“綠葉在光下制造有機物”實驗的優化
——幾種無根綠葉蔬菜的實驗探索

謝 婕 歐陽敏璇 生書晶梁 岳 林 燕

（廣東第二師范學院生物與食品工程學院 廣東廣州 510303）

“綠葉在光下制造有機物”是初中生物學教材中的一個重要的探究實驗。通過該實驗，學生能直觀地觀察，從而理解“綠色植物在光下進行光合作用并產生淀粉等有機物”，形成物質與能量的生命觀念，發展基于實驗現象探討生命規律的科學思維，掌握科學探究的方法，提高實踐動手能力，形成“保護綠色植物、造福人類”的社會責任素養。

在人教版、蘇教版等多個版本的教材中，“綠葉在光下制造有機物”實驗都建議使用盆栽天竺葵作為實驗材料。在南方（廣東），天竺葵不是常見植物，取材不易；在北方，根據正常的教學計劃與進度安排，學習該內容時已經進入12月，天竺葵會因為溫度太低，不易存活，必須將其放置在溫室內培養。在教學班較多的情況下，需要消耗大量的人力、物力、財力。為了提高“綠葉在光下制造有機物”實驗課堂的教學效果，同時降低實驗投入，已有研究在實驗材料上做了大量的替代嘗試，使用了婆婆納、紅薯、擬南芥、南瓜、小白菜、馬鈴薯、黃花酢漿草等完整植株替代天竺葵進行實驗。但通過查閱資料發現，以往研究沒有以無根綠葉蔬菜作為實驗材料的先例。無根綠葉蔬菜作為實驗材料有許多優點：①生長條件較容易滿足，瓶插在水中且每日換水能存活一周；②獲取途徑方便快捷，可以隨時從普通菜市場上購得；③價格經濟實惠，成本較低；④瓶插水養，即買即用，節省種植的時間和空間。

因此本研究選擇一部分市場上常見的無根綠葉蔬菜進行實驗，尋求適宜替代盆栽天竺葵進行“綠葉在光下制造有機物”實驗的材料。實驗地點和實踐設置在廣東地區2020年1月的冬天和2021年9月的夏天，以確認季節和溫度對實驗是否有影響。

1 材料與方法

（1）植物材料：第一輪實驗（2020年1月冬季）使用的植物為南方菜市場上常見的10種綠葉蔬菜，分別是西洋菜、芥蘭、芥菜、上海青、香菜、奶白菜、菜心、菠菜、大葉茼蒿、芹菜。第二輪實驗（2021年9月夏季）去除了第一輪實驗效果不佳的植物，使用植物為6種常見綠葉蔬菜，分別是菜心、西洋菜、菠菜、芥菜、芥蘭苗，并添加天竺葵作為對照。

（2）試劑、儀器、耗材：體積分數為95%的乙醇溶液、碘液；小燒杯（150 mL）、大燒杯（500 mL）、培養皿、酒精燈、三腳架、石棉網、鑷子、打火機；黑色卡紙、回形針。

2 實驗方法與步驟

2.1 植物的處理

從菜市場購入新鮮的、莖和葉完整的蔬菜。用剪刀在莖的下端切出傾斜約45°的斜切口，將植物放入裝有清水的容器中。從天竺葵植株上摘下葉片，同樣放入裝有清水的容器中。

2.2 暗處理

將裝有植物的容器放到黑暗的房間（或用不透光的大紙箱罩住）一晝夜（約24 h）。本研究在前期的實驗中發現，使用黑色塑料袋套住植物，植物因受到損傷生成較多的乙烯，導致植物呼吸量增加，從而因缺氧失去活性，進而影響后續光合作用實驗。所以，本研究使用“暗間”法。

2.3 光照處理

用黑卡紙將經過暗處理的植物葉片的一部分從上下兩面遮蓋起來，并別上回形針以防止黑卡紙脫落，然后進行光照。光照后的植物可能會出現輕微的葉片下垂或莖干彎曲的情況，屬正常現象。

