探究單色光對(duì)植物光合作用影響的實(shí)驗(yàn)裝置

杜曉峰

簡(jiǎn)介

陽(yáng)光是一種復(fù)色光，綠葉在陽(yáng)光下進(jìn)行光合作用，其產(chǎn)物主要是淀粉和氧氣。我用日光燈替代陽(yáng)光，在燈箱反應(yīng)室做實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)綠葉也能進(jìn)行光合作用，制造出淀粉。實(shí)驗(yàn)的成功，促使我產(chǎn)生了更新的想法：如果用白光分離出的單色光照射綠葉，是否也能探究單色光產(chǎn)生光合作用的效果呢？

我利用發(fā)光顏色不同的LED燈珠作光源，制作出紅光、藍(lán)光、白光、紅藍(lán)光（混色）、黃光、綠光、紫光等7種不同顏色的光照反應(yīng)室。每個(gè)光室成獨(dú)立空間，關(guān)閉電源能變成暗室。為保證光照強(qiáng)度，在每個(gè)光室的燈座中都裝有60粒同色的LED燈珠，四周墻面裝有反光鏡，室內(nèi)光線分布均勻，光照強(qiáng)度明顯。創(chuàng)造這樣的條件，用制作的裝置，嘗試探究不同顏色的單色光對(duì)植物光合作用的影響。同時(shí)，這套裝置還能驗(yàn)證CO2對(duì)植物光合作用的影響。實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物見(jiàn)圖l。

探究方案

探究時(shí)，利用淀粉遇碘酒變藍(lán)的原理，檢驗(yàn)淀粉的存在；用沉降于水中綠色小葉片上浮水面，判斷氧氣是否產(chǎn)生。兩實(shí)驗(yàn)均與對(duì)照組進(jìn)行比較，得出結(jié)論。

實(shí)驗(yàn)一：檢驗(yàn)葉片在不同顏色光照下，產(chǎn)生淀粉量的多少。向?qū)嶒?yàn)的葉片滴加碘酒，通過(guò)葉色變化程度判斷。

主要步驟如下：將離體培養(yǎng)的植物葉片，暗處理24h后分別置入各個(gè)光室，用不同色單色光照射5h，然后取出葉片，用碘酒檢驗(yàn)葉片中含有淀粉的量，根據(jù)顏色變化進(jìn)行比較，看出哪些光源對(duì)植物光合作用明顯，哪些不明顯。

實(shí)驗(yàn)二：用菠菜制成圓形的小葉片，將其沉降于水底，放到光室里，相同時(shí)間內(nèi)，比較各個(gè)光室綠色小葉片上升數(shù)量，判斷各光室氧氣釋放量的差別。

實(shí)驗(yàn)裝置還能驗(yàn)證CO2對(duì)植物光合作用有無(wú)影響。在裝置中，有一個(gè)CO2制取室。反應(yīng)產(chǎn)生的CO2經(jīng)過(guò)氣道通向每個(gè)光室，以此，結(jié)合實(shí)驗(yàn)一補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證CO2對(duì)植物光合作用的影響。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)論

實(shí)驗(yàn)一：檢驗(yàn)植物通過(guò)光合作用，產(chǎn)生淀粉。步驟如下。

將同種植物7個(gè)離體培養(yǎng)的葉片置入光室進(jìn)行暗處理24h，然后進(jìn)行光照5h后取出。

對(duì)各個(gè)葉片進(jìn)行酒精脫色、漂洗、滴加碘酒，放置一段時(shí)間，觀察葉片顏色的變化。

觀察結(jié)果后得知：不同顏色光對(duì)植物光合作用中制造淀粉有影響。白光、紅藍(lán)光、紅光、藍(lán)光、紫光對(duì)植物產(chǎn)生光合作用明顯；黃光、綠光對(duì)植物產(chǎn)生光合作用不明顯。

實(shí)驗(yàn)二：檢驗(yàn)植物通過(guò)光合作用，產(chǎn)生氧氣的量。步驟如下。

取新鮮的菠菜葉子，用直徑為lcm的鋼筆帽筒，打出小圓形葉片40～50片（注意避開(kāi)大的葉脈）

將圓形葉片置于注射器針筒內(nèi)，并將注射器吸入清水，待排出注射器內(nèi)殘留的空氣后，用手堵住注射器前端的小孔并緩緩拉動(dòng)活塞，促使小圓形葉片內(nèi)的氣體排出。這一步驟可重復(fù)多次。

將排出內(nèi)部氣體的小圓形葉片，放入黑暗處盛有清水的燒杯中待用。這樣的葉片因?yàn)榧?xì)胞間隙充滿(mǎn)水，所以會(huì)全都沉到水底。

把沉降到清水中的小葉片取出，平均分布到裝有清水的8個(gè)小燒杯中（每燒杯有5片沉降小葉片），將小燒杯放進(jìn)各個(gè)光室里，開(kāi)始計(jì)時(shí)，觀察小葉片上升情況，比較結(jié)果列表。

實(shí)驗(yàn)時(shí)可觀察到上升的小葉片邊緣出現(xiàn)許多小氣泡，長(zhǎng)時(shí)間后，在燒杯內(nèi)壁上也出現(xiàn)氣泡（見(jiàn)圖2），推測(cè)氣泡可能是葉片光合作用產(chǎn)生的氧氣。

從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知：不同顏色光對(duì)植物光合作用產(chǎn)生的氧氣量也有影響：白光、紅藍(lán)光、紅光、藍(lán)光、紫光對(duì)植物產(chǎn)生光合作用明顯，產(chǎn)氧量大；黃光、綠光對(duì)植物產(chǎn)生光合作用不明顯，產(chǎn)氧量小。

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)二的檢驗(yàn)，從植物光合作用的2種產(chǎn)物分析，2個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論基本一致，說(shuō)明裝置能夠進(jìn)行單色光對(duì)植物光合作用影響的實(shí)驗(yàn)，在教學(xué)中有幫助作用，具有可操作性。

實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新點(diǎn)

用離體培養(yǎng)的葉片充當(dāng)實(shí)驗(yàn)材料，能節(jié)約空間。

能研究單色光對(duì)植物光合作用的影響。

能驗(yàn)證CO2對(duì)植物光合作用有無(wú)影響。

作品完善的進(jìn)一步設(shè)想

選用更合適的植物葉片作材料，讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯。

尋找更好的檢測(cè)方法，讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀測(cè)由定性向定量轉(zhuǎn)化。

增加光室單色光源和混色光源種類(lèi)，讓實(shí)驗(yàn)更富有探究性。

該項(xiàng)目獲得第30屆全國(guó)青少年科技創(chuàng)新大賽科技輔導(dǎo)員創(chuàng)新成果科教制作類(lèi)一等獎(jiǎng)。

專(zhuān)家評(píng)語(yǔ)

該項(xiàng)目通過(guò)對(duì)比的方法，很好呈現(xiàn)了各種單色光對(duì)植物光合作用的影響。該項(xiàng)目原理科學(xué)、概念清晰、構(gòu)思巧妙、設(shè)計(jì)合理，作品教育性強(qiáng)。項(xiàng)目選題新穎，具有實(shí)質(zhì)性創(chuàng)新，對(duì)傳統(tǒng)方法有突破。作品效果顯著，制作規(guī)范，具有示范推廣價(jià)值。希望該項(xiàng)目進(jìn)一步增加實(shí)驗(yàn)樣品類(lèi)別、從深層解釋現(xiàn)象中的原理。