论文部分内容阅读
一、问题背景
在“证明植物进行呼吸作用的实验”时,有个学生提出了疑问:“呼吸作用是吸进的氧气多还是呼出的二氧化碳多呢?为什么装有豆芽的塑料袋原来这么瘪,放了一个晚上后就这么鼓了呢?”是啊,我们只考虑豆芽进行呼吸作用要呼出二氧化碳,没想到也消耗了氧气。是不是呼出的二氧化碳的体积多于吸进的氧气的体积而使塑料袋变鼓的呢?通过呼吸作用的方程(C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量)发现吸收的氧气体积居然与放出的二氧化碳体积是相等的,那为什么塑料袋会鼓这么多呢?
二、探究原因,拓展知识
后来我们科学老师讨论认为塑料袋变鼓的原因可能是:
①呼吸产生了热量,使袋里面的气体膨胀。
②豆芽有可能进行了无氧呼吸,没消耗氧气却产生了二氧化碳。
③呼吸作用可能不只是这个方程。
对学生解释后,学生表示前2个原因都可以用初中已学知识进行理解,但又对第三个原因提出了疑问,带着这个问题我们对这点知识进行了拓展。
通过查阅大量资料我们得知:不同能源物质在氧化分解时消耗O2量和释放CO2量的比是不一样的,在学术上有呼吸商这么一个名词。
(一)呼吸商
呼吸商(respiratory quotient简称RQ),是指呼吸作用所释放的CO2和吸收的O2的分子比。当蔗糖、葡萄糖或淀粉等碳水化合物作为呼吸底物时,如果它们被完全氧化,则细胞的耗氧量和释放CO2量相等,即RQ值约等于1。例如,多种植物叶片的RQ约为1.05,禾谷类种子或其它淀粉类种子萌发时,RQ接近1。一些含油和脂肪类种子萌发时,RQ约为0.7。以油或脂肪作呼吸底物时,需要消耗大量的O2。可以通过呼吸底物完全氧化的方程式来计算呼吸商。
动物体在同一时间内二氧化碳产生量与氧的消耗量的比值。
糖类:以六碳糖为例
C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O
RQ=6/6=1
脂类:以蓖麻油为例
2C57H104O9+157O2→114CO2+104H2O
RQ=114/157=0.73
通过测定植物不同组织或器官的RQ,可以判断呼吸底物的类型。不过,呼吸商往往还受到许多其它因素的影响而变得更为复杂。例如:无氧呼吸时,没有O2的吸收,只有CO2的释放,此时RQ值为无穷大;当植物体内发生物质的转化,呼吸作用中间产物用于其他物质的生物合成时,RQ值会受到影响;植物体内往往是多种呼吸底物同时进行呼吸作用,其呼吸商实际上是这些物质氧化时细胞耗O2量和释放CO2量的总体结果;此外,一些物理因素如种皮不透气性,很难获得种子萌发时的耗O2量和CO2释放量的真实数据,因而测定的RQ值的可信程度低。
(二)呼吸商的测定
1.原理
呼吸作用吸收的O2和放出的CO2的体积之比称为呼吸商(respiratory quotient,简称RQ)。呼吸商的大小则因呼吸作用消耗的基质而异,若以碳水化合物为基质时,呼吸商等于1,以有机酸为基质则大于1,以油类为基质则小于1。研究呼吸商对于了解呼吸作用的性质有很大帮助。
这里介绍测定呼吸商的方法,是利用丹尼(Denny,江苏扬州玻璃仪器厂)装置,在加碱除去CO2时,测得O2的体积,而不加碱时测得O2及CO2两者体积改变之差,然后进行计算,求得呼吸商。
2.仪器药品
丹尼管、广口瓶、大型玻璃缸、尼龙小篮、橡皮管、橡皮塞、玻璃活塞开关、20% NaOH
3.操作步骤
仪器装置如下图所示。A为丹尼管,是一底部相连通的内外套管,外管上有刻度,上面分两支管,一支管上有玻璃活塞开关,另一支管与呼吸瓶B相连,B为一500ml广口瓶作为呼吸瓶,其中吊挂有一尼龙网小篮,篮中放有欲测定的样品,如发芽的种子。整个装置放在一恒温大型玻璃缸中。先将全部活塞打开,使得外界的水面与丹尼管的上口相齐,待温度恒定后,关闭所有活塞,使内外不通气,立即记下时间。此时在密闭系统内,如果种子呼吸作用吸收的O2比放出的CO2多,则密闭系统内体积减小,水便由丹尼管内管上口流入外管,流入外管水的体积,即表示密闭系统中体积减小的数值。
