二氧化碳定量測(cè)定采集盒在呼吸作用教學(xué)中的應(yīng)用

陳素娟（龍巖市初級(jí)中學(xué)福建龍巖364000）

二氧化碳定量測(cè)定采集盒在呼吸作用教學(xué)中的應(yīng)用

根據(jù)植物呼吸作用CO2定量測(cè)定法，利用二氧化碳傳感器和改良的二氧化碳定量測(cè)定采集盒，收集二氧化碳釋放率（ppm/5s）對(duì)照實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠，實(shí)驗(yàn)操作安全、簡(jiǎn)便、高效，有利于開(kāi)展學(xué)生實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生明確綠色開(kāi)花植物六大器官的活細(xì)胞時(shí)刻都在進(jìn)行呼吸作用，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

植物呼吸作用；二氧化碳傳感器；二氧化碳定量測(cè)定采集盒；二氧化碳釋放率；學(xué)生實(shí)驗(yàn)

北師大版《七年級(jí)·上冊(cè)·生物學(xué)》第3單元第5章第2節(jié)“呼吸作用”第一課時(shí)教學(xué)要求進(jìn)行三個(gè)演示實(shí)驗(yàn)。教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，按照教科書(shū)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，雖然實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，實(shí)驗(yàn)效果好，但存在三方面局限性：（1）對(duì)實(shí)驗(yàn)材料要求高，需要采用生命活動(dòng)最旺盛的萌發(fā)種子。（2）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，需要將萌發(fā)種子和煮熟冷卻后種子在溫暖處放置一夜后才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（3）屬于定性實(shí)驗(yàn)?！昂粑饔谩钡诙n時(shí)“植物細(xì)胞都能進(jìn)行呼吸作用”，教科書(shū)只有建議性提示，沒(méi)有具體教學(xué)方案。綠色開(kāi)花植物除種子外，還有根、莖、葉、花和果實(shí)，如何證明它們也能進(jìn)行呼吸作用？如果按照第一課時(shí)演示實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行教學(xué)，效果如何？有什么方法能簡(jiǎn)便、快速、直觀檢測(cè)植物細(xì)胞時(shí)時(shí)刻刻都在進(jìn)行呼吸作用？這些問(wèn)題引起筆者的思考。

我校新建的生物探究實(shí)驗(yàn)室，有測(cè)定空氣中CO2含量（300ppm）的二氧化碳傳感器（可精確到百萬(wàn)分之一，即ppm）。筆者嘗試?yán)枚趸紓鞲衅鏖_(kāi)展學(xué)生實(shí)驗(yàn)，根據(jù)萌發(fā)種子呼吸作用吸收氧氣、釋放二氧化碳、產(chǎn)生熱量的原理，選擇代表植物六大器官的實(shí)驗(yàn)材料，檢測(cè)CO2含量隨時(shí)間延長(zhǎng)而快速增加，以證明植物活細(xì)胞時(shí)刻進(jìn)行呼吸作用。在“植物細(xì)胞能進(jìn)行呼吸作用”的學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，使用保鮮袋裝萌發(fā)的綠豆種子、豆苗根、豆苗莖和葉、花菜和西蘭花、香蕉果實(shí)等實(shí)驗(yàn)材料，將二氧化碳傳感器采集氣體端放入裝有實(shí)驗(yàn)材料的保鮮袋內(nèi)，并將袋口用手扎緊后測(cè)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)使用的保鮮袋存在容積不確定、氣密性差、采集氣體端管口位置不固定和易被堵等問(wèn)題，具體表現(xiàn)在袋口扎得過(guò)下或過(guò)上、袋口扎得不夠緊、袋口松了、二氧化碳傳感器的管口插入位置有的遠(yuǎn)離實(shí)驗(yàn)材料、有的緊靠在保鮮袋壁上、種子和水進(jìn)入管內(nèi)而堵住管口等。這些問(wèn)題導(dǎo)致測(cè)得的CO2數(shù)據(jù)偏差。經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)，制作了植物呼吸作用二氧化碳定量測(cè)定實(shí)驗(yàn)材料采集盒，解決了以上問(wèn)題，完善了生物探究實(shí)驗(yàn)儀器。

一、二氧化碳定量測(cè)定采集盒的組成與使用

二氧化碳定量測(cè)定采集盒由透明圓形保鮮盒和不銹鋼過(guò)濾球組成，保鮮盒的直徑15cm，高7.5 cm，容積1000ml，能容納150g蔬菜類如豆苗等，過(guò)濾球的直徑5cm。盒蓋和過(guò)濾球上各鉆兩個(gè)小孔，孔的大小剛好能讓二氧化碳傳感器的兩根塑料管穿過(guò)，其連接方式如圖1。該裝置具有容積固定開(kāi)時(shí)易與外界氣體對(duì)流，實(shí)驗(yàn)時(shí)密封性好的特點(diǎn)。

