不同光質對光合速率影響的探究

林柏羽 許天寧

在生物課上，二氧化碳濃度和光強對光合速率的影響實驗點燃了我們的興趣，我們決定進一步探究其他因素對光合速率的影響。通過課外閱讀，我們大概了解了光質對光合速率的影響，于是選擇探究光質和光合速率的關系。

一、實驗思路

實驗自變量為光的波長，因變量為光合速率，選擇相同時間內葉圓片上浮的數量為因變量的檢測指標。在手電筒上加裝不同顏色的濾鏡，白光透過不同顏色的濾鏡可獲得不同顏色的光，即不同光質。

為探究不同光質對植物光合速率的影響，我們采用對照實驗?？刂茖嶒炗肗aHC03溶液濃度、環境溫度、相同菠菜品種，調節光源與葉圓片之間的距離，使光照度均為120 Lx，保證無關變量統一。

先用真空滲入法排除葉肉細胞間隙的空氣，充以水分，使葉圓片沉在水底。不同光質的照射引起葉圓片釋放氧氣量的不同，通過觀察葉圓片上浮速度的快慢，判斷不同光質對光合作用速率的影響。

二、材料和用具

新鮮的菠菜葉，質量分數為2%的NaHC03溶液，清水。從學校實驗室借得直徑為0.5 cm的打孔器、20 mL注射器、鐵架臺，自備兩臺手機，準備相同型號的聚光手電筒3支，一次性紙杯若干，紅黃藍三種彩色濾鏡，以及刻度尺、量筒、電子秤、玻璃棒、手電筒固定夾等。

三、探究過程

（一）用打孔器制取足量葉圓片，每組20片，共6組。另多取20片備用。

（二）配置質量分數為2%的NaHC03溶液。

（三）使用真空滲入法處理葉圓片，使葉圓片均下沉。處理完后放在暗處備用。

（四）在每支手電筒上分別裝上紅色、黃色、藍色、綠色（藍黃疊加）、紫色（紅藍疊加）濾鏡，第6組不裝，作為對照組。用支架固定手電筒，利用App測光照度，調整支架與燒杯的間距，使光線對紙杯底光照度均為120 Lx。

實驗結果表明，在不同光質下，支架與紙杯底的間距為白光56 cm、黃光40.5 cm、藍光25 cm、綠光22 cm、紅光19 cm、紫光15 cm時，底部的光照度為120 Lx。

（五）往每個紙杯中注入40 mL質量分數為2%的NaHC03溶液。

（六）往各個紙杯中各放入20片葉圓片，開始計時。

（七）記錄5 min、10 min和15 min時各組浮起的葉圓片的數量。

（八）分析數據。

四、結果及分析

通過濾鏡和測光App對不同色光進行測試和控制，用真空滲入法檢測菠菜葉圓片在不同色光下的上浮情況。

從結果可以看出，菠菜葉圓片的光合作用強弱與光質有關：在光照度相等的情況下，自然光的光合速率大于單色光；單色光中，紅光下的光合速率相對最高，其次是藍光、紫光、黃光，綠光最弱。

葉綠體中的光合色素有葉綠素和類胡蘿卜素兩大類，葉綠素分為葉綠素a和葉綠素b，類胡蘿卜素中最多的是胡蘿卜素和葉黃素。正常葉片中葉綠素的含量是類胡蘿卜素的3倍，葉綠素a的含量又是葉綠素b的3倍，葉黃素的含量是胡蘿卜素的2倍?？茖W實驗證明，葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜如圖8。

可見，葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，兩者幾乎都不吸收綠光。自然光包含波長為380 nm～750 nm的光，因此在光照度相等的情況下，自然光的光合速率優于單色光；單色光中，紅光、藍光和紫光下的光合速率較高，而綠光最弱。這也可以解釋，夜間城市綠地用綠燈照射，既可最小限度影響植物的生理（如光合作用） ，又能呈現綠意，美化環境。

五、活動體會

本次實驗是在參加校本課程“生物學拓展實驗”的基礎上，我們第一次完整地進行的一次課外生物探究活動。從實驗方案的設計、操作到數據收集分析，我們每一步都在摸索中改進，在實踐中完善。

首先，通過實驗，我們對科學探究的準確性和嚴謹性有了更進一步的認識。

其次，我們對探索精神有了更深刻的體會。為滿足反復實驗的需求，我們制取的葉圓片加起來不少于六百片。雖然我們的設備并不是很專業，但我們盡可能地用現階段可獲取的設備完成了這次實驗，并獲得了滿意的結果。

再次，我們在實踐中感受到了合作的力量。我們共同完成了實驗的初步設計，并在校內進行了初次嘗試，但并未成功。之后，受疫情影響，我們的合作由線下轉為線上。在網課之余，我們通過幾次線上討論，不斷完善細節，制訂實驗最終方案，并由一人負責具體的實驗操作，獲取了有效實驗數據。

最后，感謝生物實驗室的俞佳老師為我們提供實驗器材，給了我們自由探索的空間，也感謝相互幫助、志同道合的伙伴們，為科學探索提供了最堅定的支持。（指導老師：邵江樵）

專家點評

小作者們通過濾鏡和測光App對不同色光光照度進行測試和控制，應用真空滲入法檢測菠菜葉圓片在不同色光下的上浮情況，證明綠色植物光合速率與光質有關。作品素材源于教材實驗“光照強度對光合作用的影響”，小作者們在中學生物學教材實驗的基礎上進行拓展，探討了不同光質對光合作用的影響，選題可操作性強，具有創新性。

建議補充必要的文獻資料，使文章更完整。

（欄目編輯? 秦銀銀）

本期點評專家

張永強? 高級教師，湖南省十佳科技教師。科普中國2021年十大科普人物獎獲得者，全國校園發明創意大賽、湖南省青少年科技創新大賽、湖南省創新編程與智能設計大賽、湖南省科學調查體驗活動評審專家組成員。