“探究pH對過氧化氫酶的影響”實驗改進

黃艷

摘要 分析了浙科版教材中“探究pH對過氧化氫酶的影響”實驗裝置的不足之處，提出了改進裝置的方案和實驗步驟，且將裝置進一步優(yōu)化后，可用于“探究酶的專一性”實驗等，實現(xiàn)一套裝置多種用途，直觀而高效，易于在普通高中推廣使用。

關(guān)鍵詞 pH 過氧化氫酶 專一性 實驗改進

中圖分類號Q-331

文獻標志碼B

“探究pH對過氧化氫酶的影響”實驗是浙科版普通高中課程標準實驗教科書《必修1·分子與細胞》中的一個重要的探究實驗。實驗?zāi)康氖亲寣W(xué)生通過實驗探究了解pH對酶活性的影響?？茖W(xué)探究是高中生物學(xué)科學(xué)探究的重要內(nèi)容之一，教學(xué)通過對該實驗的改進與創(chuàng)新，可以增強學(xué)生對自然科學(xué)的好奇心和求知欲，培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計、獨立操作及數(shù)據(jù)分析的能力，拓展學(xué)生的科學(xué)思維，幫助學(xué)生認識生物科學(xué)的價值和樹立勇于創(chuàng)新，敢于實踐的科學(xué)態(tài)度。

1 教材實驗裝置分析

教材中的實驗裝置所需實驗材料和試劑如圖1所示：將浸泡過新豬肝勻漿液的濾紙片貼在反應(yīng)小室的上側(cè)，下側(cè)加入H202溶液和pH緩沖液，進行反應(yīng)時將小室旋轉(zhuǎn)180°;拖盤的右側(cè)是氣體收集裝置，采用排水法測定氣體體積。在上述實驗操作過程中，學(xué)生提出2個問題：①pH緩沖液還沒發(fā)生影響時，鮮肝勻漿液（含H202酶）與H2O2溶液已發(fā)生反應(yīng);②整個實驗必須要在水環(huán)境中進行，需要一直扶著量筒，保證其位置不動，操作十分不便。為了解決述上問題，筆者重新設(shè)計了實驗裝置，經(jīng)實踐發(fā)現(xiàn)，改進后的實驗操作簡便，現(xiàn)象明顯，能高效完成課堂實驗教學(xué)。

2 實驗裝置改進方案

2.1實驗材料

新肝勻漿，體積分數(shù)為3%的H2O2溶液，pH緩沖液，紅墨水，淀粉酶，蔗糖酶，10 mL的量筒，10 mL PE管、50 mL PE管，大試管，燒杯，玻璃彎管，橡皮管，移液器，移液槍頭，鐵架臺，止水夾，亞克力板，塑料網(wǎng)格。

2.2實驗裝置設(shè)計

（1）雙重反應(yīng)小室：筆者將教材中的單個反應(yīng)小室改為雙重反應(yīng)小室（圖2）：取10 mL的PE管，在管底傾斜一側(cè)開一個小缺口，將PE管的瓶口固定到橡皮塞上，再將橡皮塞塞到大試管口，形成雙重下反應(yīng)小室。在反應(yīng)小室①加3%的H202溶液，反應(yīng)小室②加新豬肝勻漿液和pH緩沖液，這樣就可以讓酶先與緩沖液作用，再與H202溶液發(fā)生反應(yīng)。將大試管傾斜45°固定在鐵架臺上，整個反應(yīng)體系裝置搭建完畢（圖3）。

（2）氣體測定：仍然采用排水法來測定產(chǎn)生氧氣的體積，但在裝置上進行了創(chuàng)新。為了使產(chǎn)生的氣體排出大試管，在橡皮塞的中央開了一個小孔，插上玻璃管，然后取50 mL的PE管，在其蓋子和管底各固定一個小管，蓋子上端的小管通過橡皮管與大試管塞的玻璃管相連接（圖4）。單組實驗裝置搭建圖5如示，PE管中裝清水，下端放量筒。

