酵母菌细胞呼吸方式的实验探究

酵母菌细胞呼吸方式的实验探究 1.探究过程

提出问题:酵母菌使葡萄糖发酵产生酒精是在有氧还是无氧条 件下?酵母菌在有氧和无氧条件下细胞呼吸的产物 是什么?

作出假设:针对上述问题,根据已有的知识和生活经验(如酵母 菌可用于酿酒、发面等)作出合理的假设 1)配制酵母菌培养液

(2)检测CO2的产生，装置如图所示：

(3)检测酒精的产生：

自A、B中各取2 mL酵母菌培养液的滤液分别注入编号 为1、2的 两 支试管中→分别滴加0.5 mL 溶有0.1 g重铬 酸钾的浓硫酸溶液→振荡并观察溶液的颜色变化

实验现象 CO2检测：甲、乙两装置中石灰水都变混浊， 且甲中混浊程度高、变化快

酒精检测：2号试管中溶液由橙色变成灰绿 色，1号试管中溶液不变色

【要点二】探究酵母菌细胞呼吸的方式

酵母菌是种单细胞真菌．在有氧和无氧的条件下都能生存．属于兼性厌氧菌，因此便于

用来研究细胞呼吸的不同方式。通过定性测定酵母菌在有氧和无氧的条件下细胞呼吸的产物来确定酵母菌细胞呼吸的方式。

CO2可使使澄清石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。根据石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养液中CO2的产生情况。橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与乙醇(俗称酒精)发生化学反应．变成灰绿色，从而检测酒精的产生。 【画龙点睛】微生物在进行无氧呼吸时，有的产生酒精，如：酵母菌；有的产生乳酸．如：乳酸菌。高等植物在水淹的情况下，可以进行无氧呼吸产生酒精和二氧化碳．酒精对植物有毒害作用，这是长期水淹容易造成植物死亡的原因之一。有些植物组织进行无氧呼吸时也能产生乳酸，如：马铃薯块茎、甜菜块根等。应特别注意的是．高等动物和人在进行无氧呼吸时．只能产生乳酸。

【要点三】影响细胞呼吸的因素

1、内因――遗传因素(决定呼吸酶的种类和数量) 不同的植物呼吸速率不同；同一植物不同发育时期呼吸速率不同；同植物不同器官呼吸速率不同，阴生植物大于阳生植物，幼苗期大于成熟期，生殖器官大于营养器官。 2外因――环境因素 (1]温度

温度之所以能影响呼吸速率主要是影响呼吸酶的活性。在最低点与最适点之间，呼吸速率总是随温度的升高而加快。超过最适点，呼吸速率则会随着温度的升高而下降。如图所示： 【画龙点睛】一般说来，接近0℃时，植物的细胞呼吸进行得很慢，但有些植物的最低

温度可以低于－10℃。细胞呼吸的最适温度一般在25℃～35℃之间。细胞呼吸的最高温度一般在35℃～45℃之间，最高温度在短时间内．可使呼吸速率较最适温度的要高．但时间较长后，细胞呼吸就急剧下降，这主要是由于在高温下．蛋白质和酶容易变性失活。

(2)O2浓度：O2浓度为零时．无氧呼吸最强．有氧呼吸速率为零。随O2浓度的增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强．当O2浓度达到一定值后，随O2浓度增大．有氧呼啦不再加强(受呼吸酶数量的影响)。如右图所示：

【画龙点睛】短时间的无氧呼吸和局部的无氧呼吸(如透气不良的果实内部)对生物的伤害并不大．但无氧呼吸时间过长，生物体就会受到伤害。其原因主要有三个方面：

①植物的无氧呼吸产生的酒精使细胞质的蛋白质变性．从而引起酒精中毒。动物体无氧呼吸产生的乳酸过多，则会引起血液中pH的变化。

②因为无氧呼呼对能量的利用率很低．生物要维持正常的生理需要．就要消耗过多的有机物．这样．生物体内的养料就耗损过多； ③没有丙酮酸氧化过程．许多由这个过程中间产物形成的物质就无法继续完成。如作物因水涝灾害死亡．主要原因就在此。 (3)二氧化碳

