使用传感器探究环境因素对植物光合作用强度的影响

李宝霞

人教版高中生物必修一教科书的第四节“光合作用”中“探究环境因素对植物光合作用强度的影响”实验中，采用改变二氧化碳浓度、光质、光强度、温度、酸碱度等条件探究影响植物光合作用强度的情况。由于实验组别较多，操作起来过于繁琐，实验结果不易常规检测，使得实验的实施和实验效果有一定的局限性。根据新课标的要求，实验课既要培养学生的探究能力，又要加深学生对知识的掌握度，实验操作要简单、高效。笔者采用最新引进的朗威DISLab传感器中的光照度传感器、溶氧传感器去检测不同自变量下的光合作用强度的变化，实验操作更方便、结果更直接，使学生深刻地理解和掌握知识，取得更佳的教学效果。

1 探究背景

（1）生物传感器：

生物传感器是近几十年内发展起来的一中新的传感器技术，各种生物传感器都具有以下共同特点：包含一种或多种生物活性材料及能把生物活性表达的信号转化为电信号的物理或化学传感器，两者结合在一起，用现代化微电子的自动化仪表进行生物信息再加工，构成各种可以使用的生物传感器分析装置、仪器和系统。

（2）测量原理：

在各实验装置中，通过改变某一自变量研究光合作用强度大小，光照度传感器溶氧传感器电极置于实验瓶内，将测得瓶中溶解氧浓度的变化值传送至数据采集器接口进行实验数据的记录和分析。

（3）知识背景：

光合作用的实质是植物利用光能，把水和二氧化碳合成有机物同时释放氧气的过程，其中影响植物光合作用强度的环境条件有：二氧化碳浓度、光质、光强度、温度、酸碱度等。实验中设置不同自变量，利用水生蜈蚣草在进行光合作用过程中产生的氧引起水中溶解氧含量的改变，从而反映出相应环境因素对光合作用的影响。

2 实验设备和材料

带USB接口的计算机，数据采集器，光照度传感器、溶氧传感器，朗威DISLab软件，大小、苗岭、长势相同的水生蜈蚣草多株，光源，可密封玻璃瓶，水浴锅，自来水，冷开水，质量分数为0.125%的NaHCO₃溶液，质量分数为15%的HCl溶液，质量分数为15%的NaOH溶液等。

3 实验步骤

3.1学生准备

将全部学生均分为10组，其中每两组实验内容相同。全组成员分工合作，各司其职。

3.2进行实验

（1）材料预处理。将选好的等量水生蜈蚣草分别置于3只实验瓶内，放在暗箱内一夜。

（2）连接计算机、数据采集器及溶解氧传感器、光强度采集器，打开计算机，进入实验软件系统。点击“通用软件”，系统自动识别所接入的传感器，并显示溶解氧数值及光照度数值。

（3）分别将溶解氧传感器电极置于三瓶内，待示数稳定后测得瓶中溶解氧浓度初始数据。

（4）记录数据，实验数据见表1～表5

（5）实验数据分析：

①自来水和冷开水中溶解氧数值均下降，说明植物呼吸作用强度大于光合作用强度，且无二氧化碳时植物光合作用几乎不能进行。

②蓝光照射时光合作用强度大于红光照射，红光照射时光合作用强度大于绿光照射时。

③在一定光照强度范围内，植物光合作用随光照强度的增加而增强。

④温度较低，植物光合作用强度较温度适宜时弱，但当温度过高时植物光合作用强度急剧下降。

⑤实验瓶中加酸或碱时植物光合作用强度下降，且加酸后植物光合作用为负增长。

4 交流与扩展

各组间对实验过程中出现的有关问题、注意事项、实验现象进行交流探讨，从而进一步理解各种环境因素对植物光合作用强度影响情况。若时间允许，实验还可以继续细化，更好地研究其内在规律。本实验不仅培养了学生学会控制自变量、观察和检测因变量变化，而且在实验能力提高的基础上，提高学生运用语言表达的能力和分享信息、分享实验成果的能力。

采用最新的技术和简单方便的操作，让学生理解生命科学中比较抽象的知识，不仅加深了学生印象，而且巩固了课堂上所学的理论知识。