“探究pH对过氧化氢酶的影响”实验改进

张 怡 王伟贤 姜若宏 陈文荣

（浙江师范大学化学与生命科学学院 浙江金华 321004）

“探究pH 对过氧化氢酶的影响”是浙科版高中生物学必修1“酶”中的实验内容。教材中的实验设计是将浸过鲜肝匀浆的滤纸片贴在反应小室内上壁，分别加入不同pH 值的缓冲液及3%的H2O2溶液，并利用排水法观察与反应小室相连的量筒内单位时间氧气的释放量［1］。

但在实际操作过程中，由于滤纸片易脱落，或在加入H2O2溶液时易与滤纸片接触，从而使反应提前进行。用排水法收集气体对装置的气密性要求较高，实验中需要一直扶着量筒保证位置不发生变化，极大增加了学生实验操作的难度。为保证实验的有效进行，目前已有不少一线教师对该项实验装置进行了改进。刘伟权［2］将装置设计成由2支型号相同的注射器，取其中一支吸取一定量的H2O2溶液注射到贴有滤纸片的注射器中，观察并记录单位时间内气体的变化。然而，通过滤纸片浸过鲜肝匀浆的方法控制酶量，存在滤纸片大小、吸附能力无法统一的缺点，导致实验结果出现一定误差［3］。因此，本文在此基础上进一步优化了实验方案，由2 支不同型号的注射器（20 mL 和1 mL）和一段硅胶管构成，旨在为中学实验“探究pH 对过氧化氢酶的影响” 提供一套操作简便、成功率较高的实验装置。

1 材料与方法

1.1 材料 肝匀浆：菜市场购入新鲜猪肝，吸去表面血渍，称重，按1∶10 的质量体积比加入蒸馏水研磨充分，然后在4℃，4 000 r／min，离心10 min，取上清液即得肝匀浆。

1.2 试剂 3%的H2O2溶液，pH 值分别为5.0、6.0、7.0、8.0 的磷酸盐缓冲溶液（称取10.68 g NaH2PO4·2H2O 和4.40 g Na2HPO4·12H2O 溶解定容到1 000 mL，配制成0.5 mol／L pH＝6.0 的磷酸盐缓冲液，用NaH2PO4或Na2HPO4分别调pH 值为5.0、7.0、8.0）。

1.3 方法 使用20 mL 注射器（a）吸取1 mL 质量分数为3%的H2O2溶液和1 mL pH＝5.0 的磷酸盐缓冲溶液，使用1 mL 注射器（b）吸取0.2 mL肝匀浆，用硅胶管使2 支注射器相连，将b 注射器中的肝匀浆推入a 注射器中，推住b 注射器，使H2O2溶液与肝匀浆充分混合，准确记录0.5 min、1.0 min、1.5 min 时a 注射器内体积变化。以相同的方法分别测得pH 值分别为6.0、7.0、8.0 时的氧气释放量，每个pH 值重复测定3 次。用Excel统计各组结果，计算每组氧气释放量平均值和标准差，采用SPSS 软件进行单因素方差分析比较不同处理间的差异（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 pH 值对过氧化氢酶的影响 不同pH 值对过氧化氢酶催化H2O2溶液分解的速率影响不同。由表1可知，在pH＝5.0～8.0 范围内，随着pH 值的上升，过氧化氢酶催化H2O2溶液的氧气生成速率呈现先上升后下降的变化趋势，其中pH＝7.0时氧气生成速率达到最大值，为4.1 mL／min。而在pH 值分别为5.0、6.0、8.0 时，过氧化氢酶催化H2O2溶液的氧气生成速率都有所下降，分别为2.9 mL／min、3.5 mL／min、3.7 mL／min。由此可见，过氧化氢酶的活性在pH＝7.0 左右存在一个最适值，pH 值偏大或偏小都会降低过氧化氢酶的活性，从而限制H2O2溶液的氧气生成速率。

表1 不同pH 值时过氧化氢酶催化3%的H2O2 溶液的氧气释放量

图1 注射器内1.5 min 时氧气释放量

2.2 实验装置改进后的优势 改进后的实验装置可以通过1 mL 注射器准确控制肝匀浆的用量，保证过氧化氢酶数量的统一，同时也避免了酶液提前与H2O2溶液发生反应。再连接20 mL 注射器可以快速测得氧气生成速率，从而间接比较不同pH值下过氧化氢酶的活性。实验过程中学生无须一直扶着实验装置，可以解放双手，更专注地观察并记录实验现象。此外，实验操作简便，现象明显，成功率较高，可以激发学生进行实验探究的兴趣。

3 结论与讨论

“探究pH 对过氧化氢酶的影响”实验中，实验装置的设计是关键。笔者在重复刘伟权的实验方法时发现，2 支同为20 mL 注射器时，产生的压力要远大于1 mL 与20 mL 的组合。推住b 注射器的手需要用较大力，且持续1.5 min，这对于力量较小的学生来说，可能较为吃力。但若平放装置，读取并记录2 支注射器活塞移动的空间大小之和，则会增大读数误差。改进后的实验装置，由1 mL 注射器控制过氧化氢酶的用量，1 mL 注射器的最小刻度为0.01 mL，可以较为准确地量取等量的肝匀浆，且相对于滤纸片更为客观，有利于提高学生对酶反应高效性的认识。而用滤纸片浸在猪肝研磨液中相同时间并取出适当晾干后，分别进行催化H2O2溶液分解，期间第1 片滤纸片与之后的滤纸片之间存在一定的时间误差，可能会造成酶液的流失，影响实验结果。实验集气装置将教材中的量筒改为20 mL 的注射器，易于氧气生成量的读数。教材中量筒倒扣在水中，刻度线示数与正常测量时相反。学生在进行读数时还需要扶着量筒保证位置不发生变化，这就会增加学生的读数难度，无法保证视线始终与凹液面最低处相平，致使读数偏大或偏小。改进后的实验装置仅由1 mL 和20 mL 注射器以及硅胶管组成，这些材料易获得，教师开展该项实验教学可不受时间地理的影响，值得推广。

注射器气量法作为一种简易装置，探究pH值对过氧化氢酶的影响有其一定的优势，但仍然存在问题。在记录某一时刻的氧气释放量时，由于气体生成速率较快，且不能随时暂停反应进程，这就需要学生快速准确地读出注射器示数。笔者认为，可先用签字笔在注射器的刻度线上做标记，待反应完全结束后，再记录示数。此外，在一次反应结束后，需充分清洗注射器并用纸巾擦干，注意检查注射器的气密性是否良好，再准确吸取一定量的溶液。