Acerca de la biología de la escuela secundaria para explorar cómo respiran las levaduras.

1. ¿Cuál es el objetivo de la actividad?

1. Investiga cómo respiran las células de levadura. ?

2． Nombra cómo respiran las células de levadura. 2. ¿Información previa?

1. Conocimientos relevantes

(1) Las células vivas deben sufrir respiración celular. Las células obtienen energía y productos intermedios necesarios para las actividades vitales a través de la respiración celular. La respiración celular se divide en dos tipos, la respiración aeróbica y la respiración anaeróbica. ?

(2) La levadura es un hongo unicelular que puede sobrevivir en condiciones tanto aeróbicas como anaeróbicas y es un anaerobio facultativo. La levadura es fácil de obtener y de cultivar, lo que la convierte en un buen material para la investigación de la respiración celular. ?

(3) El método para detectar los productos respiratorios de las células de levadura es simple y fácil de implementar.

(4) En la industria vitivinícola se utilizan habitualmente diferentes levaduras cerveceras para producir vino, cerveza, etc. Por ejemplo, el proceso de producción de cerveza se divide en fabricación de malta, fabricación de mosto, prefermentación, posfermentación, filtración y esterilización, envasado y otros procesos. ?

Fabricación de malta? Después de que la cebada (también se están probando trigo) se remoja y se absorbe en agua, germina a una temperatura y humedad adecuadas. Durante la germinación, se producen diversas enzimas hidrolíticas, como la proteasa. , glucoamilasa y glucano, etc., estas enzimas pueden descomponer la proteína de la malta en péptidos y aminoácidos, y descomponer el almidón en dextrina y maltosa, etc. Cuando la germinación alcanza un cierto nivel, se debe detener y secar para producir malta con menor contenido de humedad.

¿Fabricación del mosto? Se tritura adecuadamente la malta, se añade agua tibia y, a una determinada temperatura, se utilizan las enzimas propias de la malta para realizar la sacarificación, que hidroliza principalmente el almidón de la malta en maltosa. Para reducir los costos de producción, también se puede agregar una cierta proporción de harina de arroz como material auxiliar. La harina de arroz se hierve primero con agua. El puré preparado se filtra a través de un tanque de filtrado para obtener mosto. El mosto se transporta a una olla para hervir mosto para evaporar el exceso de agua y agregar lúpulo. El lúpulo son las flores de una planta. Cuando se añaden a la cerveza, pueden darle un aroma a lúpulo especial y un sabor amargo. Al mismo tiempo, algunos componentes del lúpulo también tienen efectos conservantes y pueden prolongar la vida útil de la cerveza.

¿Fermentación? Una vez enfriado el mosto, se añade levadura y se transporta al tanque de fermentación. Generalmente, primero se introduce una pequeña cantidad de aire, para que la levadura pueda realizar respiración aeróbica durante un corto período de tiempo para proliferar, y luego iniciar la fermentación. El proceso tradicional se divide en prefermentación y postfermentación, que se realizan en diferentes depósitos de fermentación. La práctica popular actual es realizar la prefermentación y la postfermentación en un solo tanque. La prefermentación utiliza principalmente levadura para convertir la maltosa del mosto en alcohol. La posfermentación produce principalmente algunas sustancias con sabores especiales, elimina los olores de la cerveza y promueve el envejecimiento de la cerveza. Durante este período, es necesario controlar una cierta presión dentro del tanque para que el dióxido de carbono producido durante la posfermentación quede retenido en la cerveza.

¿Esterilización por filtración? Después de aproximadamente dos semanas de fermentación, un período de fermentación de la cerveza puede durar hasta varios meses, la cerveza se filtra para eliminar la levadura y las pequeñas partículas de la cerveza y luego se pasa por 62? Después de la esterilización a aproximadamente ℃ y luego de enfriar, la cerveza se puede envasar. ?

Envasado? Los principales métodos de envasado incluyen botellas, latas y barriles. ?

