探究酵母菌细胞呼吸方式的实验改进

摘要：教材中《探究酵母菌细胞呼吸方式》在装置和反应时间上存在一些不足，本文采用注射器作为实验的主要装置，并借助754紫外分光光度计对酵母菌呼吸产物酒精进行定量检测，使实验结果更为科学化、数字化。

关键词：酵母菌细胞呼吸 注射器 酒精检测 754紫外分光光度计

1 前言

《探究酵母菌细胞呼吸方式》实验是生物学必修一第五章第三节的内容。根据课标要求，学生通过实验真切地体会细胞物质和能量的变化，体现生物学的重要思想，物质与能量观。教材中对本实验的内容也有较为详细的描述，但学生在操作时存在一定的安全隐患，且培养时间过长，难以在一节课时间完成该实验。因此需对教材实验进行改进。本文从实验材料，实验装置等方面对实验进行简化程序，缩短时间，实现该实验的随堂教学。

2 材料与试剂、仪器

  安琪牌高活性干酵母，0.1%溴麝香草酚蓝水溶液，0.5%酸性重铬酸钾溶液，754紫外分光光度计，恒温水浴锅，电子天平，便携式氧气呼吸器，若干个100mL注射器，软胶管，气体调节阀，一次性针头，小烧杯，量筒，玻璃棒

3 实验改进内容

3.1 优化实验材料，提高效率

教材中使用的材料为新鲜酵母但往往不易保存，且活性较低[1]。而干酵母含水量在5%左右，具有发酵速度快，便于运输和保存的优点，容易活化[2]。本实验改用市面上易购买的安琪牌高活性干酵母，活化酵母在40℃恒温水浴10分钟即可。

3.2 改进实验装置，缩短时间

在教材实验中，使用玻璃锥形瓶连接装置，易碎且组装困难，且NaOH具有腐蚀性，存在一定的安全隐患[2]。其次时间长，装置须在25-35℃培养8-10小时，不利于实验的随堂化。因此，本实验改用改用注射器代替教材实验装置，具有以下优点：(1)直观且快速，耗时短。注射器具有体积小，安全，使用方便等优点，可以快速且直观观察体积变化，缩短时间；（2）损耗低，现象明显。课本需要480mL的酵母培养液，改进后的实验方案不到30mL。原实验需时长8-10小时，改进后实验能在15min内完成且实验现象明显。

3.3 定量实验结果，科学探究

酵母菌是兼性厌氧菌，有氧条件下，产生CO2和水，无氧条件下，产生CO2和酒精。在对酵母菌呼吸产物的检测上，本实验采用溴麝香草酚蓝水溶液检测的CO2生成。相对于教材实验，用酸性重铬酸钾检验酒精，观察是否由橙色变成灰绿色的颜色变化，在本实验中，采用实验室紫外分光光度计定量测定酒精含量，让学生从感性认识上升到理性认识，使实验探究结果科学化，数字化。

4 实验过程

(1) 有氧组

取一支100mL注射器，连接纯氧呼吸器，充入氧气至注射器体积40mL刻度处，连接气体调节阀，关闭阀门，备用。

(2) 有氧对照组

取一支100mL注射器，连接纯氧呼吸器，充入氧气至注射器体积40mL刻度处，连接气体调节阀，关闭阀门，备用。

(3) 无氧组

取一支100mL注射器，连接调节阀，关闭阀门，备用。

10分钟后取出水浴好的酵母液和2%葡萄糖溶液，对照组注射器注入10mL的2%葡萄糖溶液。然后往24mL的酵母液中加入4mL 2%葡萄糖溶液，充分混匀，配制成酵母菌和葡萄糖的混合液，简称酵母混合液。最后，往有氧组注射器和无氧组注射器中各吸取10mL的酵母混合液，反应10min，记录结果。

（4）检测产物

反应结束后，依次将有氧组、无氧组、对照组注射器中的液体排出，并用漏斗进行过滤，保留滤液。注意不要排出注射器里面的气体。利用观察离心管中溶液颜色变化时间检测CO2的生成，利用754紫外分光光度计测量样品中酒精的生成。

（5）实验结果与分析

酵母菌在在有氧无氧条件下均能进行细胞呼吸。在有氧条件下，通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水，在无氧条件下，通过细胞呼吸产生酒精和少量的CO2。学生根据观察的实验现象和记录的实验结果，进行小组交流讨论。比如，有些小组对有氧呼吸实验组操作中，将酵母菌培养液取样测定，测定出也含有酒精，这是为什么呢？再比如，如何尝试将生成的产物CO2也进行定量呢？或者在本次实验基础上尝试提出新的探究课题。

综上所述，通过注射器对原实验装置改进，大大缩短实验时间，且实验现象明显，使得本实验能在一节课内完成。利用数字化设备754紫外分光光度计定量测量乙醇含量，使定性观察实验现象到定量的转变。随着信息技术的发展，实验室的数字化设备也越来越多，利用数字化设备进行数字化实验，具有精确、高效、定量和科学等优点，使得高中生物学实验教学更加丰富且广泛，实现从定性实验转变为定量实验，使探究结果精确化和科学化，学生从感性认识上升到理性认识，并且通过数字化设备的使用，提高了高中生的信息技术素养，体会生物前沿技术的魅力。

参考文献

[1]朱慧, 林晓玲, 王桔红,等. "探究酵母菌细胞呼吸方式"实验的改进[J]. 中学生物教学, 2019(14):4.

[2]郝琦蕾, 龚彬莲. "探究酵母菌细胞的呼吸方式"实验的改进[J]. 实验教学与仪器, 2022, 39(5):3.