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“探究酵母菌细胞呼吸方式”实验的改进
福建师范大学生命科学学院松溪第一中学黄奎声

“探究酵母菌细胞呼吸方式”实验可以培养学生搜集和处理信息、分析与解决问题、合作与交流的能力，进而培养学生创新精神。但在对福建各地区共68所不同类别中学的初步调查后发现：只有不足20%的中学开展该实验的教学，这违背了“倡导探究性学习”这一高中生物课程的基本理念。究其根本原因与本实验的实施难度系数较大不无关系，如人教版教材的参考资料指出“将实验装置放到25-35℃的环境中培养8-10h”，如此长的实验时间严重影响了该实验在课堂教学中实施。基于以上事实，通过对该实验的研究，本人在实验材料、仪器、操作步骤、无关变量控制等方面进行以下改进，在一节课时内能完成该实验。
一、关于酵母菌使用的改进
1.酵母菌用量的改进
关于酵母菌的用量，教材的建议是“取20g新鲜的食用酵母，分成两等份，放入锥形瓶A(500ml)和锥形瓶B(500ml)中，分别向瓶中注入240ml质量分数为5%的葡萄糖溶液”，照此操作，至少需要大约50min才可以完成对二氧化碳产生的相关检测，酒精的检测则需要8-10h。实验等待时间过于漫长，这正是很多中学不愿意开展该实验的主要原因，因此，需要对酵母菌的用量进行改进，以缩短实验所需时间。
经实验研究发现，往500ml的锥形瓶中加入5g的“安琪牌高活性干酵母”，再注入350ml质量分数为5%的葡萄糖溶液，在35℃环境中培养，只需35min便可完成对二氧化碳的检测。基于以上事实，对酵母菌的用量作如下改进：取10g安琪牌高活性干酵母，分成两等份，放入锥形瓶A(500ml)和锥形瓶B(500ml)中…。
2.干酵母的活化处理
“安琪牌高活性干酵母”未经活化处理而直接放入质量分数为5%的葡萄糖溶液中进行实验，至少耗时35min以上，如果预先经过10-15min活化处理，实验所需时间可缩短至15min之内。因此，建议在实验开始前对干酵母进行活化处理，以缩短实验所需时间。酵母菌活化处理的方法是，称取10g干酵母，放入盛有400ml质量分数为5%葡萄糖溶液的锥形瓶（500ml）中，35℃环境中通气培养10-15min即可。
二、关于实验设计的改进
图1是人教版教材本实验的设计图，该设计有若干不足之处，本人进行了下列改进。

图1教材实验设计图

1.用养鱼气泵给有氧组通气
教材中指出：可以用橡皮球给有氧呼吸实验组供氧气。但实践证明：用橡皮球供气的方式不符合实际。因为该实验的时间相对比较长，需要学生有足够的耐心和娴熟的操作技巧，如果通气时间不够或者通气量不足，会导致酵母菌在有氧条件下也有酒精产生的现象，得出错误的结论。因此，不建议用橡皮球作为通气的工具。通过实验研究发现，采取如图2所示的用养鱼气泵通气的方式，可以确保氧气供应，降低实验操作难度，提高实验成功率，而且价格方面也不会很高，建议在中学实验中予以采用。
图2放置期间的实验设计图
2.用清水进行B瓶封口处理
实验开始时，需要对无氧组的B瓶封口放置一段时间，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，目的是消耗瓶中的氧气，创造无氧的环境，然而教材和教参中并没给出具体的封口处理方法。经实验研究发现，采取图2所示的将出气管口浸入盛有清水的烧杯中的封口处理方法，既简捷又容易操作，可在中学实验中采用。
封口培养期间注意观察无氧组气泡产生的情况，一般经过5min封口处理后，便可观察到管口有均匀气泡冒出，有均匀气泡冒出说明B瓶中氧气已经消耗完，酵母菌开始进行无氧呼吸，此时可连通澄清石灰水，检测二氧化碳产生的情况。
3.给无氧实验组增设对照组
学生参照原设计图（图1）进行实验，通过比较澄清石灰水的浑浊程度，得出酵母菌在无氧条件下产生二氧化碳较少的结论。该结论有不严谨之处，因为无氧组澄清石灰水变浑浊的原因可能有两个，一是酵母菌无氧呼吸过程中产生了二氧化碳，二是由于B瓶残留空气中的二氧化碳排出导致的。为了使结论更严谨，对原设计做如图3所示的改进，给无氧组增设一对照组（丙组）。做法是：丙组的B’瓶中不加入活化酵母菌液，只加入等量的葡萄糖溶液，其他条件与B瓶相同。通过比较澄清石灰水的浑浊度，D瓶>D’瓶，D’’瓶不浑浊，得出酵母菌无氧条件下产生二氧化碳较少的结论。
图3增设对照组后的实验设计图
4.增设导气管
由于实验时间比较长，C瓶中10%NaOH可能无法彻底吸收泵入空气中的二氧化碳，这影响对实验结果的分析。有研究指出，为了排除相关影响，可以在C、A瓶之间增设一瓶NaOH溶液，确保泵入空气中的二氧化碳被彻底吸收。除此方法外，还可采取如图4所示的改进方法，即在C、D’、D’’瓶之间增设一根导气管，如此，泵入的空气不但可以通过D瓶，而且还可以通过D’D’’瓶，使无关变量保持一致，从而排除泵入