“探究淀粉酶的最適溫度”的實驗優(yōu)化設計和實踐

鄧純臻 隆 平

(四川省攀枝花市第七高級中學校 617005)

實驗“探究影響酶活性的條件”是高中生物學課程中的重要實驗之一，人教版教材必修1《分子與細胞》建議師生“選用淀粉酶探究溫度對酶活性的影響”，并且教材在“進一步探究”中建議師生“進行定量實驗”，即通過對實驗結果的定量檢測以“探究淀粉酶的最適溫度”并繪制出“酶活性受溫度的影響”曲線。

如何對實驗結果進行定量檢測是“探究淀粉酶的最適溫度”的關鍵，教材建議“用出現(xiàn)同一結果所需的時間來表示酶的活性，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制不同條件下酶活性的曲線圖”。根據(jù)這一建議，多數(shù)情況下師生都會選擇一種“經(jīng)典方案”完成探究實驗，但在教學過程中，教師還可以選擇另一種更加直觀的創(chuàng)新實驗方案，現(xiàn)將兩種方案設計進行分析比較。

1 經(jīng)典實驗方案

1.1 實驗方案原理 淀粉遇碘液會呈現(xiàn)出藍色反應；唾液淀粉酶催化淀粉分解為小分子的麥芽糖和葡萄糖，隨著反應的進行，淀粉分子會逐漸減少，溶液的藍色會逐漸變淺，直至消失。通過反應體系中藍色消失的時間長短反映出酶促反應的快慢，進而體現(xiàn)淀粉酶活性的高低。

1.2 材料用具 唾液淀粉酶、淀粉溶液、碘液、蒸餾水、恒溫水浴鍋、試管、微量移液器或膠頭滴管、計時器等若干。

1.3 操作步驟 ①分組并將恒溫水浴鍋設定至指定實驗溫度A(20℃)、B(30℃)、C(40℃)、D(50℃)、E(60℃)、F(70℃)、G(80℃)(注： 若要探究具體溫度，可在此實驗結束后另行設置溫度梯度)；②每組分別取兩支試管，一支試管加入1mL 2%淀粉溶液和2滴碘液，另一支試管加入1mL淀粉酶(100倍稀釋液)溶液，放入相應水浴鍋中進行保溫，并達到指定溫度；③同時將各組中的酶溶液倒入淀粉溶液，并震蕩均勻進行反應，同時進行計時；④觀察并記錄每組試管中溶液藍色消失的時間；⑤根據(jù)計時器記錄的數(shù)據(jù)繪制曲線，得出結論；⑥縮小實驗指定溫度差值，繼續(xù)進行實驗。

1.4 實驗結果 由于上述實驗中“藍色消失”這種目測檢驗方法的標準不太容易準確把握，因此，該實驗只能得到一個大致上的實驗結果，無法確定最適溫度。

1.5 實驗方案評價 優(yōu)點： 該方案操作相對較簡便。缺點： ①藍色消失的標準不好把握，容易出現(xiàn)記錄上的誤差，也很難對實驗結果進行量化比較；②溫度較低和較高的組達到“藍色消失”現(xiàn)象所需時間長，不利于實驗的快速進行。

2 創(chuàng)新實驗方案

2.1 方案原理 滲透原理： 將反應液置于滲透裝置中，漏斗下部安裝只允許水分子通過的半透膜(或者人工脂雙層膜)。淀粉酶催化淀粉水解反應之后，漏斗中分子數(shù)量增加，滲透壓增大，吸水能力增強，漏斗中液面上升。液面上升所產(chǎn)生的水柱液面高度差的大小能反映出酶促反應進行的快慢，進而體現(xiàn)淀粉酶活性的高低。

2.2 材料用具 唾液淀粉酶、淀粉溶液、蒸餾水、滲透裝置、恒溫水浴鍋、燒杯、試管、微量移液器或膠頭滴管、相機等若干。

2.3 操作步驟 ①分組并將恒溫水浴鍋設定至指定實驗溫度A(20℃)、B(30℃)、C(40℃)、D(50℃)、E(60℃)、F(70℃)、G(80℃)；②按圖1構建七個滲透裝置并加入液體。各大燒杯和漏斗中均加入相同濃度的淀粉溶液，試管中加入少量(1滴)淀粉酶溶液，將整個滲透裝置放入相應水浴鍋中進行保溫，并達到指定溫度；③同時將各組中的酶溶液倒入滲透裝置的漏斗中，并震蕩均勻，調(diào)整漏斗中液面與燒杯中液面一致，開始反應；④觀察各滲透裝置漏斗中水柱液面的上升情況(圖2)，并通過相機拍照的形式記錄各組的液面高度差(建議每隔10min拍照記錄一次，待到各組實驗結果差異顯著時作為最終的實驗結果)；⑤將相機拍照記錄的水柱液面高度差數(shù)據(jù)進行轉換，并繪制曲線，得出結論。

圖1 反應滲透裝置示意圖

2.4 實驗結果 根據(jù)上述實驗方案，將所得數(shù)據(jù)進行修正處理后，進行曲線繪制(圖3)。

A

B

C

D

圖3 溫度對100倍唾液淀粉酶稀釋液活性的影響

2.5 實驗方案評價 優(yōu)點： ①對漏斗中液面高度差進行相機拍照能夠清晰直觀反映出各實驗組的差異，為數(shù)據(jù)的處理提供便利；②實驗可以在較短的時間內(nèi)形成有差異的結果，節(jié)省教學時間；③在溫度梯度更小時也能形成有差異性的實驗結果，比“經(jīng)典方案”實驗更準確。缺點： 半透膜(人工脂雙層膜)的購買增大了實驗經(jīng)費的投入，因此建議有條件的學校組織開展該實驗。

3 結語

創(chuàng)新實驗方案裝置的改進思路源自課堂教學生成，是在師生的教學互動中意外收獲的非計劃性教學成果。引進上述改進裝置進行教學，引導學生將所學的知識用以解決實際問題、探索未知問題，不僅能培養(yǎng)的學生“綜合運用的能力”，也能培養(yǎng)學生的邏輯思維能力與科學探索能力。因此，教師在教育教學過程中，不妨關注課堂教學動態(tài)，關注學生思維動向，激發(fā)思維靈感，在提升學生生物科學素養(yǎng)的同時優(yōu)化自身的認知體系與能力結構，達到教學的“雙贏”。