逍遥学能 2014-07-05 06:34
呼吸作用又叫生物氧化、细胞呼吸，是生物体内的有机物（糖类、脂肪、蛋白质）在细胞内经过一系列氧化分解，最终生成二氧化碳或其他产物，并且释放出能量的总过程。它能为生物体进行生命活动提供能量和体内其他化合物合成提供原料。对呼吸作用进行实验探究，不仅有助于这部分知识的理解，还能够提高自身的科学探究能力。本文将从七个方面对呼吸作用相关的实验题进行归类如下：
1．验证生物体能否进行呼吸作用
例1．为探究脊蛙（去脑、保留脊髓）肌肉是否能进行有氧呼吸，请依据所给的实验装置（K为止水夹）和材料，在给出的实验方法和步骤的基础上，继续完成探究实验，预测可能的实验结果，并回答问题。
材料和用品：刚制备的去内脏脊蛙、导线、手摇感应电机等
方法步骤：
步骤1：将A、B两根导线插入乙瓶瓶塞，将A导线下端的小钩，钩在刚制备的去内脏脊蛙背部肌肉上，带皮的蛙后肢接触食盐水，B导线的下端也接触食盐水，用凡士林密封瓶口；
步骤2：
步骤3：
步骤4：
结果预测和结论：
①______________________________________________________________________
②______________________________________________________________________
该实验能否证明肌肉是否进行无氧呼吸，为什么？
_______________________________________________________________________
解析：该实验的目的是探究脊蛙（去脑、保留脊髓）肌肉是否能进行有氧呼吸。由此确定该原理是细胞在有氧呼吸时消耗氧气，释放二氧化碳。实验时提供氧气，检验是否有二氧化碳生成来确定肌肉细胞能否进行有氧呼吸。根据题中给出的实验装置设计合理步骤：先提供氧气，再用感应电流断续刺激脊蛙，使其肌肉收缩增强代谢活动。最后通过石灰水检验结果。由于该实验属于“是否类”探究性实验，实验预期结果有两种可能。肌肉无氧呼吸产生乳酸，不产生CO2，不能用此装置证明肌肉是否进行无氧呼吸。
答案：
步骤2：调节止水夹K，使丁瓶内的水缓缓滴下，用以抽气，使空气由甲瓶经乙、丙瓶进入丁瓶。
步骤3：将A、B导线接上手摇感应电机，用感应电流断续刺激脊蛙，使其肌肉收缩增强代谢活动。
步骤4：观察丙瓶内石灰水的颜色变化。
结果预测和结论：
①丙瓶内石灰水变浑浊，说明脊蛙的肌肉能进行有氧呼吸作用；
②丙瓶内石灰水不变浑浊，说明脊蛙的肌肉不能进行有氧呼吸。
不能。因为肌肉无氧呼吸产生乳酸，不产生CO2，观察不到实验现象。
2．测定生物体呼吸作用强度
例2．植物幼苗在生长时，要进行呼吸作用。请用简单方法来测量菜豆幼苗有氧呼吸强度的大小(以单位时间内的耗氧量表示)。
实验材料：带塞的玻璃钟罩，大、小烧杯，10%NaOH溶液，带刻度的玻璃导管、清水、微型盆栽菜豆幼苗。
①本实验可用如上图装置，但该装置中还缺少某个必要的组成部分，利用所给的器具和试剂，则添加该组成部分的操作是 。增加该组成部分的目的是： 。
②本实验进行的原理是： 。
③实验步骤：
Ⅰ．取两个上述装置，编号为甲、乙。对所用的盆栽菜豆幼苗，甲中放置正常生长的菜豆幼苗，乙中放置 。连接好玻璃导管后，调节水柱高度，使两装置一样高。
Ⅱ． ，并开始计时。
Ⅲ．一段时间后， ，根据实验结果测算出幼苗在这段时间内的呼吸强度。
④本实验设计对照组的目的是： 。