经40分钟后,打开活塞,就可以直接从丹尼管上的刻度,知道所吸收O2与放出CO2体积之差,以A表示之。
把呼吸瓶的塞子打开,加入20% NaOH溶液30ml,按上述方法与未加 NaOH时一样再测定一次。注意时间长短和温度高低都要相同。加入NaOH目的是使呼吸时放出来的CO2全部被吸收,所以得到的读数是吸收的O2的体积,以B表示之。
依下式计算呼吸商:
呼吸商(RQ)=CO2O2=B-AB
三、学以致用
例1.用于生物呼吸作用有机物的差异会导致呼吸作用释放的CO2与吸收的O2比发生差异,
这可用呼吸商表示:呼吸商(Q)= 呼吸作用释放的CO2 / 呼吸作用吸收的O2为了测定种子萌发时的呼吸商,现准备了2只钟罩、瓶塞、带刻度的玻璃管、发芽的蚕豆种子、滤纸、10%的KOH溶液、清水等。1号玻璃瓶的实验装置如图所示。
(1)由于发芽蚕豆的呼吸作用,1号玻璃瓶内的气体发生了变化,使得墨水向上移动,显然瓶内气体减少了,减少的气体是。
(2)1号玻璃瓶内的气体变化还不足以求出发芽蚕豆的呼吸商,由此还要利用2号玻璃瓶来测定发芽蚕豆呼吸作用过程中的某一种气体的变化。将这一实验装置用图解表示。
(3)利用1号、2号装置所测得的实验数据计算呼吸商: 。
答案:
(1)蚕豆的呼吸作用所吸收的氧气量与放出的二氧化碳量的差。
(2)如图:
(3)将2号瓶中测得的气体减少量减去1号瓶中测得的气体减少量,然后再除以2号瓶中测得的气体量,即为呼吸商。
例2.第12届浙江省初中科学竞赛复赛试卷第25题。
某研究者利用栽在花盆中的植物,对植物的光合作用与呼吸作用进行了相关的研究,请回答如下问题:
(1)图甲表示此盆绿色植物在两种不同温度下释放氧气的快慢与光照强度的关系。若该植物的呼吸商A(呼吸商=呼吸放出的CO2量/呼吸消耗的O2量)为0.75,在15℃、1千勒克司光照强度下,该植物进行光合作用时除完全利用呼吸所产生的CO2外,每小时还应从外界吸收CO2毫升。
(2)图乙是测定图甲纵坐标上a值的实验装置图,请回答下列问题:
①在钟罩内放入该植物后密封,置于15℃的环境中,并对钟罩进行
处理。
②简述该实验的原理和测量方法。
(3)干旱初期,此植物光合作用快慢下降的主要原因可以用图来说明,其原因是 。
答案:
(1)1.25a
(2)①遮光处理
②植物呼吸作用消耗氧气,而释放的二氧化碳被NaOH溶液吸收,引起钟罩内气压下降,刻度管中红墨水上升,红墨水上升的体积可视为为实验时间里植物的耗氧量,即为1a。
(3)B
干旱初期,植物叶片气孔逐渐关闭,体内CO2浓度下降,光合作用快慢下降。
四、一点思考
爱因斯坦说:“提出一个问题有时比解决一个问题更重要。”思维是从问题开始的,“问题”是调动学生积极思维的“催化剂”。在课内课外从不忽视学生提出的问题,在教师的引导下,学生的提问意识越来越强,经常为能提出一些有一定深度的问题而感到自豪,学习兴趣越来越浓。
在“证明植物进行呼吸作用的实验”时,有个学生提出了疑问:“呼吸作用是吸进的氧气多还是呼出的二氧化碳多呢?为什么装有豆芽的塑料袋原来这么瘪,放了一个晚上后就这么鼓了呢?”是啊,我们只考虑豆芽进行呼吸作用要呼出二氧化碳,没想到也消耗了氧气。是不是呼出的二氧化碳的体积多于吸进的氧气的体积而使塑料袋变鼓的呢?通过呼吸作用的方程(C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量)发现吸收的氧气体积居然与放出的二氧化碳体积是相等的,那为什么塑料袋会鼓这么多呢?
