“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗改進

耿旭珂 岳建明

（北京市順義牛欄山第一中學 北京 101301）

1 教學內容分析

“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗是人教版普通高中課程標準實驗教材生物學必修1《分子與細胞》第5 章第1 節的一個重要的分組實驗， 旨在讓學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，體會酶的高效性［1］。 其中主要實驗材料有：新配制的體積分數為3%的過氧化氫溶液，質量分數為3.5%的FeCl3溶液， 新鮮的質量分數為20%的肝臟研磨液。 本實驗在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溶液的試管內氣泡產生緩慢且使帶火星的衛生香變得更為明亮， 而加入肝臟研磨液的試管內氣泡產生迅速，且使帶火星的衛生香復燃。 此實驗證明了Fe3+和過氧化氫酶都可以催化過氧化氫分解產生氧氣，而過氧化氫酶的催化效率更高。

本實驗操作簡單， 通過比較衛生香的燃燒程度來比較不同催化劑的催化效率，現象較為明顯。而在實際操作中，該實驗產生大量氧氣時，衛生香爆鳴復燃、劇烈燃燒，對實驗者存在一定的安全隱患。 教材中的實驗方案建議以動物肝臟作為過氧化氫酶的供體，而肝臟不易保存，長時間冷藏也會影響肝臟中過氧化氫酶的活性， 提高了實驗準備工作的難度。部分學生出于宗教信仰原因，拒絕使用豬肝作為實驗材料，而新鮮的牛、羊肝等動物肝臟難以購買，且成本較高。生物學是建立在實驗基礎上的一門自然科學， 動手操作不僅能激發學生的學習興趣，更能促進學生掌握生物學知識，提高生物學素養。為了加強實驗的安全性，降低實驗準備工作難度，提高學生對實驗的參與度，必須尋找更好的實驗材料替代豬肝。

2 實驗改進

過氧化氫酶普遍存在于原核和真核生物，成蘊秀等［2］曾用馬鈴薯塊莖代替動物肝臟進行該實驗，取得了較好的實驗效果，但實驗中需要引入消泡劑，該實驗材料難以購買，同時也增加了實驗操作的難度。 本實驗中新鮮的馬鈴薯、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， 通過對這些植物材料和真菌材料進行定性實驗，發現質量分數為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。 實驗結果如表1 所示。

表1 不同材料提取液催化過氧化氫分解效果

分別用質量分數為10%、20%、30%、40%、50%的香菇提取液做定量實驗， 通過與質量分數為3.5%的FeCl3溶液定量實驗結果比較， 發現質量分數為40%的香菇提取液可取得較好的實驗效果。 進行定量實驗的裝置如圖1 所示。

圖1 定量實驗裝置

⑧8 號和9 號裝置分別重復上述步驟⑦。

2.2 實驗結果和結論 改進后的實驗用排水法進行定量實驗， 通過比較量筒中收集到相同體積水所需要的時間長短即可區分不同種類催化劑對過氧化氫分解速率的影響，所需時間越短，則催化效率越高。 實驗結果如表2 所示， 該結果表明，Fe3+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間

2.1 改進后的實驗操作

①用榨汁機制備質量分數為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中，快速而充分研磨得到勻漿， 研磨時間大約2 min），之后用2 層紗布過濾，獲取濾液備用。

②準備9 套上述裝置， 每套裝置的錐形瓶A中均加入50 mL 新配制的體積分數為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 套裝置編上序號備用。

③將注射器D 中2 mL 質量分數為3.5%的FeCl3溶液注入1 號裝置的錐形瓶A 中，觀察并記錄量筒C 中收集到的水的體積分別達到20 mL、40 mL、60 mL 所需的時間，時間單位為秒（s）。

④2 號和3 號裝置分別重復上述步驟③。

⑤將注射器D 中2 mL 質量分數為40%的重菇提取液注入4 號裝置的錐形瓶A 中，觀察并記錄量筒C 中收集到的水的體積分別達到20 mL、40 mL、60 mL 所需的時間，時間單位為秒（s）。

⑥5 號和6 號裝置分別重復上述步驟⑤。

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

3 改進后的優點

通過實驗證實， 生活中常見的一些植物細胞和真菌細胞中普遍存在過氧化氫酶， 可以讓學生認識到過氧化氫酶普遍存在于生物中。 本實驗首次發現真菌材料——香菇可替代動物肝臟進行“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗，香菇方便易得，便于保存，且含有大量過氧化氫酶，代替動物肝臟進行該實驗可以避免肝臟易腐敗等諸多弊端，對于不便購得新鮮肝臟的學校來說，可以減輕教師準備實驗的工作量， 具有一定的推廣價值，可看作是對教材內容的有益補充。改進后的實驗變定性為定量，效果更好，而且排除了衛生香燃燒劇烈時對實驗者帶來的安全隱患。