一、活動目標?
? ? ? ?1．進行酵母菌細胞呼吸方式的探究。?
? ? ? ?2．說出酵母菌細胞呼吸的方式。
?二、背景資料?
? ? ? ? 1．相關(guān)知識
? ? ? ? （1）活細胞都要進行細胞呼吸。細胞通過細胞呼吸獲得生命活動所需的能量和中間產(chǎn)物。細胞呼吸分成兩種類型，即有氧呼吸和無氧呼吸。?
? ? ? ?（2）酵母菌是一種單細胞真菌，在有氧和無氧條件下都能生存，屬于兼性厭氧菌。酵母菌取材方便，培養(yǎng)簡單，是做細胞呼吸研究的好材料。?
? ? ? ?（3）檢測酵母菌細胞呼吸產(chǎn)物的方法簡單易行。
? ? ? ?（4）制酒業(yè)普遍使用不同的釀酒酵母生產(chǎn)葡萄酒、啤酒等。例如，啤酒生產(chǎn)過程就分為麥芽制造、麥芽汁制造、前發(fā)酵、后發(fā)酵、過濾滅菌、包裝等幾道工序。?
? ? ? ?麥芽的制造? 大麥（也正在試驗用小麥）浸漬吸水后，在適宜的溫度和濕度下發(fā)芽，發(fā)芽時產(chǎn)生各種水解酶，如蛋白酶、糖化酶、葡聚糖酶等，這些酶可將麥芽本身的蛋白質(zhì)分解成肽和氨基酸，將淀粉分解成糊精和麥芽糖等。發(fā)芽到一定程度，就要中止發(fā)芽，經(jīng)過干燥，制成水分含量較低的麥芽。
? ? ? ? 麥芽汁的制造? 麥芽經(jīng)過適當?shù)姆鬯?，加入溫水，在一定的溫度下，利用麥芽本身的酶，進行糖化，主要是將麥芽中的淀粉水解成麥芽糖。為了降低生產(chǎn)成本，還可以加入一定比例的大米粉作輔料，大米粉先加水煮沸。制成的麥芽醪，用過濾槽進行過濾，得到麥芽汁，將麥芽汁輸送到麥芽汁煮沸鍋中，將多余的水分蒸發(fā)掉，并加入酒花。酒花是一種植物的花，加到啤酒中，可使啤酒帶有特殊的酒花香味和苦味，同時，酒花中的一些成分還具有防腐作用，可延長啤酒的保存期。
? ? ? ? 發(fā)酵? 麥芽汁經(jīng)過冷卻后，加入酵母菌，輸送到發(fā)酵罐中。一般先通入少量空氣，酵母菌可進行短時間的有氧呼吸，使自身增殖，而后開始發(fā)酵。傳統(tǒng)工藝分為前發(fā)酵和后發(fā)酵，分別在不同的發(fā)酵罐中進行?，F(xiàn)在流行的作法是在一個罐內(nèi)進行前發(fā)酵和后發(fā)酵。前發(fā)酵主要是利用酵母菌將麥芽汁中的麥芽糖轉(zhuǎn)變成酒精，后發(fā)酵主要是產(chǎn)生一些具有特殊風味的物質(zhì)，除掉啤酒中的異味，并促進啤酒的陳熟。這一期間，需要控制一定的罐內(nèi)壓力，使后發(fā)酵中產(chǎn)生的二氧化碳保留在啤酒中。
? ? ? ? 過濾滅菌? 經(jīng)過兩個星期左右的發(fā)酵，有些啤酒發(fā)酵期可能長達幾個月，將啤酒經(jīng)過過濾，除去啤酒中的酵母菌和微小的顆粒，再經(jīng)過62?℃左右的滅菌，然后冷卻，啤酒就可以包裝。?
? ? ? ?包裝? 包裝方式主要有瓶裝和罐裝，還有桶裝等。?
? ? ? ?（5）重鉻酸鉀可以檢測酒精的存在。這一原理可以用來檢測司機是否喝了酒。具體做法是：讓司機呼出的氣體直接接觸到載有用硫酸處理過的重鉻酸鉀或三氧化鉻的硅膠（二者均為橙色），如果呼出的氣體中含有酒精，重鉻酸鉀或三氧化鉻就會變成灰綠色的硫酸鉻。?
2．實驗原理?
? ? ? ?（1）在有氧條件下，酵母菌進行有氧呼吸，可以將葡萄糖氧化分解形成二氧化碳和水，并釋放能量。在無氧條件下，酵母菌進行無氧呼吸，能將葡萄糖轉(zhuǎn)變成酒精和二氧化碳。?
