用金魚藻定量探究環(huán)境因素對植物光合強度的影響

徐業(yè)義

(江蘇省常州市田家炳高級中學 常州 213000)

人教版高中生物學教材必修1“探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響”實驗中，利用葉圓片很好地解決了不同實驗組間光合面積的差異，實驗現(xiàn)象也很明顯。但美中不足的是進行課堂實驗時，葉圓片上浮所需要的時間太長，一節(jié)課內(nèi)往往觀察不到實驗結(jié)果。筆者利用金魚藻為實驗材料，通過計數(shù)莖基部單位時間釋放的氣泡數(shù)，一節(jié)課內(nèi)可以完成探究多種環(huán)境因素對植物光合作用強度的影響。

1 材料及用具

生長旺盛的金魚藻頂段25～30cm、 250mL量筒、計時器、臺燈(18W LED燈泡)、直尺、不同濃度的NaHCO3溶液(提供CO2)、設(shè)置不同溫度的多個水浴鍋。

2 探究不同環(huán)境因素對金魚藻光合作用強度的影響

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

圖1 實驗裝置圖

表1 光照強度與氣泡產(chǎn)生速率間的關(guān)系

2.2 探究溫度對金魚藻光合作用強度的影響 實驗步驟：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到實驗設(shè)定溫度、氣泡產(chǎn)生的速度均勻后開始計數(shù)，每次計時1min，連續(xù)記錄3次，記錄于表中，并計算平均值。然后依次進行10℃、 20℃、 30℃、 40℃的實驗。實驗結(jié)果與結(jié)論：圖2是不同水溫條件下金魚藻產(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度增加；超過一定溫度后，植物的光合作用強度隨溫度升高而降低。

圖2 不同水溫條件下金魚藻產(chǎn)生氣泡的速率

2.3 探究CO2濃度對金魚藻光合作用強度的影響 實驗步驟：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250mL的量筒，按圖1方法設(shè)置不同濃度NaHCO3溶液的實驗裝置。每組裝置A與臺燈的距離保持5cm，記錄氣泡數(shù)量，每次計時1min，記錄3次，計算平均產(chǎn)生氣泡的速率。實驗結(jié)果與結(jié)論：圖3是不同濃度NaHCO3溶液中金魚藻產(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度增加，超過一定濃度后，光合強度不再上升。

3 注意事項

3.1 不能設(shè)置平行實驗 因無法找到兩棵相同的金魚藻，因此不能設(shè)置平行實驗，通過前后自身對照可以達到相同的效果。

3.2 金魚藻除主莖基部不能再有其他傷口 如果還有其他傷口，在光合時不同傷口處都會冒出氣泡，一方面計數(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)就毫無意義。

3.3 實驗中NaHCO3溶液濃度不宜過高 4%NaHCO3溶液可使金魚藻連續(xù)光合4.0h強度不變，然后葉片邊緣開始發(fā)黑，單位時間內(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。筆者推測可能由兩方面原因造成：一是堿性太強對植物細胞造成傷害；二是溶液中鹽濃度過高造成植物細胞滲透壓發(fā)生較大改變。因此用NaHCO3溶液代替CO2進行實驗，濃度不宜過高，筆者通過探索發(fā)現(xiàn)0.5%NaHCO3溶液既不會對金魚藻造成傷害，又可長時間穩(wěn)定提供CO2。