2.4 脫色和染色

葉片去掉遮光上的黑卡紙再放入小燒杯中，加入體積分數為95%的乙醇溶液至浸沒過葉片。在大燒杯中加入少量清水，再將小燒杯放入其中進行水浴加熱脫色。葉片脫色后，用鑷子將葉片取出并用清水漂洗，再向葉片滴加碘液染色。2 min后,用清水沖掉碘液，觀察記錄葉片的顏色變化。

3 結果與分析

第一輪（冬季）的實驗結果表明，10種無根綠葉蔬菜的葉片，實驗前基本呈現翠綠或深綠的顏色，滿足實驗“綠葉”這一條件。酒精脫色后，10種蔬菜葉片的大部分已經脫去葉綠素的顏色，不同植物葉片的顏色深淺有些不同，推測是植物的特性所致。使用碘液染色并洗去浮色后，西洋菜、芥蘭、芥菜、菜心、菠菜5種葉片可以明顯看到遮蓋卡紙的遮光部分沒有被碘液染色，即沒有淀粉產生，而光照部分被碘液染成深色，即有淀粉產生，兩者對比差異顯著；而上海青、香菜、奶白菜、大葉茼蒿、芹菜5種葉片染色后，遮光部分與見光部分的對比沒有明顯差別。將實驗結果進行比較，10種無根綠葉蔬菜的實驗效果綜合排序為：菜心＞西洋菜＞菠菜＞芥蘭＞芥菜＞奶白菜＞上海青＞香菜＞芹菜。

第二輪（夏季）實驗結果表明，6種植物的葉片實驗前都呈現綠色。酒精脫色后，去除葉綠素的不同葉片呈現深淺不一的淺黃綠色。使用碘液染色并洗去浮色后，菜心、菠菜、天竺葵、西洋菜、芥菜等種植物葉片遮光部分與光照部分出現的深淺不同顏色，而芥蘭苗實驗結果對比不明顯。綜合，實驗結果為：芥菜＞菠菜＞天竺葵＞西洋菜＞菜心＞芥蘭苗。

4 討論與結論

4.1 討論

4.1.1 關于無根的綠葉

為了與原實驗相比較，本研究在第二輪實驗加入了離體的天竺葵葉片作為對照，發現實驗效果依然明顯。這說明植株是否完整并不影響綠葉光合作用的進行，天竺葵依然是一種非常好的實驗材料，但它的種植和養護確實比直接從市場購買蔬菜要繁瑣。

4.1.2 關于光照時間

本研究分別在冬季和夏季開展實驗。冬季的光照時間是7.5 h，因為冬日實驗大部分時間雖是晴天但有積云，天空光亮但陽光并沒有直射，所以延長了時間。夏季時3.5 h的光照即能取得很好的實驗效果，因為夏日陽光直射，光照充足，在早上進行光照處理，下午就可以進行實驗。冬季和夏季皆能得到成功的實驗結果，說明季節和溫度對本實驗的影響不大，而光照強度是本實驗取得成功的關鍵因素。若陽光不充足，可以使用電燈等設備人工補足光照。

4.2 結論

本研究分別在中國南方（廣東）的冬季和夏季，使用幾種無根綠葉蔬菜進行“綠葉在光下制造有機物”的實驗材料探索，其中菜心、西洋菜、菠菜、芥蘭以及芥菜這五種無根綠葉蔬菜實驗碘液染色后能夠清晰分辨葉片上的遮光區域和見光區域，比較適合作為盆栽天竺葵的替代材料；而上海青、香菜、奶白菜、大葉茼蒿、芹菜及芥菜苗6種無根綠葉蔬菜結果不明顯，不適合作為實驗的替代材料。考慮到不同地區的蔬菜種類各異，在使用無根綠葉蔬菜開展“綠葉在光下制造有機物”實驗時，可先購買當地常見綠葉蔬菜進行預實驗，篩選出效果較好的蔬菜品種。