Question

某校生物兴趣小组要探究酵母菌通过呼吸作用产生等量CO₂时，有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖量的多少。他们将等量的相同浓度的无菌葡萄糖溶液与等量少许酵母菌混匀后密封(瓶中无氧气），按如图装置进行实验。当测定甲、乙装置中CaCO₃沉淀相等时，撤去装置，将甲、乙两锥形瓶中的溶液分别用滤菌膜过滤，除去酵母菌，得到滤液1和滤液2。请分析回答：

(1)甲、乙两组实验的自变量是__________，实验中需控制的无关变量主要有___________。

(2)酵母菌产生CO₂的场所是_______________。

(3)请你利用提供的U形管、滤液1和滤液2等，完成探究实验（已知滤液中的葡萄糖不能通过U形管底部的半透膜，其余物质均能通过）。

Ⅰ.实验步骤：

①将等量的滤液1和滤液2分别加入U形管的A、B两侧，并标记液面高度；

②一段时间后观察__________________________的变化。

Ⅱ.实验结果预测和结论：

①如果A侧液面_____________,B侧液面_____________，则有氧呼吸消耗的葡萄糖少；

②如果A侧液面_____________，B侧液面____________，则无氧呼吸消耗的葡萄糖少；

③如果_____________，则有氧呼吸和无氧呼吸消耗的葡萄糖一样多。

Answer

有无氧气 温度、PH培养液量、培养液浓度 细胞质基质,线粒体 （两侧）液面高度 上升 下降 下降 上升 A、B两侧液面高度不变

【解析】试题分析：理清有氧呼吸和无氧呼吸的过程、渗透作用的相关知识，由题意准确把握实验目的，据此以“甲、乙装置的差异”为切入点，找出实验变量（自变量、因变量、无关变量），结合实验步骤围绕实验设计应遵循的原则，补充并完善实验步骤，进而对实验结果进行预测。

(1)依题意和图示分析可知：甲装置的锥形瓶中持续通入无菌O2，用来探究有氧呼吸产生的CO2量；乙装置的锥形瓶密封，瓶中无氧气，用来探究无氧呼吸产生的CO2量。因此甲、乙两组实验的自变量是有无氧气。实验的温度、pH、培养液量、培养液浓度等均属于无关变量，需加以控制相同且适宜。

(2) 酵母菌在进行细胞呼吸时，CO2产生于无氧呼吸的第二阶段和有氧呼吸的第二阶段，其场所依次为细胞质基质和线粒体基质。

(3) Ⅰ.实验步骤：

②依据已给出的不完善的实验步骤可知，本实验的因变量是：一段时间后观察A、B两侧液面高度。

Ⅱ.实验结果预测和结论：

①若有氧呼吸消耗的葡萄糖少，则滤液1中葡萄糖的浓度高于滤液2，相同时间内，由A侧进入B侧的水分子少于由B侧进入A侧的水分子， A侧液面上升，B侧液面下降。

②若无氧呼吸消耗的葡萄糖少，则滤液1中葡萄糖的浓度低于滤液2，相同时间内，由A侧进入B侧的水分子多于由B侧进入A侧的水分子， A侧液面下降，B侧液面上升

③若有氧呼吸和无氧呼吸消耗的葡萄糖一样多，则滤液1中葡萄糖的浓度等于滤液2，相同时间内，由A侧进入B侧的水分子等于由B侧进入A侧的水分子， A、B两侧液面高度不变。

【点睛】本题的难点在于对实验结果的预测。解答此题，需先明确在渗透作用中，在宏观上水分子是顺相对含量的梯度即从低浓度溶液向高浓度溶液跨膜运输的，再借助数学方面解讨论题的思维方法，依据探究实验的目的将可能的实验结果分别进行讨论，推测可能出现的实验现象，进而逆向作答。