探究植物光合作用的影響因素

劉涌楠

摘 要：通過實驗探究光照強度、CO2濃度、溫度及光質變化對植物光合作用的影響。通過實驗結果分析出各因素對植物光合作用的影響規律。

關鍵詞：環境因素 植物 光合作用 影響

光合作用是指在可見光的照射下，含有葉綠體的綠色植物、動物或者某些細菌經過光反應和碳反應，將二氧化碳和水轉化為有機物，并且釋放出氧氣的過程。光的強度、空氣中CO2的濃度、自然溫度以及光的成分等都影響著植物的光合作用。光合作用的強度通常可以用一定時間內原料消耗或者產物生成的數量來表示，通常用氧氣的釋放量來表示光合作用的強度。本文通過檢測氧氣的含量來探究光照強度、CO2濃度、溫度及光質變化對植物光合作用的影響。

一、實驗裝置的安裝與檢測

1.實驗用具

平底燒瓶（500ml）、玻璃漏斗、三通閥、玻璃管、量筒（100ml）、分液漏斗、止水夾、乳膠管。[1]

2.儀器的安裝

在橡皮塞上打兩個孔，一個孔上插入排水管，另一個孔上插入三通閥并伸入到平底燒瓶的底部，三通閥的水平端連接排水管并伸入到量筒中，兩個排水管及三通閥的上端均設置有止水夾。

3.檢查儀器的氣密性

裝置安裝好后檢查其是否漏氣。在平底燒瓶中裝入一定量的水，將平底燒瓶上方的兩個止水夾夾緊，將三通閥連接的排水管處的止水夾松開。用熱毛巾包圍平底燒瓶的外部，如果排氣管處有氣泡冒出，并且當儀器冷卻時水從導管處上升一段且保持不落，則說明該裝置氣密性良好。如果裝置漏氣，可用毛筆蘸稀肥皂水在連接處一一測試，如果有氣泡冒出則為漏氣處，重新連接后再進行氣密性測試。[2]

二、光照強度對植物光合作用的影響

1.實驗材料和用具

如1所述裝置、臺燈（50～500w）、NaHCO3溶液（0.01g/ml）、沉水植物（黑藻）。

2.實驗步驟

（1）制作6套如1.1所述的裝置，分別在6套裝置的平底燒瓶中加入等量的水，并依次標號。

（2） 稱取等質量的沉水植物（黑藻）分別放置在6套裝置中。

（3）將6套裝置分別加入 100ml的NaHCO3溶液（0.01g/ml）和100ml的醋酸溶液（0.03g/ml），震蕩均勻后分別用50w、100w、150w、250w、350w和500w的臺燈分別照射，并觀察氣泡產生情況。

（4）光照30分鐘后停止，測量量筒中排出的水的體積（即產生氧氣的體積）。

（5）每組實驗重復三次，記錄數據并取平均值，繪制光照強度與氧氣釋放量的關系曲線圖。[3]

3.實驗結果及結論

繪制的光照強度與氧氣釋放量的關系曲線圖如圖1所示，氧氣的排放量隨光照程度的從弱到強呈現出先增大后減少的趨勢，光照強度在50w～250w范圍內，隨著光照強度的增強光合作用產生的氧氣逐漸增多，當光照強度增到350w和500w時，光合作用產生的氧氣反而逐漸下降，由此可得出結論，適度的提高光照強度可以增強植物的光合作用，但光照過強時，反而會降低植物的光合作用。

三、CO2濃度對植物光合作用的影響

1.實驗材料和用具

如1所述裝置、臺燈（100w）、NaHCO3溶液（0.01g/ml）、醋酸溶液（0.03g/ml）、沉水植物（黑藻）。

2.實驗步驟

（1）制作6套如1.1所述的裝置，分別在6套裝置的平底燒瓶中加入等量的水，并依次標號。

（2）稱取等質量的沉水植物（黑藻）分別放置在6套裝置中。

（3）將6套裝置分別加入0ml、10ml、20ml、30ml、50ml和100ml的NaHCO3溶液（0.01g/ml），震蕩搖勻后，再分別加入0ml、10ml、20ml、30ml、50ml和100ml的醋酸溶液（0.03g/ml），震蕩均勻后放在100w臺燈下照射，并觀察氣泡產生情況。

