使用傳感器探究環(huán)境因素對植物光合作用強度的影響

李寶霞

人教版高中生物必修一教科書的第四節(jié)“光合作用”中“探究環(huán)境因素對植物光合作用強度的影響”實驗中，采用改變二氧化碳濃度、光質(zhì)、光強度、溫度、酸堿度等條件探究影響植物光合作用強度的情況。由于實驗組別較多，操作起來過于繁瑣，實驗結(jié)果不易常規(guī)檢測，使得實驗的實施和實驗效果有一定的局限性。根據(jù)新課標的要求，實驗課既要培養(yǎng)學生的探究能力，又要加深學生對知識的掌握度，實驗操作要簡單、高效。筆者采用最新引進的朗威DISLab傳感器中的光照度傳感器、溶氧傳感器去檢測不同自變量下的光合作用強度的變化，實驗操作更方便、結(jié)果更直接，使學生深刻地理解和掌握知識，取得更佳的教學效果。

1 探究背景

（1）生物傳感器：

生物傳感器是近幾十年內(nèi)發(fā)展起來的一中新的傳感器技術(shù)，各種生物傳感器都具有以下共同特點：包含一種或多種生物活性材料及能把生物活性表達的信號轉(zhuǎn)化為電信號的物理或化學傳感器，兩者結(jié)合在一起，用現(xiàn)代化微電子的自動化儀表進行生物信息再加工，構(gòu)成各種可以使用的生物傳感器分析裝置、儀器和系統(tǒng)。

（2）測量原理：

在各實驗裝置中，通過改變某一自變量研究光合作用強度大小，光照度傳感器溶氧傳感器電極置于實驗瓶內(nèi)，將測得瓶中溶解氧濃度的變化值傳送至數(shù)據(jù)采集器接口進行實驗數(shù)據(jù)的記錄和分析。

（3）知識背景：

光合作用的實質(zhì)是植物利用光能，把水和二氧化碳合成有機物同時釋放氧氣的過程，其中影響植物光合作用強度的環(huán)境條件有：二氧化碳濃度、光質(zhì)、光強度、溫度、酸堿度等。實驗中設(shè)置不同自變量，利用水生蜈蚣草在進行光合作用過程中產(chǎn)生的氧引起水中溶解氧含量的改變，從而反映出相應(yīng)環(huán)境因素對光合作用的影響。

2 實驗設(shè)備和材料

帶USB接口的計算機，數(shù)據(jù)采集器，光照度傳感器、溶氧傳感器，朗威DISLab軟件，大小、苗嶺、長勢相同的水生蜈蚣草多株，光源，可密封玻璃瓶，水浴鍋，自來水，冷開水，質(zhì)量分數(shù)為0.125%的NaHCO₃溶液，質(zhì)量分數(shù)為15%的HCl溶液，質(zhì)量分數(shù)為15%的NaOH溶液等。

3 實驗步驟

3.1學生準備

將全部學生均分為10組，其中每兩組實驗內(nèi)容相同。全組成員分工合作，各司其職。

3.2進行實驗

（1）材料預(yù)處理。將選好的等量水生蜈蚣草分別置于3只實驗瓶內(nèi)，放在暗箱內(nèi)一夜。

（2）連接計算機、數(shù)據(jù)采集器及溶解氧傳感器、光強度采集器，打開計算機，進入實驗軟件系統(tǒng)。點擊“通用軟件”，系統(tǒng)自動識別所接入的傳感器，并顯示溶解氧數(shù)值及光照度數(shù)值。

（3）分別將溶解氧傳感器電極置于三瓶內(nèi)，待示數(shù)穩(wěn)定后測得瓶中溶解氧濃度初始數(shù)據(jù)。

（4）記錄數(shù)據(jù)，實驗數(shù)據(jù)見表1～表5

（5）實驗數(shù)據(jù)分析：

①自來水和冷開水中溶解氧數(shù)值均下降，說明植物呼吸作用強度大于光合作用強度，且無二氧化碳時植物光合作用幾乎不能進行。

②藍光照射時光合作用強度大于紅光照射，紅光照射時光合作用強度大于綠光照射時。

③在一定光照強度范圍內(nèi)，植物光合作用隨光照強度的增加而增強。

④溫度較低，植物光合作用強度較溫度適宜時弱，但當溫度過高時植物光合作用強度急劇下降。

⑤實驗瓶中加酸或堿時植物光合作用強度下降，且加酸后植物光合作用為負增長。

4 交流與擴展

各組間對實驗過程中出現(xiàn)的有關(guān)問題、注意事項、實驗現(xiàn)象進行交流探討，從而進一步理解各種環(huán)境因素對植物光合作用強度影響情況。若時間允許，實驗還可以繼續(xù)細化，更好地研究其內(nèi)在規(guī)律。本實驗不僅培養(yǎng)了學生學會控制自變量、觀察和檢測因變量變化，而且在實驗?zāi)芰μ岣叩幕A(chǔ)上，提高學生運用語言表達的能力和分享信息、分享實驗成果的能力。

采用最新的技術(shù)和簡單方便的操作，讓學生理解生命科學中比較抽象的知識，不僅加深了學生印象，而且鞏固了課堂上所學的理論知識。