劉高云 （武漢市第一中學(xué) 湖北武漢 430020）

探究pH 對(duì)H2O2酶活性的影響實(shí)驗(yàn)是引導(dǎo)學(xué)生深入了解影響酶活性條件的重要素材，有助于學(xué)生全面理解影響酶活性的因素，進(jìn)而理解酶在細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)變中的地位和作用[1]。人教版生物學(xué)教材中通過(guò)設(shè)置6 個(gè)問(wèn)題提示，引導(dǎo)學(xué)生討論探究實(shí)驗(yàn)方案，這只能使學(xué)生定性了解酸、堿及中性條件下酶活性的變化。同時(shí)教材中未給出明確的實(shí)驗(yàn)裝置及具體的實(shí)驗(yàn)步驟，這對(duì)實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)造成較大的困難[2]。因此，筆者通過(guò)摸索與探究設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)易可行的定量檢測(cè)方案，既創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置，又能簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)步驟。設(shè)置該課題的探究實(shí)驗(yàn)旨在使學(xué)生親自設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)獲得酶的活性受pH 影響的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí)。定量化的實(shí)驗(yàn)研究不僅可使學(xué)生認(rèn)識(shí)酶活性的差別及范圍[3]，還可讓學(xué)生通過(guò)實(shí)際操作了解變量控制的一般方法，提高學(xué)生科學(xué)探究能力，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度[4]。筆者也希望通過(guò)改進(jìn)創(chuàng)新教學(xué)實(shí)驗(yàn)，為一線教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行該部分實(shí)驗(yàn)探究提供部分參考。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑 3%的H2O2溶液、H2O2酶（新鮮肝臟研磨液）、pH 分別為3、5、7、9、11 的緩沖液。

1.2 實(shí)驗(yàn)思路的設(shè)計(jì) 配制不同pH 的緩沖液，用不同pH 的緩沖液處理酶一段時(shí)間，再與底物充分反應(yīng)。用1 min 內(nèi)氧氣的產(chǎn)生量，代表pH 對(duì)酶活性的影響。

1.3 實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：1）如何定量測(cè)定生成的氧氣？2）實(shí)驗(yàn)試劑添加的部位和順序？3）如何實(shí)現(xiàn)5 組實(shí)驗(yàn)中，酶與底物同時(shí)反應(yīng)，以減小實(shí)驗(yàn)誤差？ 各小組分組討論，如何利用試管、橡皮塞和20 mL 注射器設(shè)計(jì)合適的實(shí)驗(yàn)裝置。

小組討論后，小組代表匯報(bào)各組討論的結(jié)果，其他組評(píng)價(jià)改進(jìn)。教師總結(jié)歸納如下：試管作為H2O2反應(yīng)室，注射器用于收集氣體，試管內(nèi)氣體的變化量代表了O2的產(chǎn)生量。二者之間用帶有注射器針頭的橡皮塞連接，緊密連接保證實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性。該設(shè)計(jì)裝置有以下特點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)用具簡(jiǎn)單，易操作；可收集氧氣，以便定量測(cè)定；氣體產(chǎn)生量可直接讀取；可實(shí)現(xiàn)5 組同時(shí)進(jìn)行測(cè)定，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。裝置如圖1。

圖1 探究不同pH 對(duì)H2O2 酶活性的影響實(shí)驗(yàn)裝置

2 實(shí)驗(yàn)操作

2.1 酶液的制備 取新鮮的豬肝剪碎研磨，用4 層紗布過(guò)濾，加水稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%。靜置吸取上清液備用。

2.2 緩沖液的配制 稱(chēng)取71.6 g Na2HPO4·12H2O，在1 000 mL 容量瓶?jī)?nèi)溶于蒸餾水中并定容，配制成0.2 mol/L Na2HPO4溶液。稱(chēng)取31.2 g NaH2PO4·2H2O，在1 000 mL 容量瓶?jī)?nèi)溶于蒸餾水中并定容，配制成0.2 mol/L NaH2PO4溶液。然后用上述2 種溶液及稀鹽酸、稀NaOH 配制pH 分別為3、5、7、9、11 的緩沖液，并用pH 計(jì)校正。

2.3 試劑的添加 取5 支潔凈的試管，分別編號(hào)并加入3 滴肝臟研磨液，再分別加入3 mL 不同pH的緩沖液。用5 支注射器分別吸入3 mL H2O2。

