運用化學方法探究植物光合作用強度的實驗設計

譚文杰 唐景昌

(湖南省岳陽市第一中學 414000)

人教版高中《生物學》教材(必修1)中系統地闡述了光合作用機理相關知識，并設計了實驗來探究不同光照條件對光合作用強度的影響。但教材中的實驗，只能定性地驗證光照條件這一個環境因素對光合作用強度的影響。

為了使學生能系統地掌握光合作用機理和過程的知識，認識生物學知識與化學知識的聯系，通過運用化學方法(氧化還原反應)來探究不同的植物(葉綠體含量、大小和形狀不同等)、光照強度條件與光合作用原料(二氧化碳)對光合作用強度的影響。原理是光合作用所釋放出的氧氣溶解在水中，可用化學方法測定水中溶解氧濃度的改變來量化光合作用的強度。實驗材料用到恒溫培養箱、金魚藻和苦草。采用碘量法(原理為基于單質碘與硫代硫酸鈉的氧化還原反應)測定水樣中的溶解氧[1]。

由于本實驗步驟相對較多，可運用小組合作的方式展開，具體實驗設計如下：

1 不同植物光合作用強度對比實驗的設計

取洗凈、滅菌和控干的250mL溶解氧瓶(具瓶塞)3個，隨機編為1、2、3號瓶。其中1號瓶為對照組，加入250mL去離子水；2號瓶加入5g金魚藻(用濾紙初步吸干水分)和250mL去離子水；3號瓶加入5g苦草(用濾紙初步吸干水分，下同)和250mL去離子水。3個溶解氧瓶均加塞密封，上部不留氣泡，并在外部加上水封蓋，置于30℃和光照條件為4000lx(接近晴天日照強度)的環境中培養8h[2]。培養前后各取100mL水測定水中溶解氧的濃度。

表1 相同光照條件下兩種植物光合作用強度比較

結果如表1所示： 由于相同質量的金魚藻與苦草葉綠體的含量、大小和形狀等不同，在其他環境因素相同的條件下，光合作用強度明顯不同，單位質量的金魚藻光合作用強度明顯大于苦草。因此可知，植物種類不同影響光合作用強度。

2 不同光照條件對光合作用強度影響的實驗設計

取洗凈、滅菌和控干的250mL溶解氧瓶(具瓶塞)4個，隨機編為4、5、6和7號瓶。其中4號與5號瓶為對照組，加入250mL去離子水；6號瓶與7號瓶均加入5g金魚藻和250mL去離子水。4個溶解氧瓶均加塞密封，上部不留氣泡，并在外部加上水封。4號與6號瓶置于30℃和光照條件為4000lx的環境中培養8h，5號與7號瓶置于30℃和光照條件為1000lx(接近陰雨天日照強度)的環境中培養8h[2]。培養前后各取100mL水測定水中溶解氧的濃度。

結果如表2所示： 隨著光照強度增加，植物光合作用強度也明顯增加。因此可知，光照強度是影響光合作用強度的重要因子。

表2 不同光照條件對光合作用強度影響實驗

3 二氧化碳對光合作用強度影響的實驗設計

取洗凈、滅菌和控干的250mL溶解氧瓶(具瓶塞)5個，隨機編為8、9、10、11和12號瓶。其中8號與9號瓶為對照組，分別加入250mL去離子水和煮沸后冷卻至室溫的去離子水；10號瓶加入5g金魚藻與250mL去離子水；11與12號瓶均加入5g金魚藻與250mL煮沸后冷卻的去離子水，但12號瓶用口通過玻璃管向水中吹入二氧化碳。5個溶解氧瓶均置于30℃和光照條件為4000lx的環境中培養8h。培養前后各取100mL水測定水中溶解氧的濃度。

結果如表3所示： 在缺少二氧化碳的條件下，光合作用基本無法正常進行。

因此可見，二氧化碳是影響光合作用強度的重要因子。

4 結論

通過以上實驗不難得出： 植物種類(影響葉綠體的含量、大小和形狀等)、光照強度和二氧化碳濃度都是影響光合作用強度的重要因子。通過本實驗探究活動，能鞏固學生對光合作用相關知識點的學習和掌握。同時，使學生認識到生物學知識與其他自然科學知識(如化學知識)是有機地聯系在一起的。