探究呼吸作用的方式及速率测定方法

细胞呼吸的方式探究与速率测定

为了探究酵母菌细胞呼吸的方式，某同学将实验材料和用具按如图所示安装好。以下关于该实验的说法，不正确的是(　　)

A．甲、乙两组实验探究的分别是酵母菌在有氧、无氧条件下的细胞呼吸方式

B．加入质量分数为10%的NaOH溶液是为了吸收空气中的CO₂

C．将橙色的重铬酸钾溶液滴入B瓶中变成灰绿色，证明有酒精产生

D．乙组中B瓶先封口放置一段时间的目的是耗尽B瓶中的O₂以形成无氧环境

【审题关键】

(1)写出酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的反应式：C₆H₁₂O₆＋6H₂O＋6O₂

→12H₂O＋6CO₂＋能量、C₆H₁₂O₆→2C₂H₅OH(酒精)＋2CO₂＋少量能量。

(2)甲组营造的是有氧环境，而乙组中B瓶先封口放置一段时间的目的是耗尽B瓶中的O₂，以形成无氧环境，所以二者分别探究酵母菌在有氧和无氧条件下的细胞呼吸方式。

(3)甲组加入NaOH溶液的目的是吸收空气中的CO₂，以排除空气中的CO₂对实验结果的干扰。

(4)橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色。

答案　C

物质鉴定法探究酵母菌的细胞呼吸方式

(1)实验原理

①酵母菌：酵母菌是一种单细胞真菌，其代谢类型是兼性厌氧型，可用于研究细胞呼吸的不同方式。

②细胞呼吸产物的检测

a. CO₂的检测 ： CO₂可使澄清石灰水变混浊：CO₂可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。

b．酒精的检测：在酸性条件下，橙色的重铬酸钾溶液会与酒精发生化学反应，变成灰绿色。

(2)实验步骤

①配制酵母菌培养液。

②设计对比实验

a．甲组中空气先通过NaOH溶液的目的是消除空气中的CO₂，以保证使第三个锥形瓶中的澄清石灰水变混浊的CO₂是由酵母菌有氧呼吸产生的。

b．乙组中B瓶应先封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的目的是耗尽B瓶中的氧气，以确保是无氧呼吸产生的CO₂通入澄清的石灰水中。

(3)产物检测与实验现象

条件	澄清的石灰水的变 化/出现变化的时间	重铬酸钾—浓 硫酸溶液
甲组(有氧)	变混浊/快	无变化
乙组(无氧)	变混浊/慢	出现灰绿色

【例2】

下图是探究酵母菌细胞呼吸方式的装置图，下列说法正确的是(　　)

A．装置一中液滴左移，装置二中液滴右移，说明酵母菌只进行无氧呼吸

B．装置一中液滴不移，装置二中液滴右移，说明酵母菌只进行有氧呼吸

C．装置一中液滴左移，装置二中液滴不移动，说明酵母菌死亡

D．装置一中液滴左移，装置二中液滴右移，说明酵母菌进行有氧呼吸和无氧呼吸

【审题关键】

(1)装置一中NaOH溶液可吸收细胞呼吸释放出的CO₂，因此刻度管内的液滴移动情况反映的是氧气消耗量的变化，因此装置一可探究酵母菌是否发生有氧呼吸。

(2)装置二中因“NaOH溶液”换成“蒸馏水”，若只进行有氧呼吸，因为消耗氧气量和释放二氧化碳量相同，则液滴不移动。若只进行无氧呼吸，则会因释放CO₂，导致液滴右移。因此装置二可探究酵母菌是否发生无氧呼吸。

答案　D

液滴移动法探究细胞呼吸的方式

(1)探究装置：欲确认某生物的细胞呼吸方式，应设置两套实验装置，如图所示(以发芽种子为例)：

(2)结果结论

实验结果		结论
装置一液滴	装置二液滴
不动	不动	只进行产生乳酸的无氧呼吸
不动	右移	只进行产生酒精的无氧呼吸
左移	右移	进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
左移	不动	只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸

