“双变量”探究“影响光合作用强度的因素”的实验设计

周荷静

(江苏省苏州市相城区陆慕高级中学 215131)

光合作用是高中生物学重点和难点内容之一，“研究影响光合作用强度的因素”是必修1教材唯一的C级要求的实验，同时又是高中生物学实验为数不多的定量实验之一。光合作用除了受到环境因素(如光照强度、温度、二氧化碳等)的影响，还会受物种的特性、生长状态等植物内部因素的限制，这样本课题就涉及多因素的探究。本实验用时长，探究一个因素一般需要30min，如何在一节课完成多个因素的探究值得一线教师的思考。笔者设计了一组实验来同时探究“光照强度(外因)”和“植物生理状态(内因)”对光合作用强度的影响，既节约时间，又能使现象非常明显。

1 实验材料用具

青菜叶片(绿叶和黄叶)、1% NaHCO3溶液、烧杯3个、台灯1盏(专供光合作用的LED光源)、秒表、镊子、尺子等。

2 实验步骤

(1) 分别取叶片大小相近青菜的绿叶和黄叶，利用打孔器获得数量足够多的叶圆片，利用“真空渗水法”的原理用注射器抽掉叶圆片气体。

(2) 准备3个100mL的烧杯，用镊子将叶圆片放在盛有30mL 1%的碳酸氢钠溶液烧杯中，每杯放6片绿色叶圆片和6片黄色叶圆片。

(3) 控制三个实验装置之间的距离都是5cm，用台灯进行照射(图1)。

图1 “双变量探究影响光合作用强度因素”实验装置

(4) 观察并记录7min后绿色和黄色叶圆片上浮的数量(表1)。

表1 在不同光照强度下7min叶圆片上浮的数量

3 结果分析

首先分析光照强度这个变量对光合作用强度的影响，前提是无关变量相同且适宜，因此只要看表1中绿叶组实验数据，不难发现在一定的范围内，随着光照强度的增加，叶圆片上浮的数量增加，光合作用强度增加。再分析另一个变量(植物生理状态)对光合作用强度的影响，发现在光照强度适宜的中光或强光下，绿叶组的叶圆片上浮的数量明显多于黄叶组。通过双变量的实验设计与实施，最后得出结论：植物的光合作用强度受到内外因共同的影响。

4 对实验的思考

4.1 实验材料 教材建议用菠菜为实验材料，由于菠菜叶太薄，用打孔器制取的叶圆片多会破损或卷边，这样不能保证圆叶片大小一致。改用叶片较厚的无蜡质的青菜叶片(蜡质叶片不易脱气处理)，放置2～3d。待外侧叶片变黄，可同时取得绿叶和黄叶。

4.2 实验操作方法 本实验采用真空渗水法对叶圆片进行脱气处理，通过抽动活塞的方式降低注射器内的气压，把叶圆片中的气泡排走，而留下的空隙被水占据，叶圆片下沉。教材建议用手堵住注射器前的小孔并缓缓拉动活塞，使叶圆片中的气体排走。在实验中发现学生一手堵住小孔一手拉动活塞，操作不灵活，无法快速抽掉叶圆片中的气体。针对这一情况，把注射器的针头装在针筒上，用一块橡皮插入针头中(图2)，就营造真空的环境，把一只手解放出来，这样就可以有力气抽动活塞把叶圆片中的气体排走。

图2 用于叶圆片脱气处理的注射器

4.3 实验条件控制 该实验开展正值12月初，气温低，即使是强光组，结果在10min内烧杯中均无明显现象。反复实验，均是如此。温度是本实验成败的关键。后改为1% NaHCO3溶液现配现用，水的温度控制在30℃。有条件的学校课前将空调开好。这样的处理温度适宜，酶的活性较高，实验效果明显。