學生作品 | 「探究植物的呼吸作用」

2021-02-18 貞元數理人文

本文來自River教室  辛巴

質疑真理 熱愛科學

何為科學?科學就是永遠的探索!

延伸你的感官   運用你的理性   像科學家一樣探索未知領域

(River  辛巴同學)

前面我們已經了解植物的光合作用能將無機物轉化成有機物儲藏我們體內,供我們使用,接下來我們繼續探究之路。

先請大家觀察一個現象:這裡有兩個密封的瓶子,甲瓶中裝著500粒被水泡過,處於萌發狀態的綠豆種子,乙瓶子中則裝著500粒被煮熟的綠豆種子,煮熟的種子毫無疑問已經無法進行生命活動死去了。現在,我將一根點燃的木條分別伸入瓶中。來看一下:我先把點燃的木條放入熟種子的瓶中,它依然在燃燒,然後把它放到萌發種子的瓶裡,結果:它一下子就熄滅了!

這是為什麼呢?

火進入這個瓶子後,瞬間就無法燃燒,只有一種解釋,就是這個瓶子裡的所有氧氣已經被吸光了,那氧氣去哪兒了呢?這個瓶子裡只有正在生長的萌發種子,而死種子也並沒有讓火熄滅,這就說明:萌發的種子把氧氣吸走了,這簡直就像我們人類的呼吸呀!而植物竟然也會像我們人類一樣,呼吸?!我們就管它叫做呼吸作用。

當然是因為它要生長啊,就像人類一樣,呼吸是給我們提供能量的,而能量從哪兒來呢?體內的有機物?但有機物只是能量的儲存站,不能直接供能啊,它必須被分解才能產生能量!這是一種怎樣的變化?這是一種神奇的化學變化:光合作用產生了有機物,而呼吸作用居然要把有機物分解,產生能量,而這個化學變化過程必需有氧氣的參與,真是不可思議。

我們已經知道:呼吸作用必須消耗氧氣和有機物才可以,毫無疑問這個化學變化的原料是有機物和氧氣,但有吸入就一定有排出,對照光合作用,我我們可以大膽猜想:相對應的呼吸作用肯定會排出二氧化碳,同時產生能量,可能還有水分,因為我們在生活中見到,很多蔬菜放久了之後會在桌子上積一堆菜水,這可能就是水果呼吸產生的!當然,這只是我的猜想。有了猜想,就要做實驗驗證。

我們先來驗證:呼吸作用能產生二氧化碳

其實跟我們之前實驗非常的相似啊!關鍵是兩個問題:首先,收集呼吸產生的氣體;然後,檢驗這個氣體是否是二氧化碳。

我們以前學過一種特別的方法檢驗二氧化碳:就是二氧化碳會使本來清澈的石灰水變渾濁。

我們可以設計一個收集氣體的裝置:一個密封的瓶子,裡面裝著500粒正在生長的萌芽的種子,這樣就可以了。但是,收集到的氣體怎麼出來呢?所以,瓶蓋子上接一根軟管把氣體通到檢驗裝置——一個裝著澄清石灰水的試管中。這樣基本就OK了。可是,產生的氣體一定會轉移過來嗎?為了保證這個目的,我又在瓶子上方連接一個小的裝置,裡面裝滿水,先不打開,等瓶內氣體產生足夠多了,再打開裝水罐子的開關,讓水進入密封的瓶中把氣體擠出來,通過軟管流到澄清石灰水的試管裡,這樣設計就非常完整了。

但是,這時我卻認為這並不是非常完整的一個實驗,我們要更有說服力,就必須要設置一個對照組,於是我就設置了一個一模一樣的裝置,但是裡面裝著的卻是不能呼吸作用的,已經死亡的熟種子,這樣對照組和實驗組都設置完成。

(實驗組和對照組)

兩組裝置放置在同一環境中,48小時後,打開儲水閥門,將瓶中氣體分別排出到裝有澄清石灰水的試管中。

我發現:死種子連接的軟管通到澄清石灰水中並沒有明顯變化,甚至連氣泡都沒有冒出;而裝有能呼吸的萌芽種子的瓶中氣體,通到的澄清石灰水中後,有大量氣泡冒出,並且澄清石灰水逐漸變得渾濁了。

這就可以說明,種子呼吸產生了許多氣體,而這個氣體就是二氧化碳。所以最終就證明了我們的猜想——呼吸作用能夠產生二氧化碳。

接下來,我們再來驗證一下:呼吸作用能否產生能量

能量這個東西好像非常難以檢測,但我們仔細想想,能量有很多表現形式:光能,電能,熱能等等,而生物呼吸產生的能量,當然有一部分會被它自身利用,但是剩下大部分會以熱能的形式散失。那麼,我就來看看:呼吸能不能產生熱能?