? ? ? ?酵母菌有氧呼吸： C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量
? ? ? ?酵母菌無氧呼吸：C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量
? ? ? （2）檢驗酵母菌有氧呼吸和無氧呼吸產(chǎn)生的CO2的量的多少
? ? ? ?①將酵母菌兩種呼吸方式產(chǎn)生的氣體分別通入澄清的石灰水，根據(jù)產(chǎn)生的碳酸鈣沉淀的多少，即可判斷兩種方式產(chǎn)生的CO2的量的多少，辨別酵母菌的呼吸類型。反應(yīng)式如下：CO2+Ca(OH)2→CaCO3+H2O
? ? ? ?有條件的地區(qū)可考慮用Ba(OH)2代替Ca(OH)2，現(xiàn)象將更明顯。?
? ? ? ②將酵母菌兩種呼吸方式產(chǎn)生的氣體分別通入溴麝香草酚藍溶液，根據(jù)溶液顏色的變化，判斷兩種方式產(chǎn)生的CO2的量的多少。?
? ? ? ?溴麝香草酚藍溶液在pH6．0～7．6的環(huán)境中，其顏色隨著pH值的降低，將發(fā)生由藍→綠→黃綠→黃的顏色變化。
? ? ? ?有氧呼吸釋放的CO2多，生成的H2CO3多，使溴麝香草酚藍溶液由藍→綠→黃綠→黃的時間短；無氧呼吸釋放的CO2相對較少，溴麝香草酚藍溶液由藍→綠→黃綠→黃的時間較長。根據(jù)溴麝香草酚藍溶液顏色變化的時間長短，可以比較酵母菌兩種呼吸方式中CO2釋放量的多少。
? ? ? （3）檢驗酵母菌無氧呼吸產(chǎn)生酒精?
? ? ? ?酵母菌無氧呼吸產(chǎn)生的酒精，在酸性條件下很容易與重鉻酸鉀反應(yīng)生成灰綠色的硫酸鉻。稀的重鉻酸鉀溶液為透明的橙色?；瘜W反應(yīng)式為： 3C2H5OH＋2K2Cr2O7＋8H2SO4=3CH3COOH＋2K2SO4＋2Cr4（SO4)3＋11H2O?
三、制作指南?
? ? ? ?1．材料? 新鮮酵母（或干酵母），質(zhì)量分數(shù)為5％的葡萄糖溶液。?
? ? ? ?2．用具? 玻璃棒，玻璃導管，試管，研缽，燒杯，量筒，500 mL廣口瓶或錐形瓶，膠塞，滴管。?
? ? ? ?3．試劑? 質(zhì)量分數(shù)為10％的NaOH溶液，澄清的石灰水（或Ba（OH）2溶液），蒸餾水，濃硫酸，重鉻酸鉀晶體，色拉油，溴麝香草酚藍溶液。?
? ? ? ?4．操作要點?
? ? ? ?（1）制備酵母液
? ? ? ?取兩份新鮮酵母，每份10 g，分別放入兩個編好號的500 mL廣口瓶或錐形瓶中，再向瓶中分別加入200 mL質(zhì)量分數(shù)為5％的葡萄糖溶液，制成酵母發(fā)酵液，簡稱酵母液。
? ? ? ?（2）實驗裝置?
? ? ? ?裝置1：
? ? ? ?裝置2： ?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
?
? ? ? ?（在裝置2的酵母液中加一些色拉油，以隔絕空氣）?
? ? ? ?裝置3：同裝置1或裝置2，但要將酵母液換成葡萄糖液。
? ? ? ?（3）檢測
? ? ? ?①使用石灰水（或Ba(OH)2溶液）檢測CO2的生成?
? ? ? ?在室溫25?℃、濕度55%條件下，10 min時，可見裝置1中石灰水變混濁，裝置2中石灰水剛冒出氣泡；20 min時，裝置2中石灰水變混濁。?
? ? ? ?實驗現(xiàn)象：比較單位時間內(nèi)兩種裝置中石灰水混濁的程度。
? ? ? ?可觀察到裝置1與裝置2中的酵母液均有氣體產(chǎn)生，并使石灰水變渾濁，但裝置1中石灰水的混濁程度（沉淀）多于裝置2，裝置1中石灰水變混濁的時間早于裝置2。裝置3中不出現(xiàn)石灰水變混濁的現(xiàn)象。
? ? ? ?②使用溴麝香草酚藍溶液檢測CO2的生成
? ? ? ?溴麝香草酚藍溶液的配制：在錐形瓶中加入5 mL質(zhì)量濃度為10-4 g/mL的溴麝香草酚藍溶液、100 mL蒸餾水、1滴質(zhì)量濃度為0．1 g/mL的NaOH溶液。此時溶液為藍色。
? ? ? ?注意：仍使用裝置1和裝置2，但要將瓶中的石灰水換成溴麝香草酚藍溶液，按裝置圖將反應(yīng)容器連接好，裝置1和裝置2要同時連通溴麝香草酚藍溶液。
? ? ? ?實驗現(xiàn)象：在室溫25?℃、濕度55%條件下，20 min時可見以下現(xiàn)象。
? ? ? ?裝置1 溴麝香草酚藍溶液在130 s時由藍色變成綠色；190 s時變成黃綠色；270 s時變成黃色。?
? ? ? ?裝置2 溴麝香草酚藍溶液需330 s才變成黃色。?
