不同光質(zhì)對(duì)光合速率影響的探究

林柏羽 許天寧

在生物課上，二氧化碳濃度和光強(qiáng)對(duì)光合速率的影響實(shí)驗(yàn)點(diǎn)燃了我們的興趣，我們決定進(jìn)一步探究其他因素對(duì)光合速率的影響。通過(guò)課外閱讀，我們大概了解了光質(zhì)對(duì)光合速率的影響，于是選擇探究光質(zhì)和光合速率的關(guān)系。

一、實(shí)驗(yàn)思路

實(shí)驗(yàn)自變量為光的波長(zhǎng)，因變量為光合速率，選擇相同時(shí)間內(nèi)葉圓片上浮的數(shù)量為因變量的檢測(cè)指標(biāo)。在手電筒上加裝不同顏色的濾鏡，白光透過(guò)不同顏色的濾鏡可獲得不同顏色的光，即不同光質(zhì)。

為探究不同光質(zhì)對(duì)植物光合速率的影響，我們采用對(duì)照實(shí)驗(yàn)?？刂茖?shí)驗(yàn)用NaHC03溶液濃度、環(huán)境溫度、相同菠菜品種，調(diào)節(jié)光源與葉圓片之間的距離，使光照度均為120 Lx，保證無(wú)關(guān)變量統(tǒng)一。

先用真空滲入法排除葉肉細(xì)胞間隙的空氣，充以水分，使葉圓片沉在水底。不同光質(zhì)的照射引起葉圓片釋放氧氣量的不同，通過(guò)觀察葉圓片上浮速度的快慢，判斷不同光質(zhì)對(duì)光合作用速率的影響。

二、材料和用具

新鮮的菠菜葉，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的NaHC03溶液，清水。從學(xué)校實(shí)驗(yàn)室借得直徑為0.5 cm的打孔器、20 mL注射器、鐵架臺(tái)，自備兩臺(tái)手機(jī)，準(zhǔn)備相同型號(hào)的聚光手電筒3支，一次性紙杯若干，紅黃藍(lán)三種彩色濾鏡，以及刻度尺、量筒、電子秤、玻璃棒、手電筒固定夾等。

三、探究過(guò)程

（一）用打孔器制取足量葉圓片，每組20片，共6組。另多取20片備用。

（二）配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的NaHC03溶液。

（三）使用真空滲入法處理葉圓片，使葉圓片均下沉。處理完后放在暗處備用。

（四）在每支手電筒上分別裝上紅色、黃色、藍(lán)色、綠色（藍(lán)黃疊加）、紫色（紅藍(lán)疊加）濾鏡，第6組不裝，作為對(duì)照組。用支架固定手電筒，利用App測(cè)光照度，調(diào)整支架與燒杯的間距，使光線對(duì)紙杯底光照度均為120 Lx。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在不同光質(zhì)下，支架與紙杯底的間距為白光56 cm、黃光40.5 cm、藍(lán)光25 cm、綠光22 cm、紅光19 cm、紫光15 cm時(shí)，底部的光照度為120 Lx。

（五）往每個(gè)紙杯中注入40 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的NaHC03溶液。

（六）往各個(gè)紙杯中各放入20片葉圓片，開(kāi)始計(jì)時(shí)。

（七）記錄5 min、10 min和15 min時(shí)各組浮起的葉圓片的數(shù)量。

（八）分析數(shù)據(jù)。

四、結(jié)果及分析

通過(guò)濾鏡和測(cè)光App對(duì)不同色光進(jìn)行測(cè)試和控制，用真空滲入法檢測(cè)菠菜葉圓片在不同色光下的上浮情況。

從結(jié)果可以看出，菠菜葉圓片的光合作用強(qiáng)弱與光質(zhì)有關(guān)：在光照度相等的情況下，自然光的光合速率大于單色光；單色光中，紅光下的光合速率相對(duì)最高，其次是藍(lán)光、紫光、黃光，綠光最弱。

