放0.1%的KMnO4溶液中浸泡5 min消毒杀菌，用以排除微生物发酵的影响。将绿豆种子分成2份，其中一份煮熟，并冷却至室温。然后分别装入2个家庭用塑料保鲜袋中，用家用手动抽真空器抽成真空（或者先向袋里充满凉开水或0.1%的KMnO4溶液，用手抓住袋口排尽空气，然后倒转，小心地把水排出，使袋内形成“真空”），在靠近袋口处打个活结，确保塑料保鲜袋密封缺乏O2。将绿豆种子连同保鲜袋一起分别放入2个保温瓶（杯）中，各插入一支温度计后，用棉花团塞住瓶口，在实验台面上放一支温度计，用于测量室内温度。放置12～24 h后再做以下实验，注意观察和记录实验现象，并通过比较和分析之后得出实验结果。

3.1 植物无氧呼吸释放热量

实验：12～24 h后，读取3支温度计的读数。

现象：保温瓶中温度计的读数为：装活种子的20℃，装煮熟种子的17℃，实验台面上温度计的读数为：17℃。

结论：活着的绿豆种子在O2不足或者没有O2的情况下，会进行无氧呼吸释放热量。

3.2 植物无氧呼吸产生CO2

实验：小心取出保温瓶（杯）中2袋实验样品，检查塑料保鲜袋的变化。

现象：装煮熟种子的塑料保鲜袋内没有产生气体，装活种子的塑料保鲜袋发胀，袋内产生了气体。

实验：用20 mL针筒先抽取5～10 mL澄清石灰水，再用针头刺破保鲜袋，确保针筒垂直向下时慢慢地抽取5～10 mL袋内气体，使澄清石灰水与袋内气体充分接触，观察澄清石灰水是否有变化？

现象：澄清石灰水变浑浊。

结论：活的绿豆种子在氧气不足或者没有O2的情况下，会进行无氧呼吸产生CO2。

3.3 植物无氧呼吸产生酒精

实验：打开保鲜袋袋口活结，闻一闻绿豆种子的气味。现象：煮熟的种子没有酒味，活种子有酒味。结论：活的绿豆种子在O2不足或者没有O2的情况下，会进行无氧呼吸产生了酒精。

科学实验证明，植物在有O2的条件下将有机化合物氧化分解产生CO2和水，同时释放能量供生命活动需要的过程，称为有氧呼吸。其化学反应式（以葡萄糖为例）为：C6H12O6+6O2-酶→6CO2+6H2O+能量。植物组织在供氧不足或者缺乏O2时，体内有机物也可以分解，产生CO2和酒精，同时释放少量能量，供生命活动需要的过程称为无氧呼吸。化学反应式（以葡萄糖为例）为：C6H12O6—酶→2CO2+2C2H5OH+少量能量［2］。正是因为萌发的绿豆种子进行了无氧呼吸，所以才会有学生发现的“塑料瓶发硬”和“酒香味”现象。

因此，增加上述“绿豆萌发种子的无氧呼吸”演示实验之后，“绿色植物的呼吸作用”的4个演示实验不仅可以探究植物呼吸作用会释放热量，释放CO2，消耗 O2，还能够探究植物在 O2不足或没有O2的情况下，会进行无氧呼吸释放热量，释放CO2和产生酒精。