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不同光质对光合速率影响的探究

时间:2023-07-01 08:40:03 来源:网友投稿

林柏羽 许天宁

在生物课上,二氧化碳浓度和光强对光合速率的影响实验点燃了我们的兴趣,我们决定进一步探究其他因素对光合速率的影响。通过课外阅读,我们大概了解了光质对光合速率的影响,于是选择探究光质和光合速率的关系。

一、实验思路

实验自变量为光的波长,因变量为光合速率,选择相同时间内叶圆片上浮的数量为因变量的检测指标。在手电筒上加装不同颜色的滤镜,白光透过不同颜色的滤镜可获得不同颜色的光,即不同光质。

为探究不同光质对植物光合速率的影响,我们采用对照实验。控制实验用NaHC03溶液浓度、环境温度、相同菠菜品种,调节光源与叶圆片之间的距离,使光照度均为120 Lx,保证无关变量统一。

先用真空渗入法排除叶肉细胞间隙的空气,充以水分,使叶圆片沉在水底。不同光质的照射引起叶圆片释放氧气量的不同,通过观察叶圆片上浮速度的快慢,判断不同光质对光合作用速率的影响。

二、材料和用具

新鲜的菠菜叶,质量分数为2%的NaHC03溶液,清水。从学校实验室借得直径为0.5 cm的打孔器、20 mL注射器、铁架台,自备两台手机,准备相同型号的聚光手电筒3支,一次性纸杯若干,红黄蓝三种彩色滤镜,以及刻度尺、量筒、电子秤、玻璃棒、手电筒固定夹等。

三、探究过程

(一)用打孔器制取足量叶圆片,每组20片,共6组。另多取20片备用。

(二)配置质量分数为2%的NaHC03溶液。

(三)使用真空渗入法处理叶圆片,使叶圆片均下沉。处理完后放在暗处备用。

(四)在每支手电筒上分别装上红色、黄色、蓝色、绿色(蓝黄叠加)、紫色(红蓝叠加)滤镜,第6组不装,作为对照组。用支架固定手电筒,利用App测光照度,调整支架与烧杯的间距,使光线对纸杯底光照度均为120 Lx。

实验结果表明,在不同光质下,支架与纸杯底的间距为白光56 cm、黄光40.5 cm、蓝光25 cm、绿光22 cm、红光19 cm、紫光15 cm时,底部的光照度为120 Lx。

(五)往每个纸杯中注入40 mL质量分数为2%的NaHC03溶液。

(六)往各個纸杯中各放入20片叶圆片,开始计时。

(七)记录5 min、10 min和15 min时各组浮起的叶圆片的数量。

(八)分析数据。

四、结果及分析

通过滤镜和测光App对不同色光进行测试和控制,用真空渗入法检测菠菜叶圆片在不同色光下的上浮情况。

从结果可以看出,菠菜叶圆片的光合作用强弱与光质有关:在光照度相等的情况下,自然光的光合速率大于单色光;
单色光中,红光下的光合速率相对最高,其次是蓝光、紫光、黄光,绿光最弱。

叶绿体中的光合色素有叶绿素和类胡萝卜素两大类,叶绿素分为叶绿素a和叶绿素b,类胡萝卜素中最多的是胡萝卜素和叶黄素。正常叶片中叶绿素的含量是类胡萝卜素的3倍,叶绿素a的含量又是叶绿素b的3倍,叶黄素的含量是胡萝卜素的2倍。科学实验证明,叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱如图8。

可见,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,两者几乎都不吸收绿光。自然光包含波长为380 nm~750 nm的光,因此在光照度相等的情况下,自然光的光合速率优于单色光;
单色光中,红光、蓝光和紫光下的光合速率较高,而绿光最弱。这也可以解释,夜间城市绿地用绿灯照射,既可最小限度影响植物的生理(如光合作用) ,又能呈现绿意,美化环境。

五、活动体会

本次实验是在参加校本课程“生物学拓展实验”的基础上,我们第一次完整地进行的一次课外生物探究活动。从实验方案的设计、操作到数据收集分析,我们每一步都在摸索中改进,在实践中完善。

首先,通过实验,我们对科学探究的准确性和严谨性有了更进一步的认识。

其次,我们对探索精神有了更深刻的体会。为满足反复实验的需求,我们制取的叶圆片加起来不少于六百片。虽然我们的设备并不是很专业,但我们尽可能地用现阶段可获取的设备完成了这次实验,并获得了满意的结果。

再次,我们在实践中感受到了合作的力量。我们共同完成了实验的初步设计,并在校内进行了初次尝试,但并未成功。之后,受疫情影响,我们的合作由线下转为线上。在网课之余,我们通过几次线上讨论,不断完善细节,制订实验最终方案,并由一人负责具体的实验操作,获取了有效实验数据。

最后,感谢生物实验室的俞佳老师为我们提供实验器材,给了我们自由探索的空间,也感谢相互帮助、志同道合的伙伴们,为科学探索提供了最坚定的支持。(指导老师:邵江樵)

专家点评

小作者们通过滤镜和测光App对不同色光光照度进行测试和控制,应用真空渗入法检测菠菜叶圆片在不同色光下的上浮情况,证明绿色植物光合速率与光质有关。作品素材源于教材实验“光照强度对光合作用的影响”,小作者们在中学生物学教材实验的基础上进行拓展,探讨了不同光质对光合作用的影响,选题可操作性强,具有创新性。

建议补充必要的文献资料,使文章更完整。

(栏目编辑  秦银银)

本期点评专家

张永强  高级教师,湖南省十佳科技教师。科普中国2021年十大科普人物奖获得者,全国校园发明创意大赛、湖南省青少年科技创新大赛、湖南省创新编程与智能设计大赛、湖南省科学调查体验活动评审专家组成员。

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