? ? ? ?裝置3 溴麝香草酚藍溶液仍為藍色。
? ? ? ?③檢測酒精的生成
? ? ? ?取3支試管，按裝置標號分別給試管標上1、2、3號。向1、2、3號試管中各加入0．1 g重鉻酸鉀晶體，然后分別向3支試管中小心地加入0．5 mL濃硫酸，振蕩試管使晶體溶解，待溶液冷卻后備用。在室溫25?℃、濕度55%條件下，20 min時，將裝置1和裝置2中的酵母液和裝置3中的葡萄糖液取出，分別過濾，將濾液盛在3支干凈的試管中。各取出2 mL濾液，分別加入1、2、3號試管中，振蕩試管。
? ? ? ?實驗現(xiàn)象：看單位時間內(nèi)溶液顏色的變化。
? ? ? ?1號試管的溶液（即裝置1的溶液）橙色略有變化，即有一點灰綠色出現(xiàn)。
? ? ? ?2號試管的溶液（即裝置2的溶液）由橙色變?yōu)榛揖G色（在橙色背景中可能顯青黃色）。
? ? ? ?3號試管的溶液（即裝置3的溶液）仍為橙色。
? ? ? ?5．需要注意的幾個問題
? ? ? ?（1）各裝置的連通管盡量不漏氣。
? ? ? ?（2）檢測酒精生成時，配藥后要馬上檢測。
? ? ? ?（3）由于裝置簡單，不可能形成完全的有氧或無氧條件，因此不排除裝置1中有酒精生成。檢測酒精生成的實驗中，裝置1可能出現(xiàn)少許的灰綠色。
? ? ? ?（4）注意對照裝置3的實驗結(jié)果。
? ? ? ?（5）建議將全班學生分成若干個小組進行實驗，每組4～6人。
四、教學設(shè)計?
? ? ? ?1．提出問題
? ? ? ?創(chuàng)設(shè)情境：可從工業(yè)制酒引入。
? ? ? ?圍繞學生對酵母菌的了解，以及如何進行酵母菌細胞呼吸的實驗展開教學。
? ? ? ?2．作出假設(shè)
? ? ? ?引導學生圍繞酵母菌細胞呼吸的兩種可能方式進行討論。
? ? ? ?3．設(shè)計實驗
? ? ? ?重點在引導學生思考以下問題。
? ? ? ?（1）如何控制實驗中的有氧條件和無氧條件？
? ? ? ?（2）怎樣鑒定細胞呼吸的產(chǎn)物？重點放在如何檢測二氧化碳和酒精的生成，如何比較兩種呼吸產(chǎn)物的多少。
? ? ? ?4．實施計劃
? ? ? ?同前面的“操作指南”。
? ? ? ?5．分析結(jié)果?
? ? ? ?（1）如果在室溫25?℃、濕度55%條件下，安裝好裝置，一般在實驗開始后25 min左右就會出現(xiàn)比較明顯的實驗現(xiàn)象。?
? ? ? ?（2）無論是酵母菌的有氧呼吸還是無氧呼吸，都可以檢測到二氧化碳的生成。二氧化碳的生成量可依據(jù)單位時間內(nèi)石灰水變混濁的程度來判斷。?
? ? ? ?（3）在酵母菌有氧呼吸和無氧呼吸的裝置中都可以檢測到酒精的生成。這是因為在我國目前中學生物實驗室的條件下，難以做到讓有氧裝置中的每一個酵母菌細胞都處于有氧環(huán)境中。因此在有氧呼吸裝置中也可能有部分酵母菌進行無氧呼吸，產(chǎn)生酒精。
? ? ? ?6．得出結(jié)論
? ? ? ?教師引導學生通過討論，得出以下結(jié)論。?
? ? ? ?（1）細胞呼吸有兩種方式：有氧呼吸和無氧呼吸。
? ? ? ?（2）細胞的無氧呼吸包括兩種形式：生成酒精的無氧呼吸和生成乳酸的無氧呼吸。
? ? ? ?7．表達交流
? ? ? ?從學生開始進行實驗，到得到實驗結(jié)果，大約需要30 min。實驗結(jié)束后可以安排時間讓學生討論并整理實驗結(jié)果，各小組派代表匯報、交流。?
五、評價建議 ?
? ? ? ?1．評價等級分為優(yōu)、良、及格、不及格四個檔次。
? ? ? ?2．能比較完整地完成探究活動的學生或小組獲得“良”以上的成績。
? ? ? ?3．在探究活動的某個環(huán)節(jié)有創(chuàng)意、有想法，并進行認真思考和實踐的學生或小組獲得提高一檔的評價。
本視頻是人教版高中生物必修一分子與細胞的實驗12探究酵母菌的呼吸方式
那個實驗是分別在有氧條件下和無氧條件下進行的實驗，在無氧條件下產(chǎn)生了酒精和二氧化碳，在有氧條件下只產(chǎn)生了二氧化碳，因此證明了酵母菌的呼吸方式
