“温度对酵母菌过氧化氢酶活性影响”的实验探究

胡 静 刘 颖 解凯彬

(江苏省南京师范大学教师教育学院 210000)

“探究温度对酶活性的影响”是高中生物学中的一个经典实验，教材中给出的实验材料是淀粉酶。而对于中学常用的过氧化氢酶，由于H2O2在加热过程中会自分解，众多教师认为不能采用H2O2作为“探究温度对酶活性的影响”的实验材料[1]，2013年江苏生物学高考也将此作为知识点进行考察。然而，笔者发现美国教材中采取了H2O2作为该探究的实验材料[1]。

H2O2作为实验材料究竟是否可行，其在加热条件下的自分解对实验结果的影响有多大？为了探明H2O2作为实验材料的可行性，笔者设计了以下的实验。

1 实验设计

1.1 实验材料 30%体积分数的H2O2溶液，安琪牌高活性干酵母，蒸馏水。

1.2 实验器材 快速恒温数显水箱(型号：HH-42，下面简称恒温水箱)，电子天平(称量纸)，4支20 mL的玻璃注射器，两段长约5 cm左右的乳胶管，止水夹，烧杯(50 mL×2，500 mL，100 mL×2)，锥形瓶(250 mL×1)，量筒(100 mL×1，5 mL×1)，温度计×2，玻璃棒，吸水纸，一次性手套，白色透明塑料袋，标签纸，标记笔。

1.3 实验前期准备 ①配制质量分数为2% 的酵母菌溶液100 mL(28℃活化2 h)作为过氧化氢酶溶液；②配制体积分数为1% 的H2O2溶液300 mL；③实验温度梯度设置：0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃。

1.4 实验步骤 ①设置实验组与对照组(表1)；②分别将实验组、对照组按表1的设置吸入相应的溶液，用乳胶管连接注射器A和B，在乳胶管上夹上止水夹后，放置在装有塑料袋的恒温水箱中保温10 min(装置见图1[2])；③10 min后立即观察并记录注射器A和B的刻度变化；④打开止水夹，将注射器A中的液体匀速推至注射器B中，立刻关闭止水夹，计时并记录注射器B活塞的刻度，盖上恒温水箱，5 min 后记录注射器B活塞的刻度，接着计算注射器B活塞前后的刻度变化量，重复实验3次；⑤改变恒温水箱温度设置，重复②～④。

表1 实验组与对照组的设置

图1 实验装置示意图

1.5 数据分析 将对照组、实验组3次的实验数据录入Excel表中，取三次实验数据的平均值。

2 结果与分析

保温10 min后，实验组、对照组的注射器A、B的刻度均没有发生变化，由此可得，在加热保温过程中H2O2未发生明显的自分解。将不同温度梯度下的注射器B活塞刻度的变化量绘制成曲线(图2)，由图可见：0℃～60℃的温度梯度中，对照组活塞移动的平均速率都为0。没有酶的作用，H2O2在保温后的5 min内未发生明显的自分解。由实验组数据可发现，随着温度的升高，活塞刻度的变化量先上升后下降，在30℃时，活塞刻度的变化量最大。由此可知，酶的活性先升高后下降，最适温度在30℃左右，60℃时彻底失活，符合温度对酶活性影响的一般规律。

图2 温度对H2O2酶活性影响的数据分析

3 结论

本实验以5 min内注射器B刻度的变化量间接表示H2O2酶的活性，实验证明，H2O2的自分解不足以对实验结果造成影响，使用H2O2作为“探究温度对酶活性的影响”能够较好地达到实验效果。在0℃～60℃的温度梯度中，随着温度的升高，酵母菌过氧化氢酶的活性先升高后下降，最适温度在30℃左右，60℃时彻底失活。

4 实验注意事项

(1)在酶液的选取上，本实验曾选择20%新鲜的猪肝研磨液作为酶源，但在实际操作的过程中发现，猪肝采购麻烦、研磨费时费力，且腥味较大，相比之下，在课堂教学过程中使用酵母菌溶液更为方便。另外，由于酶的高效性，酶用量过多，底物浓度过高，都会使反应过于激烈，从而将注射器活塞推出刻度范围之外。因此，经过不断的尝试，笔者最终选取了质量分数为2%的酵母菌液和体积分数为1%的H2O2溶液，在节省材料的同时又能很好地达到实验效果。

(2)用注射器吸取溶液，将H2O2推进酶液中反应5 min，为了避免酶液和H2O2的温度在这段时间内降低，可将注射器放置在相应温度下装有塑料袋的恒温水箱中。塑料袋的使用，既能维持注射器内溶液的温度，又能巧妙地将水和注射器隔开。

(3)本实验以酵母菌液作为酶源，但酵母菌体内的其他过氧化物酶也能够催化H2O2的分解，可能对实验结果造成影响。因此，为了避免其他因素的干扰，建议提取粗酶液进行实验。

(4)30%的H2O2具有较强的腐蚀性，因此在实验过程中，需要提醒学生佩戴手套，注意实验安全。