徐業(yè)義

(江蘇省常州市田家炳高級(jí)中學(xué) 常州 213000)

人教版高中生物學(xué)教材必修1“探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗(yàn)中，利用葉圓片很好地解決了不同實(shí)驗(yàn)組間光合面積的差異，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也很明顯。但美中不足的是進(jìn)行課堂實(shí)驗(yàn)時(shí)，葉圓片上浮所需要的時(shí)間太長(zhǎng)，一節(jié)課內(nèi)往往觀察不到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。筆者利用金魚(yú)藻為實(shí)驗(yàn)材料，通過(guò)計(jì)數(shù)莖基部單位時(shí)間釋放的氣泡數(shù)，一節(jié)課內(nèi)可以完成探究多種環(huán)境因素對(duì)植物光合作用強(qiáng)度的影響。

1 材料及用具

生長(zhǎng)旺盛的金魚(yú)藻頂段25～30cm、 250mL量筒、計(jì)時(shí)器、臺(tái)燈(18W LED燈泡)、直尺、不同濃度的NaHCO3溶液(提供CO2)、設(shè)置不同溫度的多個(gè)水浴鍋。

2 探究不同環(huán)境因素對(duì)金魚(yú)藻光合作用強(qiáng)度的影響

2.1 探究光照強(qiáng)度對(duì)植物光合作用強(qiáng)度的影響 實(shí)驗(yàn)步驟：①取250mL量筒加入250mL 0.50%NaHCO3溶液，插入一新剪取的金魚(yú)藻頂段，得到裝置A(圖1)；②將裝置A置于離臺(tái)燈20cm處。觀察到金魚(yú)藻莖基部釋放的氣泡速度均勻后(約1～2min)，開(kāi)始計(jì)數(shù)1min內(nèi)釋放的氣泡數(shù)；統(tǒng)計(jì)3次或連續(xù)統(tǒng)計(jì)3min得出平均每分鐘釋放的氣泡數(shù)；③將裝置A向臺(tái)燈移近5cm(或?qū)⑴_(tái)燈向裝置A移近5cm)，等氣泡產(chǎn)生速度均勻后開(kāi)始統(tǒng)計(jì)并得出平均每分鐘釋放的氣泡數(shù)；然后再將裝置A(或臺(tái)燈)向前移動(dòng)5cm，依次得出其余各組數(shù)據(jù)(表1)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論：從表1可以看出，在一定的光照強(qiáng)度范圍內(nèi)，隨著植物與光源間距離的增大(光照強(qiáng)度減弱)，光合作用釋放的氧氣量減少(光合作用減弱)。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖

表1 光照強(qiáng)度與氣泡產(chǎn)生速率間的關(guān)系

2.2 探究溫度對(duì)金魚(yú)藻光合作用強(qiáng)度的影響 實(shí)驗(yàn)步驟：將裝置A(圖1)先放入0℃的水浴鍋(冰浴)中，給予適宜的光照(燈光距離5cm)，待量筒中溶液溫度達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)定溫度、氣泡產(chǎn)生的速度均勻后開(kāi)始計(jì)數(shù)，每次計(jì)時(shí)1min，連續(xù)記錄3次，記錄于表中，并計(jì)算平均值。然后依次進(jìn)行10℃、 20℃、 30℃、 40℃的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論：圖2是不同水溫條件下金魚(yú)藻產(chǎn)生氣泡的速率。根據(jù)圖2可知，在一定的溫度范圍內(nèi)，隨著溫度升高植物的光合作用強(qiáng)度增加；超過(guò)一定溫度后，植物的光合作用強(qiáng)度隨溫度升高而降低。

圖2 不同水溫條件下金魚(yú)藻產(chǎn)生氣泡的速率

2.3 探究CO2濃度對(duì)金魚(yú)藻光合作用強(qiáng)度的影響 實(shí)驗(yàn)步驟：用煮沸冷卻的蒸餾水配制濃度分別為0、 0.25%、 0.50%、 1.00%、 2.00%、 4.00%、 8.00%的NaHCO3溶液。取7個(gè)250mL的量筒，按圖1方法設(shè)置不同濃度NaHCO3溶液的實(shí)驗(yàn)裝置。每組裝置A與臺(tái)燈的距離保持5cm，記錄氣泡數(shù)量，每次計(jì)時(shí)1min，記錄3次，計(jì)算平均產(chǎn)生氣泡的速率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論：圖3是不同濃度NaHCO3溶液中金魚(yú)藻產(chǎn)生氣泡的速率?？梢钥闯鲈谝欢ǚ秶鷥?nèi)，隨CO2濃度升高光合作用強(qiáng)度增加，超過(guò)一定濃度后，光合強(qiáng)度不再上升。

3 注意事項(xiàng)

3.1 不能設(shè)置平行實(shí)驗(yàn) 因無(wú)法找到兩棵相同的金魚(yú)藻，因此不能設(shè)置平行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)前后自身對(duì)照可以達(dá)到相同的效果。

3.2 金魚(yú)藻除主莖基部不能再有其他傷口 如果還有其他傷口，在光合時(shí)不同傷口處都會(huì)冒出氣泡，一方面計(jì)數(shù)氣泡困難，另一方面不同傷口冒出的氣泡大小不同，這樣比較氣泡數(shù)就毫無(wú)意義。

3.3 實(shí)驗(yàn)中NaHCO3溶液濃度不宜過(guò)高 4%NaHCO3溶液可使金魚(yú)藻連續(xù)光合4.0h強(qiáng)度不變，然后葉片邊緣開(kāi)始發(fā)黑，單位時(shí)間內(nèi)釋放的氣泡數(shù)也減少，最后植株玻璃化死亡。8%NaHCO3溶液只能維持20min左右，后出現(xiàn)上述類似的情況，速度更快。筆者推測(cè)可能由兩方面原因造成：一是堿性太強(qiáng)對(duì)植物細(xì)胞造成傷害；二是溶液中鹽濃度過(guò)高造成植物細(xì)胞滲透壓發(fā)生較大改變。因此用NaHCO3溶液代替CO2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，濃度不宜過(guò)高，筆者通過(guò)探索發(fā)現(xiàn)0.5%NaHCO3溶液既不會(huì)對(duì)金魚(yú)藻造成傷害，又可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定提供CO2。