（4）光照30分鐘后停止，測量量筒中排出的水的體積（即產生氧氣的體積）。

（5）每組實驗重復三次，記錄數據并取平均值，繪制CO2濃度與氧氣釋放量的關系曲線圖。

3.實驗結果及結論

繪制的CO2濃度與氧氣釋放量的關系曲線圖如圖2所示，氧氣的排放量隨NaHCO3溶液含量（即CO2濃度）的增加而逐漸增多，由此可以證明，CO2濃度的增加可以提高植物光合作用的強度。

四、溫度對植物光合作用的影響

1.實驗材料和用具

如1所述裝置、臺燈（100w）、NaHCO3溶液（0.01g/ml）、醋酸溶液（0.03g/ml）、水槽、冰水混合物、常溫水、開水、溫度計、沉水植物（黑藻）。

2.實驗步驟

（1）制作6套如1.1所述的裝置，用冰水混合物、常溫水、開水調配成0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃的水，取等量的調配好的水，分別裝在6套裝置的平底燒瓶中，并依次標號。

（2）稱取等質量的沉水植物（黑藻）分別放置在6套裝置中。

（3）將6套裝置分別加入 100ml的NaHCO3溶液（0.01g/ml）和100ml的醋酸溶液（0.03g/ml），震蕩均勻后放在100w臺燈下照射，并觀察氣泡產生情況。

（4）光照30分鐘后停止，測量量筒中排出的水的體積（即產生氧氣的體積）。

（5）每組實驗重復三次，記錄數據并取平均值，繪制溫度與氧氣釋放量的關系曲線圖。

3.實驗結果及結論

繪制的溫度與氧氣釋放量的關系曲線圖如圖3所示，氧氣的排放量隨溫度的從高到低呈現出先增大后減少的趨勢，溫度在0℃～40℃范圍內，氧氣的排放量隨溫度的升高而逐漸升高，溫度超過50℃時，光合作用產生的氧氣排放量開始逐漸下降。由此可以證明，適當提高溫度可以增強光合作用的強度，但溫度過高時，光合作用反而會下降。[4]

五、光質變化對植物光合作用的影響

重鉻酸鉀溶液（0.01g/ml）可以吸收光譜中的藍紫光，透過紅光，而硫酸銅溶液可以吸收光譜中的紅光，讓藍紫光透過。可以根據此原理，研究光質變化對植物光合作用的影響。

1.實驗材料和用具

如11所述裝置、臺燈（100w）、重鉻酸鉀溶液（0.01g/ml）、硫酸銅溶液、水槽、沉水植物（黑藻）。

2.實驗步驟

（1）將兩個水槽分別標號，分別放入等量的重鉻酸鉀溶液（0.01g/ml）和硫酸銅溶液。

（2）制作2套如1.1所述的裝置，在平底燒瓶中加入等量的水，然后分別放置在兩個水槽中，稱取等質量的沉水植物（黑藻）分別放置在2套裝置中。

（3）將2套裝置放在100w臺燈下照射，并觀察氣泡產生情況。

（4）光照30分鐘后停止，測量量筒中排出的水的體積（即產生氧氣的體積）。

（5）每組實驗重復三次，記錄數據并取平均值，繪制不同光質與氧氣釋放量的關系曲線圖。

3.實驗結果及結論

繪制的光質變化與氧氣釋放量的關系曲線圖如圖4所示，在紅光照射下的植物光合作用比藍紫光照射下的植物光合作用更強。由此可以證明，波長較長的紅光可以促進植物光合作用。

結語

本文通過實驗探究了光照強度、CO2濃度、溫度及光質變化對植物光合作用的影響。由實驗結果可以得知，光照強度和溫度的增加均使光合作用呈現出先增強后減弱的趨勢，也就是說每種植物都有自己的最佳光照強度和最佳溫度。而光合作用隨CO2濃度的增加逐漸增強，說明CO2濃度越高越有利于植物的光合作用，并且紅光更加促進光合作用。[5]

參考文獻

[1]郭培國； 李榮華. 提高環境CO2濃度和環境溫度對植物光合作用的影響[J].. 廣州師院學報（自然科學版）. 1999.05（20）：51-54.

[2]呂敏. 環境因子對植物光合作用影響的研究[J].. 實驗教學與儀器. 2006.3：30-31.

[3]鄭春和. 淺談高中生物學的探究性實驗[J].. 生物學通報. 2003.38（9）：33.

[4]鄭洪. 探究光和溫度影響光合作用效率的實驗設計[J]. 實驗教學與儀器. 2002（03）：15-16.

[5]張萬明. “環境因素對光合作用強度的影響”一節探究實驗的改進[J]. 生物學通報. 2010（07）：51-53.