“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

耿旭珂 岳建明

（北京市順義牛欄山第一中學(xué) 北京 101301）

1 教學(xué)內(nèi)容分析

“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)是人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教材生物學(xué)必修1《分子與細(xì)胞》第5 章第1 節(jié)的一個(gè)重要的分組實(shí)驗(yàn)， 旨在讓學(xué)生通過比較過氧化氫在不同條件下分解的快慢，了解過氧化氫酶的作用和意義，體會(huì)酶的高效性［1］。 其中主要實(shí)驗(yàn)材料有：新配制的體積分?jǐn)?shù)為3%的過氧化氫溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的FeCl3溶液， 新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟研磨液。 本實(shí)驗(yàn)在2 支裝有2 mL 過氧化氫溶液的試管中分別加入2 滴FeCl3溶液和肝臟研磨液， 滴加FeCl3溶液的試管內(nèi)氣泡產(chǎn)生緩慢且使帶火星的衛(wèi)生香變得更為明亮， 而加入肝臟研磨液的試管內(nèi)氣泡產(chǎn)生迅速，且使帶火星的衛(wèi)生香復(fù)燃。 此實(shí)驗(yàn)證明了Fe3+和過氧化氫酶都可以催化過氧化氫分解產(chǎn)生氧氣，而過氧化氫酶的催化效率更高。

本實(shí)驗(yàn)操作簡單， 通過比較衛(wèi)生香的燃燒程度來比較不同催化劑的催化效率，現(xiàn)象較為明顯。而在實(shí)際操作中，該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生大量氧氣時(shí)，衛(wèi)生香爆鳴復(fù)燃、劇烈燃燒，對(duì)實(shí)驗(yàn)者存在一定的安全隱患。 教材中的實(shí)驗(yàn)方案建議以動(dòng)物肝臟作為過氧化氫酶的供體，而肝臟不易保存，長時(shí)間冷藏也會(huì)影響肝臟中過氧化氫酶的活性， 提高了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作的難度。部分學(xué)生出于宗教信仰原因，拒絕使用豬肝作為實(shí)驗(yàn)材料，而新鮮的牛、羊肝等動(dòng)物肝臟難以購買，且成本較高。生物學(xué)是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的一門自然科學(xué)， 動(dòng)手操作不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更能促進(jìn)學(xué)生掌握生物學(xué)知識(shí)，提高生物學(xué)素養(yǎng)。為了加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的安全性，降低實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作難度，提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的參與度，必須尋找更好的實(shí)驗(yàn)材料替代豬肝。

2 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

過氧化氫酶普遍存在于原核和真核生物，成蘊(yùn)秀等［2］曾用馬鈴薯塊莖代替動(dòng)物肝臟進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)，取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果，但實(shí)驗(yàn)中需要引入消泡劑，該實(shí)驗(yàn)材料難以購買，同時(shí)也增加了實(shí)驗(yàn)操作的難度。 本實(shí)驗(yàn)中新鮮的馬鈴薯、韭菜、菠菜等植物材料和新鮮的香菇、花菇、茶樹菇、杏鮑菇等真菌材料較易購得， 通過對(duì)這些植物材料和真菌材料進(jìn)行定性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的香菇提取液較其他材料的提取液催化過氧化氫分解的效果更加明顯。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

表1 不同材料提取液催化過氧化氫分解效果

分別用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%、20%、30%、40%、50%的香菇提取液做定量實(shí)驗(yàn)， 通過與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的FeCl3溶液定量實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較， 發(fā)現(xiàn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的香菇提取液可取得較好的實(shí)驗(yàn)效果。 進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn)的裝置如圖1 所示。

圖1 定量實(shí)驗(yàn)裝置

⑧8 號(hào)和9 號(hào)裝置分別重復(fù)上述步驟⑦。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)用排水法進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn)， 通過比較量筒中收集到相同體積水所需要的時(shí)間長短即可區(qū)分不同種類催化劑對(duì)過氧化氫分解速率的影響，所需時(shí)間越短，則催化效率越高。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2 所示， 該結(jié)果表明，F(xiàn)e3+和過氧化氫酶都可以催化過氧化氫分解，但過氧化氫酶的催化效率更高。

表2 不同種類催化劑下排出相同量水所用的時(shí)間

2.1 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)操作

①用榨汁機(jī)制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的香菇提取液（用刀將新鮮的香菇切碎，然后用托盤天平稱取40 g，連同60 mL 蒸餾水一起倒入榨汁機(jī)中，快速而充分研磨得到勻漿， 研磨時(shí)間大約2 min），之后用2 層紗布過濾，獲取濾液備用。

②準(zhǔn)備9 套上述裝置， 每套裝置的錐形瓶A中均加入50 mL 新配制的體積分?jǐn)?shù)為3%的過氧化氫溶液 （將市售30%的過氧化氫溶液稀釋至3%），錐形瓶B 中均加入310 mL 清水，檢查完氣密性后分別為9 套裝置編上序號(hào)備用。

③將注射器D 中2 mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的FeCl3溶液注入1 號(hào)裝置的錐形瓶A 中，觀察并記錄量筒C 中收集到的水的體積分別達(dá)到20 mL、40 mL、60 mL 所需的時(shí)間，時(shí)間單位為秒（s）。

④2 號(hào)和3 號(hào)裝置分別重復(fù)上述步驟③。

⑤將注射器D 中2 mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的重菇提取液注入4 號(hào)裝置的錐形瓶A 中，觀察并記錄量筒C 中收集到的水的體積分別達(dá)到20 mL、40 mL、60 mL 所需的時(shí)間，時(shí)間單位為秒（s）。

⑥5 號(hào)和6 號(hào)裝置分別重復(fù)上述步驟⑤。

⑦將注射器D 中2 mL 蒸餾水注入7 號(hào)裝置的錐形瓶中，觀察并記錄量筒C 中收集到的水的體積分別達(dá)到20 mL、40 mL、60 mL 所需的時(shí)間，時(shí)間單位為秒（s）。

3 改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)， 生活中常見的一些植物細(xì)胞和真菌細(xì)胞中普遍存在過氧化氫酶， 可以讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到過氧化氫酶普遍存在于生物中。 本實(shí)驗(yàn)首次發(fā)現(xiàn)真菌材料——香菇可替代動(dòng)物肝臟進(jìn)行“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)，香菇方便易得，便于保存，且含有大量過氧化氫酶，代替動(dòng)物肝臟進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)可以避免肝臟易腐敗等諸多弊端，對(duì)于不便購得新鮮肝臟的學(xué)校來說，可以減輕教師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)的工作量， 具有一定的推廣價(jià)值，可看作是對(duì)教材內(nèi)容的有益補(bǔ)充。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)變定性為定量，效果更好，而且排除了衛(wèi)生香燃燒劇烈時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)者帶來的安全隱患。