葉綠體中的光合色素有葉綠素和類胡蘿卜素兩大類，葉綠素分為葉綠素a和葉綠素b，類胡蘿卜素中最多的是胡蘿卜素和葉黃素。正常葉片中葉綠素的含量是類胡蘿卜素的3倍，葉綠素a的含量又是葉綠素b的3倍，葉黃素的含量是胡蘿卜素的2倍。科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜如圖8。

可見(jiàn)，葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光，兩者幾乎都不吸收綠光。自然光包含波長(zhǎng)為380 nm～750 nm的光，因此在光照度相等的情況下，自然光的光合速率優(yōu)于單色光；單色光中，紅光、藍(lán)光和紫光下的光合速率較高，而綠光最弱。這也可以解釋，夜間城市綠地用綠燈照射，既可最小限度影響植物的生理（如光合作用） ，又能呈現(xiàn)綠意，美化環(huán)境。

五、活動(dòng)體會(huì)

本次實(shí)驗(yàn)是在參加校本課程“生物學(xué)拓展實(shí)驗(yàn)”的基礎(chǔ)上，我們第一次完整地進(jìn)行的一次課外生物探究活動(dòng)。從實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、操作到數(shù)據(jù)收集分析，我們每一步都在摸索中改進(jìn)，在實(shí)踐中完善。

首先，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們對(duì)科學(xué)探究的準(zhǔn)確性和嚴(yán)謹(jǐn)性有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

其次，我們對(duì)探索精神有了更深刻的體會(huì)。為滿足反復(fù)實(shí)驗(yàn)的需求，我們制取的葉圓片加起來(lái)不少于六百片。雖然我們的設(shè)備并不是很專業(yè)，但我們盡可能地用現(xiàn)階段可獲取的設(shè)備完成了這次實(shí)驗(yàn)，并獲得了滿意的結(jié)果。

再次，我們?cè)趯?shí)踐中感受到了合作的力量。我們共同完成了實(shí)驗(yàn)的初步設(shè)計(jì)，并在校內(nèi)進(jìn)行了初次嘗試，但并未成功。之后，受疫情影響，我們的合作由線下轉(zhuǎn)為線上。在網(wǎng)課之余，我們通過(guò)幾次線上討論，不斷完善細(xì)節(jié)，制訂實(shí)驗(yàn)最終方案，并由一人負(fù)責(zé)具體的實(shí)驗(yàn)操作，獲取了有效實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

最后，感謝生物實(shí)驗(yàn)室的俞佳老師為我們提供實(shí)驗(yàn)器材，給了我們自由探索的空間，也感謝相互幫助、志同道合的伙伴們，為科學(xué)探索提供了最堅(jiān)定的支持。（指導(dǎo)老師：邵江樵）

專家點(diǎn)評(píng)

小作者們通過(guò)濾鏡和測(cè)光App對(duì)不同色光光照度進(jìn)行測(cè)試和控制，應(yīng)用真空滲入法檢測(cè)菠菜葉圓片在不同色光下的上浮情況，證明綠色植物光合速率與光質(zhì)有關(guān)。作品素材源于教材實(shí)驗(yàn)“光照強(qiáng)度對(duì)光合作用的影響”，小作者們?cè)谥袑W(xué)生物學(xué)教材實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展，探討了不同光質(zhì)對(duì)光合作用的影響，選題可操作性強(qiáng)，具有創(chuàng)新性。

建議補(bǔ)充必要的文獻(xiàn)資料，使文章更完整。

（欄目編輯? 秦銀銀）

本期點(diǎn)評(píng)專家

張永強(qiáng)? 高級(jí)教師，湖南省十佳科技教師?？破罩袊?guó)2021年十大科普人物獎(jiǎng)獲得者，全國(guó)校園發(fā)明創(chuàng)意大賽、湖南省青少年科技創(chuàng)新大賽、湖南省創(chuàng)新編程與智能設(shè)計(jì)大賽、湖南省科學(xué)調(diào)查體驗(yàn)活動(dòng)評(píng)審專家組成員。