“探究二氧化碳濃度對光合作用的影響”實驗的思考與改進

余 林 張 怡

(1 浙江省杭州學軍中學 杭州 310012； 2 浙江師范大學生化學院 金華 321004)

“探究環境因素對光合作用的影響”是浙科版高中生物學必修1中的一個開放性探究實驗。該實驗內容較為豐富，并與生活實際相聯系，對培養學生的動手操作能力、數據分析能力和實驗探究能力具有不可替代的作用。由于教材對實驗的描述不夠詳盡，已有不少教師對該實驗裝置進行了實驗材料、打孔方法、光照強度、CO2來源和濃度以及光合作用強度檢測方法的改進，但實際操作過程中常常出現實驗效果不佳的情況。此外，由于高中學生的認知水平和興趣多樣性的特點，專業化的實驗設計和實驗設備不一定能獲得理想的教學效果。

本文在參照人教版教材的基礎上，充分利用所在實驗室的設備和條件，考慮到實驗材料和器具生活化的同時，遵循簡便易行、仿照教材的原則，設計并實施了以碳酸飲料雪碧代替NaHCO3溶液以增加CO2濃度的方法。該實驗主要探究CO2濃度對光合作用的影響，同時對葉圓片制取的打孔方法及真空滲水法中的注射器選擇進一步優化，培養學生對實驗探究的興趣及創新精神。

1 材料與方法

1.1 材料與用具 菠菜，雪碧。直徑為4 mm的塑料吸管，培養皿，20 mL注射器，橡皮擦，燒杯(50 mL)，實驗臺日光燈，計時器。

1.2 實驗方法 將新鮮菠菜葉片放置于實驗臺上，利用吸管的平口一端，按壓葉片并輕輕旋轉，即可獲得實驗所用的圓形葉片。按壓時需避開大葉脈，可多片葉疊加打孔。將制取好的葉圓片放入盛有水的培養皿中，同時注意遮光，避免葉圓片因干枯萎蔫或提前進行光合作用而影響實驗效果。

取30枚葉圓片置于20 mL注射器內，使注射器吸入水，將注射器口朝上，推動活塞排除注射器內殘留的空氣，再使注射器前端牢牢插入橡皮擦內達到密封狀態，一只手緊握注射器，另一只手緩緩拉動活塞，使葉圓片內的氣體逸出，這一步驟可重復幾次。

將雪碧與水以1∶9、 2∶8的體積比分別配制成50 mL的混合溶液置于50 mL的燒杯中；另設置只有水的對照組。每個燒杯中放入10片抽氣后的葉圓片(葉圓片均沉入燒杯底，可用鑷子將葉圓片鋪展開，避免重疊)，沿著實驗臺日光燈所在的直線并列放置，打開日光燈裝置，室溫下觀察并記錄5、 10、 15、 17、 20 min時燒杯中葉圓片浮起的數量。每組實驗重復測定3次，記錄數據，取整數平均值。

2 結果與分析

碳酸飲料雪碧內富含CO2，可直接為葉圓片進行光合作用提供充足的原料，葉圓片上浮現象明顯。在10～20 min內，雪碧與水以2∶8的體積比配制成混合液的燒杯中，葉圓片上浮的數量變化較1∶9和對照組更為明顯(圖1)。前者在實驗開始5 min后就有葉片上浮，至20 min時，所有葉圓片(10片)均已上浮。后者在實驗開始10 min后有葉圓片上浮，至實驗結束時上浮了6片。而對照組水溶液中，20 min后才有1片上浮。由此可見，在一定范圍內，光合作用強度隨CO2濃度的增加而增強。

圖1 不同雪碧與水體積比下菠菜葉圓片上浮的數量

3 結論與討論

實驗所用到的葉圓片，多數教師是利用直徑為1 cm的打孔器所制取的。但是在實際的高中生物學實驗教學中，考慮到有些學校不能一次性提供較多的規格一致的打孔器，為了使實驗生活化，遵循實驗所用器材簡便易取的原則，本文使用常見的塑料吸管代替打孔器，并且葉圓片面積越小，實驗出現明顯現象所用的時間也越短。

在葉圓片抽氣的操作中，注射器的材質、型號及使用方法對抽氣效果影響顯著。注射器的材質主要有玻璃和塑料兩種類型，玻璃注射器密封性不夠好，在抽氣的過程中會有大量的小氣泡從抽拉端產生，并且活塞會容易松動，影響抽氣效果；而一次性塑料注射器更易獲取，密封性與抽拉性也更好，可以更有效地將葉圓片內的空氣抽出，使葉圓片沉到水底[2]。此外，20 mL和50 mL注射器相比較而言，50 mL注射器由于其體積相對較大，需要很大的力氣才能拉動活塞，因此對于大多數學生來說是比較困難的；而20 mL注射器比較小巧，易于操作整個抽氣過程，并且抽氣也比較徹底。

在使用注射器對葉片進行抽氣時，最好將30枚葉片同時放入針筒內，這樣既能減少重復操作，也能避免因抽氣時用力大小的不同和抽氣次數的不同而對葉片內逸出空氣多少造成影響[2]。同時，為減輕抽氣過程中注射器前端對手指的壓迫，可以用橡皮擦堵住注射器前端的小孔，便于用全手緊握注射器，使拉動活塞更方便。這種方法操作簡便、省時，學生能在2～3 min之內制取大量抽除氣體的葉圓片。也可以選取醫用頭皮針一端連接于注射器前端，剪去另一端的針頭，將軟管打結即能達到封閉注射器的目的[3]。

中學生物學實驗教學中，利用簡便易得的用具和材料完成實驗，是將復雜問題簡單化的良好體現。不僅有利于節約實驗成本，降低大班化實驗教學的難度，而且有利于培養學生創造性地進行實驗優化的意識，提高實驗探究的能力。