“探究光照强弱对光合作用影响”实验的解析和拓展

“探究光照强弱对光合作用影响”实验的解析和拓展

李引侠（陕西省周至中学西安710400）细胞代谢中关于光合作用的内容是高考重要考点之一。往往围绕光合作用的过程进行命题，通过对光合作用的反应物、生成物、场所、条件以及影响因素及其与呼吸作用的关系等方面进行全方位的考查。该部分题目综合性很强，又能紧密联系实际。试题在考查影响光合作用因素的同时还考查光合作用与呼吸作用的关系，以及学生分析实验的能力。在教学中应该重视教材的再开发，利用对课本案例的分析和拓展，使学生巩固基础知识，提高分析实验的能力。

1 案例分析

探究光照强弱对光合作用强度的影响

材料用具

打孔器，注射器，40W台灯，烧杯，绿叶（如菠菜叶片）。

方法步骤

（1）取生长旺盛的绿叶，用直径为1cm的打孔器打出小圆形叶片30片（注意避开大的叶脉）。

（2）将小圆形叶片置于注射器内，并让注射器吸入清水，待排出注射器内残留的空气后，用手堵住注射器前端的小孔并缓缓拉动活塞，使小圆形叶片内的气体逸出。可重复几次。

（3）将内部气体逸出的小圆形叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。这样的叶片因为细胞间隙充满了水，所以全都沉到水底。

（4）取3只小烧杯，分别倒入20mL富含二氧化碳的清水（事先可用口通过玻璃管向清水内吹气）。

（5）分别向3只小烧杯中各放入10片小圆形叶片，然后分别对这3个实验装置进行强、中、弱三种光照（3盏40W台灯分别向3个实验装置照射，光照强弱可通过调节台灯与实验装置的距离来决定）。

（6）观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量。

解析：步骤（2）中通过对注射器内压强的改变，使细胞间隙中的气体从小圆形叶片中逸出。与光合作用有关的气体有二氧化碳和氧气，二氧化碳可微溶于水并与水反应，而氧气不易溶于水。处于细胞间隙的一定量的氧气可导致叶片浮

于水面，排出后可沉到水底。

步骤（4）中富含二氧化碳的水可用一定浓度的碳酸氢钠代替，以维持溶液中二氧化碳溶液的浓度。

步骤（6）中检测单位时间叶圆片浮起的数量，实质上是在检测净光合作用释放氧气速率或释放氧气的量，即光合作用和呼吸作用的综合值。

实验结果分析：绿色植物在有光的条件下不能只进行光合作用，因而叶园片是否上浮，取决于光合作用和呼吸作用的关系。当装置处于黑暗中时，叶圆片只进行呼吸作用，不断消耗氧气，因此不能上浮；当光合作用小于呼吸作用时，呼吸作用消耗了光合作用产生的全部氧气和环境中的部分氧气，因此不能上浮；当光合作用等于呼吸作用时，光合作用产氧量等于呼吸作用耗氧量，叶圆片也不能上浮；只有当光合作用大于呼吸作用时，光合作用产生的氧气除供呼吸作用外，还有一部分释放到细胞外，从而使叶圆片上浮。

只有弄清楚排出气体的成分，实验结果检测的实质，叶片下沉、上浮的原因及条件，才能清楚实验的考查点。

2 自变量的变化

上述案例是探究光照强弱对光合作用的影响，实验变量是光照强度。然而影响光合作用的主要外界因素有光照强度、二氧化碳浓度和温度。若分别探究其余两因素对光合作用的影响，则可在本实验的基础上进行调整。（以二氧化碳为例）例1：探究二氧化碳浓度对光合作用的影响

实验变量：二氧化碳浓度操作：等体积不同浓度的碳酸氢钠

无关变量：光照强度和温度操作：相同且适宜

因变量：光合作用中氧气的释放量操作：单位时间叶圆片上浮数量根据以上分析本实验只需调整案例中的步骤（4）为在个烧杯中加入等量不同浓度的碳酸氢钠溶液；步骤（5）为在相同且适宜的光照和温度下放置一段时间。其余内容均不变。

若探究温度高低对光合作用的影响，分析方法相同。

3 因变量的改变

在很多实验中虽然都是通过氧气的释放量来检测光照强度等外界条件对光合作用的影响，但表现形式却各不相同。

（1）根据天平指针摆动的情况分析不同光照强度下的光合作用强度及光合作用与呼吸作用的关系。

例2：为研究不同光照强度下水稻的光合作用，某实验室将水稻幼苗固定于无底反应瓶中进行实验，实验装置如下图一所示。

实验原理：

该装置中水稻苗光合作用产生的气体，可使浮力增大，使天平指针发生偏转．实验步骤：

①调节天平平衡；

②用100 W的灯泡作为光源．先将灯泡置于距装置20厘米处，15分钟后观察并记录指针偏转方向和格数．

③加大灯泡与装置间距离，过15分钟再观察记录；

④连续重复步骤③．

实验结果绘制成图二。请回答下列问题：

(1)该实验的自变量是________，通过________进行调控．

(2)请据实验结果分析回答：

①B点与A点比较，光合强度较大的是____点，指针偏转的方向是向_____．

②C点表示的是________．

③CD段形成的原因是______，与C点相比较，D点指针向_____偏转．

(3)若用此装置测定水稻幼苗的呼吸强度，需要对此装置进行______处理．

解析：本题中实验变量、无关变量与案例基本相同。因变量的变化也是由于氧气量的变化引起，对其的分析必须依据光合作用与呼吸作用的关系。当灯距从近及远时，光合作用与呼吸作用的关系，依次发生如下变化：

①光合作用大于呼吸作用，左侧产生浮力，较轻，指针向右偏转。

②光合作用等于呼吸作用，指针偏转到一定程度。属于曲线转折点。

③光合作用小于呼吸作用或只呼吸作用，浮力减小，指针开始向左偏转。

答案：（1）光照强度改变灯泡与装置之间的距离

（2）①A 右②光合作用等于呼吸作用③呼吸作用大于光合作用左

（3）遮光或黑暗

（2）根据液滴的移动来分析光合作用强弱及光合作用与呼吸作用的关系。

A为开关

B为玻璃钟罩

C为绿色植物

D为碳酸氢钠溶液

E为红墨水滴

F 为直尺

当光照强度由强变弱，甲装置液滴移动方向分析与例3相同；若由弱变强，则移动方向相反。

（3）还可以根据氧气不易溶于水的特性，直接根据产生气泡速率或单位时间收集氧气的体积来判断光合作用强弱。

4 实验分析能力的提高

根据本实验案例和相关变形可以看出，分析实验和设计实验的关键就是找准试验中的变量，并分析控制变量的可行方法。

实验变量简单说就是实验中人为地加以改变的变量，在实验设计中主要考虑变量控制的可操作性，否则实验无法完成。

无关变量是指除自变量外对实验结果造成影响的变量，实验中一般通过设置相同且适宜条件排除无关变量对实验结果的影响。

因变量是指随着自变量的变化而变化的变量，实验中必须为因变量找到可以观察与测量的指标，否则就无法知道实验的结果；

总之，高考以能力考查为主，更多的在光合作用影响因素及其呼吸作用的关