逍遥学能 2014-07-06 17:42
探究酵母菌细胞呼吸方式实验是必修1的一个重要探究实验，也是高考实验考查的重点。它是以酵母菌为实验材料，通过控制有氧和无氧条件，通过检测CO2和酒精生成情况，探究酵母菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式。对该实验的考查不仅要理解实验的目的、原理、方法和操作步骤，掌握相关的操作技能，更重要的是运用该实验方法、技能去解决相关的问题。
1 对教材实验直接考查
例1 某生物兴趣小组分别对酵母菌细胞的呼吸方式进行了如下探究实验，请分析回答：
（1）怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？
。
(2)该小组想探究的具体问题是酵母菌是否在有氧、无氧条件下均能产生CO2，现提供若干套(每套均有数个)实验装置如图Ⅰ(a～d)所示。
①请根据实验目的选择装置序号，并按照实验的组装要求排序(装置可重复使用)。有氧条件下的装置顺序：________(用箭头和图中字母表示)；无氧条件下的装置顺序：________(用箭头和图中字母表示)。
②装置中c瓶的作用是________，b瓶中澄清的石灰水还可用________代替。
③在温度和pH都相同的情况下，影响酵母菌细胞呼吸方式的外界因素主要是____________________________________。
④d瓶在连通其他瓶前应先封口放置一段时间，这是为了 。
（3）如何鉴定有无酒精产生？ 。
（4）若酵母菌消耗的O2为3 mol/L，而释放的CO2为9 mol/L，则酵母菌无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的________倍。
解析 本题直接对教材中探究酵母菌细胞呼吸方式实验的选材、原理、实验装置的装配及各部分作用、操作进行考查。（1）酵母菌是单细胞真菌，是活的生物，培养时需提供营养和适宜的温度条件。(2)酵母菌是兼性厌氧微生物，在有氧的条件下进行有氧呼吸，在无氧的条件下进行无氧呼吸。根据实验很容易得出，有氧条件下实验装置的设置应为c→a→b，无氧条件下应为d→b，装置中c瓶内NaOH溶液的作用是吸收空气中的CO2，排除空气中的CO2对实验结果的干扰。检测CO2除了用澄清的石灰水，还可用溴麝香草酚蓝水溶液。在温度和pH都相同的情况下，影响酵母菌细胞呼吸方式的外界因素主要是氧气浓度。d瓶在连通其他瓶前应先封口放置一段时间，目的是让酵母菌将d瓶中O2消耗掉，保证以后实验的无氧条件。（3）酒精的鉴定用橙色的重铬酸钾(K2Cr2O7)溶液，在酸性条件下反应变成灰绿色。（4）酵母菌无氧呼吸不消耗O2，题中消耗的3 mol/L O2均被有氧呼吸所利用，而有氧呼吸产生的CO2的量与消耗O2的量相等，所以有氧呼吸产生CO2的量为3 mol/L，需消耗葡萄糖的量为0．5 mol/L。酵母菌释放的CO2为9 mol/L，其中有氧呼吸产生CO2的量为3 mol/L，无氧呼吸产生CO2的量则为6 mol/L，需消耗葡萄糖的量为3 mol/L。因此，酵母菌无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的6倍。
答案 （1）配置适宜的酵母菌葡萄糖培养液，控制培养温度在25—35℃(2)①c→a→b(或c→b→a→b) d→b ②吸收空气中CO2，排除其对实验结果的干扰(其他合理答案亦可) 溴麝香草酚蓝水溶液 ③氧气浓度 ④消耗瓶中的氧气，保证以后实验的无氧条件 （3）橙色的重铬酸钾(K2Cr2O7)溶液，在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色。
