应用土豆切片探究pH对酶活性影响的研究

狄廷春

(江苏省盐城市亭湖高级中学 224000)

1 引言

“探究pH对酶活性的影响”是苏教版高中生物学必修1模块第4章第1节“ATP和酶”中的探究性实验。主要围绕酶的催化特性展开，通过实验课程的学习能够很好地帮助学生理解和建立酶的概念，同时学习实验设计，因此本实验占有非常重要的地位。教材建议的方法是： 将若干同样大小的滤纸片(1cm2)浸入酵母菌溶液，取出后晾干，滤纸片上附着有过氧化氢酶。即实验中过氧化氢酶是通过将滤纸片浸入酵母菌溶液从而获得的，需要事先准备酵母菌溶液、滤纸片，浸泡一段时间后取出并晾干。实验材料复杂，操作繁琐。

过氧化氢酶广泛存在于各种动植物材料中，如猪肝研磨液、土豆、萝卜等，能否用这些简单的材料直接检测酶活性呢？笔者应用自制的新鲜土豆片探究pH对酶活性的影响。

2 实验原理和方法

2.1 实验原理 土豆富含过氧化氢酶，在过氧化氢溶液中，由于土豆片中过氧化氢酶的催化，过氧化氢分解产生氧气泡附着在土豆片上，随着氧气泡的增多，烧杯底部的土豆片会逐渐上浮，直至水面。pH对酶促反应速率有一定的影响。在最适pH条件下，酶活性最大，土豆片周边的气泡多，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 材料和试剂 土豆，打孔器，切片器，烧杯，过氧化氢溶液，镊子，培养皿，计时器，笔式酸度计等。

2.3 实验步骤 ①切片器切取土豆片(厚度约1mm)，用打孔器获取土豆小圆片若干放置于培养皿中并加盖；②在5只烧杯中盛入体积分数为2%、pH分别为3、5、7、9、11的过氧化氢溶液，使用笔式酸度计校对溶液的pH；③在每个烧杯中放入相同数量的土豆片(3片以上)；④用计时器记录土豆片上浮所用的时间(t)。以1/t为纵坐标(酶促反应速率)、pH为横坐标，绘制曲线图。

3 实验结果和分析

运用上述实验方法进行实验，记录各组溶液中土豆片上浮时间，结果显示pH为3、5、7、9、11的过氧化氢溶液中土豆片的平均上浮时间依次为18′28″、12′76″、7′70″、10′79″、11′64″。再以1/t(反应速率)为纵坐标，pH为横坐标绘制曲线图(图1)。由图可知过氧化氢酶的最适pH为7左右，高于或低于此pH，酶活性均降低。

图1 不同pH条件下土豆片上浮速率

4 讨论

采用土豆制备过氧化氢酶。土豆是生活中常见的一种食材，取材方便，土豆片的制作简单，课堂中学生可以自己动手制作土豆片，有效提高学生参与度、学习的热情，同时可以简化实验操作，而且材料贴近生活，体现了生物科学与生活实践的紧密联系。

土豆片的制作。要求土豆片大小、厚薄相同，以便控制无关变量，因此笔者选择了两个较为实用的器材： 打孔器(直径1cm)和手动土豆切片器(可调节厚度0.5mm～5mm)。打孔器可以保证土豆的大小相同，手动土豆切片器可保证土豆厚薄均匀。土豆片的厚度应控制在1mm左右。土豆片过厚，可能导致上浮时间长甚至不能上浮；过薄，上浮时间短，五组实验的时间区分度不高。通过多次实验摸索，最终确定土豆片厚度为1mm最佳。

使用笔式酸度计测量溶液的pH值。笔式酸度计是一种常用的仪器设备，主要用来快速、精密测量液体介质的酸碱度值，可精确到小数点后一位。用笔式酸度计代替pH试纸，可以更加精准地控制自变量，提高实验结果的可信度。

本实验所选用的过氧化氢溶液浓度低，仅为2%，可减小碱性环境对过氧化氢的作用对本实验带来的影响。