二、探究原因,拓展知识
后来我们科学老师讨论认为塑料袋变鼓的原因可能是:
①呼吸产生了热量,使袋里面的气体膨胀。
②豆芽有可能进行了无氧呼吸,没消耗氧气却产生了二氧化碳。
③呼吸作用可能不只是这个方程。
对学生解释后,学生表示前2个原因都可以用初中已学知识进行理解,但又对第三个原因提出了疑问,带着这个问题我们对这点知识进行了拓展。
通过查阅大量资料我们得知:不同能源物质在氧化分解时消耗O2量和释放CO2量的比是不一样的,在学术上有呼吸商这么一个名词。
(一)呼吸商
呼吸商(respiratory quotient简称RQ),是指呼吸作用所释放的CO2和吸收的O2的分子比。当蔗糖、葡萄糖或淀粉等碳水化合物作为呼吸底物时,如果它们被完全氧化,则细胞的耗氧量和释放CO2量相等,即RQ值约等于1。例如,多种植物叶片的RQ约为1.05,禾谷类种子或其它淀粉类种子萌发时,RQ接近1。一些含油和脂肪类种子萌发时,RQ约为0.7。以油或脂肪作呼吸底物时,需要消耗大量的O2。可以通过呼吸底物完全氧化的方程式来计算呼吸商。
动物体在同一时间内二氧化碳产生量与氧的消耗量的比值。
糖类:以六碳糖为例
C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O
RQ=6/6=1
脂类:以蓖麻油为例
2C57H104O9+157O2→114CO2+104H2O
RQ=114/157=0.73
通过测定植物不同组织或器官的RQ,可以判断呼吸底物的类型。不过,呼吸商往往还受到许多其它因素的影响而变得更为复杂。例如:无氧呼吸时,没有O2的吸收,只有CO2的释放,此时RQ值为无穷大;当植物体内发生物质的转化,呼吸作用中间产物用于其他物质的生物合成时,RQ值会受到影响;植物体内往往是多种呼吸底物同时进行呼吸作用,其呼吸商实际上是这些物质氧化时细胞耗O2量和释放CO2量的总体结果;此外,一些物理因素如种皮不透气性,很难获得种子萌发时的耗O2量和CO2释放量的真实数据,因而测定的RQ值的可信程度低。
(二)呼吸商的测定
1.原理
呼吸作用吸收的O2和放出的CO2的体积之比称为呼吸商(respiratory quotient,简称RQ)。呼吸商的大小则因呼吸作用消耗的基质而异,若以碳水化合物为基质时,呼吸商等于1,以有机酸为基质则大于1,以油类为基质则小于1。研究呼吸商对于了解呼吸作用的性质有很大帮助。
这里介绍测定呼吸商的方法,是利用丹尼(Denny,江苏扬州玻璃仪器厂)装置,在加碱除去CO2时,测得O2的体积,而不加碱时测得O2及CO2两者体积改变之差,然后进行计算,求得呼吸商。
2.仪器药品
丹尼管、广口瓶、大型玻璃缸、尼龙小篮、橡皮管、橡皮塞、玻璃活塞开关、20% NaOH
3.操作步骤
仪器装置如下图所示。A为丹尼管,是一底部相连通的内外套管,外管上有刻度,上面分两支管,一支管上有玻璃活塞开关,另一支管与呼吸瓶B相连,B为一500ml广口瓶作为呼吸瓶,其中吊挂有一尼龙网小篮,篮中放有欲测定的样品,如发芽的种子。整个装置放在一恒温大型玻璃缸中。先将全部活塞打开,使得外界的水面与丹尼管的上口相齐,待温度恒定后,关闭所有活塞,使内外不通气,立即记下时间。此时在密闭系统内,如果种子呼吸作用吸收的O2比放出的CO2多,则密闭系统内体积减小,水便由丹尼管内管上口流入外管,流入外管水的体积,即表示密闭系统中体积减小的数值。
