植物呼吸作用測量裝置的改進與簡化

劉 萍 劉丹丹 賈風佳

(河南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 新鄉(xiāng) 453007)

楊智偉

(河南省嵩縣第一高級中學(xué) 471000)

通過對來自河南各地200多所農(nóng)村初中的生物學(xué)教師進行調(diào)查，并通過實地走訪以及送培到縣等活動，初步發(fā)現(xiàn)，目前河南省初中尤其是農(nóng)村初中生物學(xué)實驗課開設(shè)情況不容樂觀，教材中的多數(shù)實驗不能開出，原因各不相同，但其中較為普遍的原因是實驗條件較差，儀器、藥品、設(shè)備短缺，教師講實驗或讓學(xué)生背實驗的現(xiàn)象較為常見。各地初中生物學(xué)實驗課實際狀況與課程標準的要求相差甚遠，影響了學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)和發(fā)展。

本文以人教版《生物學(xué)》7年級上冊教材為例，在參考相關(guān)資料和現(xiàn)有其他版本初中生物學(xué)教材的基礎(chǔ)上，依據(jù)實驗機理，對驗證植物呼吸利用氧氣放出二氧化碳的演示實驗方法進行整理綜合與補充修改，介紹其中幾種較為簡單易行且有代表性的方法，并提出新的簡化修改裝置，以期為初中生物學(xué)教師的實驗教學(xué)提供參考。

1 驗證植物呼吸放出二氧化碳的幾種實驗裝置

人教版生物學(xué)教材給出了驗證植物種子呼吸放出二氧化碳的裝置[1]。由于該裝置中帶活塞的玻璃彎管在一般中學(xué)，尤其是農(nóng)村初中很少具備，作者綜合相關(guān)資料，總結(jié)了以下幾種改進與簡化的辦法。

1.1 驗證植物呼吸放出二氧化碳的裝置改裝之一 將玻璃活塞處以乳膠軟管代替，在乳膠管的兩頭連接兩個分別通入呼吸瓶和裝有石灰水試管的玻璃彎管，以止水夾(或普通的夾子)夾住乳膠管，替代玻璃活塞的作用(圖1)。

圖1 驗證植物呼吸放出二氧化碳的實驗裝置(1)

1.2 驗證植物呼吸放出二氧化碳的裝置改裝之二 省略玻璃活塞與夾子，直接用玻璃彎管連接呼吸瓶和試管(圖2)。使與北師大版生物學(xué)教材中驗證種子萌發(fā)時釋放二氧化碳的裝置相類似[2]。雖然在材料呼吸的過程中該裝置可能會有少量的氣體進入試管，但不影響最終對整個實驗結(jié)果的觀察。

圖2 驗證植物呼吸放出二氧化碳的實驗裝置(2)

1.3 驗證植物呼吸放出二氧化碳的裝置改裝之三 很多初中學(xué)校往往由于廣口瓶上帶孔的橡皮塞不好配到，所以有些中學(xué)(例如河南省實驗中學(xué))的教師將裝置改為：直接采用兩個普通的廣口瓶，分別裝入一定量的萌發(fā)活種子和等量煮死冷卻的種子，放置于溫暖的地方。一段時間后打開瓶蓋，用注射器分別抽取等量(約150～200 mL)的瓶內(nèi)氣體，注入兩個相同的裝有石灰水的試管中，觀察兩者的變化(圖3)。也有一些教師廢物利用，將上述兩個廣口瓶改用兩個相同的空礦泉水瓶、純凈水瓶、飲料瓶或其他瓶子、杯子等，同樣完成了本實驗[3](圖4)。

圖3 驗證植物呼吸放出二氧化碳的實驗裝置(3)

1.4 驗證植物呼吸放出二氧化碳的裝置改裝之四 有些教師將兩個燒杯(也可用兩個大小一致的玻璃杯、塑料杯、鐘罩或口稍大的瓶子代替)分別倒扣在2塊玻璃上(為防止漏氣，杯口的周邊可加凡士林密封)，杯壁上分別標記A(活的植物材料)、B(煮后的植物材料)。將活植物材料和等量煮后冷卻的材料分別用紗窗或紗布包扎放入兩個密閉的空間中，空間內(nèi)同時放入裝有澄清石灰水的小燒杯(或用其他小瓶、小杯代替)，放置于溫暖的地方，一段時間后觀察石灰水的變化[4](圖5)。

