运用化学方法探究植物光合作用强度的实验设计

谭文杰 唐景昌

(湖南省岳阳市第一中学 414000)

人教版高中《生物学》教材(必修1)中系统地阐述了光合作用机理相关知识，并设计了实验来探究不同光照条件对光合作用强度的影响。但教材中的实验，只能定性地验证光照条件这一个环境因素对光合作用强度的影响。

为了使学生能系统地掌握光合作用机理和过程的知识，认识生物学知识与化学知识的联系，通过运用化学方法(氧化还原反应)来探究不同的植物(叶绿体含量、大小和形状不同等)、光照强度条件与光合作用原料(二氧化碳)对光合作用强度的影响。原理是光合作用所释放出的氧气溶解在水中，可用化学方法测定水中溶解氧浓度的改变来量化光合作用的强度。实验材料用到恒温培养箱、金鱼藻和苦草。采用碘量法(原理为基于单质碘与硫代硫酸钠的氧化还原反应)测定水样中的溶解氧[1]。

由于本实验步骤相对较多，可运用小组合作的方式展开，具体实验设计如下：

1 不同植物光合作用强度对比实验的设计

取洗净、灭菌和控干的250mL溶解氧瓶(具瓶塞)3个，随机编为1、2、3号瓶。其中1号瓶为对照组，加入250mL去离子水；2号瓶加入5g金鱼藻(用滤纸初步吸干水分)和250mL去离子水；3号瓶加入5g苦草(用滤纸初步吸干水分，下同)和250mL去离子水。3个溶解氧瓶均加塞密封，上部不留气泡，并在外部加上水封盖，置于30℃和光照条件为4000lx(接近晴天日照强度)的环境中培养8h[2]。培养前后各取100mL水测定水中溶解氧的浓度。

表1 相同光照条件下两种植物光合作用强度比较

结果如表1所示： 由于相同质量的金鱼藻与苦草叶绿体的含量、大小和形状等不同，在其他环境因素相同的条件下，光合作用强度明显不同，单位质量的金鱼藻光合作用强度明显大于苦草。因此可知，植物种类不同影响光合作用强度。

2 不同光照条件对光合作用强度影响的实验设计

取洗净、灭菌和控干的250mL溶解氧瓶(具瓶塞)4个，随机编为4、5、6和7号瓶。其中4号与5号瓶为对照组，加入250mL去离子水；6号瓶与7号瓶均加入5g金鱼藻和250mL去离子水。4个溶解氧瓶均加塞密封，上部不留气泡，并在外部加上水封。4号与6号瓶置于30℃和光照条件为4000lx的环境中培养8h，5号与7号瓶置于30℃和光照条件为1000lx(接近阴雨天日照强度)的环境中培养8h[2]。培养前后各取100mL水测定水中溶解氧的浓度。

结果如表2所示： 随着光照强度增加，植物光合作用强度也明显增加。因此可知，光照强度是影响光合作用强度的重要因子。

表2 不同光照条件对光合作用强度影响实验

3 二氧化碳对光合作用强度影响的实验设计

取洗净、灭菌和控干的250mL溶解氧瓶(具瓶塞)5个，随机编为8、9、10、11和12号瓶。其中8号与9号瓶为对照组，分别加入250mL去离子水和煮沸后冷却至室温的去离子水；10号瓶加入5g金鱼藻与250mL去离子水；11与12号瓶均加入5g金鱼藻与250mL煮沸后冷却的去离子水，但12号瓶用口通过玻璃管向水中吹入二氧化碳。5个溶解氧瓶均置于30℃和光照条件为4000lx的环境中培养8h。培养前后各取100mL水测定水中溶解氧的浓度。

结果如表3所示： 在缺少二氧化碳的条件下，光合作用基本无法正常进行。

因此可见，二氧化碳是影响光合作用强度的重要因子。

4 结论

通过以上实验不难得出： 植物种类(影响叶绿体的含量、大小和形状等)、光照强度和二氧化碳浓度都是影响光合作用强度的重要因子。通过本实验探究活动，能巩固学生对光合作用相关知识点的学习和掌握。同时，使学生认识到生物学知识与其他自然科学知识(如化学知识)是有机地联系在一起的。