運(yùn)用化學(xué)方法探究植物光合作用強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

譚文杰 唐景昌

(湖南省岳陽(yáng)市第一中學(xué) 414000)

人教版高中《生物學(xué)》教材(必修1)中系統(tǒng)地闡述了光合作用機(jī)理相關(guān)知識(shí)，并設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)來(lái)探究不同光照條件對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響。但教材中的實(shí)驗(yàn)，只能定性地驗(yàn)證光照條件這一個(gè)環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響。

為了使學(xué)生能系統(tǒng)地掌握光合作用機(jī)理和過(guò)程的知識(shí)，認(rèn)識(shí)生物學(xué)知識(shí)與化學(xué)知識(shí)的聯(lián)系，通過(guò)運(yùn)用化學(xué)方法(氧化還原反應(yīng))來(lái)探究不同的植物(葉綠體含量、大小和形狀不同等)、光照強(qiáng)度條件與光合作用原料(二氧化碳)對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響。原理是光合作用所釋放出的氧氣溶解在水中，可用化學(xué)方法測(cè)定水中溶解氧濃度的改變來(lái)量化光合作用的強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)材料用到恒溫培養(yǎng)箱、金魚(yú)藻和苦草。采用碘量法(原理為基于單質(zhì)碘與硫代硫酸鈉的氧化還原反應(yīng))測(cè)定水樣中的溶解氧[1]。

由于本實(shí)驗(yàn)步驟相對(duì)較多，可運(yùn)用小組合作的方式展開(kāi)，具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：

1 不同植物光合作用強(qiáng)度對(duì)比實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

取洗凈、滅菌和控干的250mL溶解氧瓶(具瓶塞)3個(gè)，隨機(jī)編為1、2、3號(hào)瓶。其中1號(hào)瓶為對(duì)照組，加入250mL去離子水；2號(hào)瓶加入5g金魚(yú)藻(用濾紙初步吸干水分)和250mL去離子水；3號(hào)瓶加入5g苦草(用濾紙初步吸干水分，下同)和250mL去離子水。3個(gè)溶解氧瓶均加塞密封，上部不留氣泡，并在外部加上水封蓋，置于30℃和光照條件為4000lx(接近晴天日照強(qiáng)度)的環(huán)境中培養(yǎng)8h[2]。培養(yǎng)前后各取100mL水測(cè)定水中溶解氧的濃度。

表1 相同光照條件下兩種植物光合作用強(qiáng)度比較

結(jié)果如表1所示： 由于相同質(zhì)量的金魚(yú)藻與苦草葉綠體的含量、大小和形狀等不同，在其他環(huán)境因素相同的條件下，光合作用強(qiáng)度明顯不同，單位質(zhì)量的金魚(yú)藻光合作用強(qiáng)度明顯大于苦草。因此可知，植物種類(lèi)不同影響光合作用強(qiáng)度。

2 不同光照條件對(duì)光合作用強(qiáng)度影響的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

取洗凈、滅菌和控干的250mL溶解氧瓶(具瓶塞)4個(gè)，隨機(jī)編為4、5、6和7號(hào)瓶。其中4號(hào)與5號(hào)瓶為對(duì)照組，加入250mL去離子水；6號(hào)瓶與7號(hào)瓶均加入5g金魚(yú)藻和250mL去離子水。4個(gè)溶解氧瓶均加塞密封，上部不留氣泡，并在外部加上水封。4號(hào)與6號(hào)瓶置于30℃和光照條件為4000lx的環(huán)境中培養(yǎng)8h，5號(hào)與7號(hào)瓶置于30℃和光照條件為1000lx(接近陰雨天日照強(qiáng)度)的環(huán)境中培養(yǎng)8h[2]。培養(yǎng)前后各取100mL水測(cè)定水中溶解氧的濃度。

結(jié)果如表2所示： 隨著光照強(qiáng)度增加，植物光合作用強(qiáng)度也明顯增加。因此可知，光照強(qiáng)度是影響光合作用強(qiáng)度的重要因子。

表2 不同光照條件對(duì)光合作用強(qiáng)度影響實(shí)驗(yàn)

3 二氧化碳對(duì)光合作用強(qiáng)度影響的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

取洗凈、滅菌和控干的250mL溶解氧瓶(具瓶塞)5個(gè)，隨機(jī)編為8、9、10、11和12號(hào)瓶。其中8號(hào)與9號(hào)瓶為對(duì)照組，分別加入250mL去離子水和煮沸后冷卻至室溫的去離子水；10號(hào)瓶加入5g金魚(yú)藻與250mL去離子水；11與12號(hào)瓶均加入5g金魚(yú)藻與250mL煮沸后冷卻的去離子水，但12號(hào)瓶用口通過(guò)玻璃管向水中吹入二氧化碳。5個(gè)溶解氧瓶均置于30℃和光照條件為4000lx的環(huán)境中培養(yǎng)8h。培養(yǎng)前后各取100mL水測(cè)定水中溶解氧的濃度。

結(jié)果如表3所示： 在缺少二氧化碳的條件下，光合作用基本無(wú)法正常進(jìn)行。

因此可見(jiàn)，二氧化碳是影響光合作用強(qiáng)度的重要因子。

4 結(jié)論

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)不難得出： 植物種類(lèi)(影響葉綠體的含量、大小和形狀等)、光照強(qiáng)度和二氧化碳濃度都是影響光合作用強(qiáng)度的重要因子。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，能鞏固學(xué)生對(duì)光合作用相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)和掌握。同時(shí)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到生物學(xué)知識(shí)與其他自然科學(xué)知識(shí)(如化學(xué)知識(shí))是有機(jī)地聯(lián)系在一起的。