使用傳感器探究環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“光合作用”中“探究環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、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，實驗結果不易常規檢測，使得實驗的實施和實驗效果有一定的局限性。根據新課標的要求，實驗課既要培養學生的探究能力，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發展起來的一中新的傳感器技術，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化為電信號的物理或化學傳感器，兩者結合在一起，用現代化微電子的自動化儀表進行生物信息再加工，構成各種可以使用的生物傳感器分析裝置、儀器和系統。

（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，將測得瓶中溶解氧濃度的變化值傳送至數據采集器接口進行實驗數據的記錄和分析。

（3）知識背景：

光合作用的實質是植物利用光能，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境條件有：二氧化碳濃度、光質、光強度、溫度、酸堿度等。實驗中設置不同自變量，利用水生蜈蚣草在進行光合作用過程中產生的氧引起水中溶解氧含量的改變，從而反映出相應環境因素對光合作用的影響。

2 實驗設備和材料

帶USB接口的計算機，數據采集器，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，質量分數為0.125%的NaHCO₃溶液，質量分數為15%的HCl溶液，質量分數為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）材料預處理。將選好的等量水生蜈蚣草分別置于3只實驗瓶內，放在暗箱內一夜。

（2）連接計算機、數據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。點擊“通用軟件”，系統自動識別所接入的傳感器，并顯示溶解氧數值及光照度數值。

（3）分別將溶解氧傳感器電極置于三瓶內，待示數穩定后測得瓶中溶解氧濃度初始數據。

（4）記錄數據，實驗數據見表1～表5

（5）實驗數據分析：

①自來水和冷開水中溶解氧數值均下降，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，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的有關問題、注意事項、實驗現象進行交流探討，從而進一步理解各種環境因素對植物光合作用強度影響情況。若時間允許，實驗還可以繼續細化，更好地研究其內在規律。本實驗不僅培養了學生學會控制自變量、觀察和檢測因變量變化，而且在實驗能力提高的基礎上，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。