探究酵母菌细胞呼吸的方式

11-07 14:56:20   浏览次数:391次  栏目：高二生物教学设计

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活动目标   1．进行酵母菌细胞呼吸方式的探究。   2．说出酵母菌细胞呼吸的方式。   背景资料    1．相关知识   （1）活细胞都要进行细胞呼吸。细胞通过细胞呼吸获得生命活动所需的能量和中间产物。细胞呼吸分成两种类型，即有氧呼吸和无氧呼吸。   （2）酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。酵母菌取材方便，培养简单，是做细胞呼吸研究的好材料。   （3）检测酵母菌细胞呼吸产物的方法简单易行。   （4）制酒业普遍使用不同的酿酒酵母生产葡萄酒、啤酒等。例如，啤酒生产过程就分为麦芽制造、麦芽汁制造、前发酵、后发酵、过滤灭菌、包装等几道工序。   麦芽的制造  大麦（也正在试验用小麦）浸渍吸水后，在适宜的温度和湿度下发芽，发芽时产生各种水解酶，如蛋白酶、糖化酶、葡聚糖酶等，这些酶可将麦芽本身的蛋白质分解成肽和氨基酸，将淀粉分解成糊精和麦芽糖等。发芽到一定程度，就要中止发芽，经过干燥，制成水分含量较低的麦芽。   麦芽汁的制造  麦芽经过适当的粉碎，加入温水，在一定的温度下，利用麦芽本身的酶，进行糖化，主要是将麦芽中的淀粉水解成麦芽糖。为了降低生产成本，还可以加入一定比例的大米粉作辅料，大米粉先加水煮沸。制成的麦芽醪，用过滤槽进行过滤，得到麦芽汁，将麦芽汁输送到麦芽汁煮沸锅中，将多余的水分蒸发掉，并加入酒花。酒花是一种植物的花，加到啤酒中，可使啤酒带有特殊的酒花香味和苦味，同时，酒花中的一些成分还具有防腐作用，可延长啤酒的保存期。   发酵  麦芽汁经过冷却后，加入酵母菌，输送到发酵罐中。一般先通入少量空气，酵母菌可进行短时间的有氧呼吸，使自身增殖，而后开始发酵。传统工艺分为前发酵和后发酵，分别在不同的发酵罐中进行。现在流行的作法是在一个罐内进行前发酵和后发酵。前发酵主要是利用酵母菌将麦芽汁中的麦芽糖转变成酒精，后发酵主要是产生一些具有特殊风味的物质，除掉啤酒中的异味，并促进啤酒的陈熟。这一期间，需要控制一定的罐内压力，使后发酵中产生的二氧化碳保留在啤酒中。   过滤灭菌  经过两个星期左右的发酵，有些啤酒发酵期可能长达几个月，将啤酒经过过滤，除去啤酒中的酵母菌和微小的颗粒，再经过62 ℃左右的灭菌，然后冷却，啤酒就可以包装。   包装  包装方式主要有瓶装和罐装，还有桶装等。   （5）重铬酸钾可以检测酒精的存在。这一原理可以用来检测司机是否喝了酒。具体做法是：让司机呼出的气体直接接触到载有用硫酸处理过的重铬酸钾或三氧化铬的硅胶（二者均为橙色），如果呼出的气体中含有酒精，重铬酸钾或三氧化铬就会变成灰绿色的硫酸铬。   2．实验原理   （1）在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸，可以将葡萄糖氧化分解形成二氧化碳和水，并释放能量。在无氧条件下，酵母菌进行无氧呼吸，能将葡萄糖转变成酒精和二氧化碳。   酵母菌有氧呼吸：   C₆H₁₂O₆+6O₂+6H₂O6CO₂+12H₂O+能量   酵母菌无氧呼吸：   C₆H₁₂O₆2C₂H₅OH+2CO₂+能量   （2）检验酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO₂的量的多少   ①将酵母菌两种呼吸方式产生的气体分别通入澄清的石灰水，根据产生的碳酸钙沉淀的多少，即可判断两种方式产生的CO2的量的多少，辨别酵母菌的呼吸类型。反应式如下：   CO₂+Ca(OH)₂→CaCO₃+H₂O   有条件的地区可考虑用Ba(OH)₂代替Ca(OH)₂，现象将更明显。   ②将酵母菌两种呼吸方式产生的气体分别通入溴麝香草酚蓝溶液，根据溶液颜色的变化，判断两种方式产生的CO₂的量的多少。   溴麝香草酚蓝溶液在pH6．0～7．6的环境中，其颜色随着pH值的降低，将发生由蓝→绿→黄绿→黄的颜色变化。   有氧呼吸释放的CO₂多，生成的H₂CO₃多，使溴麝香草酚蓝溶液由蓝→绿→黄绿→黄的时间短；无氧呼吸释放的CO₂相对较少，溴麝香草酚蓝溶液由蓝→绿→黄绿→黄的时间较长。根据溴麝香草酚蓝溶液颜色变化的时间长短，可以比较酵母菌两种呼吸方式中CO₂释放量的多少。   （3）检验酵母菌无氧呼吸产生酒精   酵母菌无氧呼吸产生的酒精，在酸性条件下很容易与重铬酸钾反应生成灰绿色的硫酸铬。稀的重铬酸钾溶液为透明的橙色。化学反应式为：