2.4 裝置的連接 依次將試管、橡皮塞、注射器緊密連接（圖2）。

圖2 實(shí)驗(yàn)裝置連接

2.5 分組操作 6 人一組，其中5 人每人手持一套實(shí)驗(yàn)裝置，1 人做計(jì)時(shí)員。5 人聽(tīng)從計(jì)時(shí)員口令，同時(shí)將H2O2推送至試管中，輕微振蕩，1 min 后記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（圖3）。每組實(shí)驗(yàn)依次按2.3～2.5 步驟重復(fù)3 次，記錄各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，求平均值。

圖3 實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程

2.6 結(jié)果處理 計(jì)時(shí)員統(tǒng)計(jì)收集數(shù)據(jù)后，小組長(zhǎng)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入Excel 軟件表格中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，繪制相應(yīng)的不同pH 對(duì)H2O2酶活性影響的曲線圖，從而訓(xùn)練學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理能力。由于試管內(nèi)氣體的變化量代表了O2的產(chǎn)生量，而3 mL 的H2O2液體注入試管會(huì)引起試管內(nèi)3 mL 的體積變化，所以需使用Excel 軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，即O2的實(shí)際產(chǎn)生量（mL）=注射器內(nèi)氣體變化量-3。教師引導(dǎo)學(xué)生分析曲線變化，得出相關(guān)結(jié)論。

3 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

1）橡皮塞上有針頭，使用時(shí)注意安全；2）反應(yīng)過(guò)程中要用手握緊橡皮塞和試管接口處；3）分工合作，裝置組裝完后，統(tǒng)一聽(tīng)計(jì)時(shí)員口令；4）每次量取不同pH 的緩沖液前，應(yīng)沖洗量筒。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論

按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)按2.3～2.5步驟重復(fù)3 次，記錄數(shù)據(jù)，求不同pH 條件下H2O2酶催化H2O2分解生成O2量的平均值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1 所示，使用Excel 軟件繪制曲線如圖4。教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：不同pH 對(duì)H2O2酶活性的影響不同，pH=7 左右時(shí)H2O2酶活性最大；pH＜7 時(shí)，隨pH 的增加酶活性增強(qiáng)，且pH=3 時(shí)H2O2酶活性幾乎完全喪失；pH＞7 時(shí)，隨pH 的增加酶活性降低，且pH=11 時(shí)H2O2酶活性極低。

表1 不同pH 條件下過(guò)氧化氫酶催化H2O2 分解生成的O2 量

圖4 不同pH 對(duì)過(guò)氧化氫酶活性的影響

5 討論

5.1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn) 本實(shí)驗(yàn)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：①實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)易，實(shí)驗(yàn)步驟簡(jiǎn)化，容易操作，使不同動(dòng)手能力的學(xué)生均能順利完成實(shí)驗(yàn)；②實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)讀取簡(jiǎn)易且準(zhǔn)確，注射器密封效果好，數(shù)據(jù)直接讀取，方便準(zhǔn)確；③實(shí)驗(yàn)時(shí)間縮短，實(shí)際操作約需7～8 min，學(xué)生可在課堂有限時(shí)間內(nèi)完成該實(shí)驗(yàn)；④增強(qiáng)學(xué)生合作探究能力，有效提升學(xué)生科學(xué)思維。該實(shí)驗(yàn)操作需要6 名學(xué)生同時(shí)分工合作共同完成，極大增強(qiáng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上合作探究的興趣和能力，使學(xué)生在合作學(xué)習(xí)和探究的過(guò)程中落實(shí)教學(xué)目標(biāo)。

5.2 實(shí)驗(yàn)反思 實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)時(shí)不能僅停留在理論的探討上，更要引導(dǎo)學(xué)生在主動(dòng)探究設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思路（裝置）的基礎(chǔ)上，在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)和解決更多的問(wèn)題。本課題通過(guò)將定性的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為定量的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生更為細(xì)致地探討pH 對(duì)酶活性范圍的影響，體現(xiàn)定量分析的價(jià)值。同時(shí)在實(shí)際教學(xué)中，通過(guò)本課題學(xué)習(xí)可提高學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)明確的實(shí)驗(yàn)思路的能力、設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)裝置的能力及對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析處理的能力。學(xué)生全程參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作活動(dòng)，進(jìn)一步理解了科學(xué)探究的過(guò)程、方法和技能。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中既有小組合作探究、討論、分享和數(shù)據(jù)處理，又有個(gè)人觀察、思考等形式，不僅能培養(yǎng)學(xué)生合作學(xué)習(xí)的能力，更能有效提升學(xué)生科學(xué)思維，真正落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)。