解析：本实验目的是测量菜豆幼苗有氧呼吸强度的大小。以单位时间内的耗氧量表示呼吸作用强度，结合所学的呼吸作用知识，和物理气压变化原理确定该实验原理为幼苗在黑暗中只进行呼吸作用，呼吸作用消耗容器中的氧气并释放出二氧化碳，而二氧化碳又被容器中的碱液所吸收，致使容器中的气压减少，使玻璃管内水柱上升。因此，必须消除菜豆幼苗呼吸作用产生的二氧化碳，才能测定其耗氧量，根据提供的材料有NaOH溶液，对于给出的装置添加的操作应是用小烧杯盛适量的10%NaOH溶液置于玻璃钟置内，利用它可以吸收幼苗呼吸作用释放出的二氧化碳。实验过程中采用对比的方法，甲中放置正常生长的菜豆幼苗，乙中放置死的相同的盆栽菜豆幼苗，条件是都放在相同的黑暗环境中，最后在一段时间后测量水柱上升高度（反映装置中氧气的变化），根据实验结果测算出幼苗在这段时间内的呼吸强度。本实验设计对照组的目的是排除外界温度、气压变化对实验结果的影响，即减少实验误差。
答案：
①用小烧杯盛适量的10%NaOH溶液置于玻璃钟置内
吸收幼苗呼吸作用释放出的CO2
②幼苗在黑暗中只进行呼吸作用，呼吸作用消耗容器中的氧气并释放出二氧化碳，而二氧化碳又被容器中的碱液所吸收，致使容器中的气压减少，使玻璃管内水柱上升。
③Ⅰ．死的相同的盆栽菜豆幼苗
Ⅱ．将两装置都放在相同的黑暗环境中
Ⅲ．测量水柱上升高度
④排除外界温度、气压变化对实验结果的影响(或：校正因外界温度、气压变化造成的实验误差)
3．判断生物体呼吸作用的类型
例3．实验是人们认识事物的基本手段，在实验过程中，不仅需要相应的知识、精密的仪器，还要注意运用科学的方法。
（1）为了探究种子萌发时进行的呼吸类型，某研究性学习小组设计了下列实验。请根据要求填空。
①实验目的： 。
②实验原理：种子萌发过程如果只进行有氧呼吸，则吸收的氧气量和放出的二氧化碳量相等；如果只进行无氧呼吸，则不吸收氧气，能放出二氧化碳；如果既有有氧呼吸又进行无氧呼吸，则吸收的氧气量小于放出的二氧化碳量。
③实验材料和用具：萌发的豌豆种子、带橡皮塞的玻璃钟罩两只、100mL烧杯4个、两根弯曲的其中带有红色液珠的刻度玻璃管、NaOH溶液、清水、凡士林
④实验方法：将实验材料和用具按如图配置好实验装置，如想得到实验结论还必须同时设计另一个实验，请指出另一个实验应如何设计（绘装置图表示，并用简短的文字说明）
⑤实验结果及预测：
Ⅰ． ；
Ⅱ． ；
Ⅲ． 。
解析：由题意可知本实验要解决的问题是探究种子萌发时进行的呼吸类型，这就是实验目的。依据实验原理确定实验思路，在有无NaOH溶液（吸收二氧化碳）情况下，观察红色液滴是否移动及移动方向，从而确定种子萌发过程进行呼吸作用消耗氧气和生成二氧化碳情况，最后通过对比即可确定其呼吸作用类型。由于该实验是探究性实验，所以实验结果有三种情况：如果装置一中的液滴左移，装置二的液滴不移动，则说明萌发的种子只进行有氧呼吸；如果装置一中的液滴不动，装置二中的液滴右移，则说明萌发的种子只进行无氧呼吸；如果装置一中的液滴左移，装置二中的液滴右移，则说明萌发的种子既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸。
答案：
（1）①探究种子萌发时所进行的呼吸类型
④如图。
说明：强调等量的种子，即用等量的清水代替NaOH，观察红色液滴的移动情况。
⑤
Ⅰ．装置一中的液滴左移，装置二的液滴不移动，则说明萌发的种子只进行有氧呼吸；
Ⅱ．装置一中的液滴不动，装置二中的液滴右移，则说明萌发的种子只进行无氧呼吸；
Ⅲ．装置一中的液滴左移，装置二中的液滴右移，则说明萌发的种子既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸。
4．探究生物呼吸作用的影响因素
例4．根据下图动物呼吸作用强度测定装置、下列实验材料用具，完成哺乳动物呼吸作用强度与外界环境温度关系的实验并回答有关问题。
一、实验目的
验证哺乳动物随外界环境温度升高呼吸强度降低。
二、实验原理
1．哺乳动物的体温能在一定范围内保持相对的恒定，这种体温的相对恒定是由于完善的调节制。制实现的机体产热量和散热量保持动态平衡的结果。当处于炎热环境中，皮肤里的接受刺激后，将兴奋传入_____________中的体温调节中枢，通过中枢的调节，使皮肤血管舒张，增加皮肤的血流量，从而使散热量增加，保持体温相对恒定。
