细胞呼吸相关实验设计说明

王永美

摘要：细胞呼吸作为生物新陈代谢的重要内容，而其实验设计则是教学的重点、难点。介绍细胞呼吸速率的测定装置、类型的判断及相关对照实验设计。

关键词：细胞呼吸测定装置相关实验设计

中图分类号：G633．91文献标识码：B

细胞的呼吸作用作为新陈代谢的主要内容，平时教学的重点内容。它不但可与细胞的光合作用、能量代谢、生态系统等知识建立学科联系，而且又可以与物理化学等学科间知识找到诸多关联点，是理化生小综合或各学科大综合的较理想的设题切入点。而呼吸作用的相关试验设计在平时教学中容易混淆，下面进行简要分析。

1测定装置设置

测定细胞呼吸作用或呼吸类型常采用U型管，液面升降或玻璃管液滴移动观察法，即在广口瓶或锥形瓶内放入被测生物(活种子或植物或动物)通过生物呼吸过程中释放CO₂或吸入O₂的气压变化而推测或计算生物的呼吸状况，如图1装置所示。

由于生物呼吸既产生CO₂，又消耗O₂，前者可引起装置内气压升高，而后者则引起装置内气压下降，为便于测定呼吸情况，应只测其中一种气体变化情况，为此，测定过程中，往往采取用NaOH或KOH吸收掉呼吸所产生的CO₂，这样整个装置中的气压变化，只能因吸收O₂所引起，从而清除CO₂升高对气压的干扰。

2对照实验设计

2．1物理误差校正

由于装置的气压变化，也可能会因温度等物理因素所引起，为使测定结果更趋准确，应设置对照实验，以校正物理膨胀等因素对实验结果造成的误差，此时对照实验与呼吸装置相比，应将所测生物灭活。如将种子煮熟而其他各项处理与实验组完全一致(NaOH溶液，所用种子数量，装置瓶及玻璃管的规格等)。

2．2呼吸类型的确认

欲测定与确认某生物的呼吸类型，应设置两类呼吸装置，两类呼吸装置中单一变量为NaOH或清水，即用等量清水取代实验组的NaOH，其他各项所有项目均应一致。当然此时仍有必要设置另一组作误差校正之用。2套装置可如图2所示。

结果与分析：

(1)若装置1液滴左移，装置2液滴不动，则表明所测生物只进行有氧呼吸，(因有氧呼吸产生CO₂与耗氧量相等)

(2)装置1液滴不动，装置2液滴右移则说明：所测生物只进行无氧呼吸(因无氧呼吸吸只产生CO₂不消耗O₂)

(3)装置1液滴左移，装置2液滴右移，则表明该生物既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸。(因两种呼吸作用共存时呼吸放出的CO₂应高于O₂消耗量)

3注意事项

(1)校正物理误差时应将生物处死，但测呼吸类型时应均用活生物(如两组装置均用活种子)只是将单一变量改为是否用NaOH吸收掉CO₂。

(2)用植物进行呼吸类型测定时，应避免光合作用吸收CO₂与释放O₂对装置气压的干扰，因而有必要对整个装置进行遮光处理，以防光合作用。

(3)若用乳酸菌进行呼吸，既不耗O₂，也不产生CO₂。

(4)若采用含脂肪高的种子如油菜种子做测定实验，则液滴移动更明显(因其耗氧量更大)。

(5)为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，将应装置及所测种子进行消毒处理。

[例1]给未萌发的小麦种子、广口瓶、橡皮塞、凡士林、烧杯、小试管、氢氧化钠、细玻璃管等实验材料和药品，试设计一个试验，达到验证“生活着的种子不萌发时也进行细胞呼吸”的目的。

(1)实验原理：_________。

(2)实验装置示意图如图3表示：

①A、B实验装置中，使用NaOH的目的是______

②C烧杯中放入活的干种子，D烧杯中放入_______。这样起对照作用的为________实验装置。

(3)实验结果：________。

解析：本题考查学生的实验设计能力，设计实验要设置对照实验，设置对照实验必须设置单一变量。本题要证明不萌发种子也能进行细胞呼吸，细胞呼吸过程中吸收氧气，放出二氧化碳，因此设置单一变量就是活种子与烘烤致死种子对照；还要考虑对照实验过程中，实验现象要易于观察，根据图中提供的示意图，可以看出广口瓶中放置氢氧化钠溶液，可以吸收瓶中二氧化碳，导致溶液玻璃管中的有色液滴向左移动。根据两瓶中有色液滴移动距离，可以判断未萌发的种子也能进行细胞呼吸。

答案：(1)细胞呼吸分解有机物过程中，吸收O₂放出CO₂，NaOH溶液能吸收CO₂，瓶内气压下降。

(2)①吸收二氧化碳②放烘烤致死的种子B

(3)A装置中有色液滴向左移动