光照強度及葉片年齡對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，將二氧化碳和水轉化為有機物，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者，是因為它們能夠通過光合作用利用無機物生產有機物并且貯存能量。通過食用，食物鏈的消費者可以吸收到植物及細菌所貯存的能量，效率為10%～20%左右。對于生物界的幾乎所有生物來說，這個過程是它們賴以生存的關鍵。而地球上的碳氧循環，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，通常以每小時每平方分米葉面積吸收二氧化碳毫克數來表示，由于植物進行光合作用吸收二氧化碳的同時，還進行呼吸作用，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際把二氧化碳轉化成有機物的量，即在單位時間內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，有外部因素也有內部因素，如：從內因方面來說，植物的種類不同，光合速率不同，同一植物在不同的生長發育階段，同一植物不同部位的葉片，同一葉片的不同生長發育時期，光合速率都有明顯差異。而從外部環境方面來說，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。

還有溫度對光合作用的影響，由于光合作用包括光反應和暗反應兩個部分，光反應主要涉及光物理和光化學反應過程，尤其是與光有直接關系的步驟，不包括酶促反應，因此光反應部分受溫度的影響小，甚至不受溫度影響；而暗反應是一系列酶促反應，明顯地受溫度變化影響和制約。除了少數的例子以外，一般植物可在10～35℃下正常地進行光合作用，其中以25～30℃最適宜，在35℃以上時光合作用就開始下降，40～50℃時即完全停止。在低溫中，酶促反應下降，故限制了光合作用的進行。光合作用在高溫時降低的原因，一方面是高溫破壞葉綠體和細胞質的結構，并使葉綠體的酶鈍化；另一方面是在高溫時，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

下面就用分別從內因的葉片年齡與外因的光照強度兩個方面來探究他們對光合作用速率的影響。

一、光照強度對光合作用的影響

光是光合作用的能量來源，光照強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，光合速率隨光照強度提高而加快，開始達到光飽和現象的光照強度稱為光飽和點，在光飽和點以下，隨著光照強度減弱，光合速率減慢，當減弱到一定光照強度時，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態平衡，這時的光照強度稱為光補償點，此時植物制造的有機物量和消耗的有機物量相等。據研究，不同的類型的植物的光飽和點和補償點不同的，陽性植物的光飽和點和補償點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，待排出注射器內殘留的空氣后，用手堵住注射器的前端的小孔并緩緩拉動活塞，使小圓形葉片內的氣體逸出；

3.將內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。這樣的葉片因為細胞間隙充滿了水，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，然后分別對這3個實驗裝置進行強、中，弱三種光照（可用相同功率的白熾燈泡，通過距離葉片的遠近來調節）；

6.觀察并記錄同一時間段內各實驗裝置中小圓形葉片浮起的數量；最后可得出如下結論：光是光合作用的能量來源，光照強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，光合速率隨光照強度的提高而加快。

二、葉片年齡對光合作用強度的影響

探究程序如下：

1.準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，用手指堵住前端的小孔，用力向后拉活塞，把葉肉細胞間隙中的氣體抽出，要反復幾次，直至葉片迅速沉入水中為止，這時葉內氣體基本抽出，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，葉片應迅速沉入水底，

6.把所有處理快速裝好后，一齊移入強光下，仔細觀察小葉邊緣有什么現象發生及出現的時間，觀察小圓片浮上的時間。

通過觀察，可以得出以下的結論：對于植物來說，葉齡不同，光合作用強度不同，一般情況下幼小的葉片，光合作用的結構及其機能尚未發育完善，光合能力較低，生長發育所需要的有機物不能自給自足，隨著葉片生長到接近最大面積左右，光合作用強度才達到最大值，隨著葉片的老化，光合作用強度又會逐漸的減弱。

（作者單位：河南省舞陽縣第三高級中學）