“探究pH對過氧化氫酶的影響”的實驗改進

吳清清 陳海林

摘要：“探究pH對過氧化氫酶的影響”是中學生物學的重要實驗。但是書本實驗存在操作難度大，引起實驗誤差因素較多的問題。本文介紹一種新的實驗裝置，同時對實驗材料進行改進，采用定量和定性兩種方法檢測不同pH下酶的反應速率。改進后的實驗裝置具有操作方便、現象明顯和科學準確的優點。

關鍵詞：pH值;過氧化氫酶;實驗改進

1 教材分析

該活動是浙科版高中必修1《酶》的內容。該活動與第一章中蛋白質分子的活性影響因素承接。酶是細胞代謝的重要概念，如DNA聚合酶、光合酶、呼吸酶、限制酶等，各種生命活動離不開酶的催化。這個概念對學科知識的理解和應用至關重要。同時，這又為學習“探究光合作用的影響因素”進行鋪墊，有利于大概念“細胞的生長需要能量和營養物質，并通過分裂實現增殖”的學習。

該實驗通過控制自變量、設置對照組和實驗組、觀察和檢測因變量，培養學生設計探究實驗的能力;通過組建新裝置，又能培養學生探究問題的意識以及開展探究實驗和解讀生活現象的能力。通過設置組別，彼此合作，提高學習同共體的學習效力。故本實驗是高考中考查的重點實驗。

2 書本實驗裝置的不足

教材中實驗裝置如圖。書本實驗設計是將浸過鮮肝勻漿的濾紙片貼在反應小室內上壁，分別加入不同pH值的緩沖液及3%的H202溶液，并利用排水法觀察與反應小室相連的量筒內單位時間氧氣的釋放量[1]。本實驗在實際教學中面臨許多問題[2]。

2.1 實驗操作難度大。實驗過程中兩支手都要扶住裝置，難以兼顧實驗計時。一人很難操作。另外，書本實驗步驟中用到5次“小心”，3次“注意”，一個“切勿”。操作過程中會出現濾紙片提早掉下、濾紙片碰到反應小室瓶口等問題。

2.2 引起實驗誤差的因素多。如旋轉和計時的時間差、反應過快讀數有誤差、反應小室沖洗不夠干凈、用手扶著量筒不穩，容易傾斜引起讀數誤差等。

3 實驗創新及改進之處

該實驗要成功，需要解決的主要問題有：①如何控制過氧化氫和酶的過早接觸？②如何科學讀取氧氣的產生量？③如何保證前后反應不會干擾？

3.1 對實驗材料進行改進

用肝臟研磨液浸泡濾紙條、然后將其晾干。干的濾紙條可以保存2周以上，使用時不用擔心濾紙上液體滴落，而且能發揮與肝臟研磨液等同的效果。

3.2 對實驗裝置進行改進及實驗原理

用500ml抽濾瓶作為反應小室，瓶邊開口連接定量或定性氣體檢測裝置。

3.2.1定性檢測原理 在抽濾瓶的出氣小孔上捆綁氣球。反應小室內產生氧氣使氣球變大，通過比較氣球的大小變化可直觀判斷產生的氧氣多少。

3.2.2 定量檢測原理 在抽濾瓶連接有刻度的U形管。反應小室內產生的氧氣的量引起U形管產生液面差，可定量記錄反應小室內產生的氧氣的體積。

4 實驗材料

3%過氧化氫溶液、肝臟研磨液、濾紙、U形管，pH緩沖液（pH4、pH7、pH9）、紅墨水、橡膠管、橡膠塞、小氣球、抽濾瓶、計時器等。

5 實驗過程

5.1 定性檢測

5.1.1 制作含肝臟研磨液的濾紙條，用剪刀剪成大小相同的紙片。

5.1.2 取2個抽濾瓶組裝出兩套實驗裝置。用繩子將小氣球捆在抽濾瓶邊的出口上。

5.1.3 分別在兩個抽濾瓶內裝5ml3%過氧化氫溶液，5mlpH4.0和pH7.0的緩沖液。取下瓶塞，在瓶塞內側貼一片含肝臟研磨液的濾紙片。

5.1.4 同時將兩個抽濾瓶旋轉180度，觀察比較氣球大小變化。

5.2 定量檢測

5.2.1 制作含肝臟研磨液的濾紙條，用剪刀剪成大小相同的紙片。

5.2.2 組裝實驗裝置：U形管內裝有適量紅墨水，記錄初始刻度，一側連接抽濾瓶。

5.2.3 用雙手捂住抽濾瓶身，檢查裝置氣密性。

5.3.4 向抽濾瓶內裝5ml3%過氧化氫溶液，5mlpH4.0的緩沖液。取下瓶塞，在瓶塞內側貼上一片濾紙片。

5.3.5 將抽濾瓶旋轉180度，同時開始計時，記錄U形管產生定量液面差所需要的時間，并做好記錄。

5.3.6 沖洗反應小室，重復上述實驗過程，測量pH4.0、pH7.0、pH9.0下U形管產生等量液面差所需要的時間。

6 實驗效果及反思

改進后的該裝置的優點是1、操作簡單。濾紙生放置在瓶塞上比較穩定，且不會有研磨液提高滴落，可以一人操作完成;2、現象明顯。定性檢測通過氣球大小變化可直觀判斷;3、科學準確。定量檢測通過U形管液面變化，記錄相同時間產生的液面差或是產生相同液面差所需要的時間，精確比較酶的活性大小。

用抽濾瓶作為反應小室，探究pH值對過氧化氫酶的影響有其一定的優勢，但仍然存在問題。在定量記錄某一時刻的氧氣釋放量時，因為氣體生成速率較快，且不能隨時暫停反應進程，這就需要快速準確地讀出U形管上刻度示數。筆者建議，可先用簽字筆在注射器的刻度線上做標記，待反應完全結束后，再記錄示數。此外，在一次反應結束后，需充分清洗注射器并用紙巾擦干，注意檢查注射器的氣密性是否良好，再準確吸取一定量的溶液。

參考文獻：

[1]吳相鈺，劉恩山.生物學必修l.分子與細胞.杭州：浙江科學技術出版，2005：66-67.

[2]白金鳳，”探究pH對酶活性的影響”實驗的質疑與改進.中學生物學，2017.33.7， 37-38.

1.浙江省永嘉中學 溫州市 永嘉縣 325100

2.永嘉縣橋下第一小學 溫州市 永嘉縣 325100