怎麼做呢?像之前一樣,拿一個完全密封的瓶子,裝上500粒萌芽種子,然後插上溫度計,放置一晝夜,觀察溫度計的讀數是不是增高了,也就能知道呼吸作用是否產生熱能。

但是,即使它溫度升高了,就一定是呼吸作用造成的嗎?所以,必須設置一個對照組,讓它不會進行呼吸作用,這樣一來只要兩組溫度有差距,就一定是因為呼吸這個變量。

所以,用兩個密封的瓶子分別裝500粒萌芽種子和500粒煮熟的種子,同時插上溫度計讀數,一天後再次讀數。

實驗後的結果是什麼呢?最初兩組實驗其實溫度都為18度,一天後我發現:萌發組的溫度由最初的18度上升到了18.5度,熟種子組溫度反而由最初的18度降到了16度。這是怎麼回事兒呢?我猜想是實驗室夜間室溫降低所致。所以,為了更好的說明實驗,我們也可以改進一下實驗裝置,用兩個一模一樣的保溫壺進行實驗。但是,本次實驗放置24小時後,兩組實驗的數據已經能產生了挺大的溫度差,這也能說明實驗組的種子呼吸時,是在爭分奪秒的產生能量啊!這一點點差距,也足夠證明我們的猜想:呼吸作用能夠放出熱量。

所以,呼吸作用能夠產生二氧化碳,同時釋放熱量。如果您家的瓜果蔬菜在密閉空間裡,放長了會有發熱現象,您並不需要驚喜,這是它的呼吸作用產生的熱量。

那麼,接下來證明呼吸作用是否會消耗有機物?是否會產生水?思路其實是一樣的,比如:讓植物呼吸一段時間之後,通過澱粉檢測就可以得知它是否消耗了有機物,這裡不再詳說。

最終,通過這一系列的探究我們知道了,呼吸作用就是:有機物在氧氣的參與下,分解成二氧呼碳、水和能量的過程。它和光合作用是相對的,一個將有機物變無機物,一個將無機物變有機物,而呼吸作用在運作的同時也會產生能量。

我們是用種子進行的探究,那麼:一般的綠色植物需要呼吸嗎?

當然!根、莖、葉,植物的所有器官都要生長啊,而生長就需要能量,需要能量就必須呼吸,呼吸是植物生長的必然性啊!所以如此之多的生物,不管是植物還是動物全都必須呼吸,它就是生物生長必不可少的動能!

不僅如此,呼吸作用還可以和光合作用同時進行,在自然界進行物質間的循環。而我們在掌握了呼吸的本質之後,就可以用它來闢謠,或者解釋一些固有的想法:比如說大部分人都認為有了植物氧氣當然清新了,這是當然的,白天陽光比較多,植物大部分是在進行光合作用,呼吸比較弱,此時空氣很清新,但是在晚上沒有了光,植物主要進行的是呼吸作用!所以經常有人把自己的臥室裝扮成熱帶雨林,如果你的房間還有一些封閉,那我建議您到了晚上還是開窗睡覺比較好,因為植物晚上就全都在跟你搶氧氣呀!整個呼吸作用探究清楚後,我們就來想想,在這個過程中氧氣實在是一個很特別的存在,那麼,是不是所有的生物呼吸都需要氧氣呢?應該不是吧,我們人類很多時候也可以進行短暫的無氧呼吸,比如:無氧運動完了之後會覺得肌肉酸痛,這就是細胞無氧呼吸產生了乳酸;比如:我們吃的土豆,在某些情況下也可以進行短暫的無氧呼吸,產生酒精,這也就是小麥、高粱可以用來釀酒的原因了,都是這個特殊的工序在發揮作用。所以,我們吃到的果蔬、運動時酸疼的肌肉、我們喝的酒,以及此刻生命的維持都和呼吸作用密不可分,呼吸作用如此低調卻又如此強大。

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