用金鱼藻定量探究环境因素对植物光合强度的影响

徐业义

(江苏省常州市田家炳高级中学 常州 213000)

人教版高中生物学教材必修1“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验中，利用叶圆片很好地解决了不同实验组间光合面积的差异，实验现象也很明显。但美中不足的是进行课堂实验时，叶圆片上浮所需要的时间太长，一节课内往往观察不到实验结果。笔者利用金鱼藻为实验材料，通过计数茎基部单位时间释放的气泡数，一节课内可以完成探究多种环境因素对植物光合作用强度的影响。

1 材料及用具

生长旺盛的金鱼藻顶段25～30cm、 250mL量筒、计时器、台灯(18W LED灯泡)、直尺、不同浓度的NaHCO3溶液(提供CO2)、设置不同温度的多个水浴锅。

2 探究不同环境因素对金鱼藻光合作用强度的影响

2.1 探究光照强度对植物光合作用强度的影响 实验步骤：①取250mL量筒加入250mL 0.50%NaHCO3溶液，插入一新剪取的金鱼藻顶段，得到装置A(图1)；②将装置A置于离台灯20cm处。观察到金鱼藻茎基部释放的气泡速度均匀后(约1～2min)，开始计数1min内释放的气泡数；统计3次或连续统计3min得出平均每分钟释放的气泡数；③将装置A向台灯移近5cm(或将台灯向装置A移近5cm)，等气泡产生速度均匀后开始统计并得出平均每分钟释放的气泡数；然后再将装置A(或台灯)向前移动5cm，依次得出其余各组数据(表1)。实验结果与结论：从表1可以看出，在一定的光照强度范围内，随着植物与光源间距离的增大(光照强度减弱)，光合作用释放的氧气量减少(光合作用减弱)。

图1 实验装置图

表1 光照强度与气泡产生速率间的关系

2.2 探究温度对金鱼藻光合作用强度的影响 实验步骤：将装置A(图1)先放入0℃的水浴锅(冰浴)中，给予适宜的光照(灯光距离5cm)，待量筒中溶液温度达到实验设定温度、气泡产生的速度均匀后开始计数，每次计时1min，连续记录3次，记录于表中，并计算平均值。然后依次进行10℃、 20℃、 30℃、 40℃的实验。实验结果与结论：图2是不同水温条件下金鱼藻产生气泡的速率。根据图2可知，在一定的温度范围内，随着温度升高植物的光合作用强度增加；超过一定温度后，植物的光合作用强度随温度升高而降低。

图2 不同水温条件下金鱼藻产生气泡的速率

2.3 探究CO2浓度对金鱼藻光合作用强度的影响 实验步骤：用煮沸冷却的蒸馏水配制浓度分别为0、 0.25%、 0.50%、 1.00%、 2.00%、 4.00%、 8.00%的NaHCO3溶液。取7个250mL的量筒，按图1方法设置不同浓度NaHCO3溶液的实验装置。每组装置A与台灯的距离保持5cm，记录气泡数量，每次计时1min，记录3次，计算平均产生气泡的速率。实验结果与结论：图3是不同浓度NaHCO3溶液中金鱼藻产生气泡的速率。可以看出在一定范围内，随CO2浓度升高光合作用强度增加，超过一定浓度后，光合强度不再上升。

3 注意事项

3.1 不能设置平行实验 因无法找到两棵相同的金鱼藻，因此不能设置平行实验，通过前后自身对照可以达到相同的效果。

3.2 金鱼藻除主茎基部不能再有其他伤口 如果还有其他伤口，在光合时不同伤口处都会冒出气泡，一方面计数气泡困难，另一方面不同伤口冒出的气泡大小不同，这样比较气泡数就毫无意义。

3.3 实验中NaHCO3溶液浓度不宜过高 4%NaHCO3溶液可使金鱼藻连续光合4.0h强度不变，然后叶片边缘开始发黑，单位时间内释放的气泡数也减少，最后植株玻璃化死亡。8%NaHCO3溶液只能维持20min左右，后出现上述类似的情况，速度更快。笔者推测可能由两方面原因造成：一是碱性太强对植物细胞造成伤害；二是溶液中盐浓度过高造成植物细胞渗透压发生较大改变。因此用NaHCO3溶液代替CO2进行实验，浓度不宜过高，笔者通过探索发现0.5%NaHCO3溶液既不会对金鱼藻造成伤害，又可长时间稳定提供CO2。