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2019-2020年高考生物二輪復習《酶的制備及應用》教案 中圖版選修1 “酶的應用”包括“研究酶的存在和簡單制作方法”、“嘗試利用酶活力測定的一般原理和方法”、“探討酶在食品制造中的應用”、“探討酶在洗滌等方面的應用”、“嘗試制備和應用固相化酶”等五項具體內(nèi)容標準。在人教版高中生物教科書中，這些具體內(nèi)容標準體現(xiàn)在“果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用”、“探討加酶洗衣粉的洗滌效果”和“ 酵母細胞的固定化”三個課題內(nèi)容及具體要求方面。下面談談對“酶的應用”專題的教學組織。 1. 探討果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用 1.1 探究課題的確定 果膠酶是多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和果膠酯酶等一系列酶的總稱，其作用是分解細胞壁及胞間層的半糖醛酸高分子聚合物，將果膠等物質(zhì)分解成可溶性的半乳糖醛酸等物質(zhì)，使渾濁的果汁變得澄清，增加果汁的穩(wěn)定性，提高果汁的品質(zhì)。影響果膠酶活性的常見因素是溫度和pH，因此，實驗程序應起始于引導學生提出一個適于他們探究的問題。一般情況下，可將學生分成兩大組，一組學生探究溫度對果膠酶活性的影響，別一組探究pH對果膠酶活性的影響。在此基礎(chǔ)上，可繼續(xù)探究在適宜的溫度和pH條件下，果膠酶的適宜用量，最后計算將水果通過果膠酶的作用形成果汁飲料的價值。 1.2學生分組設(shè)計實驗方案在必修模塊的學習過程中，學生曾參與“影響酶活性的條件”一組探究實驗。本實驗的原理和操作基本步驟相對容易些，可讓學生在閱讀教材的基礎(chǔ)上，確定下列實驗流程及操作： 在此基礎(chǔ)上，要求學生根據(jù)具體課題討論實驗設(shè)計中的變量，并提出相應問題供學生思考和討論：（1）本實驗的自變量是什么？因變量是什么？有哪些無關(guān)變量？（2）自變量如何進行定量控制？（3）因變量如何進行有效的檢測？（4）怎樣嚴格控制無關(guān)變量？ 下表是以不同溫度對果膠酶活性探討的分析，可通過表中的部分內(nèi)容引導學生討論。 試管編號 1號 2號 3號 4號 無關(guān)變量 50mL蘋果汁 無關(guān)變量 5mL質(zhì)量分數(shù)為2％的果膠酶 自變量 20℃恒溫水浴 40℃恒溫水浴 60℃恒溫水浴 80℃恒溫水浴 無關(guān)變量 分開保溫及保溫時間等 因變量檢測 生果汁產(chǎn)量（果膠酶活性檢測） 1.3操作注意事項 果膠酶的催化效果遠不如過氧化氫酶明顯，教師最好提前配制果膠酶溶液，適當增加果膠酶濃度，以縮短實驗時間。果膠酶價格較貴，酶液濃度過高會增加實驗成本。果膠酶是利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)的，適宜溫度比較寬泛，實驗設(shè)置的溫度梯度可相應間隔大一些，可采取20℃、30℃、50℃、60℃、70℃等溫度梯度。設(shè)置pH梯度時，可參考下述中的右圖。 測定酶活力的方法很多，除用單位時間內(nèi)的果汁產(chǎn)量來反映酶活性外，比較科學的方法是用分光光度法測定，上圖就是依據(jù)測定單位時間內(nèi)果汁（橘子）的透光率而獲得的酶活力數(shù)據(jù)，分光光度法不僅可以獲得準確的數(shù)據(jù)，而且還可以減少實驗的時間。 2探討加酶洗衣粉的洗滌效果 加酶洗衣粉中一般添加了蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等酶制劑，可以有效地清除奶漬、油漬、血漬和果汁漬等不易清洗的污漬。該實驗可分成幾個小的探討課題：一是探討普通洗衣粉和加酶洗衣粉的洗滌效果，二是探討溫度對加酶洗衣粉洗滌效果的影響，三是探討加酶洗衣粉對不同污漬的洗滌效果。三個課題可分組進行。 進行實驗設(shè)計時要解決好控制變量的問題，可以啟發(fā)學生討論下列思考性問題：⑴檢驗洗滌效果最好采用機洗、手洗，還是人工模擬洗衣機洗？為什么（人工模擬洗衣機洗。這是因為洗衣機太大，而污染太小，無法控制水量等無關(guān)變量；手洗時無法控制手的搓洗的力度和次數(shù)等）？ ⑵用人工模擬洗衣機洗時需要考慮哪些因素（攪拌的方式、力度和時間需要保持一致等）？⑶水溫如何控制（水浴）？⑷選擇衣服還是布料為實驗材料？對實驗材料的質(zhì)地有何要求？為什么（布料；布料應大小一致，相對較小，而且為白色的棉布類；白色的棉布易吸附污漬，顯色明顯，洗后容易判斷效果）？⑸水的用量和洗衣粉的用量怎樣確定（一般采用500 mL的水，洗衣粉的用量為1 g或1.5 g）？⑹如何判斷洗滌效果（比較污漬的大小和深淺）？ 等等。 探究溫度對加酶洗衣粉的影響時，學生往往會不加思索地設(shè)計從0 ℃開始到100 ℃的溫度梯度，這時應提醒學生思考確定溫度范圍應考慮季節(jié)性變溫，采用5 ℃、10 ℃（相當于冬季，下同）、15 ℃、20 ℃、25 ℃（春季和秋季）、30 ℃、35 ℃（夏季），這7個水溫值比較符合實際。