探究單色光對植物光合作用影響的實驗裝置

杜曉峰

簡介

陽光是一種復色光，綠葉在陽光下進行光合作用，其產物主要是淀粉和氧氣。我用日光燈替代陽光，在燈箱反應室做實驗，發現綠葉也能進行光合作用，制造出淀粉。實驗的成功，促使我產生了更新的想法：如果用白光分離出的單色光照射綠葉，是否也能探究單色光產生光合作用的效果呢？

我利用發光顏色不同的LED燈珠作光源，制作出紅光、藍光、白光、紅藍光（混色）、黃光、綠光、紫光等7種不同顏色的光照反應室。每個光室成獨立空間，關閉電源能變成暗室。為保證光照強度，在每個光室的燈座中都裝有60粒同色的LED燈珠，四周墻面裝有反光鏡，室內光線分布均勻，光照強度明顯。創造這樣的條件，用制作的裝置，嘗試探究不同顏色的單色光對植物光合作用的影響。同時，這套裝置還能驗證CO2對植物光合作用的影響。實驗裝置實物見圖l。

探究方案

探究時，利用淀粉遇碘酒變藍的原理，檢驗淀粉的存在；用沉降于水中綠色小葉片上浮水面，判斷氧氣是否產生。兩實驗均與對照組進行比較，得出結論。

實驗一：檢驗葉片在不同顏色光照下，產生淀粉量的多少。向實驗的葉片滴加碘酒，通過葉色變化程度判斷。

主要步驟如下：將離體培養的植物葉片，暗處理24h后分別置入各個光室，用不同色單色光照射5h，然后取出葉片，用碘酒檢驗葉片中含有淀粉的量，根據顏色變化進行比較，看出哪些光源對植物光合作用明顯，哪些不明顯。

實驗二：用菠菜制成圓形的小葉片，將其沉降于水底，放到光室里，相同時間內，比較各個光室綠色小葉片上升數量，判斷各光室氧氣釋放量的差別。

實驗裝置還能驗證CO2對植物光合作用有無影響。在裝置中，有一個CO2制取室。反應產生的CO2經過氣道通向每個光室，以此，結合實驗一補充實驗，進一步驗證CO2對植物光合作用的影響。

實驗設計及結論

實驗一：檢驗植物通過光合作用，產生淀粉。步驟如下。

將同種植物7個離體培養的葉片置入光室進行暗處理24h，然后進行光照5h后取出。

對各個葉片進行酒精脫色、漂洗、滴加碘酒，放置一段時間，觀察葉片顏色的變化。

觀察結果后得知：不同顏色光對植物光合作用中制造淀粉有影響。白光、紅藍光、紅光、藍光、紫光對植物產生光合作用明顯；黃光、綠光對植物產生光合作用不明顯。

實驗二：檢驗植物通過光合作用，產生氧氣的量。步驟如下。

取新鮮的菠菜葉子，用直徑為lcm的鋼筆帽筒，打出小圓形葉片40～50片（注意避開大的葉脈）

將圓形葉片置于注射器針筒內，并將注射器吸入清水，待排出注射器內殘留的空氣后，用手堵住注射器前端的小孔并緩緩拉動活塞，促使小圓形葉片內的氣體排出。這一步驟可重復多次。

將排出內部氣體的小圓形葉片，放入黑暗處盛有清水的燒杯中待用。這樣的葉片因為細胞間隙充滿水，所以會全都沉到水底。

把沉降到清水中的小葉片取出，平均分布到裝有清水的8個小燒杯中（每燒杯有5片沉降小葉片），將小燒杯放進各個光室里，開始計時，觀察小葉片上升情況，比較結果列表。

實驗時可觀察到上升的小葉片邊緣出現許多小氣泡，長時間后，在燒杯內壁上也出現氣泡（見圖2），推測氣泡可能是葉片光合作用產生的氧氣。

從實驗現象可知：不同顏色光對植物光合作用產生的氧氣量也有影響：白光、紅藍光、紅光、藍光、紫光對植物產生光合作用明顯，產氧量大；黃光、綠光對植物產生光合作用不明顯，產氧量小。

經過實驗一、實驗二的檢驗，從植物光合作用的2種產物分析，2個實驗的結論基本一致，說明裝置能夠進行單色光對植物光合作用影響的實驗，在教學中有幫助作用，具有可操作性。

實驗裝置的創新點

用離體培養的葉片充當實驗材料，能節約空間。

能研究單色光對植物光合作用的影響。

能驗證CO2對植物光合作用有無影響。

作品完善的進一步設想

選用更合適的植物葉片作材料，讓實驗現象更加明顯。

尋找更好的檢測方法，讓實驗現象的觀測由定性向定量轉化。

增加光室單色光源和混色光源種類，讓實驗更富有探究性。

該項目獲得第30屆全國青少年科技創新大賽科技輔導員創新成果科教制作類一等獎。

專家評語

該項目通過對比的方法，很好呈現了各種單色光對植物光合作用的影響。該項目原理科學、概念清晰、構思巧妙、設計合理，作品教育性強。項目選題新穎，具有實質性創新，對傳統方法有突破。作品效果顯著，制作規范，具有示范推廣價值。希望該項目進一步增加實驗樣品類別、從深層解釋現象中的原理。