Question

10．生物呼吸作用的底物（有機物）種類及含量的差異，會導致呼吸作用釋放的CO₂與吸收的O₂比發生差異，這可用呼吸熵表示：呼吸熵（RQ）=呼吸作用釋放的CO₂/呼吸作用吸收的O₂，為了測定種子萌發時的呼吸熵，現準備了3只錐形瓶、瓶塞、帶刻度的玻璃管、發芽的小麥種子、10%的NaOH溶液、NaHC
O₃、清水等，并組裝成下面的三套裝置．
其中甲實驗裝置設計如下：錐形瓶內放入一盛有10%的NaOH溶液的小燒杯，杯中插入一根濾紙折疊條．瓶底放入一些蒸餾水浸泡過的濾紙圓片，再將經消毒并充分吸脹的小麥種子若干平鋪在濾紙圓片上，加入適量蒸餾水．整個裝置密封，并放置到20℃恒溫環境中培養．
（1）小燒杯中插入一根濾紙折疊條的作用是增加二氧化碳的吸收面積．
（2）由于發芽小麥種子（已消毒）的呼吸作用，甲裝置內的氣體發生了變化，使得墨滴向右移動，顯然瓶內氣體減少了，減少的氣體是氧氣．
（3）甲裝置內的氣體變化還不足以求出發芽小麥的呼吸熵，由此還要利用乙裝置來測定發芽小麥呼吸作用過程中的某一種氣體的變化．測定單位質量小麥種子呼吸時CO₂釋放量與O₂消耗量的比值，請將下面主要的方法步驟補充完整：
①；錐形瓶中的燒杯中不加入NaOH溶液，以等量的清水代之
②用同質量的小麥種子在相同環境下進行與上述實驗相同的操作；
③測出；相同時間內密閉系統的氣體體積凈變化量
④再計算出CO₂釋放量．
（4）若甲裝置測出的實驗數據（墨滴移動量）為X，乙裝置測得的實驗數據（墨滴移動量）為Y，則呼吸熵計算式為：$\frac{X-Y}{X}$．如果呼吸熵小于1時，說明呼吸底物中含有脂肪．據此可判斷出干重相同的油菜和小麥種子在萌發時有氧呼吸CO₂釋放量與O₂消耗量的比值為油菜種子小（大、等、小）于小麥種子．
（5）為了糾正環境因素引起的實驗測量誤差，必須另設丙裝置進行校正．則應對丙裝置作相應處理：錐形瓶中加入與實驗組等量的死種子，小燒杯內加入與實驗組等量的清水，其他處理與實驗組完全相同，同時記錄相同時間內的讀數變化．如果丙裝置的墨滴在實驗后向左移動量為Z，則氧氣實際消耗量應為X+Z．

Answer 1

分析 本題是通過實驗測定細胞的呼吸熵進而判斷細胞呼吸的底物和呼吸方式，梳理細胞呼吸的方式和產物，然后根據題干信息分析實驗的原理、實驗的自變量因變量和無關變量，按照實驗設計的對照原則和單因子變量的原則設計、完善、分析和評價實驗．

解答 解：（1）小燒杯中有NaOH溶液，其目的是用于吸收呼吸作用產生的CO₂，在小燒杯中插入一根濾紙折疊條，NaOH溶液便會擴散到濾紙上，可增大吸收CO₂的能力．
（2）甲裝置中發芽小麥種子呼吸作用時消耗氧氣，并放出二氧化碳，其中CO₂被NaOH溶液所吸收．使得錐形瓶中氣壓下降，導致墨滴向右移動，可見減少的氣體為氧氣的量．
（3）甲裝置內的氣體變化是氧氣的消耗量，為了求出發芽小麥的呼吸熵，還得測定發芽小麥呼吸作用過程中CO₂氣體的變化量．因此可以根據甲裝置及題干中所列的器材與試劑，啟發設計出測定CO₂氣體變化的裝置乙，應當與裝置甲的不同之處在于燒杯中的液體應用同體積的清水，既不吸收氧氣，也不吸收二氧化碳．則容器內氣體體積的減小代表消耗的氧氣和釋放二氧化碳體積的差值，從而可以計算出種子消耗的氧氣和釋放二氧化碳體積的差值，進而可以計算出種子呼吸作用釋放的二氧化碳的量．實驗步驟如下：
①在相同環境下用同質量的小麥種子放入錐形瓶中
②錐形瓶的小燒杯中不加入NaOH溶液，以等量的清水代之
③測出相同時間內密閉系統的氣體體積凈變化量
④再計算出CO₂釋放量
（4）由題意可知，裝置甲測得的X為小麥呼吸作用所吸收的氧氣量，裝置乙測得的Y為小麥種子呼吸作用所吸收的氧氣量與放出的二氧化碳量的差值．則小麥種子呼吸作用放出的二氧化碳量=X-Y．那么據題干所提供呼吸熵（RQ）=$\frac{呼吸作用釋放的二氧化碳}{呼吸作用吸收的二氧化碳}$，可得計算公式為$\frac{X-Y}{X}$．小麥種子的主要成分為淀粉，呼吸熵接近于1，而干重相同的油菜種子含有大量的脂質，脂質分子中氫對氧的比例較糖類分子高，氧化時需要較多的氧．故油菜種子的RQ較小麥種子的RQ要小些．
（5）丙裝置錐形瓶內加入與實驗組等量的死種子時，對瓶中的氣體變化幾乎沒有影響．則丙裝置的墨滴在實驗后向左移動量Z應為實驗測量的誤差值，所以校正后可得氧氣的實際消耗量為X+Z．
故答案應為：
（1）增加二氧化碳的吸收面積
（2）氧氣
（3）①錐形瓶中的燒杯中不加入NaOH溶液，以等量的清水代之．
③相同時間內密閉系統的氣體體積凈變化量
（4）$\frac{X-Y}{X}$               呼吸底物中含有脂肪        小
（5）與實驗組等量的死種子         與實驗組等量的清水       X+Z

點評 本題的知識點是細胞的呼吸作用，根據題干信息分析出實驗原理、實驗的自變量和無關變量是解題的突破口，對于實驗設計的對照原則和單一變量原則的掌握和靈活應用是解題的關鍵．