（4）6
2 对教材实验变式考查
2．1 改变实验材料
例2 某同学在研究马铃薯块茎细胞呼吸方式时，设计了如下实验：
实验一：取新鲜马铃薯块茎，洗净、切成碎屑。向锥形瓶A、B中分别放入适量的马铃薯块茎碎屑，如图甲所示。每隔一段时间，从分液漏斗向锥形瓶A中注入适量的过氧化氢溶液，观察装置中溴麝香草酚蓝水溶液的颜色变化(溴麝香草酚蓝水溶液用于二氧化碳的检测，二氧化碳能使该溶液由蓝变绿再变黄)。
实验二：取新鲜马铃薯块茎，洗净、切成碎屑。向锥形瓶C中加入适量的马铃薯块茎碎屑，并向C瓶中充入N2替代锥形瓶中的空气，如图乙所示，一段时间后，观察装置中溴麝香草酚蓝水溶液的颜色变化。
请回答下列问题：
(1)实验一的原理是________________；当实验一中溴麝香草酚蓝水溶液的颜色由绿变黄时，是否能说明马铃薯的呼吸作用在逐渐增强？________，为什么？_____________________。
(2)已知植物细胞无氧呼吸有两种类型，一种是能够产生酒精的无氧呼吸，另一种是能够产生乳酸的无氧呼吸。马铃薯块茎在只有N2的条件下可以进行无氧呼吸。则实验二的目的是______________________________________；
若实验二中溴麝香草酚蓝水溶液______，则说明马铃薯块茎细胞进行的是产生乳酸的无氧呼吸，其反应式为________。
(3)实验二在设计上有不够严谨之处，可能会干扰对马铃薯块茎细胞呼吸类型的判断，请给予修正。________。 修正的理由是________________________。
解析 本题是借鉴探究酵母菌细胞呼吸方式实验装置和检测方法，改变实验材料考查对细胞呼吸实验的掌握情况。马铃薯块茎细胞中含有过氧化氢酶，可催化过氧化氢分解产生氧气，在有氧条件下，马铃薯块茎细胞可以进行有氧呼吸，产生的二氧化碳可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。当实验一中溴麝香草酚蓝水溶液的颜色由绿变黄时，可能是实验时间较长，马铃薯产生的CO2总量较多引起的，不一定是细胞呼吸强度增加引起的。无氧呼吸有两种类型，实验二可以探究马铃薯无氧呼吸的类型，如果溴麝香草酚蓝水溶液不变色，说明没有二氧化碳产生，马铃薯块茎进行的是产生乳酸的无氧呼吸。由于实验中的马铃薯块茎上有微生物，微生物的呼吸类型会影响实验结果，因此实验前应对马铃薯块茎进行消毒；C瓶组装之前应做灭菌处理。
答案 (1)马铃薯块茎细胞中含有过氧化氢酶，可催化过氧化氢分解产生氧气；在有氧条件下，马铃薯块茎细胞可以进行有氧呼吸，产生的二氧化碳可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄 不能 溶液的颜色由绿变黄可能是实验时间较长，马铃薯产生的CO2总量较多引起的(其他合理答案也可)(2)探究马铃薯无氧呼吸的类型 不变色 C6H12O6 2C3H6O3＋少量能量(3)实验前应对马铃薯块茎进行消毒；C瓶组装之前应做灭菌处理(答案合理即可)不同的微生物具有不同的呼吸类型，它们的存在会干扰实验结果。
改变检测方法
2．2 改变实验装置
例3 下图是探究酵母菌进行呼吸方式类型的装置，下列叙述错误的是( )
A．假设装置1中的液滴左移，装置2中的液滴不动，说明酵母菌只进行有氧呼吸
B．假设装置1中的液滴不移动，装置2中的液滴右移，说明酵母菌只进行无氧呼吸
C．假设装置1中的液滴左移，装置2中的液滴右移，说明酵母菌既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸
