“綠葉在光下制造有機(jī)物”實驗的優(yōu)化
——幾種無根綠葉蔬菜的實驗探索

謝 婕 歐陽敏璇 生書晶梁 岳 林 燕

（廣東第二師范學(xué)院生物與食品工程學(xué)院 廣東廣州 510303）

“綠葉在光下制造有機(jī)物”是初中生物學(xué)教材中的一個重要的探究實驗。通過該實驗，學(xué)生能直觀地觀察，從而理解“綠色植物在光下進(jìn)行光合作用并產(chǎn)生淀粉等有機(jī)物”，形成物質(zhì)與能量的生命觀念，發(fā)展基于實驗現(xiàn)象探討生命規(guī)律的科學(xué)思維，掌握科學(xué)探究的方法，提高實踐動手能力，形成“保護(hù)綠色植物、造福人類”的社會責(zé)任素養(yǎng)。

在人教版、蘇教版等多個版本的教材中，“綠葉在光下制造有機(jī)物”實驗都建議使用盆栽天竺葵作為實驗材料。在南方（廣東），天竺葵不是常見植物，取材不易；在北方，根據(jù)正常的教學(xué)計劃與進(jìn)度安排，學(xué)習(xí)該內(nèi)容時已經(jīng)進(jìn)入12月，天竺葵會因為溫度太低，不易存活，必須將其放置在溫室內(nèi)培養(yǎng)。在教學(xué)班較多的情況下，需要消耗大量的人力、物力、財力。為了提高“綠葉在光下制造有機(jī)物”實驗課堂的教學(xué)效果，同時降低實驗投入，已有研究在實驗材料上做了大量的替代嘗試，使用了婆婆納、紅薯、擬南芥、南瓜、小白菜、馬鈴薯、黃花酢漿草等完整植株替代天竺葵進(jìn)行實驗。但通過查閱資料發(fā)現(xiàn)，以往研究沒有以無根綠葉蔬菜作為實驗材料的先例。無根綠葉蔬菜作為實驗材料有許多優(yōu)點：①生長條件較容易滿足，瓶插在水中且每日換水能存活一周；②獲取途徑方便快捷，可以隨時從普通菜市場上購得；③價格經(jīng)濟(jì)實惠，成本較低；④瓶插水養(yǎng)，即買即用，節(jié)省種植的時間和空間。

因此本研究選擇一部分市場上常見的無根綠葉蔬菜進(jìn)行實驗，尋求適宜替代盆栽天竺葵進(jìn)行“綠葉在光下制造有機(jī)物”實驗的材料。實驗地點和實踐設(shè)置在廣東地區(qū)2020年1月的冬天和2021年9月的夏天，以確認(rèn)季節(jié)和溫度對實驗是否有影響。

1 材料與方法

（1）植物材料：第一輪實驗（2020年1月冬季）使用的植物為南方菜市場上常見的10種綠葉蔬菜，分別是西洋菜、芥蘭、芥菜、上海青、香菜、奶白菜、菜心、菠菜、大葉茼蒿、芹菜。第二輪實驗（2021年9月夏季）去除了第一輪實驗效果不佳的植物，使用植物為6種常見綠葉蔬菜，分別是菜心、西洋菜、菠菜、芥菜、芥蘭苗，并添加天竺葵作為對照。

（2）試劑、儀器、耗材：體積分?jǐn)?shù)為95%的乙醇溶液、碘液；小燒杯（150 mL）、大燒杯（500 mL）、培養(yǎng)皿、酒精燈、三腳架、石棉網(wǎng)、鑷子、打火機(jī)；黑色卡紙、回形針。

2 實驗方法與步驟

2.1 植物的處理

從菜市場購入新鮮的、莖和葉完整的蔬菜。用剪刀在莖的下端切出傾斜約45°的斜切口，將植物放入裝有清水的容器中。從天竺葵植株上摘下葉片，同樣放入裝有清水的容器中。

2.2 暗處理

將裝有植物的容器放到黑暗的房間（或用不透光的大紙箱罩住）一晝夜（約24 h）。本研究在前期的實驗中發(fā)現(xiàn)，使用黑色塑料袋套住植物，植物因受到損傷生成較多的乙烯，導(dǎo)致植物呼吸量增加，從而因缺氧失去活性，進(jìn)而影響后續(xù)光合作用實驗。所以，本研究使用“暗間”法。

2.3 光照處理

用黑卡紙將經(jīng)過暗處理的植物葉片的一部分從上下兩面遮蓋起來，并別上回形針以防止黑卡紙脫落，然后進(jìn)行光照。光照后的植物可能會出現(xiàn)輕微的葉片下垂或莖干彎曲的情況，屬正?，F(xiàn)象。