二氧化碳是细胞呼吸的最终产物．当外界环境中的二氧化碳浓度增加时，呼吸速率便会减慢。这个原理可用于贮藏水果和蔬菜。 (4)含水量

在一定范围内细胞呼吸强度随含水量的增加而加强，随含水量的减少而减弱。 细胞内自由水的含量越高呼吸速率越大。 3、在实际中的应用

(1)中耕松士、合理灌溉、带土移栽等都是为了保证根细胞正常的呼吸。

(2)粮油种子的贮藏必须干燥、低温，目的是为了降低呼吸作用，减少有机物的消耗。 (3)果实、蔬菜的保鲜措施中，低温、增加空气中CO2的浓度等．目的是通过减弱细胞呼吸，延缓老化。

(4)在农业生产中，为了使有机物向着人们需要的器官积累，常把下部变黄的、已无光合能力、仍然消耗养分的枝叶去掉．使光合作用的产物更多地转运到有经济价值的器官中去。

【要点四】影响光合作用的因素

（1）光：光照强弱直接影响光反应；

CO照强

吸收

CO2 应根据植物的生活习性因地制宜地种植植物。 光补偿点、光饱和点 ： 阳生植物> 阴生植物

（2）温度：温度高低会影响酶的活性；

（3）CO2浓度：CO2是光合作用的原料，直接影响暗反应；

（4）水分：水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，特别地，水分还影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体；（5）矿质元素：矿质元素是光合作用产物进一步合成许多有机物所必需的物质如叶绿素、酶等。

此外叶面积和叶龄也对光合速率也有影响

释放

点点点

单一因素对光合作用影响的图象 CO2吸收

作光

合

CO2放

用

光合作用

光合作用

速率

速率

物质的量

光合作

七. 提高作物产量的途径

状况，某研究小组在水分充足、晴朗无风的夏日，观测得到了该植物光合速率等生理指标日变化趋势图（题30图）。

用

O

速

率

综合因素

温度、光强、CO2浓度

例题

1．长叶刺葵是棕榈科热带植物。为了解其引种到重庆某地后的生理

（1）据图分析：

①光合作用消耗ATP最快的时刻是________________。根吸水能力最强的时刻是____________。

②直接引起蒸腾速率变化的生理指标是_____________；推测导致12∶00时光合速率出现低谷的环境因素主要是_____________（填“光照”或“CO2”）。

③在14∶00时若适当提高CO2浓度，短时间内叶绿体中[H]含量的变化是___________。 （2）若该地土壤缺钙，一段时间后该植物首先表现出钙缺乏症的是____________（填“老叶”或“幼叶”）。

（3）假设若干年后将引种后代重新移栽回原产地，与原产地长叶刺葵杂交不育，原因是地理隔离导致了_____________。

II乙醇可部分替代石油燃料，利于纤维素酶、酵母菌等可将纤维素转化成乙醇、耐高温纤维素酶可以加速催化纤维素的水解，从而有利于酵母菌发酵产生乙醇。

（1）某研究小组将产生纤维素酶的菌株，通过诱变和高温筛选获得新菌株，为探究新

结果与结论：①若__________________________，则表明该纤维素酶能耐受80℃高温； ②若__________________________，则表明该纤维素酶不能耐受80℃高温；

（2）酵母菌发酵产生的乙醇属于____________________（填“初级”或“次级”）代谢产物。

【解析】Ⅰ⑴①光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段，光反应阶段产生ATP和[H]为暗反应阶段提供能量和还原剂，光合速率越大消耗ATP也就越快，从图中可见10:00时光合速率最大；蒸腾作用有利于植物根对水分的吸收，蒸腾作用越强，根吸水能力越强，从图中可见蒸腾作用在12:00时蒸腾作用最强。

②蒸腾作用是水分以气体形式通过气孔散失，气孔导度的大小直接引起蒸腾速率大小的变化，通过图中可知，在12:00时气孔导度最大，而CO2是通过气孔进入叶肉细胞的，说明CO2供应充足，推测导致光合速率出现低谷的环境因素是光照。

③[H]用于暗反应对C3的还原，CO2增多，使生成C3增多，这时会消耗更多的[H]，使

[H]的含量降低。

⑵钙在植物体内形成稳定的化合物，不能转移利用，当缺钙时，首先引起幼叶出现症状。 ⑶长期的地理隔离使两个种群的基因频率向不同的方向发展，使种群的基因库变得很不相同，并出现生殖隔离。

【答案】Ⅰ⑴①10:00 12:00 ②气孔导度 光照 ③降低 ⑵幼叶 ⑶生殖隔离 【解析】Ⅱ⑴根据实验是探究纤维素酶能否耐受80℃高温，所以应先对纤维素酶用80℃高温处理，常用方法为水浴80℃保温，对酶进行高温处理后，然后再加入适量的纤维素酶作用的底物——纤维素，利用纤维素酶能使纤维素水解为还原糖，来验证经高温处理的酶是否还有活性，还原糖可用斐林试剂或班氏糖定性试剂检测。

