應用土豆切片探究pH對酶活性影響的研究

狄廷春

(江蘇省鹽城市亭湖高級中學 224000)

1 引言

“探究pH對酶活性的影響”是蘇教版高中生物學必修1模塊第4章第1節“ATP和酶”中的探究性實驗。主要圍繞酶的催化特性展開，通過實驗課程的學習能夠很好地幫助學生理解和建立酶的概念，同時學習實驗設計，因此本實驗占有非常重要的地位。教材建議的方法是： 將若干同樣大小的濾紙片(1cm2)浸入酵母菌溶液，取出后晾干，濾紙片上附著有過氧化氫酶。即實驗中過氧化氫酶是通過將濾紙片浸入酵母菌溶液從而獲得的，需要事先準備酵母菌溶液、濾紙片，浸泡一段時間后取出并晾干。實驗材料復雜，操作繁瑣。

過氧化氫酶廣泛存在于各種動植物材料中，如豬肝研磨液、土豆、蘿卜等，能否用這些簡單的材料直接檢測酶活性呢？筆者應用自制的新鮮土豆片探究pH對酶活性的影響。

2 實驗原理和方法

2.1 實驗原理 土豆富含過氧化氫酶，在過氧化氫溶液中，由于土豆片中過氧化氫酶的催化，過氧化氫分解產生氧氣泡附著在土豆片上，隨著氧氣泡的增多，燒杯底部的土豆片會逐漸上浮，直至水面。pH對酶促反應速率有一定的影響。在最適pH條件下，酶活性最大，土豆片周邊的氣泡多，上浮速率最大；高于或低于此pH，酶活性均降低，土豆片的上浮速率降低。

2.2 材料和試劑 土豆，打孔器，切片器，燒杯，過氧化氫溶液，鑷子，培養皿，計時器，筆式酸度計等。

2.3 實驗步驟 ①切片器切取土豆片(厚度約1mm)，用打孔器獲取土豆小圓片若干放置于培養皿中并加蓋；②在5只燒杯中盛入體積分數為2%、pH分別為3、5、7、9、11的過氧化氫溶液，使用筆式酸度計校對溶液的pH；③在每個燒杯中放入相同數量的土豆片(3片以上)；④用計時器記錄土豆片上浮所用的時間(t)。以1/t為縱坐標(酶促反應速率)、pH為橫坐標，繪制曲線圖。

3 實驗結果和分析

運用上述實驗方法進行實驗，記錄各組溶液中土豆片上浮時間，結果顯示pH為3、5、7、9、11的過氧化氫溶液中土豆片的平均上浮時間依次為18′28″、12′76″、7′70″、10′79″、11′64″。再以1/t(反應速率)為縱坐標，pH為橫坐標繪制曲線圖(圖1)。由圖可知過氧化氫酶的最適pH為7左右，高于或低于此pH，酶活性均降低。

圖1 不同pH條件下土豆片上浮速率

4 討論

采用土豆制備過氧化氫酶。土豆是生活中常見的一種食材，取材方便，土豆片的制作簡單，課堂中學生可以自己動手制作土豆片，有效提高學生參與度、學習的熱情，同時可以簡化實驗操作，而且材料貼近生活，體現了生物科學與生活實踐的緊密聯系。

土豆片的制作。要求土豆片大小、厚薄相同，以便控制無關變量，因此筆者選擇了兩個較為實用的器材： 打孔器(直徑1cm)和手動土豆切片器(可調節厚度0.5mm～5mm)。打孔器可以保證土豆的大小相同，手動土豆切片器可保證土豆厚薄均勻。土豆片的厚度應控制在1mm左右。土豆片過厚，可能導致上浮時間長甚至不能上浮；過薄，上浮時間短，五組實驗的時間區分度不高。通過多次實驗摸索，最終確定土豆片厚度為1mm最佳。

使用筆式酸度計測量溶液的pH值。筆式酸度計是一種常用的儀器設備，主要用來快速、精密測量液體介質的酸堿度值，可精確到小數點后一位。用筆式酸度計代替pH試紙，可以更加精準地控制自變量，提高實驗結果的可信度。

本實驗所選用的過氧化氫溶液濃度低，僅為2%，可減小堿性環境對過氧化氫的作用對本實驗帶來的影響。