“利用葉圓片上浮法探究影響光合作用的因素”實驗改良

摘要：“利用葉圓片上浮法探究環境因素對光合作用強度的影響”是高中生物必修1中的探究實驗之一，在多年的實驗教學過程中，我們感到教材書中所介紹的實驗方法，無論從實驗內容還是從實驗的具體操作過程來說，都顯得比較簡單，而且難以在較短時間內觀察到實驗現象。本實驗特針對這些問題加以改良。

關鍵詞： 植物光合作用 實驗內容 上浮法 葉圓片 環境因素影響

在高一級生物教學中，教材安排了一個探究實驗：利用葉圓片上浮法探究影響光合作用的因素。在實際教學中，許多教師發現如果按照書本所述進行操作，要么囿于條件有限，難以開展實驗，要么是操作后卻很難成功。我結合自己的參賽經驗，對此實驗進行了改良，使這一實驗的成功率達到100%。具體實驗描述如下。

一、實驗目的

通過設置不同的環境條件，探究環境條件對光合作用強度的影響。

二、實驗原理

植物的光合作用受光照強度、CO2濃度、溫度等環境條件的影響。利用減壓逐出葉圓片組織間隙中的氣體，葉片會沉于水底。由于光合作用產生的O2在細胞間積累，葉圓片會由原來的下沉狀態而上浮，根據上浮的快慢，即能比較光合作用的強弱。

三、材料器具

材料：陰生植物綠蘿的成熟葉片（可用勒杜鵑的成熟葉片代替）

器具：1000W碘鎢燈，鋼筆帽，溫度計，鑷子，塑料注射器（60ml），100 ml小燒杯，500 ml大燒杯等。

四、方法步驟

第一步：打取葉圓片。

利用鋼筆帽代替打孔器在葉片上打取大小相同的葉圓片。在打取時，注意避開大的葉脈和葉片上顏色發黃的部位。共打取50片。

第二步：逐氣。

將打下的葉圓片裝入注射器中，用左手食指按住注射器前端的小孔，向注射器在注入適量的清水，這時可看到葉圓片全部浮于水面。另一只手操作活塞。當用力向后拉活塞時，即可造成減壓狀態而逐出葉圓片細胞間隙中的空氣，當向內按壓活塞時，又將水擠入葉圓片組織內。反復操作幾次，直至葉圓片全部沉下水底。將葉圓片和水一起倒入小燒杯中待用。

第三步：實驗條件的處理和觀察

取6個100 ml的小燒杯，分別編號1－6。向2、3、5、6號燒杯中加入0.5% NaHCO330ml（NaHCO3可緩慢分解出CO2），（沒有NaHCO3時，也可通過用吸管向冷開水中吹氣來增加CO2濃度。）1、4號燒杯中分別加入30 ml冷開水，將3號和6號燒杯放入15℃的水浴大燒杯中，1、2、4、5號燒杯放入35℃水浴大燒杯中。然后分別向每個燒杯中加入8片葉圓片，注意葉圓片不要互相重疊。然后將1－3號燒杯放在碘鎢燈下約30㎝處接受燈光的直接照射，4－6號燒杯放在距離燈約70㎝處。觀察并記錄5min內各燒杯中葉圓片上浮的數目，填在如下表格中。在實驗過程中，若水浴溫度變化較大，可視情形加入冰水或開水調整溫度。

五、實驗結果與結論

2號燒杯中的葉圓片浮起數目最多，時間最快。這說明植物在光照比較強、溫度比較高、CO2濃度比較高的環境中光合作用的速度快，任何一個條件的不足，都會降低光合作用的速度。

六、討論

本實驗比較成功，但是也存在一些可改進之處。如使用碘鎢燈可以在短期內取得非常明顯的實驗效果，但是耗電量較大。另外，如果時間允許，還可以設置不同的溫度條件（如15℃、25℃、35℃），可以更加具體的觀察不同的溫度對于光合作用的影響。還可以將碘鎢燈用不同顏色的塑料薄膜包起來，以觀察不同的單色光對植物光合作用的影響，從而促進學生理解如何在農業生產中通過控制不同的環境條件來提高作物的產量。

七、改良之處

本實驗相對于教材《必修1－分子和細胞》（人教版）中的探究活動而言，具有創新性和實用性，就算是條件最簡陋的生物實驗室都可以完成，具體可從以下幾個方面分析：

1.材料選擇方面：從數十種材料中選用陰生植物綠蘿（或用勒杜鵑），廣東各地均易于取材，成本非常低，且打取圓片容易，逐氣容易，實驗效果明顯。

2.器具選擇方面：

用鋼筆帽代替打孔器，器具簡單易得。

用1000W碘鎢燈代替一般臺燈，不僅價格便宜（插座、電線、燈管、燈架共18元），而且由于光照非常強，能在數分鐘內清晰的觀察到實驗現象，利于教師演示或是學生分組實驗。而40W臺燈需要2個小時甚至更長時間才能觀察到實驗結果，并且有時用臺燈實驗效果根本不明顯。

3.實驗方法和步驟方面

教材只設置了不同光照對光合作用的影響，而本實驗分別設置不同的光照、溫度、CO2濃度，采用多組對照實驗簡潔直觀地反映各種環境條件對光合作用強度的影響。

將每個燒杯中加入的葉圓片由教材中的10片減少為8片，這樣可使各個小圓片互相不重疊，還縮短了實驗時間，同時又不影響實驗結果。

教材上通過向冷開水中吹氣來增加CO2濃度，而本試驗改為直接向小燒杯中加入0.5% NaHCO3來增加CO2濃度，這樣可以盡量避免無關變量的影響。

參考文獻：

[1]必修1－分子與細胞[M]．人民教育出版社，2007，104－105