2.3實驗操作步驟

（1）先將H2O2溶液加入到反應(yīng)小室①中。

（2）塞緊試管口，打開止水夾，使反應(yīng)體系氣體平衡，待氣體平衡后，取一支量筒置于下端。

（3）將試管旋轉(zhuǎn)90°，使反應(yīng)小室①中的H202溶液沿著小缺口流入反應(yīng)小室②（試管）中，反應(yīng)開始。

（4）分別在30 s和1 min時，讀取量筒中水平面的刻度并記錄。為了使觀察的現(xiàn)象更為明顯，筆者在清水中滴加了幾滴紅墨水。

2.4 多組實驗裝置設(shè)計及操作

（1）“同時探究不同pH緩沖對過氧化氫酶影響”實驗。

為了能夠同時對多組實驗現(xiàn)象進行對比觀察，筆者設(shè)計了一個可以旋轉(zhuǎn)90°的試管架該試管架由4塊亞克力板組裝而成，中間固定兩塊平行的網(wǎng)格，網(wǎng)格可以放置多只試管。利用這個裝置，可以同時探究不同pH對過氧化氫酶的影響。設(shè)置三組實驗，三支大試管中分別放置pH為4、10、7的緩沖液，進行實驗時只需將試管架旋轉(zhuǎn)90°，三組即可同時發(fā)生反應(yīng)（圖6）。

（2）“探究酶專一性”實驗。

上述多組實驗裝置不僅可以用于“探究不同pH對過氧化氫酶的影響”，還可以用于“探究酶專一性”實驗。設(shè)置三組實驗，各組反應(yīng)小室①中加入H202溶液，反應(yīng)小室②分別加入蔗糖酶、淀粉酶和新豬肝勻漿液，即可進行實驗探究。

3 實驗結(jié)果及分析

3.1三種不同pH緩沖液對過氧化氫酶的影響

通過上述實驗裝置進行實驗，觀察現(xiàn)象可以得出下列實驗結(jié)果：大約1 min的反應(yīng)時間內(nèi)，加pH為4、10、7緩沖液的三支試管中都有氣泡產(chǎn)生，其中pH為7的緩沖液試管中氣泡最多，利用排水法測定產(chǎn)生氧氣的量，量筒收集水的體積分別為1.2、3.5、6.9 mL。實驗結(jié)果說明，過氧化氫酶適宜pH在7左右，對酸性環(huán)境的耐受性較低，容易失活;而對堿性環(huán)境耐受性相對較高，不易失活。筆者的實驗結(jié)果與李毅等探究不同pH緩沖液對過氧化氫酶影響的研究結(jié)果是一致。研究結(jié)果表明，酶需要在一定的pH范圍內(nèi)起作用，而且在某一 pH下作用最強，過酸或過堿的環(huán)境都會使酶變性失活。

3.2“探究酶專一性”實驗

加蔗糖酶、淀粉酶和新豬肝勻漿液三支試管中，只有加豬肝勻漿液產(chǎn)生大量氣泡，加其他2種酶的試管中產(chǎn)生氣泡量為0。15 s時量筒收集水的體積分別為0、0、4.7 mL。實驗結(jié)果說明，酶催化作用具有專一性的特點。

4教學(xué)反思

在實驗教學(xué)中正視學(xué)生的想法，讓學(xué)生親身經(jīng)歷整個實驗過程，培養(yǎng)了學(xué)生實驗設(shè)計能力和創(chuàng)造性思維能力，正是21世紀培養(yǎng)學(xué)生所需的核心素養(yǎng)?；仡櫿麄€實驗設(shè)計，有以下幾個創(chuàng)新點：

（1）注重學(xué)科交叉及科學(xué)思維。

本實驗雖然是一個生物學(xué)實驗，但它與化學(xué)、物理學(xué)科的相關(guān)原理緊密聯(lián)系。筆者抓住學(xué)科之間的聯(lián)系，利用H202分解產(chǎn)生02的化學(xué)反應(yīng)與酶的催化作用巧妙聯(lián)系起來;利用氣壓平衡原理，將PE管中的水壓到量筒，用于測定產(chǎn)生02的體積，使整個實驗不用在水環(huán)境中進行，極大簡化了實驗流程，且實現(xiàn)了化學(xué)、物理和生物學(xué)科之間的交叉滲透。同時，將單組實驗優(yōu)化為同時段的多組實驗，充分拓展了學(xué)生的科學(xué)思維。

（2）注重實驗裝置的實用性與推廣可行性。

上述實驗裝置制作簡單，操作方便，一套裝置多種用途，大大縮短實驗時間，使現(xiàn)象更清晰明顯，實現(xiàn)了實驗教學(xué)的高效性。且所用材料生活中易得，成本低，易于在普通高中推廣使用。