一般來說，北方學生可探討冬季（低溫）時使用加酶洗衣粉的效果，南方學生探討夏季（高溫）時使用加酶洗衣粉的效果。 3酵母細胞的固定化 3.1重視實驗中的認知成分 在生物技術(shù)實踐活動中，經(jīng)常涉及技術(shù)原理和實踐意義等內(nèi)容，實驗教學中要重視這些認知成分。自1969年世界上首次成功地將氨基?；腹潭ɑ糜诓鸱职被敢詠恚潭ɑ负凸潭ɑ毎夹g(shù)得到迅猛地發(fā)展，已廣泛應用于氨基酸的拆分和提純、葡萄糖和果糖的生產(chǎn)、診斷和分析試劑的制造、消除環(huán)境污染、特定的化學反應等等。教學中，不僅應遵循人類對固定化技術(shù)的研究歷程來逐步引導學生理解固定化技術(shù)的意義，而且要重視用典型實例（高果糖漿的生產(chǎn)）的剖析來引導學生認識固定化技術(shù)的應用價值。以下為人類對固定化技術(shù)的認識歷程。 常用的固定化技術(shù)：包埋法、吸附法和結(jié)合法，教學時先讓學生討論哪些方法適于酶固定化？哪些方法適于細胞的固定化？在討論的基礎(chǔ)上加以總結(jié)如下： 常用方法 操作缺陷 酶 包埋法 酶分子一般相對較小，容易從大分子有機物網(wǎng)格中逸出；如果反應物分子較大，則不易進入網(wǎng)格中與酶接觸 吸附法 將酶吸附在不溶于水的載體上比較困難，同時酶也容易從載體上脫落 結(jié)合法 需要改變酶的某些結(jié)構(gòu)（基團），酶的催化作用受到一定程度的影響 細胞 包埋法 處于中心的細胞容易缺氧而受到損害，同時，反應原料不易進入到這些細胞之中 3.2操作的注意事項 本實驗是一個定量實驗，海藻酸鈉溶液的濃度和酵母細胞溶液混合后的溶液濃度是決定實驗成敗的關(guān)鍵因素，這有賴于實驗操作的各個環(huán)節(jié)嚴格按照要求進行。教學時結(jié)合下圖分析可能存在的操作誤差。從左圖看，成功的凝膠珠如珍珠狀，色白而圓潤，而那些不規(guī)則的凝膠珠在CaCl2溶液的位置通常是飄浮在溶液的上面或中間，這主要是混合溶液的濃度過小或混入空氣而造成的。 下表為實驗步驟中的一些注意事項，可結(jié)合上圖進行分析。 實驗步驟 注意事項 酵母細胞的活化 活化時應用大一點的小燒杯，避免細胞溶液逸出，活化時間不易過長，20℃時只需1小時即可，該步驟由教師在課前完成 配制CaCl2溶液 可實驗前配制好，放入冰箱中儲存 配制海藻酸鈉溶液 小火間斷加熱，并不斷攪拌，直到完全融化，最后一定要定容 海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合 待海藻酸鈉溶液冷卻至室溫時再混合，要充分攪拌并避免出現(xiàn)氣泡。轉(zhuǎn)移至注射器時，也要注意不要產(chǎn)生氣泡 固定化酵母細胞 注射器與CaCl2溶液的距離應保持在1米左右，混合溶液滴入燒杯時應保持勻速 Ca2+與Na+交換需要一定時間，形成的凝膠珠應在CaCl2溶液中浸泡一段時間。只有形成穩(wěn)定的凝膠珠，才能在后續(xù)反應中進行利用。是否形成凝膠珠的檢驗方法是：用鑷子夾起一個凝膠珠放在實驗桌上用手擠壓，若不容易破裂且沒有液體流出，表明制備凝膠珠成功。還可以將凝膠珠用力摔打在實驗桌上，若凝膠珠容易彈起，表明制備凝膠珠成功。 4 教學實施的總體建議 4.1 做好實驗預處理為方便大家提前做好準備，本人以人教版教材為例，將本專題所需要的儀器、設(shè)備和藥品列表如下： 課題名稱 實驗儀器和設(shè)備 實驗試劑或藥品 果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用 榨汁機、燒杯、量筒、錐形瓶、試管、漏斗、溫度計、水浴箱、玻璃棒、注射器、酒精燈、三角架、石棉網(wǎng)等 果膠酶、鹽酸、氫氧化鈉 探討加酶洗衣粉的洗滌效果 普通洗衣粉、加酶洗衣粉、白棉布 酵母細胞的固定化 海藻酸鈉、CaCl2、干酵母、葡萄糖 4.2 做好課時安排及計劃 以下為本專題的三個課題的課題數(shù)及其說明。 課題名稱 課時數(shù) 說明 果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用 3 基本知識0.5；實驗討論及設(shè)計1；動手實驗1；結(jié)果的分析與討論0.5 探討加酶洗衣粉的洗滌效果 3 基本知識0.5；實驗討論及設(shè)計1；動手實驗1；結(jié)果的分析與討論0.5 酵母細胞的固定化 3 基本知識1；實驗討論和操作1；實驗結(jié)果的分析與討論1 4.3 與研究性學習相結(jié)合果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用和探討加酶洗衣粉的洗滌效果這兩個課題除在課堂上完成相應的實驗外，如果學生感興趣，可以組織部分學生進一步研究，對于課題1果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用，我們可以準確探討果膠酶對蘋果、橘子等果汁的最適宜的溫度和pH；對于課題2，我們可以探究普通洗衣粉與加酶洗衣粉的洗滌效果的比較，同一加酶洗衣粉對不同污漬的洗滌效果的比較，不同品牌的加酶洗衣粉對同一污漬的洗滌效果的比較，這都具有實際意義，都會激發(fā)學生的探究興趣。