“雙變量”探究“影響光合作用強度的因素”的實驗設計

周荷靜

(江蘇省蘇州市相城區(qū)陸慕高級中學 215131)

光合作用是高中生物學重點和難點內(nèi)容之一，“研究影響光合作用強度的因素”是必修1教材唯一的C級要求的實驗，同時又是高中生物學實驗為數(shù)不多的定量實驗之一。光合作用除了受到環(huán)境因素(如光照強度、溫度、二氧化碳等)的影響，還會受物種的特性、生長狀態(tài)等植物內(nèi)部因素的限制，這樣本課題就涉及多因素的探究。本實驗用時長，探究一個因素一般需要30min，如何在一節(jié)課完成多個因素的探究值得一線教師的思考。筆者設計了一組實驗來同時探究“光照強度(外因)”和“植物生理狀態(tài)(內(nèi)因)”對光合作用強度的影響，既節(jié)約時間，又能使現(xiàn)象非常明顯。

1 實驗材料用具

青菜葉片(綠葉和黃葉)、1% NaHCO3溶液、燒杯3個、臺燈1盞(專供光合作用的LED光源)、秒表、鑷子、尺子等。

2 實驗步驟

(1) 分別取葉片大小相近青菜的綠葉和黃葉，利用打孔器獲得數(shù)量足夠多的葉圓片，利用“真空滲水法”的原理用注射器抽掉葉圓片氣體。

(2) 準備3個100mL的燒杯，用鑷子將葉圓片放在盛有30mL 1%的碳酸氫鈉溶液燒杯中，每杯放6片綠色葉圓片和6片黃色葉圓片。

(3) 控制三個實驗裝置之間的距離都是5cm，用臺燈進行照射(圖1)。

圖1 “雙變量探究影響光合作用強度因素”實驗裝置

(4) 觀察并記錄7min后綠色和黃色葉圓片上浮的數(shù)量(表1)。

表1 在不同光照強度下7min葉圓片上浮的數(shù)量

3 結果分析

首先分析光照強度這個變量對光合作用強度的影響，前提是無關變量相同且適宜，因此只要看表1中綠葉組實驗數(shù)據(jù)，不難發(fā)現(xiàn)在一定的范圍內(nèi)，隨著光照強度的增加，葉圓片上浮的數(shù)量增加，光合作用強度增加。再分析另一個變量(植物生理狀態(tài))對光合作用強度的影響，發(fā)現(xiàn)在光照強度適宜的中光或強光下，綠葉組的葉圓片上浮的數(shù)量明顯多于黃葉組。通過雙變量的實驗設計與實施，最后得出結論：植物的光合作用強度受到內(nèi)外因共同的影響。

4 對實驗的思考

4.1 實驗材料 教材建議用菠菜為實驗材料，由于菠菜葉太薄，用打孔器制取的葉圓片多會破損或卷邊，這樣不能保證圓葉片大小一致。改用葉片較厚的無蠟質的青菜葉片(蠟質葉片不易脫氣處理)，放置2～3d。待外側葉片變黃，可同時取得綠葉和黃葉。

4.2 實驗操作方法 本實驗采用真空滲水法對葉圓片進行脫氣處理，通過抽動活塞的方式降低注射器內(nèi)的氣壓，把葉圓片中的氣泡排走，而留下的空隙被水占據(jù)，葉圓片下沉。教材建議用手堵住注射器前的小孔并緩緩拉動活塞，使葉圓片中的氣體排走。在實驗中發(fā)現(xiàn)學生一手堵住小孔一手拉動活塞，操作不靈活，無法快速抽掉葉圓片中的氣體。針對這一情況，把注射器的針頭裝在針筒上，用一塊橡皮插入針頭中(圖2)，就營造真空的環(huán)境，把一只手解放出來，這樣就可以有力氣抽動活塞把葉圓片中的氣體排走。

圖2 用于葉圓片脫氣處理的注射器

4.3 實驗條件控制 該實驗開展正值12月初，氣溫低，即使是強光組，結果在10min內(nèi)燒杯中均無明顯現(xiàn)象。反復實驗，均是如此。溫度是本實驗成敗的關鍵。后改為1% NaHCO3溶液現(xiàn)配現(xiàn)用，水的溫度控制在30℃。有條件的學校課前將空調(diào)開好。這樣的處理溫度適宜，酶的活性較高，實驗效果明顯。