呼吸作用不冒烟、不发光，全部发生在细胞内部，课堂上很难直接看到。这个模拟把一瓶萌发的种子密封起来，把瓶内的氧气、二氧化碳和温度做成仪表，随时间一步步变化；再把种子换成煮熟的做对照，配上蜡烛和澄清石灰水两种课本里的检验方法，让学生自己把现象和式子对上。

实验目的

这个模拟想让学生带走的是：

  • 说出呼吸作用的实质：细胞把有机物氧化分解，消耗氧气、产生二氧化碳，同时释放能量；
  • 解释三个现象分别证明了什么：蜡烛熄灭对应氧气被消耗，石灰水变浑浊对应产生二氧化碳，温度升高对应释放能量；
  • 说清煮熟的种子那一瓶为什么必不可少：它是对照组，用来排除瓶子本身让空气发生变化的可能；
  • 理解萌发的种子呼吸特别旺盛的原因，并把结论推广到所有活细胞。
互动模拟 · 呼吸作用
萌发的种子 · 已密封 0 小时 瓶内的气体和温度 氧气 21.0% 二氧化碳 0.04% 瓶内温度 20 ℃ 普通空气：氧气约 21%、二氧化碳约 0.04% 澄清石灰水

瓶里是萌发的种子，刚刚密封好。现在瓶内还是普通空气：氧气约 21%，二氧化碳只有 0.04%。点“经过 6 小时”，让种子呼吸一会儿。

种子：
先让萌发的种子密封呼吸 12 小时以上，再做两个检验；然后换成煮熟的种子重复一遍，就能看出对照组的作用。动手版实验见闷一瓶萌发的种子：用蜡烛、石灰水和温度计验证呼吸作用。

如何操作

  1. 默认瓶里是萌发的种子。先看右侧仪表：氧气约 21%、二氧化碳约 0.04%，这就是普通空气的组成。
  2. 点一次“经过 6 小时”。氧气条短了一截，二氧化碳条明显长出来，温度计的红柱也升高了。
  3. 此时点“石灰水检验”：瓶里的气体通入澄清石灰水，石灰水变浑浊了，说明二氧化碳已经远超空气里的含量。
  4. 再点两次“经过 6 小时”（共 18 小时），然后点“蜡烛检验”：燃着的蜡烛一伸进瓶口就熄灭，因为氧气已经消耗掉大半。
  5. 把种子换成煮熟的，重复同样的等待和两个检验：气体一点没变，蜡烛照常烧，石灰水依旧清澈。
  6. 点“重置”回到 0 小时，试试只密封 6 小时就做蜡烛检验：氧气还剩 17%，蜡烛并不会灭。蜡烛灭不灭取决于氧气还剩多少，不是一密封就会灭。
为什么一定要有煮熟的那一瓶：如果只做萌发种子的一瓶，就算气体变了，也说不清是种子干的，还是瓶子、水汽或者别的什么原因。煮熟的种子除了“没有生命”以外，其他条件和萌发的完全一样。它不变，才说明变化是活着的种子造成的。这就是对照实验里“只改一个变量”的用法。

实验现象

  • 萌发的种子：每过 6 小时，氧气约下降 4 个百分点，二氧化碳几乎同步上升，温度以每 6 小时约 3 ℃ 的幅度升高。
  • 密封 12 小时后做蜡烛检验，火焰熄灭；做石灰水检验，石灰水明显变浑浊。
  • 密封 24 小时后，氧气只剩约 5%，变化变慢，因为氧气不足时呼吸作用本身也会减弱。
  • 煮熟的种子：无论密封多久，氧气 21%、二氧化碳 0.04%、温度 20 ℃ 都没有变化；蜡烛照常燃烧，石灰水不变浑。
  • 萌发的种子密封 12 小时后还会伸出白色的胚根，说明它一直在消耗自己储存的营养继续生长。

实验原理

活细胞的分裂、生长、运输物质都需要能量，能量来自细胞内的呼吸作用：细胞利用氧气，把有机物分解成二氧化碳和水，同时把有机物里储存的能量释放出来。用式子概括就是：

有机物 + 氧气 → 二氧化碳 + 水 + 能量

三块仪表分别对应式子里的三项。氧气条变短，是因为氧气作为“助燃剂”被细胞消耗了；二氧化碳条变长，是分解有机物的产物跑进了瓶内空气；温度升高，则说明释放的能量并没有全部用于生命活动，有相当一部分变成了热。粮库里堆积的潮湿种子会自己发热、甚至捂坏，是同一个过程放大了的样子。

为什么选萌发的种子做实验材料？萌发是种子一生中代谢最旺盛的阶段：细胞在快速分裂和生长，需要大量能量，呼吸作用因此特别强，短短几小时就能让瓶内气体发生可测量的变化。若换成干燥的休眠种子，它也在呼吸，只是极其微弱，要等很久才看得出差别。

还要说清一个容易混的关系：呼吸作用不是“吸气呼气”。人的呼吸运动只是把空气泵进肺里，真正的呼吸作用发生在每一个活细胞内。植物没有肺，照样每时每刻都在进行呼吸作用。白天它同时进行光合作用，表现为放出氧气；夜里只剩呼吸作用，所以卧室里不宜堆放大量绿植。种子萌发不需要光，靠的就是呼吸作用分解自身储存的营养，这一点在种子萌发的条件模拟里已经出现过：缺了空气（氧气），种子就发不了芽。

常见误区

  • “植物白天光合作用、晚上才呼吸作用” —— 错。呼吸作用昼夜不停，白天只是被更强的光合作用“盖住”了。
  • “呼吸作用就是呼吸运动” —— 不是。前者是细胞内分解有机物释放能量的化学过程，后者只是高等动物通气的物理动作。
  • “种子是干货，没有生命” —— 休眠的种子仍是活的，仍在极微弱地呼吸。真正没有生命的是煮熟的种子，高温已经破坏了细胞。
  • “温度升高是因为瓶子晒到了太阳” —— 对照组正好排除这一条：两瓶放在同一处，煮熟那瓶不升温，热只能来自萌发种子自身。
  • “蜡烛熄灭说明瓶里产生了二氧化碳” —— 不严谨。熄灭的直接原因是氧气不足；证明二氧化碳增多要靠石灰水。两个检验各管一条证据，不能混用。

应用与延伸

  • 粮食入库前要晒干、菜窖要留通风口：降低含水量和温度都是在压低呼吸作用，减少有机物损耗，防止发热霉变。
  • 水果蔬菜放冰箱能保鲜更久，同样是低温抑制呼吸作用的应用；反过来，催熟香蕉时把它和苹果闷在袋里，呼吸放出的热和气体还会互相促进。
  • 下到久未开启的地窖、枯井前先做灯火试验：把点着的蜡烛吊下去，火焰熄灭就绝不能进人。道理和模拟里的“蜡烛检验”是一样的。
  • 把模拟里的读数抄成表格，画出氧气和二氧化碳随时间的两条折线，学生会发现两条线几乎对称：消耗多少氧气，就产生大约多少二氧化碳。

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