www.lexue88.com   3C₂H₅OH＋2K₂Cr₂O₇＋8H₂SO₄=3CH₃COOH＋2K₂SO₄＋2Cr₄（SO₄)₃＋11H₂O   制作指南    1．材料  新鲜酵母（或干酵母），质量分数为5％的葡萄糖溶液。   2．用具  玻璃棒，玻璃导管，试管，研钵，烧杯，量筒，500 mL广口瓶或锥形瓶，胶塞，滴管。   3．试剂  质量分数为10％的NaOH溶液，澄清的石灰水（或Ba（OH）2溶液），蒸馏水，浓硫酸，重铬酸钾晶体，色拉油，溴麝香草酚蓝溶液。   4．操作要点   （1）制备酵母液   取两份新鲜酵母，每份10 g，分别放入两个编好号的500 mL广口瓶或锥形瓶中，再向瓶中分别加入200 mL质量分数为5％的葡萄糖溶液，制成酵母发酵液，简称酵母液。   （2）实验装置   装置1：           　　质量分数为10%的NaOH溶液　　　酵母液　　　石灰水（或Ba(OH)₂溶液）   装置2：     　　酵母液　　　石灰水（或Ba(OH)₂溶液）    （在装置2的酵母液中加一些色拉油，以隔绝空气）   装置3：同装置1或装置2，但要将酵母液换成葡萄糖液。   （3）检测   ①使用石灰水（或Ba(OH)₂溶液）检测CO₂的生成   在室温25 ℃、湿度55%条件下，10 min时，可见装置1中石灰水变混浊，装置2中石灰水刚冒出气泡；20 min时，装置2中石灰水变混浊。   实验现象：比较单位时间内两种装置中石灰水混浊的程度。   可观察到装置1与装置2中的酵母液均有气体产生，并使石灰水变浑浊，但装置1中石灰水的混浊程度（沉淀）多于装置2，装置1中石灰水变混浊的时间早于装置2。装置3中不出现石灰水变混浊的现象。   ②使用溴麝香草酚蓝溶液检测CO2的生成   溴麝香草酚蓝溶液的配制：在锥形瓶中加入5 mL质量浓度为10-4 g/mL的溴麝香草酚蓝溶液、100 mL蒸馏水、1滴质量浓度为0．1 g/mL的NaOH溶液。此时溶液为蓝色。   注意：仍使用装置1和装置2，但要将瓶中的石灰水换成溴麝香草酚蓝溶液，按装置图将反应容器连接好，装置1和装置2要同时连通溴麝香草酚蓝溶液。   实验现象：在室温25 ℃、湿度55%条件下，20 min时可见以下现象。   装置1　溴麝香草酚蓝溶液在130 s时由蓝色变成绿色；190 s时变成黄绿色；270 s时变成黄色。   装置2　溴麝香草酚蓝溶液需330 s才变成黄色。   装置3　溴麝香草酚蓝溶液仍为蓝色。   ③检测酒精的生成   取3支试管，按装置标号分别给试管标上1、2、3号。向1、2、3号试管中各加入0．1 g重铬酸钾晶体，然后分别向3支试管中小心地加入0．5 mL浓硫酸，振荡试管使晶体溶解，待溶液冷却后备用。在室温25 ℃、湿度55%条件下，20 min时，将装置1和装置2中的酵母液和装置3中的葡萄糖液取出，分别过滤，将滤液盛在3支干净的试管中。各取出2 mL滤液，分别加入1、2、3号试管中，振荡试管。   实验现象：看单位时间内溶液颜色的变化。   1号试管的溶液（即装置1的溶液）橙色略有变化，即有一点灰绿色出现。   2号试管的溶液（即装置2的溶液）由橙色变为灰绿色（在橙色背景中可能显青黄色）。   3号试管的溶液（即装置3的溶液）仍为橙色。   5．需要注意的几个问题

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