(5) El dicromato de potasio puede detectar la presencia de alcohol. Este principio se puede utilizar para detectar si el conductor está ebrio. El método específico es: dejar que el aliento del conductor entre en contacto directo con el gel de sílice que contiene dicromato de potasio o trióxido de cromo tratado con ácido sulfúrico (ambos son de color naranja). Si el aliento contiene alcohol, dicromato de potasio o trióxido de cromo, el óxido de cromo se convierte en cromo gris verdoso. sulfato. ?

2． ¿Principio experimental?

(1) En condiciones aeróbicas, la levadura realiza respiración aeróbica, que puede oxidar y descomponer la glucosa para formar dióxido de carbono y agua, y liberar energía. En condiciones anaeróbicas, la levadura realiza respiración anaeróbica y puede convertir la glucosa en alcohol y dióxido de carbono.

?

Respiración aeróbica de levadura: C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+energía

Respiración anaeróbica de levadura: C6H12O62C2H5OH+2CO2+energía

(2) Pruebe la cantidad de CO2 producida por la respiración aeróbica y la respiración anaeróbica de la levadura

①Vierta los gases producidos por los dos modos de respiración de la levadura en agua de cal clara respectivamente, y en función de la precipitación de carbonato de calcio producida ¿En qué cantidad? Puedes juzgar la cantidad de CO2 producida por los dos métodos e identificar el tipo de respiración de la levadura. La fórmula de la reacción es la siguiente: CO2+Ca(OH)2→CaCO3+H2O

En áreas donde las condiciones lo permitan, se puede utilizar Ba(OH)2 en lugar de Ca(OH)2, y el fenómeno será más obvio. ?

? ② Pase los gases producidos por los dos métodos de respiración de levadura a la solución de azul de bromotimol respectivamente y juzgue la cantidad de CO2 producido por los dos métodos de acuerdo con el cambio de color de la solución. ?

En un ambiente con pH de 6,0 a 7,6, el color de la solución de azul de bromotimol cambiará de azul → verde → amarillo-verde → amarillo a medida que disminuye el valor del pH.

La respiración aeróbica libera más CO2 y genera más H2CO3, lo que hace que la solución de azul de bromotimol cambie de azul → verde → amarillo a verde → amarillo en poco tiempo; la respiración anaeróbica libera relativamente menos CO2. tiempo para que la solución de azul de bromotimol cambie de azul→verde→amarillo-verde→amarillo. Según el tiempo que cambia el color de la solución de azul de bromotimol, se puede comparar la cantidad de CO2 liberado en los dos modos de respiración de la levadura.

? (3) ¿Probar la respiración anaeróbica de la levadura para producir alcohol?

El alcohol producido por la respiración anaeróbica de la levadura puede reaccionar fácilmente con el dicromato de potasio para formar cenizas en condiciones ácidas. sulfato. La solución diluida de dicromato de potasio es de color naranja transparente. ¿La fórmula de la reacción química es: 3C2H5OH+2K2Cr2O7+8H2SO4=3CH3COOH+2K2SO4+2Cr4(SO4)3+11H2O?

3 ¿Guía de producción?

1. ¿Materiales? Levadura fresca (o levadura seca), solución de glucosa con una fracción de masa del 5%. ?

2. ¿Utensilios? Varilla de vidrio, tubo de vidrio, tubo de ensayo, mortero, vaso de precipitado, probeta medidora, frasco o matraz Erlenmeyer de 500 mL, tapón de goma, gotero. ?

3. ¿Reactivos? Solución de NaOH al 10%, agua de cal clarificada (o solución de Ba(OH)2), agua destilada, ácido sulfúrico concentrado, cristales de dicromato de potasio, aceite para ensalada, solución de azul de bromotimol. ?

4. ¿Puntos de operación?

(1) Preparar levadura líquida

Tome dos porciones de levadura fresca, cada una de 10 g, y colóquelas en dos botellas o conos numerados de boca ancha de 500 ml respectivamente. Botellas con forma y luego agregue 200 ml de solución de glucosa con una fracción de masa del 5% en las botellas para hacer líquido de fermentación de levadura, conocido como líquido de levadura.

