巧借注射器改進(jìn)乙醇發(fā)酵裝置

宋 凱 金佳恩 王秀紅

(1 浙江省寧波市鎮(zhèn)海區(qū)龍賽中學(xué) 寧波 315200； 2 浙江省寧波市教育局教研室 寧波 315200)

“乙醇發(fā)酵實驗”是浙科版教材(必修1)中的演示實驗，通過實驗，學(xué)生觀察、提問、思考和分析，掌握酵母菌厭氧呼吸的相關(guān)重要概念，并利用該原理解釋生產(chǎn)生活中的相關(guān)問題[1]。但是，在中學(xué)階段該演示實驗的開設(shè)率并不高。主要原因是： ①實驗器材不易攜帶，裝置連接、石蠟液封存在一定操作難度，容易失??；②該演示實驗所需培養(yǎng)時間過長，不利于在課堂上完成，無法有效地進(jìn)行學(xué)業(yè)評價；③學(xué)生對于該演示實驗缺少理性認(rèn)識，并未真正參與到涉及動手動腦環(huán)節(jié)的探究性學(xué)習(xí)過程，也不易獲取教材中的實驗器材，無法進(jìn)行進(jìn)一步的實驗探究。

因此，利用注射器把教材中的乙醇發(fā)酵演示實驗改進(jìn)成學(xué)生實驗，既能滿足課堂學(xué)生實驗的學(xué)習(xí)需求，也有利于學(xué)生在課外使用該裝置進(jìn)一步進(jìn)行實驗探究，提高自身實踐能力。對酵母菌乙醇發(fā)酵實驗的改進(jìn)的具體操作步驟如下：

1 酵母菌碳源選擇

首先，酵母菌中存在蔗糖轉(zhuǎn)化酶，當(dāng)以蔗糖為主要碳源進(jìn)行培養(yǎng)時，酵母菌能分解細(xì)胞外的蔗糖來提供其生長所需的碳源[2]。其次，同樣作為碳源和能源物質(zhì)，蔗糖較葡萄糖能更好地維持低滲透壓，防止酵母菌過度失水，影響生命活動。最后，可以防止其他微生物的污染。

2 實驗材料器具

高活性干酵母2g、蔗糖1g、注射器(50mL)、橡膠管、直導(dǎo)管、一次性手套、燒杯(25mL)、玻璃棒、溫水(30℃左右)20mL、澄清石灰水。

3 預(yù)備實驗過程

課堂學(xué)生實驗時間短，要在短時間完成厭氧呼吸裝置的設(shè)計及產(chǎn)物的鑒定，筆者利用不同規(guī)格的注射器進(jìn)行實驗后，選擇50mL的注射器作為學(xué)生實驗器具。為了實現(xiàn)快速產(chǎn)生氣體的目的，加入較高濃度的酵母菌后會產(chǎn)生大量的氣泡。為了防止氣泡在氣體檢驗時流入檢驗裝置，筆者嘗試了加脫脂棉或扎有小孔的濾紙片或4層紗布進(jìn)行阻泡、晃動注射器進(jìn)行消泡等方法： 脫脂棉會因為吸水而變形，阻泡效果不佳；扎有小孔的濾紙片阻泡效果較好，但會阻礙氣體通過；紗布的孔徑較大，氣體容易通過，但阻泡效果一般；在實驗5～6min后，產(chǎn)生20mL氣體，且酵母懸液剩余較多，通過晃動注射器消泡效果最好。

4 學(xué)生實驗步驟

學(xué)生實驗具體步驟： ①學(xué)生2位一組，采用50mL注射器，將1g蔗糖溶解于20mL熱水中，待水溫降至30℃左右時，加入2g高活性干酵母，攪拌均勻，制成酵母細(xì)胞懸液；②將20mL酵母細(xì)胞懸液轉(zhuǎn)移至連有橡膠管的50mL注射器中，排盡里面的空氣，用止水夾夾住橡膠管，模擬無氧環(huán)境；③反應(yīng)時間需要5～6min，即可產(chǎn)生20mL左右的氣體；④晃動注射器進(jìn)行消泡處理；⑤將5mL的澄清石灰水注入檢驗裝置中，并晃動作為對照，將50mL注射器上的橡膠管連接至檢驗裝置，注射器朝上，慢慢將一定量的氣體推至檢驗裝置并晃動，可觀察到澄清石灰水出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象；⑥酒精鑒定時，由于反應(yīng)時間短，產(chǎn)生酒精較少，扇聞效果不佳，故采用將產(chǎn)生的氣體多次排出，反復(fù)發(fā)酵直至產(chǎn)生足量的酒精，再將發(fā)酵產(chǎn)物重新注射至燒杯進(jìn)行扇聞。

5 改進(jìn)后的優(yōu)點

教材中的演示實驗主要由教師操作，學(xué)生觀察，學(xué)生缺少理性認(rèn)識；若直接將該演示實驗設(shè)計成學(xué)生實驗，學(xué)生在裝置的連接、滴加石蠟隔絕空氣等操作上具有一定的難度，也不利于學(xué)生課后的進(jìn)一步實驗探究。改進(jìn)后的實驗裝置，學(xué)生可模擬醫(yī)生打針的操作，不需滴加石蠟液封，即可完成無氧裝置的模擬。此外，可根據(jù)注射器上的刻度，觀察一定時間內(nèi)的氣體體積變化，測出酵母菌細(xì)胞的厭氧呼吸速率。同時，學(xué)生在課后也可繼續(xù)利用該裝置模擬酵母菌的需氧呼吸，將加入20mL酵母懸液的注射器先設(shè)置成無氧裝置，再將收集后的4mL的O2通過橡膠管注入注射器(空氣中O2濃度約為20%)，即可探究酵母菌的需氧呼吸產(chǎn)物、速率等相關(guān)內(nèi)容[3]。