“探究pH对过氧化氢酶的影响”实验改进

黄艳

摘要 分析了浙科版教材中“探究pH对过氧化氢酶的影响”实验装置的不足之处，提出了改进装置的方案和实验步骤，且将装置进一步优化后，可用于“探究酶的专一性”实验等，实现一套装置多种用途，直观而高效，易于在普通高中推广使用。

关键词 pH 过氧化氢酶 专一性 实验改进

中图分类号Q-331

文献标志码B

“探究pH对过氧化氢酶的影响”实验是浙科版普通高中课程标准实验教科书《必修1·分子与细胞》中的一个重要的探究实验。实验目的是让学生通过实验探究了解pH对酶活性的影响。科学探究是高中生物学科学探究的重要内容之一，教学通过对该实验的改进与创新，可以增强学生对自然科学的好奇心和求知欲，培养学生实验设计、独立操作及数据分析的能力，拓展学生的科学思维，帮助学生认识生物科学的价值和树立勇于创新，敢于实践的科学态度。

1 教材实验装置分析

教材中的实验装置所需实验材料和试剂如图1所示：将浸泡过新猪肝匀浆液的滤纸片贴在反应小室的上侧，下侧加入H202溶液和pH缓冲液，进行反应时将小室旋转180°;拖盘的右侧是气体收集装置，采用排水法测定气体体积。在上述实验操作过程中，学生提出2个问题：①pH缓冲液还没发生影响时，鲜肝匀浆液（含H202酶）与H2O2溶液已发生反应;②整个实验必须要在水环境中进行，需要一直扶着量筒，保证其位置不动，操作十分不便。为了解决述上问题，笔者重新设计了实验装置，经实践发现，改进后的实验操作简便，现象明显，能高效完成课堂实验教学。

2 实验装置改进方案

2.1实验材料

新肝匀浆，体积分数为3%的H2O2溶液，pH缓冲液，红墨水，淀粉酶，蔗糖酶，10 mL的量筒，10 mL PE管、50 mL PE管，大试管，烧杯，玻璃弯管，橡皮管，移液器，移液枪头，铁架台，止水夹，亚克力板，塑料网格。

2.2实验装置设计

（1）双重反应小室：笔者将教材中的单个反应小室改为双重反应小室（图2）：取10 mL的PE管，在管底倾斜一侧开一个小缺口，将PE管的瓶口固定到橡皮塞上，再将橡皮塞塞到大试管口，形成双重下反应小室。在反应小室①加3%的H202溶液，反应小室②加新猪肝匀浆液和pH缓冲液，这样就可以让酶先与缓冲液作用，再与H202溶液发生反应。将大试管倾斜45°固定在铁架台上，整个反应体系装置搭建完畢（图3）。

（2）气体测定：仍然采用排水法来测定产生氧气的体积，但在装置上进行了创新。为了使产生的气体排出大试管，在橡皮塞的中央开了一个小孔，插上玻璃管，然后取50 mL的PE管，在其盖子和管底各固定一个小管，盖子上端的小管通过橡皮管与大试管塞的玻璃管相连接（图4）。单组实验装置搭建图5如示，PE管中装清水，下端放量筒。

2.3实验操作步骤

（1）先将H2O2溶液加入到反应小室①中。

（2）塞紧试管口，打开止水夹，使反应体系气体平衡，待气体平衡后，取一支量筒置于下端。

（3）将试管旋转90°，使反应小室①中的H202溶液沿着小缺口流入反应小室②（试管）中，反应开始。

（4）分别在30 s和1 min时，读取量筒中水平面的刻度并记录。为了使观察的现象更为明显，笔者在清水中滴加了几滴红墨水。

2.4 多组实验装置设计及操作

（1）“同时探究不同pH缓冲对过氧化氢酶影响”实验。

为了能够同时对多组实验现象进行对比观察，笔者设计了一个可以旋转90°的试管架该试管架由4块亚克力板组装而成，中间固定两块平行的网格，网格可以放置多只试管。利用这个装置，可以同时探究不同pH对过氧化氢酶的影响。设置三组实验，三支大试管中分别放置pH为4、10、7的缓冲液，进行实验时只需将试管架旋转90°，三组即可同时发生反应（图6）。

（2）“探究酶专一性”实验。

上述多组实验装置不仅可以用于“探究不同pH对过氧化氢酶的影响”，还可以用于“探究酶专一性”实验。设置三组实验，各组反应小室①中加入H202溶液，反应小室②分别加入蔗糖酶、淀粉酶和新猪肝匀浆液，即可进行实验探究。

3 实验结果及分析

3.1三种不同pH缓冲液对过氧化氢酶的影响

通过上述实验装置进行实验，观察现象可以得出下列实验结果：大约1 min的反应时间内，加pH为4、10、7缓冲液的三支试管中都有气泡产生，其中pH为7的缓冲液试管中气泡最多，利用排水法测定产生氧气的量，量筒收集水的体积分别为1.2、3.5、6.9 mL。实验结果说明，过氧化氢酶适宜pH在7左右，对酸性环境的耐受性较低，容易失活;而对碱性环境耐受性相对较高，不易失活。笔者的实验结果与李毅等探究不同pH缓冲液对过氧化氢酶影响的研究结果是一致。研究结果表明，酶需要在一定的pH范围内起作用，而且在某一 pH下作用最强，过酸或过碱的环境都会使酶变性失活。

3.2“探究酶专一性”实验

加蔗糖酶、淀粉酶和新猪肝匀浆液三支试管中，只有加猪肝匀浆液产生大量气泡，加其他2种酶的试管中产生气泡量为0。15 s时量筒收集水的体积分别为0、0、4.7 mL。实验结果说明，酶催化作用具有专一性的特点。

4教学反思

在实验教学中正视学生的想法，让学生亲身经历整个实验过程，培养了学生实验设计能力和创造性思维能力，正是21世纪培养学生所需的核心素养。回顾整个实验设计，有以下几个创新点：

（1）注重学科交叉及科学思维。

本实验虽然是一个生物学实验，但它与化学、物理学科的相关原理紧密联系。笔者抓住学科之间的联系，利用H202分解产生02的化学反应与酶的催化作用巧妙联系起来;利用气压平衡原理，将PE管中的水压到量筒，用于测定产生02的体积，使整个实验不用在水环境中进行，极大简化了实验流程，且实现了化学、物理和生物学科之间的交叉渗透。同时，将单组实验优化为同时段的多组实验，充分拓展了学生的科学思维。

（2）注重实验装置的实用性与推广可行性。

上述实验装置制作简单，操作方便，一套装置多种用途，大大缩短实验时间，使现象更清晰明显，实现了实验教学的高效性。且所用材料生活中易得，成本低，易于在普通高中推广使用。