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酵母菌细胞呼吸的方式(探究酵母菌的呼吸方式实验)

发布时间:2022-03-01 10:49:57 阅读:114622次 来源:江苏省靖江高级中学 卜乐

  一、使用教材

  人民教育出版社高中生物必修一《分子与细胞》第五章第三节:ATP的主要来源——细胞呼吸。

  二、实验器材

  器材:自动充气装置(自制)、试管、具支试管、直角玻璃弯管、量筒、温度计、玻璃棒、烧杯、天平、试管架

  试剂:酵母菌、葡萄糖溶液、氢氧化钠溶液、酸性重铬酸钾溶液、溴麝香草酚蓝水溶液。

  三、实验创新要点

  (一) 创设自动充气装置

  【创新】自制自动充气装置:将空置的输液袋注满水,再从袋塞处插入输液管插头,最后将水袋置于铁架台的可调控高度的铁架上。选用500mL细口瓶和配套瓶塞,将瓶塞用打孔机打出双孔,两孔均倒插入一段带针帽接头的0.5mL注射器针筒(针帽接头向上)。再剪去2号注射针的针管,取其针帽与待连接的充气软管入口配接,制得可直接套接在注射器出口上的接头(如图1所示)。

自动充气装置

图1 自动充气装置

  【优点】

  (1)可在水袋高度、输液管控制阀、针帽出口大小(通过针号控制)多个层面上调控适宜的充气速率,以便获得理想的最佳实验结果。

  (2)实现连续的自动充气,以便集中精力观察实验现象。

  (3)避免了利用气泵充气,空气中的CO2难以全部去除的不足。

  (4)避免了利用像皮球充气,需要频繁吸吹气,而且容易引发错误操作导致液体倒吸的不足。

  (二) 反应主体装置的改进

  【创新】

  (1)将500mL锥形瓶、带一长一短直角玻璃弯管的主体装置(如图2所示)改为25mL试管、输液软管(如图3所示)。

  (2)将材料试剂用量由240mL改为15mL。

图二

图2 改进前主体装置

改进后主体装置

图3 改进后主体装置

  【优点】

  (1)能有效避免锥形瓶边缘的酵母菌由于不能接触到充足的空气而进行局部无氧呼吸的不足。

  (2)能减少实验材料试剂的用量。

  (3)便于对酵母菌培养液保温处理。

  (三)创设无氧环境的改进

  【创新】采用与有氧组相似的实验装置(如图5所示),将有氧组装置中的通入空气改为通入事先制成的无氧空气一段时间来创设无氧环境。


改进前后的装置

  【优点】充入无氧空气有利于无氧环境的创设,避免了教材中静置时间难以把握,无法准确把握完全无氧呼吸的起点的不足。

  (四)酒精检测方法的改进

  【创新】改用蒸发检测法——直接用酸性重铬酸钾检测酒精蒸气。先将反应后的酵母菌培养液试管置于80℃热水的烧杯中,把蘸有酸性重铬酸钾的盖玻片盒子(见图6)倒扣于试管口,一段时间后观察记录液滴颜色变化。

蘸有重铬酸钾的盒子

图6  蘸有重铬酸钾的盒子

  【优点】与常用的将酸性重铬酸钾加入酵母菌培养液滤液相比,该方法可以避免培养液中残留的葡萄糖使酸性重铬酸钾变色而出现的假阳性现象。

  四、实验设计思路

  细胞呼吸的方式有有氧呼吸和无氧呼吸两种。探究酵母菌细胞呼吸的方式首先要考虑的问题就是如何创设有氧、无氧环境,对于有氧环境的创设学生很容易就能设计出向酵母菌培养液中通入空气的方案。创设无氧环境的方法,可以联系生物学实验中遵循的单一变量原则,进而设计出向酵母菌培养液中充入无氧空气的方案。

  在整个反应过程中如何保证酵母菌的活性呢?给酵母菌提供生命活动必须的营养物质、水分、适宜的温度,从而设计出给酵母菌加葡萄糖液的方案。在培养过程中为使反应在气温较低的环境中也能快速进行还可以对酵母菌培养液进行保温处理。

  对于反应可能的产物酒精、CO2该如何检测呢?酒精的检测可以联系生活中交警通过吹起查酒驾检测酒精的方法,从而确定用酸性重铬酸钾检测;CO2的检测,利用学生已有的CO2检测知识,设计出将排气口插入澄清石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液中,观察澄清石灰水是否浑浊及浑浊的程度,或溴麝香草酚蓝水溶液的变色现象、变色时间。

  五、实验教学目标

  1.通过学生分组讨论实验所用生物材料的结构和生物特性,加深学生结构和功能相适应的生命观念。

  2.借助系列问题引导学生思考讨论实验方案、装置,发展学生的科学思维习惯和能力。

  3.通过学生分组实验,以及对实验现象的观察、提问、交流与讨论,掌握科学探究的基本方法。

  4.基于对酵母菌呼吸方式的认识,尝试解决果酒、米酒等生产生活问题。

  六、实验教学内容

  (一)设计组装探究酵母菌呼吸方式(有氧组和无氧组)的实验装置

  (二)设计实验的具体操作步骤和操作方法

  (三)进行实验并指导学生解决在实验操作过程中遇到的问题

  (四)根据实验观察记录到的实验现象,引导学生分析并得出实验结论

  七、实验教学过程

  (一)引入

  老师给学生提供课前准备好的米酒和面包,学生品尝,老师提出问题:1.制作米酒、面包共用的微生物是什么呢?2.米变酒、面包多空说明该微生物可以产生何种物质?围绕酵母菌、CO2、酒精、一定气体条件下的呼吸作用,让学生提出问题。老师在充分肯定学生的思考积极性的基础上,提出与本节课教学内容相关的问题并引导学生作出假设。

  设计意图:从生活中常见的食物入手,并让学生品尝,激发了学生学习本节内容的兴趣。通过体验探究实验提出问题,作出假设的过程,初步养成勤于思考、乐于实践、勇于创新的科学品质。

  (二)设计组装实验的装置和实验操作步骤方法

  老师借助系列问题的形式(见表1),在师生一问一答的过程中,学生最终设计实验的装置并合作组装实验装置。

表一

  完成装置组装后,应用问题串(见表2),引导学生设计实验操作步骤和方法。

image.png

  (三) 学生合作进行实验并记录实验现象

  在实验的操作过程中,引导学生短暂关闭有氧呼吸的控制阀,观察两组装置的排气口有无气泡产生。从而让学生形成有氧呼吸过程中气体体积量不变,而无氧呼吸过程中气体体积量增加的体验,为后续学习有氧呼吸和无氧呼吸气体体积的变化打下基础。

  (四) 分析得出实验结论

  学生根据观察到的对照组溴麝香草酚蓝水溶液呈蓝色,有氧组呈黄色,无氧组呈绿色的现象得出酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都可以产生CO2,且有氧呼吸释放的CO2多于无氧呼吸;根据有氧组酸性重铬酸钾不变色,无氧组变灰绿色的现象得出酵母菌在有氧条件下,没有酒精产生,在无氧条件下可以产生酒精的结论。

  八、实验效果评价

  1.本次实验多数同学可以获得预期的实验现象与结论。但少数同学在酒精检测时有氧组偶尔出现变色的现象,对此,老师可以引导其对实验过程进行分析,发展他们分析问题解决问题的能力。

  2.该实验是高中生物中非常重要的实验之一,但是8小时的连续实验可操作性低,无法随堂开展。通过对教材实验的改进,大大提高了实验的效率,增加了该实验在平时教学中的可操作。


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