圖4 驗證植物呼吸放出二氧化碳的實驗裝置(4)

圖5 驗證植物呼吸放出二氧化碳的實驗裝置(5)

1.5 驗證植物呼吸放出二氧化碳的裝置改裝之五 選取兩個同樣大小的塑料袋，分別貼上A(活的植物材料)、B(煮后的植物材料)標簽，將萌發(fā)的植物種子或其他器官均分兩份，其中一份放入A袋；另一份煮死冷卻后放入B袋，袋內(nèi)充入適量的空氣，袋口與玻璃彎管的一端捆扎結(jié)實，玻璃彎管的另一端與帶止水夾(或其他小夾子均可)并連有另一段玻璃管的乳膠管相連接，放置于溫暖的地方。一段時間后，分別將玻璃管的另一端插入裝有澄清石灰水的兩個試管(也可以用其他小瓶或小燒杯代替試管)中。打開止水夾，輕輕擠壓塑料袋，盡可能使兩個袋內(nèi)放入石灰水中的氣體量相同，觀察兩個試管內(nèi)石灰水的變化(圖6)。該裝置與江蘇版7年級上冊生物學(xué)教材中驗證植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳的實驗裝置有類似之處[5，6]。

圖6 驗證植物呼吸放出二氧化碳的實驗裝置(6)

1.6 驗證植物呼吸放出二氧化碳的裝置改裝之六 在綜合以上改進的基礎(chǔ)上，依據(jù)實驗原理，可設(shè)計更為簡單的裝置(圖7)。在分別標有A、B的兩個廣口瓶(或罐頭瓶等其他口稍大的瓶子)上配裝合適的橡皮塞或軟木塞，在塞的下方用大頭針或細鐵絲扎入后彎成小鉤，分別在兩個瓶子的底部裝入等量(約30～50 mL)的石灰水。將活的植物材料和等量煮后冷卻的材料分別用紗窗或紗布包扎，掛在塞子下方的小鉤上，放置于溫暖的地方。過一段時間后輕輕晃動廣口瓶，觀察瓶底部石灰水的變化[7]。

圖7 驗證植物呼吸放出二氧化碳的實驗裝置(7)

在A瓶中，由于活材料呼吸放出二氧化碳，二氧化碳氣體的密度大于其他氣體，所以便會下沉到瓶底部與石灰水相互反應(yīng)，生成白色的碳酸鈣沉淀而使石灰水由澄清變渾濁。

1.7 驗證植物呼吸放出二氧化碳的裝置改裝之七 如果廣口瓶上橡皮塞或軟木塞的配裝也不好解決，還可以將圖7改為用較長的細線把紗窗(或紗布)中的種子扎好后，線頭在瓶口處纏繞2～3圈，再用塑料袋覆蓋瓶口，橡皮筋或線繩捆綁使其不漏氣即可(圖8)。

圖8 驗證植物呼吸放出二氧化碳的實驗裝置(8)

2 驗證植物呼吸利用氧氣的實驗裝置

圖9所示的演示實驗比較簡單，一般的中學(xué)都有條件完成。該實驗也可以與上述植物呼吸放出二氧化碳的演示實驗安排在一起完成。圖3、圖4、圖7、圖8裝置均可在觀察石灰水的變化后將瓶口打開，然后以與圖9箭頭右邊相同的方法操作，繼續(xù)完成蠟燭燃燒實驗，從而驗證活的植物材料進行呼吸作用利用了瓶中的氧氣，而死的植物材料則無呼吸作用，瓶中的氧氣沒有被利用。因此，蠟燭在放活材料的瓶中熄滅，在放死材料的瓶中繼續(xù)燃燒。該實驗中的蠟燭也可以用點燃的火柴等代替；在圖5的裝置中，點燃物分別放入兩個密閉的空間中，亦可觀察其是否能夠繼續(xù)燃燒的實驗結(jié)果。

上述實驗的植物材料大多數(shù)資料中采用的是萌發(fā)的種子，實際上活體植物的任何部位均可用來完成實驗。但需要注意的是，如果所用的材料是植物的綠色部位，則應(yīng)將裝置放在黑暗處或進行遮光處理，以防止植物的綠色部位在光下進行光合作用而利用呼吸放出的二氧化碳。

圖9 驗證植物呼吸利用氧氣的實驗裝置