2．动物产热的主要方式为细胞的有氧呼吸，请写出细胞有氧呼吸过程的反应式：____________________________________________。
3．动物有氧呼吸作用强度可以通过单位时间耗氧量作为标定，耗氧量可用动物呼吸作用强度测定装置进行测定并按内筒与外筒高度差计数。
三、实验材料与用具
动物呼吸作用强度测定装置4套、恒温培养箱4个、大小生理状态相近的小白鼠4只、计时器、标签纸等。
四、实验步骤
1．将4个恒温培养箱分别调节成10℃、20℃、30℃、40℃恒温，并编号为甲、乙、丙、丁组。
2．_____________________________________________________________。
3．_____________________________________________________________。
4．_____________________________________________________________。
五、实验结果
设计表格用于结果统计：
六、实验结论并进行解释
1．结论_______________________________________________________。
2．解释_______________________________________________________________________
___________________________________________________________________________。
解析：该实验的目的是验证哺乳动物随外界环境温度升高呼吸强度降低。为什么呢？哺乳动物的体温能在一定范围内保持相对的恒定，这种体温的相对恒定是由于完善的调节制，实现的机体产热量和散热量保持动态平衡的结果。而体内热量来源于物质在细胞内氧化分解（呼吸作用），当外界温度升高时，哺乳动物体表
温度与外界温度的温差变小，直接散热减少，产热量也相应降低。同时处于炎热环境中，皮肤里的接受刺激后，将兴奋传入下丘脑中的体温调节中枢，通过中枢的调节，使皮肤血管舒张，增加皮肤的血流量，汗液分泌增加，从而使散热量增加，保持体温相对恒定。要测定这种变化，通过给出的呼吸作用强度实验装置，在四种不同温度下，测定小鼠呼吸作用的耗氧量变化即可证明，实验步骤按照取材──实验处理──结果观察测定补充完整。实验结果记录要根据实验分组情况记录每组的耗氧量变化。实验结论对于验证性实验来说就是实验目的，解释应结合实验原理从体温调节和呼吸作用的联系入手。
答案：
二、实验原理
1．温觉感受器 下丘脑 2．C6H12O6＋6H2O＋O2==6CO2+12H2O+能量
四、实验步骤
2．将4只大小生理状态相近的小白鼠分别装入4套呼吸作用强度测定装置
3．将4套装有小白鼠的装置分别放人4个不同温度的恒温培养箱中
4．计时一段时间：并观察记录数据
五、表格
组别
甲
乙
丙
丁
耗氧量
六、实验结论并进行解释
1．结论：哺乳动物随外界环境温度升高呼吸强度降低
2．解释：哺乳动物体温恒定是机体产热与散热保持动态平衡的结果，当外界温度升高时，散热量少，因而机体产热相应降低。
5．研究生物体呼吸作用中的变化
例5． 用于生物呼吸作用有机物的差异会导致呼吸作用释放的CO2与吸收的02比发生差异，这可用呼吸商表示：呼吸商(Q)=
为了测定种子萌发时的呼吸商，现准备了3只玻璃瓶、瓶塞、带刻度的玻璃管、发芽的蚕豆种子、滤纸、10％的KOH溶液、清水等。1号玻璃瓶的实验装置如图所示。
⑴由于发芽蚕豆的呼吸作用，1号玻璃瓶内的气体发生了变化，使得墨滴向左移动，显然瓶内气体减少了，减少的气体量是______________。
⑵1号玻璃瓶内的气体变化还不足以求出发芽蚕豆的呼吸商，由此还要利用2号玻璃瓶来测定发芽蚕豆呼吸作用过程中的某一种气体的变化。将这一实验装置用图解表示。
