探究“最适……”实验方法指导

　　有一类探究实验是专门探究“最适…”的问题，如探究酶的最适温度（pH）、加酶洗衣粉使用时的最适温度、生长素类似物促进生根的最适浓度等等。正确设置变量梯度、控制好无关变量是解题的关键，只要准确把握这类实验的设计方法，就能起到化繁为简的神奇效果。
　　一、 变量梯度的概念及设置方法
　　1. 变量梯度
　　指自变量相邻两次取值之间的差值大小，即自变量每次变化的幅度。生物实验中常见的变量梯度有pH梯度、温度梯度、浓度梯度等。
　　2. 设置变量梯度方法
　　① 在合适范围内取值：细胞或物质需要在特定的环境中才能发挥作用，研究某因素对细胞或物质的影响时，自变量应在它能发挥作用的范围内取值。如探究胃蛋白酶的最适pH，应在1.5～2.2范围内，变量梯度应相差0.1；确定生长素类似物促进扦插枝条生根的适宜浓度，生长素浓度应在10-12～10-8 mol／L范围内，变量梯度应相差一个数量级。
　　② 梯度大小设置要适宜：梯度过小，看不出变化，实验组数增多，增加了操作难度；梯度过大，实验结果不准确。如研究唾液淀粉酶的最适pH，预测其数值应在7．0左右，pH梯度设为0.4，即共做五组实验，其缓冲液pH分别为6.2、6.6、7.0、7.4、7.8。
　　③ 根据实验目的确定变量梯度的大小。若进行定性分析，梯度设置可稍大些。如探究温度对果胶酶活性的影响，温度梯度设置为：20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃；若要进行定量分析，梯度设置应小些。如探究加酶洗衣粉使用时的最适温度，温度梯度设置为：25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃。若一次实验不能测出最适值，可以不断缩小范围设置更小的温度梯度进行实验，直至测出具体的最适值。
　　④ 各实验组之间相互对照，不需要另外设置对照组。反应速度最快或效果最好的组对应的温度（或pH、浓度）就是最适值。
　　二、 实验步骤设计
　　以探究加酶洗衣粉使用时的最适温度为例。
　　第一步：取材，配制一系列变量梯度。取大烧杯7只，用量筒分别量取500 mL蒸馏水放入其中，然后，将7只烧杯分别放入25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃的恒温水浴锅内。
　　第二步：处理实验变量，控制无关变量。将制好的带有污染物的实验用布和称好的洗衣粉分别放入7只烧杯中，其他条件都相同且适宜。
　　第三步：观察现象，记录结果。用玻璃棒同时充分搅拌一段时间，经过相同时间后观察洗涤效果。
　　三、 实验变量分析（见下表）
　　四、 典例分析
　　例1 某同学已经探究了果胶酶的最适温度为45℃,、最适pH为4.8，如果进一步研究果胶酶的最适用量。在合理设计果胶酶的用量梯度之后，通过苹果泥的出汁量来判断酶的最适用量，请完成实验并回答问题。
　　（1） 材料用具：制备好的苹果泥，恒温水浴装置，试管，漏斗，滤纸，量筒，试管夹，质量分数为2%的果胶酶溶液，质量分数为0.1%的NaCl和HCl溶液。
　　（2） 实验步骤：
　　① 取6只试管，编号为1～6，分别加入，调节pH至4.8。
　　② 向1～6号试管中分别加入 ，然后放入45℃恒温水浴。
　　③
　　（3） 分析讨论：
　　① 该实验的自变量是？
　　② 如何确定某一果胶酶的最适用量？
　　。
　　解析 本题考查了果胶酶的最适用量测定方法及实验分析。在探究果胶酶的用量时，应该把果胶酶的用量作为自变量，严格控制无关变量，即把温度和pH都控制在最适宜的条件下，还要把反应控制在一定时间之内。果胶酶的用量增多，得到的果汁体积增多，当果汁的体积不再改变时，则说明果胶酶已经达到最适用量。