圖1 氧化碳定量測(cè)定采集盒

實(shí)驗(yàn)時(shí)傳感器的兩根塑料管穿過(guò)蓋孔，再穿入盒內(nèi)不銹鋼過(guò)濾球，蓋孔周圍用橡皮泥封住避免漏氣，過(guò)濾球置于盒中央，實(shí)驗(yàn)材料緊緊圍繞在它周圍，通過(guò)過(guò)濾球采集數(shù)據(jù)，避免和實(shí)驗(yàn)材料直接接觸而被堵住（如圖2）。

圖2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

二、二氧化碳定量測(cè)定采集盒在植物呼吸作用教學(xué)中的應(yīng)用

1.植物呼吸作用探對(duì)照實(shí)驗(yàn)

探究“植物細(xì)胞能進(jìn)行呼吸作用”時(shí)，在同時(shí)間、同溫度條件下，以采集盒為容器做定量測(cè)定釋放CO2量的對(duì)照實(shí)驗(yàn)。選擇萌發(fā)的綠豆種子、豆苗根、豆苗莖和葉、花菜和西蘭花、香蕉等為實(shí)驗(yàn)材料，分別代表綠色植物種子、根、莖、葉、花和果實(shí)等六大器官。分別取等量的（150g）實(shí)驗(yàn)材料設(shè)置實(shí)驗(yàn)組（活細(xì)胞）和對(duì)照組（煮熟后冷卻的死細(xì)胞）。每5s采集一次數(shù)據(jù)共20次。利用采集到的數(shù)據(jù)，繪制CO2曲線圖，相應(yīng)CO2釋放率（ppm/5s）（見(jiàn)表1）。CO2釋放率（ppm/5s）能定量反應(yīng)不同植物、不同器官呼吸作用的強(qiáng)度，其平均值能比較客觀、減少誤差。表1可轉(zhuǎn)化成直觀的柱狀圖，彌補(bǔ)了CO2曲線圖的不足（如圖3）。

注：以豆苗莖和葉為例，橫坐標(biāo)是時(shí)間，縱坐標(biāo)是CO2釋放量，曲線a為實(shí)驗(yàn)組，曲線b為對(duì)照組。

表1 植物呼吸作用對(duì)照實(shí)驗(yàn)

圖3 植物呼吸作用對(duì)照實(shí)驗(yàn)

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

（1）豆苗莖和葉（莖和葉）對(duì)照實(shí)驗(yàn)的CO2曲線圖直觀表現(xiàn)煮熟后冷卻的死細(xì)胞CO2釋放量隨時(shí)間增加沒(méi)大的變化，幾乎和X軸平行，而活細(xì)胞CO2釋放量隨時(shí)間增加發(fā)生大幅度變化，說(shuō)明活細(xì)胞時(shí)刻都在進(jìn)行呼吸作用。

（2）由表1數(shù)據(jù)說(shuō)明綠色植物種子、根、莖、葉、花和果實(shí)等六大器官活細(xì)胞比煮熟后冷卻的死細(xì)胞CO2釋放率（ppm/5s）高得多。圖3直觀、形象地表明六種代表植物器官活細(xì)胞呼吸作用的強(qiáng)度：萌發(fā)的綠豆種子＞豆苗莖和葉＞香蕉＞豆苗根＞西蘭花＞花菜。

可見(jiàn)植物的六大器官根、莖、葉、花、果實(shí)和種子只要是活細(xì)胞時(shí)時(shí)刻刻都在進(jìn)行呼吸作用，生命活動(dòng)旺盛部位如萌發(fā)的綠豆種子、幼嫩的莖和葉等呼吸作用較強(qiáng)。

三、二氧化碳定量測(cè)定采集盒提高植物呼吸作用教學(xué)效率

一位學(xué)生在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上最多同時(shí)可以完成對(duì)四個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集（二氧化碳傳感器有四個(gè)接口），而用保鮮袋采集數(shù)據(jù)可以兩人合作采集一個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此效率大大提高，操作安全、簡(jiǎn)便。

利用二氧化碳傳感器和采集盒進(jìn)行植物呼吸作用二氧化碳定量測(cè)定，使得“植物細(xì)胞都能進(jìn)行呼吸作用”探究實(shí)驗(yàn)時(shí)間短，簡(jiǎn)單易操作，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。學(xué)生通過(guò)采集、分析二氧化碳數(shù)據(jù)，既培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，又讓學(xué)生深刻領(lǐng)悟植物只要是活細(xì)胞時(shí)時(shí)刻刻都在進(jìn)行呼吸作用。因此，建議將此實(shí)驗(yàn)列入教科書(shū)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)。

［1］高秀英：測(cè)定CO2的氣相色譜裝置及其應(yīng)用［J］.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1987（2）.

［2］袁超，何保山，韓小賢，等.二氧化碳?xì)怏w檢測(cè)研究進(jìn)展［J］.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009（6）.

（責(zé)任編輯：陳欣）