D．假设装置1、2中的液滴均不移动，说明酵母菌只进行有氧呼吸或只进行无氧呼吸
解析 本题改变实验装置考查酵母菌呼吸方式的探究实验分析推理及知识迁移能力。装置1中液滴左移，是因为有氧呼吸消耗了氧气，而产生的 CO2被 NaOH 溶液吸收，装置2中的液滴不移动是因为有氧呼吸产生的 CO2与消耗的氧气体积相等；装置1中的液滴不移动表明无有氧呼吸，装置2中的液滴右移是因为无氧呼吸释放了CO2；装置 1 中的液滴左移是进行了有氧呼吸，装置2中的液滴右移的量是无氧呼吸产生的CO2量；若装置 1、2中的液滴均不移动，则酵母菌既不进行有氧呼吸又不进行无氧呼吸，可能已死亡。
答案 D
2．3 改变检测指标
例4 日常生活中人们常用酵母菌发面蒸馒头，某学生想探究酵母菌的细胞呼吸方式，设计了下列实验，请你帮助他完成有关内容：
(1)实验目的：探究酵母菌的细胞呼吸方式
(2)实验原理：细胞的不同呼吸方式释放的能量多少不同，但每种方式所释放的能量中都有一部分以热能形式散失，从而导致细胞周围的环境温度升高。
(3)材料用具：酵母菌培养液、质量浓度为0．1g／mL的葡萄糖溶液、液体石蜡油、蒸馏水、保温瓶。温度计、棉花
(4)实验步骤：
①将质量浓度为0．1g／ml。的葡萄糖溶液加热沸腾后冷却备用；
②取3只保温瓶，编号为A、B、C，并将c瓶设计为对照；
③在3只保温瓶中分别加入等量的葡萄糖溶液；
④ ；
⑤ 3个保温瓶中均放入温度计，用棉花轻轻塞上瓶口，并保证保温瓶通气；
⑥24小时后观察并记录3个保温瓶中温度的变化。
(5)预测实验现象和实验结果：
若A瓶温度＞c瓶温度，B瓶温度＝c瓶温度，则 ；
若B瓶温度＞c瓶温度，A瓶温度＝c瓶温度，则 ；
若 ，则 。
(6)某同学也想以酵母菌为实验材料探究相关问题，请你帮他设计探究性实验课题名称。____________________________________________________。
解析 本题改变实验检测指标根据酵母菌在细胞呼吸中释放能量的多少，通过实验来判断酵母菌的细胞呼吸方式。酵母菌是兼性厌氧菌，其呼吸作用方式可能有三种：在氧气充足的条件下只进行有氧呼吸，产生大量能量，瓶中温度将高于对照组；在氧气不足的条件下既进行有氧呼吸也进行无氧呼吸，产生较多能量，瓶中温度也高于对照组；在无氧条件下只进行无氧呼吸，产生能量较少，瓶中温度也高于对照组。实验中自变量处理时要考虑A、B瓶有氧与无氧条件的设置，而对照组C瓶中用等量的蒸馏水代替酵母菌培养液，如A瓶是在无氧条件下，B瓶是在有氧条件下，C瓶中无呼吸作用发生。若A瓶>C瓶温度，B瓶温度=C瓶温度，表明进行了无氧呼吸，但无有氧呼吸发生；若B瓶温度>C瓶温度，A瓶=C瓶温度，表明进行了有氧呼吸，但没有无氧呼吸发生；若B瓶温度>C瓶温度，A瓶温度>C瓶温度，表明酵母菌既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸。以酵母菌为实验材料，还可以探究其在不同氧气浓度条件下的代谢产物。
答案 (4)④A瓶中加入适量的酵母菌培养液和液体石蜡油，B瓶中加入与A等量的酵母菌培养液，C瓶中加入与A等量的蒸馏水(A瓶和B瓶可互换) (5)酵母菌只进行无氧呼吸酵母菌只进行有氧呼吸(注意和步骤④对照，答案顺序可颠倒) B瓶温度>c瓶温度，A瓶温度>c瓶温度酵母菌既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸(6)探究酵母菌在不同的氧气浓度下的产物(合理即可)
通过上述变换角度训练可以全面考查学生对探究酵母菌细胞呼吸方式的实验理解和迁移能力。通过适度拓展，真正达到举一反三的目的。