　　答案 （2） ① 等量的苹果泥② 不同体积的果胶酶溶液保温相同时间③ 过滤苹果泥并记录果汁的体积（3） ① 果胶酶的用量② 果胶酶的用量增加，果汁体积也增加，当果汁增加到一定量时，再增加果胶酶的用量，果汁体积不再改变，说明该值就是果胶酶最适用量
　　例2 某生物兴趣小组进行了“加酶洗衣粉最适温度的测定”实验。下表是他们记录的不同温度除去不同污渍所需时间的对照表，请根据表中数据回答。
　　（1） 要达到最佳的洗涤效果，使用加酶洗衣粉的最适温度范围是 。
　　（2） 在适宜温度范围内，加酶洗衣粉对衣物上的 的洗涤效果最佳，对的洗涤效果最差，原因是
　　。
　　（3） 羊毛、蚕丝等织物 （填“能”或“不能”）用加酶洗衣粉洗涤，因为
　　。
　　（4） 从以上数据可得：酶具有 性。
　　解析 本实验考查学生的分析能力，由表中数据可知，加酶在50 ℃～60 ℃条件下洗涤效果最佳；对不同的污渍洗涤效果不同，对奶渍洗涤效果最佳，对蓝墨水洗涤效果最差，说明加酶洗衣粉中含有蛋白酶；羊毛、蚕丝等织物的主要成分是蛋白质，加酶洗衣粉中的蛋白酶能使蛋白质水解，从而使织物受到破坏；由于加酶洗衣粉对不同的污渍洗涤效果不同，说明了酶具有专一性。
　　答案 （1） 50℃～60℃
　　（2） 奶渍蓝墨水奶渍的主要成分是蛋白质和脂肪，加酶洗衣粉主要含有蛋白酶和脂肪酶，能使蛋白质和脂肪等有机物水解，但很难使蓝墨水的成分水解
　　（3） 不能羊毛、蚕丝等织物的主要成分是蛋白质，加酶洗衣粉中的蛋白酶能使蛋白质水解，从而使织物受到破坏
　　（4） 专一
　　例3 用适宜浓度的2，4-D处理番茄花蕾可提高坐果率。请设计实验方案，确定施用2，4-D的最适浓度。
　　
　　。
　　解析 本实验设计思路较简单，只要设置一系列浓度梯度的2，4-D溶液来处理番茄花蕾，通过统计坐果率来判断最适浓度即可。
　　答案 ① 将生长状况相同的番茄平均分成若干组；
　　② 配置对应组数的系列浓度梯度的2，4，-D溶液；
　　③ 分别用不同浓度的2，4，-D溶液处理对应组的番茄花蕾；
　　④ 统计分析不同处理组的番茄坐果率，确定最适施用浓度。
　　【巩固练习】
　　1． 将某种玉米子粒浸种发芽后研磨匀浆、过滤，得到提取液。取6支试管分别加入等量的淀粉溶液后，分为3组并分别调整到不同温度，如下图所示，然后在每支试管中加入等量的玉米子粒提取液，保持各组温度30min后，继续进行实验（提取液中还原性物质忽略不计）：
　　（1） 若向A、C、E三支试管中分别加入适量的班氏试剂或斐林试剂，沸水浴一段时间，观察该三支试管，其中液体颜色呈砖红色的试管是 ；砖红色较深的试管是 ，颜色较深的原因是
　　；
　　不变色的试管是 ，不变色的原因是
　　。
　　（2） 若向B、D、F三支试管中分别加入等量的碘液，观察三支试管，发现液体的颜色是蓝色，产生该颜色的原因是
　　。
　　（3） 以上实验的三种处理温度不一定是玉米子粒提取液促使淀粉分解的最适温度。你怎样设计实验才能确定最适温度？（只要求写出设计思路）
　　。
　　2． 设计一个实验，测定某种微生物生长所需的最适pH?
　　答案
　　1． （1） A和CC淀粉酶在40℃时活性相对较高，淀粉酶催化淀粉水解产生的还原糖多E酶失活
　　（２） 剩余的淀粉遇碘变蓝
　　（３） 在20℃和100℃之间每隔一定温度设置一个实验组，其他实验条件保持一致。以反应液和上述试剂（或答碘液或答斑氏试剂或答斐林试剂）发生颜色反应的程度为指标确定最适温度。
　　2． ① 配置一系列不同pH梯度的营养培养基，灭菌。
　　② 分别接种等量的某种微生物，在相同且适应的条件下培养。
　　③ 培养一段时间后，观察微生物生长情况，生长最好的培养基的pH，就是这种微生物生长所需的最适pH