探究微生物酵母菌对几种糖的利用

                ——松陵高级中学综合实践活动小组

                                             【知识概述】

酵母菌是一种只有在显微镜下看得清的单细胞真核微生物，其呼吸作用最常利用的是外界环境中的葡萄糖，其呼吸状态是兼性厌氧型，即在有氧状态下进行有氧呼吸，在无氧状态下进行无氧呼吸。

酶

其反应式为：

酶

C₆H₁₂O₆+ O₂      CO₂+H₂O+能量

或 C₆H₁₂O₆       C₂H₅OH+ CO₂+能量

其呼吸越强，对葡萄糖的利用效率越高，

图1 数码显微镜下拍摄到的酵母菌 （160×10=1600倍）

产生CO₂就越多，因此，可通过测定

CO₂的产生速率来推知对糖的利用效率。

【问题的提出】

我们知道：糖类包括单糖（葡萄糖果糖等）、二糖（蔗糖、麦芽糖等）、多糖（淀粉、纤维素等）。按照书本知识，酵母菌主要利用葡萄糖，而对二糖如蔗糖，多糖如淀粉是否利用，利用效率如何？我们不知道。因而我们在老师的指导下开始研究。

【问题延伸】

酵母菌对蛋白质、脂肪能否利用？

【可行性分析】

我们松陵高级中学拥有专门的环保科技活动室，有一套先进的环境检测设备和一台130万像素的数码生物显微镜，实验用的所有材料如酵母菌、葡萄糖、蔗糖、淀粉、蛋白质等都能在药店或商场里买到。因而具备了此次科技活动的可行性。

【活动过程】

一、分组学习

按照自愿报名，我们选取高一⑹10名学生组成“综合实践活动小组”，分成二组，每组设立一小组长，负责召集成员器材看管。

我们每组通过小组学习的形式，根据课题讨论本次综合实践活动的活动内容、方法及体会。

附表：

	一组	二组
成员名单	郭润、徐逸恒、 张俊杰、孙志俊、张俊岭	曲磊、黄晓婷、 闽亚娟、张婷婷、张继芳
组    长	徐逸恒	黄晓婷

二、材料的准备

药店、商场购买：活酵母菌、葡萄糖、蔗糖、淀粉、蛋白质、脂肪。

环保科技活动室准备：

图2

美国威尼尔Vernier LabPro 二氧化碳传感器两套

（测量范围为0~5029ppm）

美国威尼尔Vernier LabPro PH值传感器两套

130万像素生物数码显微镜一台

LabPro数据提存器

250ml取样瓶若干

电脑两台

数码相机一台

打印机一台

分析天平一台

检测软件一套

图4

图3

 

 

 

三、设备安装

电脑——主机——二氧化碳传感器。如下图5：

 

 

 

图5

 

 

四、溶液配制

每组配制如下：

项目 瓶号	称           量
	50ml清水	0.5g酵母菌	0.5g葡萄糖	0.5g蔗糖	0.5g淀粉
A瓶	+	+	-	-	-
B瓶	+	+	+	-	-
C瓶	+	+	-	+	-
D瓶	+	+	-	-	+

“+”表示加、“-”表示不加

五、培养并检测、记录及分析

在25℃室温下培养：

 

图6  红线（虚线）为D瓶酵母菌在淀粉溶液中呼吸速率

         绿线（实线）为B瓶酵母菌在葡萄糖溶液中呼吸速率

 

图7   红线（虚线）为C瓶酵母菌在蔗糖溶液中呼吸速率

             绿线（实线）为A瓶酵母菌在清水中呼吸速率

结论：对图5、图6对比：

    酵母菌在葡萄糖溶液中呼吸速率大于酵母菌在蔗糖溶液中呼吸速率大于

酵母菌在淀粉溶液中呼吸速率大于酵母菌在清水中呼吸速率；

说明了酵母菌对葡萄糖的利用率最高，生长速率最快，在清水中的酵母菌因缺少营养而生长缓慢。

在0℃、10℃下培养：

0.5g酵母菌和0.5g葡萄糖加入50ml清水中：

0℃培养

10℃培养

25℃培养

   图8

七、研究延伸

进一步探究酵母菌对蛋白质、脂肪的利用效率。

 

