五種植物組織分解過氧化氫速率的比較研究

陳小清 黃志堅 周 佳

(江蘇省江陰市長涇中學(xué) 214411)

“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗是高中生物學(xué)教材中驗證酶高效性的經(jīng)典實驗，能夠讓學(xué)生對催化劑(酶和三氯化鐵)效率進行直觀比對，接受并認同酶催化具有高效性。而生物組織中普遍含有過氧化氫酶，教材中使用是動物細胞新鮮豬肝臟研磨液，由于條件原因，難以長時保持細胞內(nèi)酶的活性。為更好說明過氧化氫酶在細胞中是普遍存在的，本實驗在教材基礎(chǔ)上選用日常生活中常見、易保存的果蔬為材料作實驗探討，以備深入開展實驗探究之用。

1 材料與方法

1.1 材料 新鮮的土豆、青椒、胡蘿卜、洋蔥、蘋果。

1.2 主要儀器與試劑 筆記本電腦、數(shù)據(jù)采集器、氧傳感器、100 mL錐形瓶、橡皮塞(橡皮塞與錐形瓶口一致，上面鉆兩個孔，孔的大小正好可以容納滴管與傳感器探頭)、3%的過氧化氫溶液，儀器設(shè)備組裝如圖1所示。

圖1 實驗裝置連接圖

1.3 組織材料處理 用電子天平稱取50 g新鮮植物物組織，加蒸餾水50 mL共同注入榨汁機，啟動榨汁機2 min，充分打磨攪碎。將打磨破碎的組織勻漿液靜置移入燒杯，榨汁機用12.5 mL蒸餾水沖洗后同樣倒入組織勻漿液中，這樣就制備成80%(g/mL)組織勻漿液實驗中備用(注：組織勻漿液靜置后會出現(xiàn)分層，吸取使用前要攪拌均勻)。

1.4 實驗步驟 將新鮮植物組織胡蘿卜按上述材料處理方法制備成組織勻漿液備用；向錐形瓶中注入20 mL 3%的過氧化氫溶液，塞上橡皮塞，盡量塞緊(橡皮塞上可涂少許凡士林以增強密封效果)。用滴管吸取一定量的胡蘿卜組織勻漿液插入橡皮塞(注意：先不要向錐形瓶中滴加組織液)。電腦啟動數(shù)字化實驗信息收集系統(tǒng)，進行傳感器校準(如正常室外氧氣量20.9%)，設(shè)置信息采集間隔1 s，總時間為2 min，向錐形瓶中添加10滴植物組織勻漿液，同時記錄數(shù)據(jù)得出“時間—氧氣”曲線，利用同樣的操作處理方法依次將蘋果、土豆、青椒、洋蔥勻漿液進行實驗，采集數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

從采集得到的5張坐標(biāo)圖中觀察，選擇的植物組織材料中均有過氧化氫酶，其中過氧化氫分解變化趨勢最為明顯的是胡蘿卜組織勻漿(圖2)，而蘋果、青椒、土豆、洋蔥4種勻漿作用變化區(qū)別并不明顯。

圖2 胡蘿卜勻漿液分解H2O2釋放氧的速率

為進一步量化比較和說明實驗結(jié)論，將5種不同植物組織材料勻漿液測定的圖表數(shù)據(jù)中截取過程50 s～110 s(總時長1 min)范圍中的氧氣含量的變化量來表示過氧化氫催化分解的速率。實驗數(shù)據(jù)處理如圖3所示，能夠更為直觀分析比較。胡蘿卜勻漿液催化分解速率最大，洋蔥、土豆、蘋果次之，而青椒最低。由于過氧化氫酶活力與實驗材料反應(yīng)時間的長短成反比，所以速率越大的植物材料在相同時間催化分解過氧化氫產(chǎn)生的氧氣越多，使衛(wèi)生香短時間內(nèi)復(fù)燃的可能就越大，定性實驗中成功的機會越高。

圖3 5種植物組織分解H2O2速率比較

3 反思與討論

實驗中選取50 g植物組織制備成勻漿，對單次實驗而言勻漿量較多，這充分考慮榨汁機打磨破碎植物組織的充分性和材料可能的損耗，能夠減少實驗的誤差。

可能由于過氧化氫酶活力的大小與實驗材料反應(yīng)時間的長短成反比或者底物已經(jīng)充分反應(yīng)的原因，在反復(fù)比對實驗中發(fā)現(xiàn)無論上述哪種植物組織勻漿液在2 min過后錐形瓶中測定氧氣含量幾乎沒有數(shù)據(jù)變化。所以實驗中確定選用測定總時長為2 min進行比對。

教學(xué)中選用教材以外的材料進行實驗比較，能激起學(xué)生的好奇與探究欲。實驗前增設(shè)問題情境引導(dǎo)學(xué)生對實驗結(jié)果大膽猜想，增加實驗的趣味性，培養(yǎng)科學(xué)實驗的邏輯思維。實驗實施過程中還能鍛煉動手實踐能力。