呼吸作用的測量

課本上有個測綠豆呼吸作用的實驗，錐形瓶裡放了發芽綠豆，上頭塞個漏斗把水灌下去，然後就可以藉此把裡頭的氣體擠到裝有石灰水的試管裡。這個實驗是檢驗呼吸作用產生氣體的定性實驗，但是我還想再找些定量的實驗來作作，後來我用respirometer這個關鍵字找到了一些裝置設計，最近的課程就是讓學生用這個來測綠豆的呼吸作用，測量耗氧量、產二氧化碳量、呼吸商等。



參考資料

實驗裝置可以參考
http://www.elbiology.com/labtools/Microrespirometers.html
http://www.biologycorner.com/worksheets/cellular_respiration_AP_Lab5.html

測量呼吸商可以參考
http://openinfo.npust.edu.tw/agriculture/npus12/ll/agr12exp17.pdf
http://physiol.umin.jp/resp/text/1-03.html






呼吸計的設置需要針筒、毛細管、熱溶膠、膠水、刻度紙。裝置就長這樣，針筒前端黏了毛細管，管子外面黏了刻度紙，針筒裡面塞了棉花和綠豆、棉花滴了一滴NaOH。





因為這個裝置是用在測量溫度對綠豆呼吸作用的影響，所以一個實驗就要有六支呼吸計，高溫組和低溫組各用三支，如果考量到實驗需要重複的情況，那就要更多支囉。


耗氧量和產二氧化碳量的計算
由於要測量耗氧量和產二氧化碳量，所以要有三支裝置，分別叫做ABC三管。A管裝了綠豆和NaOH，B管只裝綠豆，C管只裝NaOH，這個設計是參考蔡老師的文章。耗氧量=A-C；排二氧化碳量=耗氧量-B。

氣體量的計算，除了用刻度紙每刻度1mm來量化外，最好是用毛細管的內徑（直徑）去計算毛細管內減少的空氣柱的體積。


呼吸商數的計算
呼吸商數(respiratory quotient, RQ)就是植物組織或細胞進行呼吸作用時，釋放CO2 量對吸收 O2量的體積之比值。 RQ 的測定值，可以證明呼吸作用的進行，並且可以由 RQ 值來判斷呼吸作用所利用的受質種類。呼吸受質為有機酸的 RQ 值大於 1，呼吸受質為碳水化合物的 RQ 值等於 1，呼吸受質為脂肪酸的 RQ 值小於 1。

• 呼吸受質為碳水化合物的 RQ 值等於 1
• 呼吸受質為脂質的RQ 值等於0.71
• 呼吸受質為蛋白質的 RQ 值等於0.85

呼吸計製作流程

1. 以熱熔膠將毛細管與針筒相黏，再將刻度紙黏在毛細管上。
2. 將溶有少量清潔劑的紅墨水吸入毛細管中沖洗幾次，藉由清潔劑降低表面張力的作用，使步驟5加入的紅墨水得以在管中順利移動。
3. 將脫脂棉塞入ABC針筒內，但是僅在AC針筒中滴入一滴NaOH（或KOH），藉以吸收CO2，再加入一層棉花隔絕實驗材料，避免與NaOH直接接觸。B針筒只加入棉花，但不需加入NaOH。
4. 將實驗材料放入針筒中並加上活塞。調製不同溫度的水，記錄水溫後，將實驗裝置的三隻針筒置於水浴中，等待五分鐘使整個裝置和水浴達到熱平衡。實驗中需隨時控制水溫。
   
5. 用另外的針筒將紅墨水擠入實驗裝置的毛細管中作為標記。每隔一分鐘紀錄紅墨水的刻度變化
    

這個實驗最後要繪製出兩張圖

• 萌芽綠豆在不同溫度下的RQ值變化
• 萌芽綠豆在不同溫度下的耗氧量變化

延伸實驗
除了用來看對溫度對呼吸作用的影響外，後續也有些實驗可作，但是得先想出影響細胞呼吸的可能變因。例如：

環境的變因：

• 溫度
• 光線（與光合作用互相影響）
• 壓力
• 可用的氧氣量
• 一天中的時刻

種子的變因：

• 萌芽的階段
• 種子的年齡
• 種子的狀況
• 種子的大小

物種的變因

• 種子的種類
• 物種的相剋作用
• 其他組織
• 其他生物

學生可以就這些變因去設計控制變因和操縱變因，設計出許多專題研究的題目，像是

• 剛萌芽的種子和萌芽很久的種子，呼吸速率相同嗎？
• 以油脂儲存的種子（花生）和儲存澱粉的種子（穀類），呼吸速率是否相同？
• 不同季節的種子、花等組織，呼吸速率是否相同
• 單子葉植物和雙子葉植物的種子的呼吸速率

或是也可做動物實驗，例如用25ml的針筒做蟋蟀的耗氧量測量，或用更大的容器進行老鼠的耗氧測試，進一步比較恆溫動物和變溫動物的代謝速率。