运用综合理科方法探究“细胞呼吸”的实验活动

在该原 电池 装置 中， 沉积 物 相 当 于正极 ， 水相 当于 负
极， 回路 中所产生的电流则是 细菌呼吸 的直 接结果 ， 或
者更确切地说 ， 电子从 呼吸链 传递 到石 墨 电极 的结 是
果 。电路 中的电流可以用万用 表或电流表检测到 。
２ 实 验 材 料
中的蛋 白质便 可 与环境 中 的物质直 接发生 联系 ， 而 进 将 电子 传 递 给 它 们 ， 见 的有 Ｎ ３ 、 ０ 、 ｅ ＋ 常 Ｏ 一 ｓ ４ Ｆ３ 、 Ｃ２ Ｏ 等。原核生物的这种将 电子传递 给环境 中物 质的
特性可 以被用来产 生电流。
石墨电极 、 绝缘电线 、 带 、 胶 电阻、 万用表 或者 电流
表、 剪钳和剥皮钳 、 塑料容 器 、 塑料 隔板 、 种沉 积物 、 各
自来水 。
３ 实 验 程序
３ １ 实验 准备 ．
好 准备。
通过讲座 或者讨 论 的形 式使 学生 回
３ １３ 电学相 关知识 回忆 电路 的连接 、 ． ． 电流表 的使 用等知识 。 通过对 以上 知识 的 回忆 与拓展 ， 加深对 实 验原 理 的理解 ， 为之后 实验装 置的设 置奠定 理论基础 。 ３２ 实验 实施 ． 具体如下 ： 将参加 活动 的 ３２ １ “ ． ． 沉积物 电池组” 置的设计 装
向移动构成 了闭合 回路 ， 使两个 电极反应 不断进 行 ， 发
生有序 的电子转移过程 ， 产生 电流 ， 实现化 学能 向电能 的转化 。现 以最 常见 的锌锰 电池 为例来说 明 ， 由正 它 负两个 电极组成 ， 中锌作 负极 ， 墨作正极。负极 的 其 石 锌棒置于硫酸溶液 中 ， 表面逐渐被溶解 ， 原子失去两 锌 个电子从 而变为 ｚ ¨ ， ｎ 这样 在负极则积 聚了大量 的电
忆并 拓展 如下化 学、 物理 和生 物学知识 ， 为后 续设计做 ３ １ １ 原 电池反应 原 电池反应 属于放 热 的氧化还 ．． 原反应 ， 与一般 的氧化还原反应不 同 的是 ， 但 电子转移 不是通 过氧化 剂和还 原剂 之 间的有 效碰撞 完成 的 ， 而
是还原剂在负 极上失 电子 发生 氧化反 应 ， 电子通过 外
生物 学教 学 ２１年（ ５ 第８ ００ 第３ 合 理 科 方 法探 究 “ 细胞 呼 吸＂ 的实验 活 动
邓金 霞 徐清清 陈铭德
摘 要
（东 范 学 命 学 院 上 ２０ ） 华 师 大 生 科 学 海 ０ ６ ０２
本文介绍 丁学生可 以通过所学的综合理科知识和方法 ， 设计一种简单可行 的检测“ 细胞 呼吸” 沉积物电池组 ” 的“ 。
关键词 细胞呼吸 综合理科方法 探究实验
“ 细胞 呼 吸” 高 中生物学 教材 中是 一个 非 常重 在
要 的知识点 ， 它对 于学生更好地学 习后 续知识 ， 更深入 地理解生命本质 至关重要 。本文 旨在让 高 中学 生运用 所学 的综合理科知识和方法 ， 将生物学 中的细胞 呼 吸、 化学 中的原 电池及物 理 中的 电学 等知 识点联 系起 来 ，
学生分成若 干小 组 ， 以小组 为单 位设 计 “ 积物 电池 沉 组” 并承担装置 中微生物 呼吸所产生 的电能检测 。为 ， 激发学生的活动 兴趣 和探 知欲 ， 要求 学生 充分利 用 中 学理科实验室现有 的器材 与材料来 设计 “ 沉积 物 电池
个载体 传 向下 一 个 载体 ， 后传 给终 末 电子受 体 。 最
电子的传递 导致质 子通 过膜外 排 ， 而产生 电化学 梯 从
的氧气结合生 成水 。这样便 形成 了一 个原 电池装 置。
度 ，Ｔ Ａ Ｐ合成酶便 可利用电化学梯度进一步合 成 Ａ Ｐ Ｔ。
因此 ， 细胞质膜 对 于电化 学梯度 的产 生和维 持都是 很 必要 的。在真 核生物 中， 呼吸链位于线粒体 内膜 上 ， 最 终 电子受 体是 氧 ， 接 受 电子 后 与 Ｈ 氧 结 合 生 成 水 。 原核生物 中呼吸链 位于 细胞质 膜上 ， 样 电子传递 链 这
极 。在正极 ， 液 中的 Ｈ 溶 从 石墨 电极得 到电子 。 还原
成Ｈ。 ２
３ １２ 细胞 呼吸 ．．
细胞呼吸主要经过 以下三 个步骤 ：
本文设计 的“ 积物 电池 组 ” 利 用沉 积 物 中的 沉 是 厌氧微生物来 获得能 量 的装 置 。其设 计原 理 是 ： 一 将 根石墨 电极 插 在沉 积 物 中； 一 根插 在 含 氧 的水 中。 另 插在沉积物 中的石墨电极作为厌氧微生物 细胞 呼吸中
糖 酵解 、 三羧酸循环和呼 吸链 。其 中， 在糖酵解 和三羧 酸循 环中所产 生的 电子 通过 呼吸链 为 Ａ Ｐ的产 生提 Ｔ 供能量。原核生物 和真 核生 物都进行 这三 步反应 ， 所
不同的是 ， 发生 的位置和方式不同 。 反应 通过前 两步反应 可将 葡萄糖 分解 为二 氧化碳 ， 这 两个阶段共 产生 ４ Ｔ ８ Ａ Ｈ和 ２ Ａ Ｈ 。Ｎ Ｄ Ａ Ｐ，Ｎ Ｄ Ｆ Ｄ ， Ａ Ｈ和
设计一种 简 单 可 行 的检 测 细胞 呼 吸 的 “ 积 物 电池 沉
组 ” 进而更 深 刻地 理解 细胞 呼吸原 理 及 其 应用 。同 ， 时， 培养学生运用 所学知 识解 决实 际 问题 的 能力 以及 动手能力 ， 提升高 中生综合理科 的科学素养 。
１ 实 验 原 理
子 ， 成 回路时 ， 当形 负极 的电子便经过导线 流向石墨 电
Ｆ Ｄ ２ 以直接将 电子传递 到呼 吸链 ， 样 电子 就从 Ａ Ｈ可 这
一
电子传递链 的最 终受体 ， 在其表 面 积聚 了大量 的 自由
电子 ， 而水 中的氧气 比石墨具有更大 的 电负性 。因此 ， 当插在沉积物 中的石墨 电极与插在含氧 的水 中的石 墨 电极通过导线相 连时 ， 自由 电子 通过 导线 由插 在沉 积 物 中的石墨上移 到插在水 中的石墨 电极 上 ， 与水 中 并