文/ 余芃霏

課題由來(lái)

工業(yè)革命以來(lái)，大氣中 CO2濃度持續(xù)增加，對(duì)城市氣候以及人類(lèi)生存環(huán)境帶來(lái)了較大影響。隨著CO2“溫室效應(yīng)”持續(xù)發(fā)生作用，各種災(zāi)害性天氣頻頻發(fā)生，因此低碳環(huán)保成為全世界共同關(guān)注的一個(gè)話(huà)題。2020 年 9 月，我國(guó)正式提出“力爭(zhēng)于 2030 年前 CO2排放達(dá)到峰值、2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的目標(biāo)。植物可通過(guò)光合作用實(shí)現(xiàn)固碳釋氧，能對(duì)減輕溫室效應(yīng)、改善生存環(huán)境以及實(shí)現(xiàn)“碳中和”發(fā)揮重要作用。本課題選取 5 種常見(jiàn)并具有觀賞價(jià)值的家居綠植，設(shè)計(jì)對(duì)其固碳釋氧能力進(jìn)行量化測(cè)定的實(shí)驗(yàn)方法，并探究溫度、光照對(duì)植物固碳釋氧能力的影響，為家居綠植選擇乃至城市綠化發(fā)展提供參考，對(duì)植物固碳能力研究提供借鑒。

課題目標(biāo)：（1）設(shè)計(jì)一個(gè)在居家環(huán)境中可行的實(shí)驗(yàn)方法對(duì)植物固碳釋氧能力進(jìn)行量化測(cè)定；（2）對(duì)不同植物的固碳釋氧能力作出定性結(jié)論，同時(shí)研究光照、溫度對(duì)植物固碳釋氧能力的影響，尋找植物光合作用的“光飽和點(diǎn)”和“最適溫度”。

課題方案

1.實(shí)驗(yàn)所需材料

主要試劑：NaHCO3飽和溶液

該溶液在實(shí)驗(yàn)中的作用是：維持實(shí)驗(yàn)環(huán)境中CO2濃度的恒定。其原理是：

當(dāng) CO2濃度降低的時(shí)候,反應(yīng)式向右進(jìn)行,使CO2量增加；當(dāng) CO2濃度升高的時(shí)候,反應(yīng)式向左進(jìn)行,使 CO2量減少，故 NaHCO3飽和溶液能保持CO2濃度不變。

主要儀器：溫度計(jì)、照度計(jì)、光照強(qiáng)度可調(diào)的LED 燈、實(shí)驗(yàn)裝置如下圖：

采用網(wǎng)購(gòu)?fù)该魉芰贤?，在塑料桶蓋上插入帶刻度的毛細(xì)管，用一滴紅墨水滴入毛細(xì)管內(nèi)調(diào)整至 0刻度處，并將盛有 NaHCO3飽和溶液的表面皿放入塑料桶中。

實(shí)驗(yàn)用植物：綠蘿、仙人掌、虎皮蘭、萬(wàn)年青、馬齒莧。

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)一：不同綠植固碳釋氧能力測(cè)定及光照強(qiáng)度對(duì)植物固碳釋氧能力的影響

在室溫 25℃的環(huán)境下，分別采用 3000Lux、5000 Lux、7000Lux、10000Lux、15000Lux、20000Lux、25000Lux、30000Lux，8 種不同的光照強(qiáng)度，每一種強(qiáng)度光照持續(xù) 1 小時(shí)后記錄紅墨水滴移動(dòng)方向和刻度。5 種實(shí)驗(yàn)植物依次放到塑料桶內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別記錄數(shù)據(jù)。

植物的光合作用會(huì)將 CO2轉(zhuǎn)化為同等體積的O2，呼吸作用將 O2轉(zhuǎn)化為同等體積的 CO2。強(qiáng)光條件下，光合作用強(qiáng)于呼吸作用。由于 NaHCO3飽和溶液能保持 CO2濃度恒定，那么體積 x 即為光合作用產(chǎn)生的 O2體積減去呼吸作用消耗的 O2體積，也是光合作用凈吸收 CO2的體積。

