生命活动实验台

关于这座实验台

五个探究实验：从一种酶，到一个种群，再到一条遗传规律。

生物课本里的探究实验都在回答同一类问题：改变一个条件，生命活动会怎样变化。这里把五个实验搬上同一张实验台，每个课题只改一两个条件，其余保持不变。

每一个读数、每一条曲线都来自同一个模型。酵母菌计数和摸小球带有随机性，但同一组参数每次得到同一串结果，方便全班核对。

五个结论

酶的活性：pH 7 时，37 °C 的活性记作 100 %，20 °C 是 53.4 %，0 °C 是 23.7 %，60 °C 只剩 12.8 %，80 °C 是 0.2 %。37 °C 时 pH 5 和 pH 9 的活性都是 51.0 %，pH 3 只剩 1.0 %。20 °C 比 37 °C 慢，但 60 秒内同样收集到 21.6 mL 氧气。
光合作用：0.5 % 碳酸氢钠溶液里，灯在 20 cm 处净光合 1.74 mL/h，5 分钟 14 个气泡；挪到 10 cm，光照强了四倍，气泡只增加到 24 个。灯在 50 cm 处光照强度约 32 µmol/(m²·s)，低于光补偿点 32.9，一个气泡也没有。
渗透作用：漏斗里装 0.3 mol/L 蔗糖、烧杯里装清水，液面以 1.95 mm/min 起步，30 分钟升高 5.69 cm。0.1 mol/L 时起始速率是 0.65 mm/min，正好是三分之一。内外都是 0.3 mol/L，液面不动。
种群数量：5 % 葡萄糖、28 °C 时，酵母菌在第 9.1 小时到达 K/2，这时增长最快；之后增长变慢，停在每毫升 6000 万个附近。把葡萄糖加到 10 %，K 变成每毫升 1.2 亿个。
性状分离比：第 1 小组摸 20 次得到 6 : 9 : 5，第 2 小组得到 3 : 11 : 6；摸 400 次，三个小组的显性占比分别是 78.0 %、78.8 % 和 73.3 %，都通过了卡方检验。

模型与来源

酶：试管里 2 mL 的 3 % 过氧化氢（0.88 mol/L），底物消耗按米氏方程，Km 取 0.1 mol/L。温度每升高 10 °C 反应加快到 1.5 倍；48 °C 时一半的酶变性。pH 按两个解离基团的钟形曲线，最适 pH 为 7。氧气按 25 °C 的 24.5 L/mol 换算。
光合：台灯按点光源，光照强度与距离的平方成反比，10 cm 处取 800 µmol/(m²·s)。总光合随光照强度按双曲线饱和，上限由碳酸氢钠浓度决定；呼吸取 0.8 mL/h，一个气泡取 0.01 mL。
渗透：渗透压按范特霍夫公式 π = cRT，20 °C。膜半径 2 cm，细管内半径 3 mm，漏斗里有 30 mL 溶液；进水会把溶液稀释。方程用四阶龙格-库塔法每秒算一步。
种群：逻辑斯谛方程的解析解，接种量每毫升 100 万个。计数板一个中方格上方的液体是 0.2 mm × 0.2 mm × 0.1 mm，细胞数按泊松分布抽样。
分离比：两只小桶各放 10 个 D 和 10 个 d，摸出后放回。卡方检验取 0.05 水平，自由度 2 的临界值是 5.99。

酶的 Km、变性温度和膜的透水系数是教学取值，只用来得到合理的快慢；气泡大小、泡沫高度与培养液的浑浊程度只是示意，不参与计算。