“探究酵母菌呼吸的方式”实验改进和思考

胡志傲 吴志强 肖安庆

(1 湖北省武汉市水果湖高级中学 430000； 2 安徽省芜湖市第十二中学 241002； 3 广东省深圳市盐田高级中学 518083)

人教版高中生物学教材“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验，通过探究酵母菌在不同条件下的呼吸方式，帮助学生直观地掌握有氧呼吸和无氧呼吸的特点，学会总结、归纳出有氧呼吸和无氧呼吸的区别与联系，为后面进一步学习细胞呼吸方式的具体过程做好知识储备。

1 实验教学实施中的问题

教材中“探究酵母菌呼吸的方式”这一实验，设计科学严谨、思路清晰。但是在实验教学中发现，如果完全按照教材中的实验设计，也存在一些待解决的问题：一是实验材料方面，该实验提供的酵母菌培养液是10g新鲜食用酵母菌与240mL质量分数为5%的葡萄糖溶液混合而成。这种酵母菌培养液容易发酵过度，导致实验结果不明显。二是实验装置方面，在无氧呼吸装置中，把反应装置连通澄清石灰水溶液，何时开始无氧呼吸难以确定；在有氧呼吸装置中，直接通入混有二氧化碳的空气，无法判断装置中二氧化碳的来源是呼吸作用产生的，还是空气中原本存在的，为实验结果的检测带来不便。

此外，该实验耗时长(培养8～10 h)、容易出现不可控因素。因此，笔者教学实践中尝试利用注射器和输液管，开展“探究酵母菌呼吸方式”实验，对实验材料的使用量进行重新设置，确保此实验能够在课堂上完整、高效进行。

2 酵母菌液与葡萄糖溶液混合比例的探讨

依据以上分析，将高活性干酵母菌与37℃左右的温水以质量比为1 ∶10混合，搅拌均匀后可制得酵母菌液。通过大量实验发现，这种酵母菌液和质量分数为20%的葡萄糖溶液配置而成的酵母菌培养液，实验效果明显。

为了进一步探究酵母菌混合液的最佳配方，将酵母菌液与质量分数为20%的葡萄糖溶液以体积比为1 ∶1和1 ∶2分别混合均匀，制成两种不同酵母菌培养液。利用这两种培养液分别进行无氧呼吸实验。实验结果发现：培养5min后，两种比例的混合液产生气体体积相差不大，均能产生2mL左右的气体。这有利于在课堂教学中短时间内收集呼吸作用的产物，直接检测二氧化碳的生成。培养两小时后，1 ∶1混合的酵母菌培养液产生气体量基本保持不变，这表明葡萄糖已经被消耗完全。然而1 ∶2混合的酵母菌液此时仍然不断产生气体，这表明培养液中仍然有葡萄糖没有被消耗完。而葡萄糖的存在会影响酒精的检测，所以实验必须等待注射器中葡萄糖完全消耗后，才能进行酒精的测定。

因此，1 ∶1混合的酵母菌培养液节约原料，葡萄糖消耗所需时间短，短时间内能获取生成的气体，实验现象明显。

3 注射器在“探究酵母菌呼吸的方式”实验中的应用

3.1 无氧呼吸装置 参考各版本教材中的装置，不难发现教材中的装置并不能为酵母菌提供无氧环境。基于此，笔者利用20mL注射器作为无氧呼吸的反应容器，注射器直接吸取配置好的酵母菌培养液1mL，注射器中若不慎吸入空气，可逆向排出。然后将一定长度的输液管(约10cm)安装在针筒头上，密封针口，关闭调节器，隔绝空气，为酵母菌提供真正的无氧环境(图1)。

图1 无氧呼吸装置

图2 氧气发生器

3.2 有氧呼吸装置 可增加氧气简易发生器提供氧气来开展实验(图2)。直接为酵母菌提供纯氧，那么装置中出现的二氧化碳就一定是呼吸作用产生的。经过大量预实验，发现60mL的注射器作为氧气发生器效果最佳。将注射器的针口连上一段输液管，用连上输液管的注射器直接吸取2mL的体积分数为10%的过氧化氢溶液，清洗好输液管的一端后，再直接吸取无机催化剂氯化铁溶液1mL，轻轻晃动注射器，使两种液体充分混合，排出针筒内的气体，关闭调节器，针筒内开始制造并储存氧气，为酵母菌有氧呼吸提供充足氧气。

遵循对照原则和单一变量原则，同样选取20mL注射器作为有氧呼吸的反应容器。使用20mL注射器小心缓慢吸取1mL酵母菌培养液，而后将氧气发生器输液管的另一端连接在20mL注射器针筒头上，打开调节器，开始缓慢向注射器内推入一定体积的氧气，关闭调节器。进行了一系列实验后，发现1mL酵母菌培养液中通入14mL氧气时，注射器的示数一直不变，表明该装置中的酵母菌一直进行着有氧呼吸，即14mL氧气是充足的(图3)。

图3 有氧呼吸装置

3.3 水浴加热条件 教材中提到将装置置于25℃～35℃中培养，然而没有给出具体建议。有条件的学校可以置于恒温水浴锅或者恒温培养箱中培养；没有相关设备的学校，可以将注射器置于盛有温水的烧杯中，隔一段时间，充入一定的热水，以保证水温在37℃左右，能使细胞代谢处于旺盛状态，加快呼吸作用速率，缩短实验等待的时间。

3.4 产物的检测 酵母菌培养液在两种不同的反应容器中保温5min后，能明显看到有气体产生。鉴于实验时间较短，产生的气体量并不大，所以用澄清石灰水检测生成的气体不一定能观察到明显现象，选择更灵敏的试剂溴麝香草酚蓝水溶液能使结果更明显。将输液管的一端浸入盛有溴麝香草酚蓝水溶液的2mL EP管中，将调节器打开至一定程度，慢慢推动注射器拉杆，可以观察到EP管中的气泡使溴麝香草酚蓝由蓝慢慢变绿，最终变成黄色。EP管轻便，方便存放，易拿取，可回收重复利用；并且由于体积小，气泡看得更加明显，便于观察(图4)。

图4 呼吸产物检测结果

4 结语

改进后的实验，可操作性强、用时短、实验现象明显，可以在中学课堂中推广。3～5min就能明显看到气泡的产生，5～10min注射器针筒内就能收集到一定体积的气体，开始进行气体的检测。有氧呼吸装置中产生了二氧化碳，注射器的刻度却没有发生变化，以此让学生了解有氧呼吸分解葡萄糖，消耗的氧气量和产生的二氧化碳量相同，使学生印象深刻，为后面的学习打下坚实基础。注射器和输液管(连接着调节器)来源于生活，能够使学生认识到“知识来源于生活”，从而引导学生树立“知识要紧密结合生活实际”的意识。注射器和输液管不易破损、便于拿取、可重复利用，节约实验成本。代替锥形瓶和玻璃导管，使实验设备简单化、清晰化，使实验更加安全，可操作性更强。这样的一堂实验课，不仅教师能引导学生进行实验设计，而且学生能亲自动手实践，观察明显的实验现象，得出实验结论，真正做到培养学生的动手实践和总结归纳能力。

(基金项目：2016年度全国教育科学规划课题教育部青年课题“新一轮课改背景下高中生物核心素养的实践研究，No.EHA160474)

*前文受翰思科学仪器公司关注*