單志瓊

(廣東省深圳市高級中學(xué) 深圳 518040)

探究環(huán)境條件對酶活性影響是課標(biāo)規(guī)定實驗，尋找簡單易行的定量檢測方法，是教學(xué)活動的需要。筆者根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗對該實驗進行了探索改進和優(yōu)化設(shè)計，以探究底物濃度對酶促反應(yīng)速率的影響為例，利用濾紙片上浮法進行探究，實驗簡單易行，原理明晰，方法科學(xué)，材料易得，結(jié)果易辨。

1 實驗原理

土豆中含有豐富的過氧化氫酶，該酶能催化過氧化氫產(chǎn)生水和氧氣。通過榨汁研磨取得土豆研磨濾液，用吸附固定化方法將土豆中的過氧化氫酶固定于濾紙圓片。過氧化氫分解產(chǎn)生的氧氣氣泡可以使濾紙圓片上浮(濾紙片上浮法)，產(chǎn)生的氧氣越多，上浮至表面的時間越短。

2 材料與方法

2.1 試劑器具 過氧化氫溶液，打孔器，土豆，榨汁機(豆?jié){機)，燒杯若干，干燥定性濾紙。

2.2 土豆提取液(含過氧化氫酶)制備 200 g的土豆切成小塊，越小越便于榨汁機榨成漿糊狀，榨之前加適量無菌蒸餾水，量以覆蓋土豆塊為準(zhǔn)，機榨完畢進行過濾，濾液即為過氧化氫酶母液(可自定義為100單位，通過梯度稀釋制備不同濃度酶溶液)。

2.3 酶固定化 經(jīng)60℃干燥后的濾紙，用打孔器制成直徑為1 cm的圓片。將濾紙圓片放入土豆提取液中浸泡，使整個濾紙片均勻地潤透過氧化氫酶。

2.4 實驗設(shè)計 用梯度法稀釋過氧化氫溶液(可將全班分成若干組，每組研究一定范圍，例如A-1組研究0.1%、 0.3%、 0.5%、 0.7%、 0.9%， A-2組研究0.2%、 0.4%、 0.6%、 0.8%、 1.0%、 2.0%等，課前合理規(guī)劃，每個梯度組保證3個以上重復(fù))；清水為對照組。

2.5 實驗操作 取6個燒杯，編號1～6，分別裝入50 mL相應(yīng)濃度的過氧化氫溶液，處理后的濾紙片每10片一組加入上述編號1～6的含有不同濃度底物的燒杯中(每組10個濾紙片同時放入)，加入濾紙片即計時(底物溶液表層接觸濾紙片即計時開始)。統(tǒng)計每組濾紙片全部上浮所需要的時間，并做好記錄。濾紙片全部上浮至溶液表面即計時結(jié)束。

2.6 數(shù)據(jù)處理 設(shè)置多組平行重復(fù)組，取時間平均值用于酶促反應(yīng)速率計算。用所有濾紙上浮至表面所用的時間(或單位時間上浮至表面的濾紙數(shù))倒數(shù)(1/t)表述酶促反應(yīng)速率。

3 結(jié)果分析

表1是筆者課堂三組研究底物濃度對酶促反應(yīng)速率影響的實驗數(shù)據(jù)匯總。從表中可以看到，不同濃度的底物中，濾紙片上浮的時間不同。3.0% H2O2中快速產(chǎn)生大量氣泡，濾紙片未下沉到底部，最快的上浮時間僅為6 s；反應(yīng)最慢的1.0% H2O2濃度組，在50 s內(nèi)完成。清水對照組濾紙片不上浮，未見氣泡，說明未發(fā)生H2O2分解反應(yīng)。

以底物濃度對平均反應(yīng)速率作圖(圖1)，可見酶促反應(yīng)速率隨著底物濃度增加而提升。在底物濃度>1.0%時，提升速率減緩，說明一定的酶濃度范圍內(nèi)，反應(yīng)會達到飽和。

圖1 底物濃度對酶促反應(yīng)速率的影響曲線圖

4 實驗總結(jié)

(1) 選擇合適的底物濃度范圍。底物濃度太大，反應(yīng)速率快，濾紙不下沉，濃度太小，濾紙上浮速度慢，有限的課堂時間不允許。所以在進行正式實驗前必須進行預(yù)實驗確定。經(jīng)過多次實驗探究，本實驗中設(shè)置的H2O2濃度梯度范圍確定為0.1%～3.0%之間。

(2) 準(zhǔn)備足夠過氧化氫酶液，因為實驗把剛過濾得到的酶液自定義為100單位，如果實驗中途酶不夠用而重新制備酶液，就很難保證新舊酶液濃度一致，自定義100單位就失去了意義。同時，當(dāng)學(xué)生都用同一批酶液去研究酶濃度的影響，不同底物濃度的影響或研究其他因素，學(xué)生的數(shù)據(jù)都可以相互參考比較和分析。

(3) 選擇合適大小的濾紙圓片。濾紙圓片過大或過小，會影響濾紙上浮的速率，如果太大過重可能根本浮不上來。經(jīng)過多次修正，本實驗選擇直徑1 cm大小，最終各濃度上浮時間在5 s到1 min之間，既便于觀察又能在有限的時間內(nèi)完成所有實驗。其次，各個組別濾紙圓片大小一致是探究性實驗無關(guān)變量保持一致原則的要求。制備時可選取一個作為標(biāo)準(zhǔn)再進行剪裁。

(4) 準(zhǔn)確計時。本實驗的濾紙圓片上浮時間以秒計，所以精確計時才能得到客觀準(zhǔn)確的結(jié)果。學(xué)生分組時最好能夠團結(jié)合作，一人發(fā)號指令，一人控制計時工具，如秒表、手機等。

(5) 做好分組和數(shù)據(jù)統(tǒng)計。本實驗可安排為1課時，實驗課前教師要做好細致的準(zhǔn)備工作，首先對全班學(xué)生進行合理分組，可以3人一組，每三組研究同一個影響因素作為平行重復(fù)來進行對比分析，以節(jié)省時間。其次設(shè)計一個用于全班記錄結(jié)果的表格很有必要，便于結(jié)果統(tǒng)計分析，得出正確結(jié)論。

表2為筆者設(shè)計的結(jié)果記錄表，若探究其他條件可相應(yīng)修改表中條件部分，此表同時可用于記錄一個班級的分組研究結(jié)果。研究者可清晰地通過這個表格橫向縱向比較結(jié)果，得出結(jié)論，深入理解酶的作用機制。此表也可以改用于探究溫度、pH、底物濃度等因子對酶促反應(yīng)速率的影響。

表2 實驗結(jié)果記錄表

本實驗是典型的探究性實驗，在教授實踐過程中可以很好地讓學(xué)生體會并貫徹探究性實驗的四大原則：科學(xué)性原則、單一變量原則、對照原則和平行重復(fù)原則。同時在領(lǐng)悟探究性實驗的過程中，讓學(xué)生自主理解各種變量(如自變量、因變量、無關(guān)變量等)，讓學(xué)生從實驗中理解、生成并升華理論知識，同時鍛煉學(xué)生的動手操作能力，提高學(xué)生的思考和邏輯分析能力。