(2) ¿Dispositivo experimental?

Dispositivo 1:

Dispositivo 2: ?

(en ¿Agregar un poco de aceite de ensalada al líquido de levadura en el dispositivo 2 para aislar el aire?

Dispositivo 3: igual que el dispositivo 1 o el dispositivo 2, pero reemplace el líquido de levadura con una solución de glucosa.

(3) Detección

①¿Utilizar agua de cal (o solución de Ba(OH)2) para detectar la generación de CO2?

A temperatura ambiente de 25° C y humedad En la condición del 55%, a los 10 minutos, se puede ver que el agua de cal en el dispositivo 1 se vuelve turbia, y el agua de cal en el dispositivo 2 simplemente burbujea; a los 20 minutos, el agua de cal en el dispositivo 2 se vuelve turbia; . ?

Fenómeno experimental: Comparar el grado de turbidez del agua de cal en los dos dispositivos por unidad de tiempo.

Se puede observar que el líquido de levadura tanto en el dispositivo 1 como en el dispositivo 2 produce gas y enturbia el agua de cal. Sin embargo, el grado de turbiedad (precipitación) del agua de cal en el dispositivo 1 es superior. que en el dispositivo 2. El agua media cal del dispositivo 1 se vuelve turbia antes que en el dispositivo 2. No hay ningún fenómeno de que el agua de cal se vuelva turbia en el dispositivo 3.

②Utilizar solución de azul de bromotimol para detectar la generación de CO2

Preparación de solución de azul de bromotimol: añadir 5 mL al matraz Erlenmeyer con una concentración másica de 10-4 g/mL de azul de bromotimol solución, 100 ml de agua destilada y 1 gota de solución de NaOH con una concentración másica de 0,1 g/ml. En este momento la solución es azul.

Nota: El Dispositivo 1 y el Dispositivo 2 todavía se usan, pero el agua de cal en la botella debe reemplazarse con una solución de azul de bromotimol. Conecte el recipiente de reacción de acuerdo con el diagrama del dispositivo. utilizado al mismo tiempo. Conecte la solución de azul de bromotimol.

Fenómeno experimental: a una temperatura ambiente de 25 ℃ y una humedad del 55 %, se puede observar el siguiente fenómeno después de 20 minutos.

Dispositivo 1: La solución de azul de bromotimol cambia de azul a verde a los 130 s; a amarillo-verde a los 190 s y a amarillo a los 270 s; ?

Dispositivo 2: La solución de azul de bromotimol tarda 330 s en volverse amarilla. ?

Dispositivo 3: La solución de azul de bromotimol sigue siendo azul.

③Detecta la producción de alcohol

Coge 3 tubos de ensayo y etiquétalos con los números 1, 2 y 3 según los números del dispositivo. Agregue 0,1 g de cristales de dicromato de potasio a cada uno de los tubos de ensayo N° 1, 2 y 3, luego agregue con cuidado 0,5 ml de ácido sulfúrico concentrado a cada uno de los 3 tubos de ensayo, agite los tubos de ensayo para disolver los cristales y espere hasta que la solución se enfría antes de su uso. A una temperatura ambiente de 25°C y una humedad del 55%, saque el líquido de levadura en el dispositivo 1 y el dispositivo 2 y la solución de glucosa en el dispositivo 3 a los 20 minutos, fíltrelos respectivamente y coloque el filtrado en tres tubos de ensayo limpios. Sacar 2 mL de cada filtrado, agregarlos a los tubos de ensayo 1, 2 y 3 respectivamente y agitar los tubos de ensayo.

Fenómeno experimental: Observa el cambio de color de la solución en una unidad de tiempo.

El color naranja de la solución en el tubo de ensayo número 1 (es decir, la solución en el dispositivo 1) cambió ligeramente, es decir, apareció un poco de color verde grisáceo.

La solución en el tubo de ensayo nº 2 (es decir, la solución en el dispositivo 2) cambia de naranja a gris verdoso (puede aparecer de color amarillo azulado sobre el fondo naranja).

