细胞呼吸

所有生命体都需要能量来源以维持其生命活动。而这一能量的最终来源是太阳。那么，地球上的生物是如何利用这种能量的呢？这一切始于光合作用生物。这些生物能够吸收二氧化碳和水，并利用从太阳光中捕获的光子能量，将这些分子结合在一起，生成葡萄糖和氧气。葡萄糖是下一步关键过程的核心，几乎所有生物都以某种形式依赖这一过程——细胞呼吸。细胞呼吸由酶催化完成，在原核生物中发生于细胞膜上，在真核生物中则发生于线粒体内。

化学反应首先通过氧气分解葡萄糖，重新生成二氧化碳和水；在此过程中，最初用于合成葡萄糖分子的能量被转移到两个新的位置：一部分用于合成ATP（即三磷酸腺苷分子），这是一种细胞可直接利用的能量来源；其余能量则以热能形式散失。到目前为止，我们讨论的是一种利用氧气的细胞呼吸方式，称为有氧呼吸。但某些生物和细胞能够在无氧条件下进行呼吸，这被称为无氧呼吸。与产生二氧化碳和水不同，该过程的副产物是乙醇。发酵就是这类呼吸方式的一个例子，酵母正是通过这种方式在密闭容器中产生酒精。我们可以使用一种称为呼吸计的工具来测量有氧呼吸。这种装置非常简单，用于测量生物体（在此实验中为萌发的植物种子）消耗的氧气量。萌发的种子正在进行呼吸作用，这意味着它们会消耗氧气并释放二氧化碳。由于它们尚未长出绿色部分，因此不会进行光合作用。

利用呼吸计测量呼吸作用时，采用了一种基于理想气体定律的巧妙方法，即 P × V = n × R × T。其中，P 代表系统的压力，V 代表气体体积，n 代表气体的物质的量（摩尔数），R 为理想气体常数…其中T为绝对温度。简而言之，这意味着在已知压力和温度的条件下，通过测量气体体积即可计算出样品中气体分子的数量，因为R是一个常数。

呼吸计中含有氢氧化钾，可将二氧化碳以碳酸钾的固体形式固定。因此，由于细胞呼吸作用，密封管中的氧气被种子消耗，同时释放出二氧化碳，而二氧化碳又会被氢氧化钾转化为碳酸钾而被捕获。随着细胞呼吸的进行，系统内气体的总体积随之减少。我们可通过将呼吸计连接至一种称为压力计的装置来量化这一变化。当氧气分子被消耗时，呼吸计腔内的压力下降，导致毛细管中的有色液体向低压方向移动。通过读取压力计液面的刻度值，即可估算呼吸计管内剩余气体的量。该多功能系统可设置多种不同变量，例如不同的温度条件，也可用于测定多种不同类型生物体的呼吸速率。

在本实验中，您将使用呼吸计和压力计来测量萌发种子的呼吸速率。