探究单色光对植物光合作用影响的实验装置

杜晓峰

简介

阳光是一种复色光，绿叶在阳光下进行光合作用，其产物主要是淀粉和氧气。我用日光灯替代阳光，在灯箱反应室做实验，发现绿叶也能进行光合作用，制造出淀粉。实验的成功，促使我产生了更新的想法：如果用白光分离出的单色光照射绿叶，是否也能探究单色光产生光合作用的效果呢？

我利用发光颜色不同的LED灯珠作光源，制作出红光、蓝光、白光、红蓝光（混色）、黄光、绿光、紫光等7种不同颜色的光照反应室。每个光室成独立空间，关闭电源能变成暗室。为保证光照强度，在每个光室的灯座中都装有60粒同色的LED灯珠，四周墙面装有反光镜，室内光线分布均匀，光照强度明显。创造这样的条件，用制作的装置，尝试探究不同颜色的单色光对植物光合作用的影响。同时，这套装置还能验证CO2对植物光合作用的影响。实验装置实物见图l。

探究方案

探究时，利用淀粉遇碘酒变蓝的原理，检验淀粉的存在；用沉降于水中绿色小叶片上浮水面，判断氧气是否产生。两实验均与对照组进行比较，得出结论。

实验一：检验叶片在不同颜色光照下，产生淀粉量的多少。向实验的叶片滴加碘酒，通过叶色变化程度判断。

主要步骤如下：将离体培养的植物叶片，暗处理24h后分别置入各个光室，用不同色单色光照射5h，然后取出叶片，用碘酒检验叶片中含有淀粉的量，根据颜色变化进行比较，看出哪些光源对植物光合作用明显，哪些不明显。

实验二：用菠菜制成圆形的小叶片，将其沉降于水底，放到光室里，相同时间内，比较各个光室绿色小叶片上升数量，判断各光室氧气释放量的差别。

实验装置还能验证CO2对植物光合作用有无影响。在装置中，有一个CO2制取室。反应产生的CO2经过气道通向每个光室，以此，结合实验一补充实验，进一步验证CO2对植物光合作用的影响。

实验设计及结论

实验一：检验植物通过光合作用，产生淀粉。步骤如下。

将同种植物7个离体培养的叶片置入光室进行暗处理24h，然后进行光照5h后取出。

对各个叶片进行酒精脱色、漂洗、滴加碘酒，放置一段时间，观察叶片颜色的变化。

观察结果后得知：不同颜色光对植物光合作用中制造淀粉有影响。白光、红蓝光、红光、蓝光、紫光对植物产生光合作用明显；黄光、绿光对植物产生光合作用不明显。

实验二：检验植物通过光合作用，产生氧气的量。步骤如下。

取新鲜的菠菜叶子，用直径为lcm的钢笔帽筒，打出小圆形叶片40～50片（注意避开大的叶脉）

将圆形叶片置于注射器针筒内，并将注射器吸入清水，待排出注射器内残留的空气后，用手堵住注射器前端的小孔并缓缓拉动活塞，促使小圆形叶片内的气体排出。这一步骤可重复多次。

将排出内部气体的小圆形叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。这样的叶片因为细胞间隙充满水，所以会全都沉到水底。

把沉降到清水中的小叶片取出，平均分布到装有清水的8个小烧杯中（每烧杯有5片沉降小叶片），将小烧杯放进各个光室里，开始计时，观察小叶片上升情况，比较结果列表。

实验时可观察到上升的小叶片边缘出现许多小气泡，长时间后，在烧杯内壁上也出现气泡（见图2），推测气泡可能是叶片光合作用产生的氧气。

从实验现象可知：不同颜色光对植物光合作用产生的氧气量也有影响：白光、红蓝光、红光、蓝光、紫光对植物产生光合作用明显，产氧量大；黄光、绿光对植物产生光合作用不明显，产氧量小。

经过实验一、实验二的检验，从植物光合作用的2种产物分析，2个实验的结论基本一致，说明装置能够进行单色光对植物光合作用影响的实验，在教学中有帮助作用，具有可操作性。

实验装置的创新点

用离体培养的叶片充当实验材料，能节约空间。

能研究单色光对植物光合作用的影响。

能验证CO2对植物光合作用有无影响。

作品完善的进一步设想

选用更合适的植物叶片作材料，让实验现象更加明显。

寻找更好的检测方法，让实验现象的观测由定性向定量转化。

增加光室单色光源和混色光源种类，让实验更富有探究性。

该项目获得第30届全国青少年科技创新大赛科技辅导员创新成果科教制作类一等奖。

专家评语

该项目通过对比的方法，很好呈现了各种单色光对植物光合作用的影响。该项目原理科学、概念清晰、构思巧妙、设计合理，作品教育性强。项目选题新颖，具有实质性创新，对传统方法有突破。作品效果显著，制作规范，具有示范推广价值。希望该项目进一步增加实验样品类别、从深层解释现象中的原理。