La solución del tubo de ensayo 3 (es decir, la solución del dispositivo 3) todavía es de color naranja.

5. Varias cuestiones que necesitan atención

(1) Los tubos de conexión de cada dispositivo deben estar lo más apretados posible.

(2) Al detectar producción de alcohol, la prueba debe realizarse inmediatamente después de dispensar el medicamento.

(3) Dado que el dispositivo es simple y es imposible formar condiciones aeróbicas o anaeróbicas completas, no se descarta que se genere alcohol en el dispositivo 1. En experimentos para detectar la producción de alcohol, el dispositivo 1 puede aparecer un poco gris verdoso.

(4) Preste atención a los resultados experimentales del dispositivo de control 3.

(5) Se recomienda dividir toda la clase en varios grupos para realizar experimentos, con 4 a 6 personas en cada grupo.

4. ¿Diseño instruccional?

1. Hacer preguntas

Crear situaciones: Se puede introducir desde la vinificación industrial.

La enseñanza se centra en la comprensión de los estudiantes sobre la levadura y cómo realizar experimentos sobre la respiración celular de la levadura.

2. Haga una hipótesis

Guíe a los estudiantes en una discusión sobre dos posibles formas en que las células de levadura respiran.

3. Diseñar experimentos

El objetivo es guiar a los estudiantes a pensar en las siguientes preguntas.

(1) ¿Cómo controlar las condiciones aeróbicas y anaeróbicas en el experimento?

(2) ¿Cómo identificar los productos de la respiración celular? La atención se centra en cómo detectar la producción de dióxido de carbono y alcohol, y cómo comparar las cantidades de los dos productos respiratorios.

4. Plan de implementación

Igual que la anterior "Guía de Operación".

5. ¿Resultados del análisis?

(1) Si el dispositivo se instala a una temperatura ambiente de 25 ℃ y una humedad del 55 %, los fenómenos experimentales obvios generalmente aparecerán aproximadamente 25 minutos después de que comience el experimento. ?

(2) Ya sea respiración aeróbica o respiración anaeróbica de levadura, se puede detectar la producción de dióxido de carbono.

La cantidad de dióxido de carbono generado se puede juzgar en función del grado en que el agua de cal se vuelve turbia por unidad de tiempo. ?

(3) La producción de alcohol se puede detectar en los dispositivos de respiración aeróbica y anaeróbica de la levadura. Esto se debe a que, en las condiciones actuales de los laboratorios de biología de las escuelas secundarias de mi país, es difícil mantener cada célula de levadura en el dispositivo aeróbico en un ambiente aeróbico. Por lo tanto, algunas levaduras en el dispositivo de respiración aeróbica también pueden realizar respiración anaeróbica y producir alcohol.

6. Sacar conclusiones

El profesor guía a los estudiantes a través de la discusión para sacar las siguientes conclusiones. ?

(1) Hay dos formas de respiración celular: la respiración aeróbica y la respiración anaeróbica.

(2) La respiración anaeróbica de las células incluye dos formas: la respiración anaeróbica para producir alcohol y la respiración anaeróbica para producir ácido láctico.

7. Expresión y comunicación

Se necesitan unos 30 minutos desde que los estudiantes comienzan a realizar el experimento hasta obtener los resultados experimentales. Después del experimento, se puede organizar tiempo para que los estudiantes discutan y organicen los resultados experimentales, y cada grupo enviará representantes para informar y comunicarse. ?

5. ¿Sugerencias de evaluación?

1. Las calificaciones de evaluación se dividen en cuatro calificaciones: excelente, buena, aprobatoria y reprobatoria.

2. Los estudiantes o grupos que puedan completar las actividades de investigación de manera relativamente completa recibirán una calificación de "bueno" o superior.

3. Los estudiantes o grupos que sean creativos y tengan ideas en una determinada parte de las actividades de investigación, y realicen un pensamiento y práctica cuidadosos serán evaluados en un nivel superior.