对“酵母细胞的固定化实验”中若干问题的探究及实验改进

王梅霞

摘 要：对高中生物选修教材“酵母细胞的固定化实验”中存在的若干问题进行分析，并提出行之有效的实验改进方案。

关键词：固定化;酵母细胞;过氧化氢酶;实验改进

一、教材分析

酵母细胞的固定化实验是人教版普通高中课程标准实验教科书生物选修1《生物技术实践》专题4《酶的研究与应用》中第三个课题的实验。该实验原理简单易懂，实验操作过程也不复杂。按照教材提供的方法和步骤在一节实验课的时间里完成菌体活化、溶液配制和固定化并最终得到凝胶珠是完全可行的。但仅仅按照教材提示完成实验操作并不能很好地解决教学中的问题。通过对教学过程中相关问题的思考和反复实验，笔者对该实验进行了一些拓展和改进。

二、实验改进与拓展

1.包埋法真的不适合固定小分子的物质吗？

教材第50页中介绍：“一般来说，酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化，而细胞多采用包埋法固定化。这是因为细胞体积大，而酶分子很小，体积大的细胞难以被吸附或结合，而体积小的酶很容易从包埋材料中漏出。”关于这一点能否通过实验进行验证呢？在实验教学中，我让学生在酵母细胞和海藻酸钠的混合溶液中滴加了几滴红墨水，这样做出来的凝胶珠就带有了颜色。将固定好的红色凝胶珠转移入葡萄糖溶液进行发酵实验时会出现发酵液变红的现象。通过直观的现象可以让学生很好地理解包埋法的适用范围。

2.包埋后的酶或细胞还有活性吗？其活性有变化吗？

课本实验采用酵母菌作为实验材料进行包埋固定，通过凝胶珠发酵葡萄糖的实验来研究固定化操作对酶或细胞的影响。从理论上分析实验是可行的，但是实际操作中会遇到很多问题：（1）课堂实验时间有限，仅有45分钟，而酵母菌发酵葡萄糖需要一段时间才会出现相应的产物。实验不能在一节实验课中完成。（2）酒精的检测不易进行。利用酸性重铬酸钾检测酒精的原理是乙醇具有一定的还原性能够被酸性重铬酸钾溶液氧化。但是发酵液中的葡萄糖同样具有还原性，因此实验结果的可信度不高。上述问题可以通过改变实验材料来解决。在实验教学中我让学生进行了过氧化氢酶（猪肝研磨液）的固定并研究了固定化酶的活性。实验采用教材提供的固定化方法，固定化效果的研究采用图1所示装置。两个注射器之间通过软管相连通，左侧注射器内装有过氧化氢溶液，右侧注射器内为过氧化氢酶（固定化形成的凝胶珠或猪肝研磨液），当底物和酶接触，反应开始时用夹子将软管夹紧。

实验过程：取游离的和固定化的过氧化氢酶各1毫升置于50毫升的注射器中，分别加入2毫升3%的过氧化氢溶液，充分反应后记录注射器刻度。如图2所示（左边注射器内为游离酶催化过氧化氢的反应，右侧注射器内为固定化酶催化过氧化氢的反应）。重复试验分别记录达到反应平衡（注射器相应刻度）所需要的时间。通过实验发现利用1毫升猪肝研磨液催化2毫升3%过氧化氢溶液分解仅需要8秒钟即可达到反应平衡，而利用固定化的凝胶珠则需要2分18秒。通过实验学生很容易得出固定化对酶促反应的影响。

3.固定化酶（细胞）可以反复利用吗？

采用猪肝研磨液作为实验材料使研究固定化酶是否可以重复使用变得简单可行。取固定好的凝胶珠与过氧化氢混合反应后，将凝胶珠取出冲洗后再次重复实验，可以证明固定化的过氧化氢酶是可以反复利用的。每次反应仅需要两到三分钟，并且实验现象容易观察和测量笔者认为其课堂教学的效果要优于固定化的酵母细胞。

三、结语

“科学探究”是高中生物学科核心素养的重要内容之一，而实验教学是进行科学探究的重要手段。在实际教学中，实验教学往往受教学条件、实验器材、课时数量等的限制，开展一节实验课费时费力，如果实验课结束，实验不成功，或者实验效果不明显，将会打击学生学习的积极性，严重影响课堂教学效果。

改进后的实验取材方便，可操作性强，用时短，实验现象明显，实验结果容易测量，使固定化酶的催化反应既可以定性也可以定量研究。在一定程度上解决了教材上实验方案的不足，可以作为教材实验的补充在中学课堂中推广。

参考文献：

[1]季忠云.“酵母细胞的固定化”实验方法的优化[J].生物学教学，2015，40（3）：56-57.

[2]楊凤华.细胞固定化实验的几点思考[J].生物学教学，2012，37（7）：46-47.