高中生物學以螢火蟲發光原理為背景的實驗設計應用

2021-03-01 哈三中趙春濤生物名師工作室

       螢火蟲體長0.8釐米左右，身形扁平細長，頭較小，體壁和鞘翅較柔軟，頭部被較大的前胸蓋板蓋住。雄蟲觸角較長，有11節，呈扁平絲或鋸齒狀；腹部可見腹板6~7節，末端有發光器，可發出螢光；雄蟲大多有翅。雌蟲無翅，身體比雄蟲大，不能飛翔，但螢光比雄蟲亮。

發光原理

        螢火蟲的發光是生物發光的一種。螢火蟲的發光原理是：螢火蟲有專門的發光細胞，在發光細胞中有兩類化學物質，一類被稱作螢光素（在螢火蟲中的稱為螢火蟲螢光素(Firefly luciferin)），另一類被稱為螢光素酶。螢光素能在螢光素酶的催化下消耗ATP ，並與氧氣發生反應，反應中產生激發態的氧化螢光素，當氧化螢光素從激發態回到基態時釋放出光子。

        反應中釋放的能量幾乎全部以光的形式釋放，只有極少部分以熱的形式釋放，反應效率為95%，甲蟲也因此而不會過熱灼傷。人類到目前為止還沒辦法製造出如此高效的光源。在蟲的腹部下部有著很多白色斑塊。其實是它的甲殼中對光透明的部分。在內部有一塊白色的膜，可以反射光。所以在日間這個部位呈現白色。發光的生物學意義：成蟲利用物種特有的閃光信號來定位並吸引異性，藉此完成求偶交配及繁殖的使命，少數螢火蟲成蟲利用閃光信號進行捕食，還有一種作用是作為警戒信號，即當螢火蟲受到刺激時會發出亮光。螢火蟲的發光在高中生物學的應用

1、直接能源物質的驗證實驗，不僅僅局限於鑑定ATP。

        螢光素+螢光素酶+ATP+氧氣，反應中產生激發態的氧化螢光素，當氧化螢光素從激發態回到基態時釋放出光子。

2、細胞呼吸中研究葡萄糖的反應場所（需使用超速離心法）。

3、有氧呼吸中研究丙酮酸的反應場所（需藉助超聲波破碎線粒體）。

4、信息傳遞過程中信息種類的判斷舉例。

祝大家都取得好成績！

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