2.4 脫色和染色

葉片去掉遮光上的黑卡紙再放入小燒杯中，加入體積分?jǐn)?shù)為95%的乙醇溶液至浸沒過葉片。在大燒杯中加入少量清水，再將小燒杯放入其中進(jìn)行水浴加熱脫色。葉片脫色后，用鑷子將葉片取出并用清水漂洗，再向葉片滴加碘液染色。2 min后,用清水沖掉碘液，觀察記錄葉片的顏色變化。

3 結(jié)果與分析

第一輪（冬季）的實驗結(jié)果表明，10種無根綠葉蔬菜的葉片，實驗前基本呈現(xiàn)翠綠或深綠的顏色，滿足實驗“綠葉”這一條件。酒精脫色后，10種蔬菜葉片的大部分已經(jīng)脫去葉綠素的顏色，不同植物葉片的顏色深淺有些不同，推測是植物的特性所致。使用碘液染色并洗去浮色后，西洋菜、芥蘭、芥菜、菜心、菠菜5種葉片可以明顯看到遮蓋卡紙的遮光部分沒有被碘液染色，即沒有淀粉產(chǎn)生，而光照部分被碘液染成深色，即有淀粉產(chǎn)生，兩者對比差異顯著；而上海青、香菜、奶白菜、大葉茼蒿、芹菜5種葉片染色后，遮光部分與見光部分的對比沒有明顯差別。將實驗結(jié)果進(jìn)行比較，10種無根綠葉蔬菜的實驗效果綜合排序為：菜心＞西洋菜＞菠菜＞芥蘭＞芥菜＞奶白菜＞上海青＞香菜＞芹菜。

第二輪（夏季）實驗結(jié)果表明，6種植物的葉片實驗前都呈現(xiàn)綠色。酒精脫色后，去除葉綠素的不同葉片呈現(xiàn)深淺不一的淺黃綠色。使用碘液染色并洗去浮色后，菜心、菠菜、天竺葵、西洋菜、芥菜等種植物葉片遮光部分與光照部分出現(xiàn)的深淺不同顏色，而芥蘭苗實驗結(jié)果對比不明顯。綜合，實驗結(jié)果為：芥菜＞菠菜＞天竺葵＞西洋菜＞菜心＞芥蘭苗。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

4.1.1 關(guān)于無根的綠葉

為了與原實驗相比較，本研究在第二輪實驗加入了離體的天竺葵葉片作為對照，發(fā)現(xiàn)實驗效果依然明顯。這說明植株是否完整并不影響綠葉光合作用的進(jìn)行，天竺葵依然是一種非常好的實驗材料，但它的種植和養(yǎng)護(hù)確實比直接從市場購買蔬菜要繁瑣。

4.1.2 關(guān)于光照時間

本研究分別在冬季和夏季開展實驗。冬季的光照時間是7.5 h，因為冬日實驗大部分時間雖是晴天但有積云，天空光亮但陽光并沒有直射，所以延長了時間。夏季時3.5 h的光照即能取得很好的實驗效果，因為夏日陽光直射，光照充足，在早上進(jìn)行光照處理，下午就可以進(jìn)行實驗。冬季和夏季皆能得到成功的實驗結(jié)果，說明季節(jié)和溫度對本實驗的影響不大，而光照強(qiáng)度是本實驗取得成功的關(guān)鍵因素。若陽光不充足，可以使用電燈等設(shè)備人工補(bǔ)足光照。

4.2 結(jié)論

本研究分別在中國南方（廣東）的冬季和夏季，使用幾種無根綠葉蔬菜進(jìn)行“綠葉在光下制造有機(jī)物”的實驗材料探索，其中菜心、西洋菜、菠菜、芥蘭以及芥菜這五種無根綠葉蔬菜實驗碘液染色后能夠清晰分辨葉片上的遮光區(qū)域和見光區(qū)域，比較適合作為盆栽天竺葵的替代材料；而上海青、香菜、奶白菜、大葉茼蒿、芹菜及芥菜苗6種無根綠葉蔬菜結(jié)果不明顯，不適合作為實驗的替代材料?？紤]到不同地區(qū)的蔬菜種類各異，在使用無根綠葉蔬菜開展“綠葉在光下制造有機(jī)物”實驗時，可先購買當(dāng)?shù)爻Ｒ娋G葉蔬菜進(jìn)行預(yù)實驗，篩選出效果較好的蔬菜品種。