⑶利用1号、2号装置所测得的实验数据计算呼吸商：________________。
⑷为了排除呼吸作用以外的原因引起的误差，应对3号装置作何处理？用图解表示。
解析：（1）由于1号装置中的是清水滤纸，不能大量吸收二氧化碳和氧气，对瓶中的气体变化几乎没有影响，所以1号装置中减少的气体量是蚕豆的呼吸作用所吸收的氧气量与放出的二氧化碳量的差；（2）欲求出发芽蚕豆的呼吸商，结合1号装置需测出蚕豆的呼吸作用所吸收的氧气量，即2号瓶用NaOH的滤纸代替1装置中清水滤纸，其余的都与1号装置相同，NaOH滤纸能吸收二氧化碳,所以中测得的气体减少量就是蚕豆的呼吸作用所吸收的氧气量。（3）呼吸商（Q）＝ 呼吸作用释放的CO2 / 呼吸作用吸收的O2＝将2号瓶中测得的气体减少量减去1号瓶中测得的气体减少量除以2号瓶中测得的气体量。（4）为了排除呼吸作用以外的原因引起的误差， 3号装置需用死亡的种子代替发芽的种子，以校正外界温度或气压变化带来的干扰。
答案： (1)蚕豆的呼吸作用所吸收的氧气量与放出的二氧化碳量的差 (2)见左下图；
(3)将2号瓶中测得的气体减少量减去1号瓶中测得的气体减少量，然后再除以2号瓶中测得的气体量，即为呼吸商。(或用数学表达式表示)
(4)见右下图；
例6．甲图是研究种子萌发的实验装置，两个瓶内的种子在实验前都经过适当的福尔马林溶液冲洗消毒，乙图表示两个保温瓶内的温度在6天中的变化。
(1)该实验的目的是 。
(2)X瓶内的温度在第4天起不再上升，这是因为 。
(3)该实验设计对照组Y瓶的目的是 。
(4)假若Y瓶内的种子没有经过福尔马林液的冲洗，下列曲线图中，能正确显示瓶内温度变化的是 ，理由是 。
解析：（1）根据实验装置和实验结果曲线可知该实验是探究种子萌芽过程中呼吸作用产生热量的变化。（2）X瓶内的温度在第4天起不再上升，说明种子的呼吸作用强度不变，维持在一定水平。(3)该实验设计对照组Y瓶（死亡的种子）是为了排除其他自然因素的干扰，从而对比说明X瓶的热能只能来自萌发种子。(4)假若Y瓶内的种子没有经过福尔马林液的冲洗，开始两天，Y瓶内的温度变化轻微（微生物数量少），但随后种子表面的微生物会大量繁殖，通过呼吸作用释放大量能量。
答案：
(1)探究(证明)种子萌芽过程呼吸作用产生热量的变化
(2)种子的呼吸作用强度维持在一定水平，产热量不再增加
(3)排除其他自然因素的干扰，证明X瓶的热能只能来自萌发种子(要说清自变量、因变量、无关变量三者的关系)(2分)
(4)A(1分) 在开始两天，Y瓶内的温度变化轻微，但随后微生物(细菌和真菌)大量繁
殖，呼吸作用逐渐增强，释放大量热能(3分)
6．确定生物呼吸作用进行的场所
例7．细胞内有氧呼吸第二阶段为丙酮酸的分解，其反应式为：
为探究该反应发生的场所，甲、乙二人分别做了如下实验：
甲：步骤一：用某种物质处理新鲜肝脏，使其分散成为单个细胞。
步骤二：用含C6H12O6的完全营养液培养肝细胞一段时间。
步骤三：离心得到细胞质基质及线粒体基质，分装在标号为1、2的两支试管中。
步骤四：取新配制的澄清石灰水两滴，分别滴入两支试管内。
现 象：1、2两支试管均变浑浊。
结 论：丙酮酸的分解既发生在细胞质基质中，又发生在线粒体基质中。
乙：第一步同甲步骤一，第二步同甲步骤三，第三步待续。
请回答下列问题:
（1）甲方法步骤一中的处理剂为 _____________________。
（2）实验完成后，老师指出甲同学的实验结果是错误的。请分析其结果出错的原因：
______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
（3）现给你如下试剂：丙酮酸及完全营养液（不含糖），清水，吸管若干，新配制的澄清石灰水。请继续乙的实验，探究丙酮酸水解发生的场所。
步骤三：____________________________________________________________。
