探究细胞的呼吸

殷国杰

摘 要：细胞呼吸是指有机物在细胞内经过系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程[1]。广义上细胞呼吸分为有氧呼吸、无氧呼吸两种方式。本文主要以酵母菌的细胞呼吸为例，对其进行浅显的探究。

关键词：有氧呼吸 无氧呼吸 酵母菌

中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2019）02-0-01

细胞呼吸对于生命有着重要的意义，在这一过程中最终会产生能量和ATP，为生物提供生存的物质。本文首先对细胞呼吸进行简要的介绍。

一、有氧呼吸

有氧呼吸是指细胞在有氧气的情况下，通过细胞内多种酶的催化，把葡萄糖等有机物彻底地进行氧化分解后产生水和二氧化碳，释放能量且生成大量ATP的过程。ATP是腺嘌呤核苷三磷酸的简称，是一种不稳定的高能化合物，水解时可以释放大量能量，是生物体内最直接的能量来源。有氧呼吸的特点是有氧的参与和彻底氧化分解。

1.反应过程

首先在细胞质的基质中，葡萄糖分解成两个分子的丙酮酸，释放出少量的能量，并不需要氧的参与。接着丙酮酸进入细胞的线粒体基质中，将部分活化氢脱下，分解成二氧化碳和部分能量，这一阶段也不需要氧的参与。最后在线粒体内膜上，外界的氧和前两个阶段的活化氢结合生成大量水，释放大量能量并且合成ATP。

2.总反应式

大量能量

二、无氧呼吸

与有氧呼吸相比，无氧呼吸并不能将有机物完全氧化，在酶的作用下会产生乳酸或者酒精。

1.反应过程

无氧呼吸分为两个阶段，第一个阶段和有氧呼吸相同，在细胞质基质中将葡萄糖分解成丙酮酸，释放少量能量。第二个阶段是在细胞质基质中通过酶的参加，丙酮酸分解成酒精和二氧化碳，也有可能转化为乳酸。

2.总反应式

酶 （乳酸） 或

酶 （酒精）+2CO2

三、以酵母菌为例探究细胞呼吸

酵母菌是一种单细胞真菌，能够将糖发酵为酒精和二氧化碳，在有氧和无氧的条件下都可以存活，且酵母菌相对来说比较好收集，方便用于实验研究。

首先我们要清楚酵母菌在进行有氧呼吸和无氧呼吸时产生的效果是如何的，这样才能用对照实验验证我们的猜想。已知酵母菌在有氧呼吸的情况下，消耗的氧气和生成的二氧化碳体积相同，无氧呼吸时则不消耗氧气产生二氧化碳，所以酵母菌在实验时无氧呼吸会使原来的气体体积变大，有氧呼吸则不会[2]。

1.准备

实验器具为干酵母菌5g，100mL5%的葡萄糖溶液，澄清石灰水溶液，0.2g/mL的酸性重铬酸钾溶液，烧杯，滴管，试管，温度计，100mL注射器，带弹簧夹的橡皮胶管，集气瓶和蒸馏水。

为了更好地进行观察，我们将设置两个实验组和一个对照组，分为有氧组，无氧组和对照组。其中澄清石灰水可以验证是否存在二氧化碳，若有二氧化碳的存在，澄清石灰水会变浑浊；酸性重铬酸钾溶液可以验证酒精的生成，如果没有生成酒精，那么酸性重铬酸钾溶液还是橙黄色，如果生成酒精，那么酸性重铬酸钾溶液则会发生变色反应成为灰绿色。

分别用有氧组和无氧组的注射器吸入30mL的酵母菌培养液（干酵母菌放在葡萄糖溶液中用25℃左右的热水水浴加热活化20分钟），对照组注射器仅仅吸入同样体积的葡萄糖溶液。

有氧组：用注射器吸入50mL的空气后用橡皮圈将注射口密封，用夹紧弹簧夹的橡皮胶管连接装有澄清石灰水的烧杯液体。

无氧组：将装有30mL酵母菌培养液的注射器内空气排出，也同有氧组一样用夹紧弹簧夹的橡皮胶管连接装有澄清石灰水的烧杯液体。

对照组：将装有30mL葡萄糖溶液的注射器内空气排出，也同两组实验组一样用夹紧弹簧夹的橡皮胶管连接装有澄清石灰水的烧杯液体。

2.实验

准备工作完成后将对三组注射器进行水浴加热，以便加快实验进程，温度在50℃左右，时间在15分钟左右。

加热过后对三组注射器进行观察。

有氧组：注射器活塞没有变化。

无氧组：注射器活塞明显向外移动。

对照组：注射器活塞没有变化。

打开三组弹簧夹，发现有氧组和无氧组的澄清石灰水都变浑浊，无氧组浑浊程度略重，对照组澄清石灰水没有变化。

再将三组注射器中的溶液取5mL与酸性重铬酸钾溶液一同放置于试管中并振荡，观察颜色反应，得出有氧组和对照组均未出现颜色变化，无氧组中溶液呈灰绿色。

3.结论

得到结论即为酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸均能产生二氧化碳[3]，且有氧呼吸时消耗的氧气和产生的二氧化碳的体积基本相同。

酵母菌有氧呼吸并不产生酒精，无氧呼吸时则产生酒精。

高中生物的学习首先在于将教材的内容熟记于心，然后再揉入自己的思考。教材中的实验都非常经典，能够给我们一种直观的视觉冲击。有条件时多做实验，在具体的实验操作过程中将会再一次加深我们对知识点的印象。例如上文中对细胞呼吸情况的讨论，书中僅仅说明了有氧呼吸和无氧呼吸的反应过程，反应场所和反应后生成的物质，多种反应很容易记混。但是通过对酵母菌呼吸作用的实验，就可以直观地得出无氧呼吸产生了酒精，且无氧呼吸和有氧呼吸都产生了二氧化碳。但这个实验也有不完美之处，无氧呼吸产生的乳酸该通过什么样的实验才能证明呢？实验是否真的控制了变量呢？这就需要更专业的生物知识和生物实验了，而这种不断探索的过程也正是生物的魅力所在。

参考文献

[1]朱正威，赵占良，张怡.普通高中课程标准生物必修1.人民教育出版社，2007：91-96.

[2]郭爱平.探究酵母菌细胞呼吸的经典实验[J].生物学通报，2017，52（5）：43-44.

[3]陆奇，蒋选荣，万晓安.探究酵母菌细胞呼吸方式的实验改进[J].生物学教学，2008，33（8）：43.