项目 瓶号	称           量
	50ml清水	0.5g酵母菌	0.5g葡萄糖	0.5g蔗糖	0.5g淀粉	50ml蛋白质液
E瓶	-	+	-	-	-	+

“+”表示加、“-”表示不加

结果如下：

图9   0.4g酵母菌和50ml蛋白质溶液混合，在25℃环境下培养。

图6图9对比：说明了酵母菌对蛋白质的利用效率比对葡萄糖的利用效率低得多。

七、活动小结、反思

 

 

 

 

 

图10 设备连接

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图11  观察

仪器连接

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图12  天平称量

 

 

 

疑问：1.实验室中同学活动对实验结果是否有影响？

      有。同学在实验室中呼吸产生大量的CO_2，肯定会影响实验开始时的读数。

      解决的办法：开窗通风，多次测量取其平均值。

      2.酵母菌利用葡萄糖的速度太快，怎么办？

      称取少量酵母菌，稀释培养液的浓度。实验证明0.4g酵母菌放入0.01g/ml的葡萄糖等一系列溶液中效果最好。

      3．酵母菌酿酒原理是什么？

      酿酒的原料通常是大米、玉米、高粱、小麦、山芋等富含淀粉的农产品，酵母菌先在其中有氧呼吸，使酵母菌大量繁殖，后密封使其进行无氧呼吸，生产酒精。

      4．课题研究的意义是什么？

      传统酵母菌的培养在酿酒原料中进行。通过实验知道，酵母菌在葡萄糖中生长速度快于在淀粉中生长速度，因此酵母菌的先期培养可在葡萄糖中进行，这样可减少原料的消耗，提高原料的利用率。

       还可利用酵母菌对家庭洗碗、淘米等形成的生活污水进行处理，以减少对环境的污染。

 

 

 

 

5.利用我校环保活动室的设备还可以进行哪些科技实验？

★利用二氧化碳传感器进行以下实验：

①测定教室中CO2的浓度，注意学生身体健康；

②测定一天中由于植物的光合作用及各种生物的呼吸作用引起大气中CO2的变化规律。验证理论上早上大气中CO2的浓度最高，O2浓度最低；傍晚CO2浓度最低，O2浓度反而最高。建议体育爱好晨练改为傍晚锻炼。

③观察小型动物的呼吸。如蟋蟀或蚯蚓引起CO2浓度增加，

★利用导电率传感器进行以下实验：

①定点监测河流或湖水中总溶解固体的数量；

②确定水溶液中导电率和离子浓度之间的直接关系；

③测定离子透过膜，如：透析管的速度；

★利用氧浓度传感器进行以下实验：

①在有水生动植物的鱼缸内监测溶解氧；

②监测由水生动植物的光合作用和呼吸作用引起的溶解氧浓度的变化；

③对河流或湖水进行定点监测，评估不同种类的水生动植物对水质的影响能力；

④测定有机物在水中腐烂所消耗的生化所需氧量（B.O.D）；

⑤测定水样中溶解氧浓度与温度之间的关系；

★利用可选离子电极进行以下实验：

①水的硬度；

②河流或湖水中硝酸盐离子、氯离子、氨离子浓度的测定，监测水质污染；

★利用PH值传感器进行以下实验：

①测定河流或湖水中PH值变化，监测水质污染；

②研究酸雨或缓冲液；

③化学反应中的酸碱滴定；

★利用辐射传感器进行以下实验：

①探测辐射源。

②比较不同类型的材料对αβγ辐射的屏蔽效果；

③监测家庭大理石、工矿企业电子设备的辐射情况；

④监测不同海拔高度的背景辐射的变化；

★利用相对湿度传感器进行以下实验：

①基于健康因素来监测室内相对湿度；

②使温室或玻璃容器中环境最优化；

③在包含有植物的密闭容器中相对湿度进行监测来研究植物蒸腾作用的速率；

★利用音强传感器进行以下实验：

①环境噪声的研究；

②室内声学研究、声音强度的比较；

③声音隔离、声音传播建模；

★利用浑浊度传感器进行以下实验：

测定水中悬浮颗粒、测量水质的清澈程度。