经40分钟后,打开活塞,就可以直接从丹尼管上的刻度,知道所吸收O2与放出CO2体积之差,以A表示之。
把呼吸瓶的塞子打开,加入20% NaOH溶液30ml,按上述方法与未加 NaOH时一样再测定一次。注意时间长短和温度高低都要相同。加入NaOH目的是使呼吸时放出来的CO2全部被吸收,所以得到的读数是吸收的O2的体积,以B表示之。
依下式计算呼吸商:
呼吸商(RQ)=CO2O2=B-AB
三、学以致用
例1.用于生物呼吸作用有机物的差异会导致呼吸作用释放的CO2与吸收的O2比发生差异,
这可用呼吸商表示:呼吸商(Q)= 呼吸作用释放的CO2 / 呼吸作用吸收的O2为了测定种子萌发时的呼吸商,现准备了2只钟罩、瓶塞、带刻度的玻璃管、发芽的蚕豆种子、滤纸、10%的KOH溶液、清水等。1号玻璃瓶的实验装置如图所示。
(1)由于发芽蚕豆的呼吸作用,1号玻璃瓶内的气体发生了变化,使得墨水向上移动,显然瓶内气体减少了,减少的气体是。
(2)1号玻璃瓶内的气体变化还不足以求出发芽蚕豆的呼吸商,由此还要利用2号玻璃瓶来测定发芽蚕豆呼吸作用过程中的某一种气体的变化。将这一实验装置用图解表示。
(3)利用1号、2号装置所测得的实验数据计算呼吸商: 。
答案:
(1)蚕豆的呼吸作用所吸收的氧气量与放出的二氧化碳量的差。
(2)如图:
(3)将2号瓶中测得的气体减少量减去1号瓶中测得的气体减少量,然后再除以2号瓶中测得的气体量,即为呼吸商。
例2.第12届浙江省初中科学竞赛复赛试卷第25题。
某研究者利用栽在花盆中的植物,对植物的光合作用与呼吸作用进行了相关的研究,请回答如下问题:
(1)图甲表示此盆绿色植物在两种不同温度下释放氧气的快慢与光照强度的关系。若该植物的呼吸商A(呼吸商=呼吸放出的CO2量/呼吸消耗的O2量)为0.75,在15℃、1千勒克司光照强度下,该植物进行光合作用时除完全利用呼吸所产生的CO2外,每小时还应从外界吸收CO2毫升。
(2)图乙是测定图甲纵坐标上a值的实验装置图,请回答下列问题:
①在钟罩内放入该植物后密封,置于15℃的环境中,并对钟罩进行
处理。
②简述该实验的原理和测量方法。
(3)干旱初期,此植物光合作用快慢下降的主要原因可以用图来说明,其原因是 。
答案:
(1)1.25a
(2)①遮光处理
②植物呼吸作用消耗氧气,而释放的二氧化碳被NaOH溶液吸收,引起钟罩内气压下降,刻度管中红墨水上升,红墨水上升的体积可视为为实验时间里植物的耗氧量,即为1a。
(3)B
干旱初期,植物叶片气孔逐渐关闭,体内CO2浓度下降,光合作用快慢下降。
四、一点思考
爱因斯坦说:“提出一个问题有时比解决一个问题更重要。”思维是从问题开始的,“问题”是调动学生积极思维的“催化剂”。在课内课外从不忽视学生提出的问题,在教师的引导下,学生的提问意识越来越强,经常为能提出一些有一定深度的问题而感到自豪,学习兴趣越来越浓。