“绿叶在光下制造有机物”实验的优化——几种无根绿叶蔬菜的实验探索

谢 婕 欧阳敏璇 生书晶梁 岳 林 燕

（广东第二师范学院生物与食品工程学院 广东广州 510303）

“绿叶在光下制造有机物”是初中生物学教材中的一个重要的探究实验。通过该实验，学生能直观地观察，从而理解“绿色植物在光下进行光合作用并产生淀粉等有机物”，形成物质与能量的生命观念，发展基于实验现象探讨生命规律的科学思维，掌握科学探究的方法，提高实践动手能力，形成“保护绿色植物、造福人类”的社会责任素养。

在人教版、苏教版等多个版本的教材中，“绿叶在光下制造有机物”实验都建议使用盆栽天竺葵作为实验材料。在南方（广东），天竺葵不是常见植物，取材不易；在北方，根据正常的教学计划与进度安排，学习该内容时已经进入12月，天竺葵会因为温度太低，不易存活，必须将其放置在温室内培养。在教学班较多的情况下，需要消耗大量的人力、物力、财力。为了提高“绿叶在光下制造有机物”实验课堂的教学效果，同时降低实验投入，已有研究在实验材料上做了大量的替代尝试，使用了婆婆纳、红薯、拟南芥、南瓜、小白菜、马铃薯、黄花酢浆草等完整植株替代天竺葵进行实验。但通过查阅资料发现，以往研究没有以无根绿叶蔬菜作为实验材料的先例。无根绿叶蔬菜作为实验材料有许多优点：①生长条件较容易满足，瓶插在水中且每日换水能存活一周；②获取途径方便快捷，可以随时从普通菜市场上购得；③价格经济实惠，成本较低；④瓶插水养，即买即用，节省种植的时间和空间。

因此本研究选择一部分市场上常见的无根绿叶蔬菜进行实验，寻求适宜替代盆栽天竺葵进行“绿叶在光下制造有机物”实验的材料。实验地点和实践设置在广东地区2020年1月的冬天和2021年9月的夏天，以确认季节和温度对实验是否有影响。

1 材料与方法

（1）植物材料：第一轮实验（2020年1月冬季）使用的植物为南方菜市场上常见的10种绿叶蔬菜，分别是西洋菜、芥兰、芥菜、上海青、香菜、奶白菜、菜心、菠菜、大叶茼蒿、芹菜。第二轮实验（2021年9月夏季）去除了第一轮实验效果不佳的植物，使用植物为6种常见绿叶蔬菜，分别是菜心、西洋菜、菠菜、芥菜、芥兰苗，并添加天竺葵作为对照。

（2）试剂、仪器、耗材：体积分数为95%的乙醇溶液、碘液；小烧杯（150 mL）、大烧杯（500 mL）、培养皿、酒精灯、三脚架、石棉网、镊子、打火机；黑色卡纸、回形针。

2 实验方法与步骤

2.1 植物的处理

从菜市场购入新鲜的、茎和叶完整的蔬菜。用剪刀在茎的下端切出倾斜约45°的斜切口，将植物放入装有清水的容器中。从天竺葵植株上摘下叶片，同样放入装有清水的容器中。

2.2 暗处理

将装有植物的容器放到黑暗的房间（或用不透光的大纸箱罩住）一昼夜（约24 h）。本研究在前期的实验中发现，使用黑色塑料袋套住植物，植物因受到损伤生成较多的乙烯，导致植物呼吸量增加，从而因缺氧失去活性，进而影响后续光合作用实验。所以，本研究使用“暗间”法。

2.3 光照处理

用黑卡纸将经过暗处理的植物叶片的一部分从上下两面遮盖起来，并别上回形针以防止黑卡纸脱落，然后进行光照。光照后的植物可能会出现轻微的叶片下垂或茎干弯曲的情况，属正常现象。

2.4 脱色和染色

叶片去掉遮光上的黑卡纸再放入小烧杯中，加入体积分数为95%的乙醇溶液至浸没过叶片。在大烧杯中加入少量清水，再将小烧杯放入其中进行水浴加热脱色。叶片脱色后，用镊子将叶片取出并用清水漂洗，再向叶片滴加碘液染色。2 min后,用清水冲掉碘液，观察记录叶片的颜色变化。

3 结果与分析

第一轮（冬季）的实验结果表明，10种无根绿叶蔬菜的叶片，实验前基本呈现翠绿或深绿的颜色，满足实验“绿叶”这一条件。酒精脱色后，10种蔬菜叶片的大部分已经脱去叶绿素的颜色，不同植物叶片的颜色深浅有些不同，推测是植物的特性所致。使用碘液染色并洗去浮色后，西洋菜、芥兰、芥菜、菜心、菠菜5种叶片可以明显看到遮盖卡纸的遮光部分没有被碘液染色，即没有淀粉产生，而光照部分被碘液染成深色，即有淀粉产生，两者对比差异显著；而上海青、香菜、奶白菜、大叶茼蒿、芹菜5种叶片染色后，遮光部分与见光部分的对比没有明显差别。将实验结果进行比较，10种无根绿叶蔬菜的实验效果综合排序为：菜心＞西洋菜＞菠菜＞芥兰＞芥菜＞奶白菜＞上海青＞香菜＞芹菜。

第二轮（夏季）实验结果表明，6种植物的叶片实验前都呈现绿色。酒精脱色后，去除叶绿素的不同叶片呈现深浅不一的浅黄绿色。使用碘液染色并洗去浮色后，菜心、菠菜、天竺葵、西洋菜、芥菜等种植物叶片遮光部分与光照部分出现的深浅不同颜色，而芥兰苗实验结果对比不明显。综合，实验结果为：芥菜＞菠菜＞天竺葵＞西洋菜＞菜心＞芥兰苗。

4 讨论与结论

4.1 讨论

4.1.1 关于无根的绿叶

为了与原实验相比较，本研究在第二轮实验加入了离体的天竺葵叶片作为对照，发现实验效果依然明显。这说明植株是否完整并不影响绿叶光合作用的进行，天竺葵依然是一种非常好的实验材料，但它的种植和养护确实比直接从市场购买蔬菜要繁琐。

4.1.2 关于光照时间

本研究分别在冬季和夏季开展实验。冬季的光照时间是7.5 h，因为冬日实验大部分时间虽是晴天但有积云，天空光亮但阳光并没有直射，所以延长了时间。夏季时3.5 h的光照即能取得很好的实验效果，因为夏日阳光直射，光照充足，在早上进行光照处理，下午就可以进行实验。冬季和夏季皆能得到成功的实验结果，说明季节和温度对本实验的影响不大，而光照强度是本实验取得成功的关键因素。若阳光不充足，可以使用电灯等设备人工补足光照。

4.2 结论

本研究分别在中国南方（广东）的冬季和夏季，使用几种无根绿叶蔬菜进行“绿叶在光下制造有机物”的实验材料探索，其中菜心、西洋菜、菠菜、芥兰以及芥菜这五种无根绿叶蔬菜实验碘液染色后能够清晰分辨叶片上的遮光区域和见光区域，比较适合作为盆栽天竺葵的替代材料；而上海青、香菜、奶白菜、大叶茼蒿、芹菜及芥菜苗6种无根绿叶蔬菜结果不明显，不适合作为实验的替代材料。考虑到不同地区的蔬菜种类各异，在使用无根绿叶蔬菜开展“绿叶在光下制造有机物”实验时，可先购买当地常见绿叶蔬菜进行预实验，筛选出效果较好的蔬菜品种。