光照強(qiáng)度及葉片年齡對(duì)光合作用之影響的探究

光合作用是植物、藻類利用葉綠素，在可見光的照射下，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，并釋放出氧氣的生化過程。植物之所以被稱為食物鏈的生產(chǎn)者，是因?yàn)樗鼈兡軌蛲ㄟ^光合作用利用無機(jī)物生產(chǎn)有機(jī)物并且貯存能量。通過食用，食物鏈的消費(fèi)者可以吸收到植物及細(xì)菌所貯存的能量，效率為10%～20%左右。對(duì)于生物界的幾乎所有生物來說，這個(gè)過程是它們賴以生存的關(guān)鍵。而地球上的碳氧循環(huán)，光合作用是必不可少的。

光合作用速率是光合作用量的指標(biāo)，通常以每小時(shí)每平方分米葉面積吸收二氧化碳毫克數(shù)來表示，由于植物進(jìn)行光合作用吸收二氧化碳的同時(shí)，還進(jìn)行呼吸作用，釋放二氧化碳，這些二氧化碳未出植物體又被光合利用，所以，在光照下測(cè)定的二氧化碳的吸收量只是光合作用從外界吸收的量，稱為表觀光合速率，真正光全速率是指植物在光照下實(shí)際把二氧化碳轉(zhuǎn)化成有機(jī)物的量，即在單位時(shí)間內(nèi)葉面積從外界吸收和自身呼吸釋放的二氧化碳的總量。

影響光合速率的因素有很多方面，有外部因素也有內(nèi)部因素，如：從內(nèi)因方面來說，植物的種類不同，光合速率不同，同一植物在不同的生長發(fā)育階段，同一植物不同部位的葉片，同一葉片的不同生長發(fā)育時(shí)期，光合速率都有明顯差異。而從外部環(huán)境方面來說，空氣中二氧化碳的濃度，土壤中水分的多少，光照的長短與強(qiáng)弱，光的成分以及溫度的高低等，都是影響光合作用的外部因素。

還有溫度對(duì)光合作用的影響，由于光合作用包括光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個(gè)部分，光反應(yīng)主要涉及光物理和光化學(xué)反應(yīng)過程，尤其是與光有直接關(guān)系的步驟，不包括酶促反應(yīng)，因此光反應(yīng)部分受溫度的影響小，甚至不受溫度影響；而暗反應(yīng)是一系列酶促反應(yīng)，明顯地受溫度變化影響和制約。除了少數(shù)的例子以外，一般植物可在10～35℃下正常地進(jìn)行光合作用，其中以25～30℃最適宜，在35℃以上時(shí)光合作用就開始下降，40～50℃時(shí)即完全停止。在低溫中，酶促反應(yīng)下降，故限制了光合作用的進(jìn)行。光合作用在高溫時(shí)降低的原因，一方面是高溫破壞葉綠體和細(xì)胞質(zhì)的結(jié)構(gòu)，并使葉綠體的酶鈍化；另一方面是在高溫時(shí)，呼吸速率大于光合速率，因此，雖然真正光合作用增大，但因呼吸作用的牽制，表觀光合作用便降低

下面就用分別從內(nèi)因的葉片年齡與外因的光照強(qiáng)度兩個(gè)方面來探究他們對(duì)光合作用速率的影響。

一、光照強(qiáng)度對(duì)光合作用的影響

光是光合作用的能量來源，光照強(qiáng)度直接影響光合速率，在其他條件下都適宜的情況下，在一定范圍內(nèi)，光合速率隨光照強(qiáng)度提高而加快，開始達(dá)到光飽和現(xiàn)象的光照強(qiáng)度稱為光飽和點(diǎn)，在光飽和點(diǎn)以下，隨著光照強(qiáng)度減弱，光合速率減慢，當(dāng)減弱到一定光照強(qiáng)度時(shí)，光合作用吸收二氧化碳量與呼吸作用釋放二氧化碳的量處于動(dòng)態(tài)平衡，這時(shí)的光照強(qiáng)度稱為光補(bǔ)償點(diǎn)，此時(shí)植物制造的有機(jī)物量和消耗的有機(jī)物量相等。據(jù)研究，不同的類型的植物的光飽和點(diǎn)和補(bǔ)償點(diǎn)不同的，陽性植物的光飽和點(diǎn)和補(bǔ)償點(diǎn)一般都高于陰性植物。

探究的程序如下：

1.取生長旺盛的綠葉，用直徑為1厘米的打孔器打出小圓形的葉片30片；

2.將小圓形葉片置于注射器中，并讓注射器吸入清水，待排出注射器內(nèi)殘留的空氣后，用手堵住注射器的前端的小孔并緩緩拉動(dòng)活塞，使小圓形葉片內(nèi)的氣體逸出；

3.將內(nèi)部氣體逸出的小圓形葉片，放入黑暗處盛有清水的燒杯中待用。這樣的葉片因?yàn)榧?xì)胞間隙充滿了水，所以全都沉到水底；

4.取3只小燒杯，分別倒入20毫升富含二氧化碳的清水（可事先吹入）；

5.分別向3只小燒杯中各放10片小圓形葉片，然后分別對(duì)這3個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行強(qiáng)、中，弱三種光照（可用相同功率的白熾燈泡，通過距離葉片的遠(yuǎn)近來調(diào)節(jié)）；

6.觀察并記錄同一時(shí)間段內(nèi)各實(shí)驗(yàn)裝置中小圓形葉片浮起的數(shù)量；最后可得出如下結(jié)論：光是光合作用的能量來源，光照強(qiáng)度直接影響光合速率。在其它條件都適宜的情況下，在一定范圍內(nèi)，光合速率隨光照強(qiáng)度的提高而加快。

二、葉片年齡對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響

探究程序如下：

1.準(zhǔn)備三只潔凈的無色的小三角瓶，編成三組；

2.取3只小燒杯，分別倒入20毫升富含二氧化碳的清水（可事先吹入）并把三角瓶移入25度的溫水中水浴，使每只瓶中的水溫達(dá)到相同的25度；

3.選取一株植物的幼葉、健壯成年葉片、明顯衰老的葉片各一片，分別用打孔器制取小圓片10片；

4.把每種葉片的小圓片分別放入盛有清水的注射器內(nèi)，用手指堵住前端的小孔，用力向后拉活塞，把葉肉細(xì)胞間隙中的氣體抽出，要反復(fù)幾次，直至葉片迅速沉入水中為止，這時(shí)葉內(nèi)氣體基本抽出，其空間被水填充。

5.分別把每種葉的10片小圓葉，裝入每組的瓶中，葉片應(yīng)迅速沉入水底，

6.把所有處理快速裝好后，一齊移入強(qiáng)光下，仔細(xì)觀察小葉邊緣有什么現(xiàn)象發(fā)生及出現(xiàn)的時(shí)間，觀察小圓片浮上的時(shí)間。

通過觀察，可以得出以下的結(jié)論：對(duì)于植物來說，葉齡不同，光合作用強(qiáng)度不同，一般情況下幼小的葉片，光合作用的結(jié)構(gòu)及其機(jī)能尚未發(fā)育完善，光合能力較低，生長發(fā)育所需要的有機(jī)物不能自給自足，隨著葉片生長到接近最大面積左右，光合作用強(qiáng)度才達(dá)到最大值，隨著葉片的老化，光合作用強(qiáng)度又會(huì)逐漸的減弱。

（作者單位：河南省舞陽縣第三高級(jí)中學(xué)）