单志琼

(广东省深圳市高级中学 深圳 518040)

探究环境条件对酶活性影响是课标规定实验，寻找简单易行的定量检测方法，是教学活动的需要。笔者根据多年的教学经验对该实验进行了探索改进和优化设计，以探究底物浓度对酶促反应速率的影响为例，利用滤纸片上浮法进行探究，实验简单易行，原理明晰，方法科学，材料易得，结果易辨。

1 实验原理

土豆中含有丰富的过氧化氢酶，该酶能催化过氧化氢产生水和氧气。通过榨汁研磨取得土豆研磨滤液，用吸附固定化方法将土豆中的过氧化氢酶固定于滤纸圆片。过氧化氢分解产生的氧气气泡可以使滤纸圆片上浮(滤纸片上浮法)，产生的氧气越多，上浮至表面的时间越短。

2 材料与方法

2.1 试剂器具 过氧化氢溶液，打孔器，土豆，榨汁机(豆浆机)，烧杯若干，干燥定性滤纸。

2.2 土豆提取液(含过氧化氢酶)制备 200 g的土豆切成小块，越小越便于榨汁机榨成浆糊状，榨之前加适量无菌蒸馏水，量以覆盖土豆块为准，机榨完毕进行过滤，滤液即为过氧化氢酶母液(可自定义为100单位，通过梯度稀释制备不同浓度酶溶液)。

2.3 酶固定化 经60℃干燥后的滤纸，用打孔器制成直径为1 cm的圆片。将滤纸圆片放入土豆提取液中浸泡，使整个滤纸片均匀地润透过氧化氢酶。

2.4 实验设计 用梯度法稀释过氧化氢溶液(可将全班分成若干组，每组研究一定范围，例如A-1组研究0.1%、 0.3%、 0.5%、 0.7%、 0.9%， A-2组研究0.2%、 0.4%、 0.6%、 0.8%、 1.0%、 2.0%等，课前合理规划，每个梯度组保证3个以上重复)；清水为对照组。

2.5 实验操作 取6个烧杯，编号1～6，分别装入50 mL相应浓度的过氧化氢溶液，处理后的滤纸片每10片一组加入上述编号1～6的含有不同浓度底物的烧杯中(每组10个滤纸片同时放入)，加入滤纸片即计时(底物溶液表层接触滤纸片即计时开始)。统计每组滤纸片全部上浮所需要的时间，并做好记录。滤纸片全部上浮至溶液表面即计时结束。

2.6 数据处理 设置多组平行重复组，取时间平均值用于酶促反应速率计算。用所有滤纸上浮至表面所用的时间(或单位时间上浮至表面的滤纸数)倒数(1/t)表述酶促反应速率。

3 结果分析

表1是笔者课堂三组研究底物浓度对酶促反应速率影响的实验数据汇总。从表中可以看到，不同浓度的底物中，滤纸片上浮的时间不同。3.0% H2O2中快速产生大量气泡，滤纸片未下沉到底部，最快的上浮时间仅为6 s；反应最慢的1.0% H2O2浓度组，在50 s内完成。清水对照组滤纸片不上浮，未见气泡，说明未发生H2O2分解反应。

以底物浓度对平均反应速率作图(图1)，可见酶促反应速率随着底物浓度增加而提升。在底物浓度>1.0%时，提升速率减缓，说明一定的酶浓度范围内，反应会达到饱和。

图1 底物浓度对酶促反应速率的影响曲线图

4 实验总结

(1) 选择合适的底物浓度范围。底物浓度太大，反应速率快，滤纸不下沉，浓度太小，滤纸上浮速度慢，有限的课堂时间不允许。所以在进行正式实验前必须进行预实验确定。经过多次实验探究，本实验中设置的H2O2浓度梯度范围确定为0.1%～3.0%之间。

(2) 准备足够过氧化氢酶液，因为实验把刚过滤得到的酶液自定义为100单位，如果实验中途酶不够用而重新制备酶液，就很难保证新旧酶液浓度一致，自定义100单位就失去了意义。同时，当学生都用同一批酶液去研究酶浓度的影响，不同底物浓度的影响或研究其他因素，学生的数据都可以相互参考比较和分析。

(3) 选择合适大小的滤纸圆片。滤纸圆片过大或过小，会影响滤纸上浮的速率，如果太大过重可能根本浮不上来。经过多次修正，本实验选择直径1 cm大小，最终各浓度上浮时间在5 s到1 min之间，既便于观察又能在有限的时间内完成所有实验。其次，各个组别滤纸圆片大小一致是探究性实验无关变量保持一致原则的要求。制备时可选取一个作为标准再进行剪裁。

(4) 准确计时。本实验的滤纸圆片上浮时间以秒计，所以精确计时才能得到客观准确的结果。学生分组时最好能够团结合作，一人发号指令，一人控制计时工具，如秒表、手机等。

(5) 做好分组和数据统计。本实验可安排为1课时，实验课前教师要做好细致的准备工作，首先对全班学生进行合理分组，可以3人一组，每三组研究同一个影响因素作为平行重复来进行对比分析，以节省时间。其次设计一个用于全班记录结果的表格很有必要，便于结果统计分析，得出正确结论。

表2为笔者设计的结果记录表，若探究其他条件可相应修改表中条件部分，此表同时可用于记录一个班级的分组研究结果。研究者可清晰地通过这个表格横向纵向比较结果，得出结论，深入理解酶的作用机制。此表也可以改用于探究温度、pH、底物浓度等因子对酶促反应速率的影响。

表2 实验结果记录表

本实验是典型的探究性实验，在教授实践过程中可以很好地让学生体会并贯彻探究性实验的四大原则：科学性原则、单一变量原则、对照原则和平行重复原则。同时在领悟探究性实验的过程中，让学生自主理解各种变量(如自变量、因变量、无关变量等)，让学生从实验中理解、生成并升华理论知识，同时锻炼学生的动手操作能力，提高学生的思考和逻辑分析能力。