淺談定性和定量檢測植物光合作用的幾種方法

王威

【摘要】 普通高中課程標準試驗教科書《生物》必修一第五章 “能源之源——光與光合作用”對光合作用的探究歷程做了大致的介紹，并具體介紹了兩種驗證光合作用產物的方法——“半葉法”和同位素標記法。在歷年的高考中，探究光合作用的方法早已不再局限于此。現將幾種常用的定性和定量的驗證光合作用的方法匯集如下。

【關鍵詞】 高中生物 光與光合作用 方法

【中圖分類號】 G633.91 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1992-7711（2015）01-064-01

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1. 定性地判斷光合作用強度及其產物

1.1“浮葉法”

該方法的基本原理是利用植物葉片進行光合作用產生氧氣，使沉在水底的葉片上浮。通過葉片上浮的速率定性地判斷其光合作用的強度。

具體設計如下：在同株植株上取幾片長勢相近的葉片，在葉片上取相同面積的小葉若干，抽空其中的氣體均分為幾組，置于裝有等體積適宜的NaHCO3溶液的燒杯中，分別置于不同光照強度下。小葉在光照下進行光合作用，若光合作用強度大于呼吸作用強度，小葉會釋放出氣體使之緩緩上浮。通過比較葉片上浮至液面的平均速率，判斷小葉光合作用的強弱。

該實驗可用于探究光照強度對光合作用的影響。若將給予的條件做適度調整，也可用于探究溫度、CO2濃度等對光合作用的影響。此法在考題設計中多用于定性地比較植物光合作用強度。

1.2“半葉法”

該法最早出現在初中生物教材中，用于定性地檢測光合作用的產物。具體設計如下：選取生長良好的天竺葵植株，先置于黑暗條件下一晚，選擇一片葉片，一半遮光，一半曝光。一段時間后，用酒精隔水加熱使之脫色，滴加碘液觀察夜色變化。實驗結果：遮光的部分不變藍色，曝光的部分遇碘變藍。結論：光合作用產生了淀粉。

高中階段的考察對該實驗有了改進：（1）方法上直接用碘蒸氣處理葉片，觀察葉片顏色的變化；（2）用銀邊天竺葵代替天竺葵，進行如上實驗，主要探究植物進行光合作用的條件——光合色素和光照。（3）該實驗設計中對照組和實驗組的判斷：曝光部分為對照組，遮光部分為實驗組。

1.3同位素標記法

該方法在高中教材中用途頗廣，例如探究分泌蛋白的合成及分泌過程、探究噬菌體的遺傳物質、探究DNA半保留復制的方式等。此法的關鍵之處是用具有放射性的同位素替代原物質中的某種元素，通過對放射性物質的檢測大致推測該物質的行徑。

卡爾文正是利用該方法驗證了光合作用中各種物質轉化規律。高中階段所考察的內容比較簡單，常見的考點設計如下：（1）探究光合作用中O2的來源。該探究過程需設計兩組實驗：第一組用18O標記H2O，CO2用正常的16O；第二組用18O標記CO2，H2O則用正常的16O。通過收集到的O2是否具有放射性初步推測其來源。通過該方法驗證了光合作用產生的O2來源于H2O.（2）探究光合作用中CO2的去向：該實驗用14C標記CO2，通過對放射性物質的檢測，探明了CO2中C的轉化途徑：CO2→C3→（CH2O）

高中階段常用的放射性元素及其標記的物質除了上述兩種外，還有用32P標記DNA和35S標記蛋白質驗證遺傳物質、用3H標記氨基酸探究蛋白質的合成及分泌過程、15N標記DNA驗證半保留復制等。

2.定量地計算光合作用的強度

在計算光合作用的強度時，一般采用的衡量指標是CO2的吸收量、O2的釋放量和有機物的增加量等。直接測量到的數據是經植物自身呼吸消耗后凈剩的量，為凈光合作用的值。要計算出某時刻光合作用的量，還需計算出相應時刻的呼吸作用的量。二者相加即可得出真正的光合作用的值。在解題時尤其注意“釋放”和“產生”、“吸收”和“消耗”、“增加”和“生產”的比較。

2.1“黑白瓶法”

若要探究在水下一定距離相關植物的光合作用強度，此法的魅力尤顯獨特。準備兩個帶瓶塞的廣口瓶，一個做遮光處理，一個不處理。在瓶中放入等量的植物部分，閉緊瓶塞，將兩瓶放置于水面以下相同的位置。一段時間后檢測兩個瓶中氧容量。黑瓶用于測定該時刻呼吸作用的強度，白瓶測量該時刻凈光合作用強度。通過計算可以得到水面以下某處的光合所用強度。該方法用于定量計算光合作用強度。

2.2“稱葉法”

該方法利用光合作用反應前后葉片質量發生的變法計算光合作用強度。其實驗設計可以參照“半葉法”的設計。在一段時間結束后，在遮光部位和未遮光部位選取相同面積的小葉若干片，烘干脫水后分別稱量。每片小葉之間的平均重量差值可以用來衡量該時期的光合作用量，擴大到整個葉面即可得到該葉片的光合作用量。

2.3“氣壓瓶法”

此方法在平時考題設計中出現的頻率較高，主要根據密閉瓶內氣壓的變化數值初步計算瓶內植物光合作用的強度。大致設計思路如下：準備兩個密閉透明的廣口瓶，標號為A和B，在瓶內分別放置長勢相近的植株，A瓶內放置一小燒杯的NaHCO3溶液作為CO2緩沖液，B瓶內放置等體積的NaOH溶液。在瓶塞安裝一帶刻度的導管，內置一有色液滴密封。將B瓶遮光處理，A、B兩瓶置于相同且適宜的溫度和光照條件下一段時間。通過有色液滴移動的情況計算瓶內氣體的體積變化，可以粗略計算出瓶內植物的光合作用強度。

在常規的解題中，植物的光合作用一般和呼氣作用并存。解答此類題型的關鍵知識儲備是準確判斷凈光合作用和呼吸作用的衡量指標，明確光合作用、凈光合作用和呼吸作用三者之間的關系。

以上方法的應用在常規考題中多有設計，若相關的設計改變，也可用于測量呼吸作用等。學生若能理解各自的原理及其應用方法，相信對于光合作用和呼吸作用考題的解答一定事半功倍。