①如果纤维素酶能耐受80℃高温，则经80℃高温处理后，依然能使纤维素水解，经斐林试剂检测能出现砖红色沉淀

②反之，不能出现砖红色沉淀。 ⑵乙醇是对酵母菌无明显生理功能，并非是酵母菌生长和繁殖所必需的物质，这样的物质为次生代谢产物。

【答案】Ⅱ⑴80℃水浴保温 适量纤维素液 斐林试剂或班氏糖定性试剂 ①试管1内呈蓝色，试管2内有砖红色沉淀产生 ②试管1和2内均呈蓝色 ⑵次生

2.（2012浙江卷）30．某植物在停止供水和恢复供水条件下，气孔开度（即气孔开放程度）与光合速率的变化如图所示。

请回答：

（1）停止供水后，光合速率下降。这是由于水是＿＿＿＿＿＿的原料，又是光合产物在植物体内＿＿＿＿的主要介质。

（2）在温度、光照相同的条件下，图中A点与B点相比，光饱和点低的是＿＿＿点，其主要原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（3）停止供水一段时间后，叶片发黄，原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。此时类囊体结构破坏，提供给碳反应的＿＿＿＿＿＿＿减少。

（4）生产实践中，可适时喷施植物激素中的＿＿＿＿＿，起到调节气孔开度的作用。 【答案】（1）光合作用 运输

（2）B 气孔开度降低，CO2吸收减少（答出一项即可）

（3）叶绿素合成速度变慢或停止（或叶绿素分解），类胡萝卜素的颜色显露出来（答出一项即可） NADPH和ATP （4）脱落酸

【命题透析】本题以图像的形式考察光合作用的过程及其影响因素，旨在考察学生的识图、析图及知识的迁移能力，为高频考点。

【思路点拨】（1）由“停水导致光合速率下降”联系水的生理作用，既可参与反应，又可运输物质。

（2）B点光合速率小于A点与气孔开度降低有关，而后者是由停止水分供应造成的。 （3）水分的减少会导致细胞内的光合作用及其他过程减慢，引发一系列的变化。

（4）脱落酸可在植物细胞失水时使气孔关闭，在生产实践中用来调节植物的代谢过程。 3．（2012江苏卷）27．蓝藻、绿藻和硅藻是湖泊中常见藻类。某课题组研究了不同pH对3种藻类的生长及光合作用的影响，实验结果见图1、图2。请回答下列问题：

（1）根据图1和图2分析，3种藻类中pH适应范围最广的是＿＿＿＿＿＿＿＿；在pH为8.0时，3种藻类中利用CO2能力最强的是＿＿＿＿＿＿＿＿。

（2）在培养液中需加入缓冲剂以稳定pH，其原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 （3）在实验中需每天定时对藻细胞进行取样计数，请回答以下问题： ①取出的样液中需立即加入固定液，其目的是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 ②在计数前通常需要将样液稀释，这是因为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

③将样液稀释100倍，采用血球计数板（规格为1mm×1mm×0.1mm）计数，观察到的计数室细胞分布见图3，则培养液中藻细胞的密度是＿＿＿＿＿个/mL。

答案：

（1）绿藻 蓝藻 （2）藻类生长代谢会改变培养液pH （3）①维持藻细胞数量不变 ②藻细胞密度过大 ③1×108 解析：（1）由图1、图2可知，PH改变后绿藻的生长速率和光合速率变化不大，其次是蓝藻。由图2在PH为8.0时，蓝藻的光合速率最大，利用CO2能力最强。

（2）藻类植物在光合作用时大量吸收CO2，代谢过程产生一些物质会改变培养液的PH。 （3）①取样后向样液中加入固定液来杀死细胞，维持藻类细胞数目不变； ②由于样液藻类细胞的密度比较高，稀释后方便计数；

③血球计数板规格为1mmX1mmX0.1mm，采用五点取样法，取四角和最中间的5个中方格计数，采取“数上线不数下线，数左线不数右线”的原则处理，平均每个中方格内有4个酵母菌。计数区有25个中方格，共计有酵母菌4×25=100个。计数区体积为1mmX1mmX0.1mm=0.1mm3=0.1×10-3 mL，换算成1mL，则有酵母菌100×104个，再乘以稀释倍数100，结果为108个。