步骤四：_____________________________________________________________。
预测实验现象及结论：
① 现象：_____________________________________________________________。
结论：____________________________________________________________。
② 现象：_________________________________________________________。
结论：___________________________________________________________。
③ 现象：____________________________________________________________。
结论：___________________________________________________________。
解析：熟悉实验探究内容为有氧呼吸第二阶段发生场所。（1）胰蛋白酶可使组织细胞相互分散开；（2）解答好实验题的前提是弄明白实验原理。通过甲同学的实验步骤不难看出，本实验是通过测定二氧化碳的产生场所来确定有氧呼吸第二步进行的场所是线粒体基质还是细胞质基质。由于二氧化碳能以自由扩散的方式通过线粒体的双层膜，因此在将两种基质分离之前不能让二氧化碳产生。实验需直接使用细胞质基质及线粒体基质；甲同学没有注意到这点，因此出现错误的实验结果。（3）补充实验时，要注意对照原则和单因子变量原则，由于是探究实验，因此对于实验结果和结论要进行讨论。正确步骤见答案。
答案：
（1）胰蛋白酶
（2）鉴定产物CO2可以自由通过线粒体双层膜，在将两种基质分离之前不应使肝细胞进行呼吸作用。
（3）步骤三：取等量且少量的试管1及试管2中的溶液分别置于编号为A、B的两支试管内，再取等量的丙酮酸及完全营养液分别加入A、B两支试管内
步骤四：一段时间后，分别加入两滴新配制的澄清石灰水，观察现象
预测实验现象及结论：
① 现象：A试管出现混浊，B试管无现象。
结论：丙酮酸分解的场所是细胞质基质。
② 现象：A试管无现象，B试管出现混浊。
结论：丙酮酸分解的场所是线粒体基质。
③ 现象：A、B两支试管都出现混浊。
结论：丙酮酸的分解既发生在细胞质基质中，又发生在线粒体基质中
7．与呼吸作用相关的实验
例8．一项研究发现，某植物根系对某营养物质的吸收，与该物质溶液浓度的关系如图所示。从图中曲线可以看出，在一定浓度范围内，该植物根系对该物质的吸收速率随浓度增加面增加，当达到P点后吸收速率不再增加。有人认为这种现象可表明该植物根系对该物质的吸收方式为主动吸收，也有人认为是被动吸收；请设计一个实验加以确定。
(1)设计实验步骤: ；
；
。
(2)预测实验结果并分析：
。
解析：判断某物质的吸收方式是主动吸收，还是被动吸收，关键看吸收过程是否消耗能量，而能量供应在细胞中主要来自有氧呼吸。因此，在实验中通过提供正常呼吸条件和不提供正常呼吸条件（抑制呼吸）对比，测定两组植株的根系对该物质的吸收速率就可解决。若两组植株的根系对该物质的吸收速率一样，说明该植物的根系对该物质不是主动吸收；若乙组吸收速率明显小于甲组吸收速率。或者完全不吸收。说明该植物根系对该物质是主动吸收。
答案:（l)①取甲、乙2组生长发育相同的植株，放入适宜浓度的含有该营养物质的溶液中；②甲组的根系给正常的呼吸条件。乙组的根系完全抑制呼吸，其他条件相同；③一段时间后测定两组植株的根系对该物质的吸收速率。
(2)①若两组植株的根系对该物质的吸收速率一样，说明该植物的根系对该物质不是主动吸收；②若乙组吸收速率明显小于甲组吸收速率。或者完全不吸收。说明该植物根系对该物质是主动吸收。