提高呼吸作用相关实验效率的自制装置

夏曙华

(福建省三明市第四中学 365001)

朱毅鸿

(福建省三明市三元区进修学校 365001)

笔者经过实践探索，设计制作了简易实验装置，利用该装置可以完成“种子在萌发过程中消耗氧气” “种子在萌发过程中产生二氧化碳” “发酵现象”等与呼吸作用相关的多个实验，实验装置制作简便，操作过程简单，效果直观明显。

1 实验装置制作

1.1 材料用具 有盖(螺口)广口塑料瓶(400mL左右)、一次性输液器、一次性注射器(20mL)、气球、双面胶、尖头镊子等。

1.2 装置安装 如图1所示，瓶盖的处理方法是：尖头镊子尖烧红，从瓶盖外向内分别刺两个小孔(孔的大小分别与输液器针头和去掉针头的注射器针筒下端相同)，两孔都贴上两层双面胶(用于接缝处密封，其优点是不像橡皮泥、凡士林会受季节影响)，截取一次性输液器连针带管(带阀门)45cm长，将输液器针头刺入相应小孔。将一次性注射器针筒上的针头去掉，将针筒上端突出的边缘剪去，修顺，将针筒下端刺入另一相应小孔，取一气球套在针筒上端。

图1 装置图

2 装置应用

2.1 探究“植物的呼吸作用” 利用自制的装置实验，可以将人教版生物学七年级上册 “绿色植物的呼吸作用”这节课中“种子在萌发过程中产生二氧化碳” “种子在萌发过程中消耗氧气”两个实验合二为一。

(1)实验准备 ①准备两个相同的装置，分别称取相同的新鲜绿豆各50g，分装在2个瓶中，各量取100mL清水浸泡绿豆，24h后，将其中一装置中正在萌发的绿豆取出，用刚煮开的水烫5min，密封冷却或用凉开水冲凉(主要是减少杂菌污染)后，装回原瓶中。将两装置贴上标签，分别标注甲(萌发的种子)、乙(烫过的种子)。两个装置旋紧瓶盖，关闭阀门，气球套在注射器针筒上端，因为气球只是用于封口，可将气球打个结，再过12～15h后可开始实验。②将一段铁丝绕在注射器针头上，截取一小段生日蜡烛，插在注射器针头的上端开口中(图2)，用于检验氧气是否被消耗。

图2 检验的装置

(2)实验教学过程 ①“种子在萌发过程中产生二氧化碳”：将两装置的胶管分别通入等量的澄清石灰水，打开阀门，若通入的气体不足，可稍挤瓶身。(实验完毕及时关闭阀门，注意避免石灰水回吸)。观察并描述现象：甲装置(萌发的种子)产生的气体使石灰水变浑浊(图3)，乙装置通入的石灰水没有变浑浊。分析现象，得出结论：种子萌发的过程产生二氧化碳。②“种子在萌发过程中消耗氧气”：手持铁丝，将蜡烛点燃(图4)，取下装置上的气球，迅速将燃烧的蜡烛伸入注射器针筒(实验完毕及时套上气球，准备用于下个班实验)。观察并描述现象：伸入甲装置中的蜡烛熄灭，伸入乙装置中的蜡烛继续燃烧(图5)。分析现象，得出结论：种子在萌发过程中消耗氧气。

图3 甲装置通入澄清石灰水

用自制装置进行实验，易于操作，安全，实验效果明显。两个实验合二为一，节约了材料用具。用阀门容易控制气体的出量；在注射器针筒内检验氧气是否被消耗，就不用开盖检验，而且用气球封口针筒上端容易控制开闭，所以准备一个装置实验即使是连续上三节课都能重复演示，用于几个平行班的教学，大大减少了种子的用量，节约了实验成本。因装置制作简便，很容易准备两个相同装置，设计成对照实验，增加实验的可信度，提高了学生的探究意识。

实验拓展应用：“植物的呼吸作用”的前一节课有个 “光合作用释放氧气”实验， 实验成功率较低，可利用本装置将萌发的种子产生的二氧化碳，通入“光合作用释放氧气”的装置中，为植物光合作用提供原料，以提高“释放氧气”的效率。然后将本装置开盖透气，再旋紧瓶盖，关闭阀门，正好用于 “种子萌发产生二氧化碳”的实验。而“植物的呼吸作用”这节课结束后，正萌发的绿豆还可用于发豆芽，不会浪费，学生也很有兴趣。

2.2 探究“发酵现象” 利用自制的装置还可完成人教版八年级生物学上册中演示实验“发酵现象”。这里的发酵指的就是酵母菌的无氧呼吸。

(1) 实验准备 干酵母5g、白糖20g、温开水、凉开水、温度计、量筒等。

(2) 实验教学过程 ①实验操作：将气球挤瘪，套在针筒上，关闭阀门。将干酵母5g、白糖20g加入瓶中，将水温调到43℃，量取200mL加入瓶中，迅速旋紧瓶盖(避免热量散失)，将瓶内物质摇匀(注：干酵母、白糖、水温、水量的具体数据通过反复实验获得，可以保证在短时间出现发酵现象，有利于课内操作、观察)；②等待10min。此时间内可指导学生熟悉制作米酒的步骤，并完成制作米酒各步骤原理的分析(供参考)；③观察并描述发酵现象：液体出现大量气泡，气球胀大；④检验：将胶管通入石灰水，打开阀门(图6)(注意不要让瓶中液体进入石灰水，会干扰实验现象)；打开气球，闻气味(学生对酒味还是陌生的，可让学生对照闻闻酒精的气味，进行判断)；⑤分析现象，得出结论：澄清石灰水变浑浊(说明：酵母菌发酵，产生的气体是二氧化碳)；有酒味，推测：酵母菌发酵还产生酒精。

图6 发酵现象检验

也可对发酵产生酒精进行检验：分别量取5mL发酵液和5mL酒精倒入试管内，分别滴入酸性重铬酸钾溶液，可见发酵液和酒精均变为灰绿色，证明发酵液中有酒精产生。

用自制装置进行实验，操作简便，现象明显。同时，可以直接证明产生的气体是二氧化碳，检验发酵的产物，促进学生对发酵原理的理解。

多备几个装置可将演示变为学生分组实验，以提高学生学习的主动性。还可以设计成学生探究实验，探究的变量可以是温度、酵母菌、白糖(有机物)、水等，学生可根据兴趣选择要探究的问题，体现学生的主体地位。同时，培养学生的探究意识，提高学生的探究能力。