實(shí)驗(yàn)改進(jìn)《影響酶活性的條件》

宋玉玲

人教版高中生物學(xué)教材中的探究實(shí)驗(yàn)《影響酶活性的條件》，要求學(xué)生根據(jù)教材所列的材料和試劑獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究溫度與pH條件對過氧化氫酶和淀粉酶兩種酶活性的影響。該實(shí)驗(yàn)的目的是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)的能力。

在實(shí)踐中，部分學(xué)生由于對單一變量原則和對照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法理解不透徹，加上相應(yīng)化學(xué)知識的不足，做實(shí)驗(yàn)時(shí)常常出現(xiàn)錯(cuò)誤設(shè)計(jì)和推斷，最終得出錯(cuò)誤結(jié)論。

本文將列舉常見的錯(cuò)誤結(jié)論，結(jié)合單一變量原則和對照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法進(jìn)行探討分析，針對性地提出改進(jìn)方案。

一、常見的錯(cuò)誤結(jié)論

錯(cuò)誤1：由于前文分析了溫度對過氧化氫分解有影響，所以學(xué)生選擇用過氧化氫酶做探究pH的實(shí)驗(yàn)，但實(shí)驗(yàn)過后，學(xué)生得出了過氧化氫酶在堿性條件下比在酸性條件下的活性要高的結(jié)論。

分析：事實(shí)上，過氧化氫本身在堿性條件下分解的速率就很快，因?yàn)閴A會(huì)催化其分解，所以得出的結(jié)論不科學(xué)。實(shí)驗(yàn)中違反了單一變量原則，酸堿處理成了干擾實(shí)驗(yàn)的無關(guān)變量。

錯(cuò)誤2：用淀粉酶做探究溫度的實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生發(fā)現(xiàn)溫度高并不會(huì)破壞酶的活性。

分析：得出這一結(jié)論是因?yàn)閷W(xué)生加入碘液后，在高溫的試管中沒有出現(xiàn)明顯的藍(lán)色反應(yīng)。通過分析得知，高溫破壞了淀粉的螺旋結(jié)構(gòu)，使碘與淀粉的包容物不能形成，藍(lán)色褪去。若降低溫度，碘與淀粉的包容物形成，又可出現(xiàn)藍(lán)色，但不同溫度的顯色時(shí)間也不相同。

錯(cuò)誤3：用淀粉酶做探究pH的實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生的結(jié)論是淀粉酶在堿性環(huán)境下仍有活性，在酸性環(huán)境下則失活。碘單質(zhì)只有在酸性和中性條件下才能使淀粉變藍(lán)，在強(qiáng)堿性條件下則不會(huì)。在強(qiáng)堿性條件下，碘分子可與NaOH 發(fā)生歧化反應(yīng)：3I2+6NaOH=5NaI+NaIO3+3H2O，而這些碘的化合物不能與淀粉形成絡(luò)合物，所以淀粉不會(huì)變藍(lán)。

二、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

鑒于上述現(xiàn)象，我對本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，兩組實(shí)驗(yàn)均采用淀粉酶，這樣可以使實(shí)驗(yàn)過程更簡化。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)步驟如下。

1.溫度對酶活性的影響

第一步，制作含可溶性淀粉的培養(yǎng)基（薄薄一層即可）三組，分為A、B、C。

第二步，將α-淀粉酶溶液分成三份，分別放進(jìn) 60℃ 、100℃、0℃培養(yǎng)箱5分鐘。

第三步，用濾紙制作3個(gè)大小相同的正方形，浸泡在不同溫度處理的α-淀粉酶溶液中1分鐘，將3個(gè)正方形小濾紙片分別平放在三個(gè)培養(yǎng)基表面。

第四步，將放有濾紙片的培養(yǎng)基分別在原對應(yīng)溫度下的培養(yǎng)箱中放置5分鐘。

第五步，取出培養(yǎng)基和濾紙片，然后置于常溫下，等培養(yǎng)皿降至常溫時(shí)加入碘液，使其沒過培養(yǎng)基。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：60℃下，濾紙片處理的區(qū)域無藍(lán)色，其他部位及另外兩組均呈藍(lán)色。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：高溫和低溫都會(huì)影響酶的活性。

這一實(shí)驗(yàn)還可進(jìn)一步檢驗(yàn)：把原來的濾紙片再放回原來的培養(yǎng)基上，一段時(shí)間后，低溫處理過的濾紙片的藍(lán)色褪去。

2.pH對淀粉酶活性的影響

第一步，制作含可溶性淀粉的培養(yǎng)基（薄薄一層即可）。

第二步，用濾紙制作3個(gè)大小相同的正方形，分別浸泡在經(jīng)過酸、堿和蒸餾水處理的淀粉酶中1分鐘，然后將3個(gè)正方形小濾紙片平放在培養(yǎng)基表面，注意拉開一定距離。

第三步，將放有濾紙片的培養(yǎng)基放進(jìn)60℃培養(yǎng)箱5分鐘。

第四步，取出濾紙片，加入與5%HCl混合的碘液，沒過培養(yǎng)基。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：蒸餾水處理組的小紙片覆蓋區(qū)呈白色，培養(yǎng)基的其他部分均呈藍(lán)色，包括酸和堿處理組小紙片覆蓋的區(qū)域。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：蒸餾水處理組小紙片覆蓋的區(qū)域不含淀粉，也就是說，濾紙片上淀粉酶保持活性將淀粉分解。而酸、 堿處理組濾紙片上的淀粉酶已失活，無法分解淀粉。因此可下結(jié)論：酸、堿環(huán)境對淀粉酶活性都有影響，使淀粉酶活性降低。

這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)還可以同時(shí)進(jìn)行，在60℃培養(yǎng)箱中的培養(yǎng)皿中放置經(jīng)過酸、堿和蒸餾水處理的淀粉酶中浸泡的3個(gè)正方形小濾紙片，可節(jié)省時(shí)間，使學(xué)生有更充分的時(shí)間進(jìn)行分析、討論和實(shí)驗(yàn)處理。

通過對實(shí)驗(yàn)的再設(shè)計(jì)和改進(jìn)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)成功率大大提高了，實(shí)驗(yàn)結(jié)果明顯，收到了較好的教學(xué)效果。