光合作用：6CO2+12H2O——光照——>C6H12O6+6H2O+6O2↑+能量

呼吸作用：C6H12O6+6H2O+6O2——>6CO2↑+12H2O+能量

由于固碳能力約定俗成是用質(zhì)量來(lái)表示，因此先把實(shí)驗(yàn)得到的刻度值換算成氣體體積，再根據(jù)物理公式換算，就能得到 CO2的質(zhì)量。

實(shí)驗(yàn)二：溫度對(duì)植物固碳釋氧能力的影響

5 種實(shí)驗(yàn)綠植依次放到塑料桶中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，光照強(qiáng)度統(tǒng)一設(shè)定為 5000Lux，溫度分別設(shè)置為10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃，每一種溫度條件 1 小時(shí)后記錄紅墨水滴移動(dòng)方向和刻度，并做好數(shù)據(jù)記錄。由于在家里很難同時(shí)實(shí)現(xiàn)以上實(shí)驗(yàn)所需溫度，因此部分溫度條件需要把實(shí)驗(yàn)裝置放到專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室的植物培養(yǎng)箱里來(lái)實(shí)現(xiàn)（培養(yǎng)箱內(nèi)的溫度、光照都可以調(diào)節(jié)）。

探究結(jié)果

1.實(shí)驗(yàn)一數(shù)據(jù)

不同光照條件下 5 種綠植的固碳能力（mg）

不同光照條件下 5 種綠植的固碳能力（mg）

2.實(shí)驗(yàn)二數(shù)據(jù)

不同溫度條件下 5 種綠植的固碳能力（mg）

不同溫度條件下 5 種綠植的固碳能力

討論

1.對(duì)實(shí)驗(yàn)一結(jié)果的討論

①25℃條件下，5 種實(shí)驗(yàn)綠植在不同光照強(qiáng)度下，固碳能力最強(qiáng)的是仙人掌，最弱的綠蘿。按固碳能力由大到小排列順序是：仙人掌＞萬(wàn)年青＞馬齒莧＞ 虎皮蘭＞綠蘿。

②在一定范圍內(nèi)，5 種綠植固碳能力隨光照強(qiáng)度增加而增加，當(dāng)光照強(qiáng)度增加到一定值，植物固碳能力不再增強(qiáng)，也就是達(dá)到了光飽和點(diǎn)。25℃條件下，綠蘿光飽和點(diǎn)約為 7000Lux，虎皮蘭約為10000Lux，萬(wàn)年青、馬齒莧、仙人掌光飽和點(diǎn)約為20000Lux。

2.對(duì)實(shí)驗(yàn)二結(jié)果的討論

①在一定范圍內(nèi)，5 種綠植固碳能力隨溫度升高而增加，到達(dá)某一溫度后固碳能力開(kāi)始下降，這主要是和光合作用相關(guān)酶的活性有關(guān)。在最適溫度下酶的活性最強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度最大；當(dāng)溫度低于最適溫度，光合作用強(qiáng)度隨溫度的增加而增強(qiáng)；當(dāng)溫度高于最適溫度，光合作用強(qiáng)度隨溫度的增加反而減弱。

②10℃時(shí)虎皮蘭、萬(wàn)年青、馬齒莧、仙人掌無(wú)法測(cè)出數(shù)據(jù)，說(shuō)明該溫度下，它們的光合作用和呼吸作用均非常微弱，而綠蘿依然擁有固碳能力，說(shuō)明綠蘿相對(duì)耐低溫。35℃時(shí)，仙人掌固碳能力相對(duì)于 30℃并沒(méi)有明顯減弱，說(shuō)明相對(duì)耐高溫。

③綠蘿光合作用最適溫度約為 25 ℃，虎皮蘭、萬(wàn)年青、馬齒莧、仙人掌光合作用最適溫度約為30℃。