(3)误差校正：为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置。对照装置与装置二相比，不同点是用“煮熟的种子”代替“发芽种子”，其余均相同。

液滴移动法测定细胞呼吸的速率

(1)实验装置

(2)指标：细胞呼吸速率常用单位时间内CO₂释放量或O₂吸收量来表示。

(3)原理：组织细胞呼吸吸收O₂，释放CO₂，CO₂被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，刻度管内的液滴左移。单位时间内液滴左移的体积即表示细胞呼吸速率。

(4)物理误差的校正

①如果实验材料是绿色植物，整个装置应遮光处理，否则植物的光合作用会干扰细胞呼吸速率的测定。

②如果实验材料是种子，为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应对装置及所测种子进行消毒处理。

③为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，将所测的生物材料灭活(如将种子煮熟)，其他条件均不变。

【特别提醒】　脂肪含氢量高，含氧量低，等质量的脂肪与葡萄糖相比，氧化分解时耗氧量高，而产生CO₂量少。因此脂肪有氧呼吸时，产生的CO₂量小于消耗的O₂量，有色液滴移动明显。

(2018·衡水第二中学联考)

下图为探究酵母菌细胞呼吸方式的实验设计装置。下列叙述正确的是(　　)

A．实验自变量为温度

B．实验因变量为CO₂的多少

C．空气泵泵入的气体应先除去O₂

D．乙、丙两试管加入干酵母后应煮沸冷却除去CO₂

答案　B

解析　该实验的自变量是氧气的有无，温度属于无关变量，A项错误；该实验通过Ca(OH)₂溶液检测CO₂的产生量，B项正确；空气泵通入气体是为有氧呼吸提供O₂，应先除去泵入气体中的CO₂，C项错误；乙、丙两试管的培养液需煮沸(除去CO₂)冷却后再加入干酵母，避免酵母菌被高温杀死，D项错误。

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。向锥形瓶中分别加入适量的马铃薯块茎碎屑，安装成图甲装置。每隔一段时间，从分液漏斗向锥形瓶A中注入适量过氧化氢溶液。观察装置中溴麝香草酚蓝水溶液的颜色变化。

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瓶充入N₂替代瓶中空气，安装成图乙装置，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)当实验一中溴麝香草酚蓝水溶液的颜色由绿变黄时，是否可以说明马铃薯的细胞呼吸在逐渐增强？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，并且马铃薯块茎在只有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)实验一和实验二在设计上均有不够严谨之处，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：_________________________________________。

【答案】　

(1)不可以，溴麝香草酚蓝水溶液的颜色由绿变黄可能是实验时间较长，马铃薯块茎产生的CO₂总量较多引起的

(2)探究马铃薯块茎无氧呼吸的类型　不变色　C₆H₁₂O₆→2C₃H₆O₃＋少量能量

(3)实验前应对马铃薯块茎进行消毒；B瓶和C瓶组装之前均需做灭菌处理　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

【解析】

(1)实验一中溴麝香草酚蓝水溶液的颜色由绿变黄可能是实验时间较长，马铃薯块茎产生的CO₂总量较多引起的，因此当实验一中溴麝香草酚蓝水溶液的颜色由绿变黄时，不能说明马铃薯的细胞呼吸在逐渐增强。

(2)据题干分析可知，实验二的目的是探究马铃薯无氧呼吸的类型。若实验二中溴麝香草酚蓝水溶液不变色，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：C6H12O6→2C3H6O3＋少量能量。

(3)实验一和实验二在设计上均有不够严谨之处，不同的微生物具有不同的细胞呼吸类型，它们的存在会干扰实验结果，故实验前应对马铃薯块茎进行消毒；B瓶和C瓶组装之前均需做灭菌处理。