浅谈定性和定量检测植物光合作用的几种方法

王威

【摘要】 普通高中课程标准试验教科书《生物》必修一第五章 “能源之源——光与光合作用”对光合作用的探究历程做了大致的介绍，并具体介绍了两种验证光合作用产物的方法——“半叶法”和同位素标记法。在历年的高考中，探究光合作用的方法早已不再局限于此。現将几种常用的定性和定量的验证光合作用的方法汇集如下。

【关键词】 高中生物 光与光合作用 方法

【中图分类号】 G633.91 【文献标识码】 A 【文章编号】 1992-7711（2015）01-064-01

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1. 定性地判断光合作用强度及其产物

1.1“浮叶法”

该方法的基本原理是利用植物叶片进行光合作用产生氧气，使沉在水底的叶片上浮。通过叶片上浮的速率定性地判断其光合作用的强度。

具体设计如下：在同株植株上取几片长势相近的叶片，在叶片上取相同面积的小叶若干，抽空其中的气体均分为几组，置于装有等体积适宜的NaHCO3溶液的烧杯中，分别置于不同光照强度下。小叶在光照下进行光合作用，若光合作用强度大于呼吸作用强度，小叶会释放出气体使之缓缓上浮。通过比较叶片上浮至液面的平均速率，判断小叶光合作用的强弱。

该实验可用于探究光照强度对光合作用的影响。若将给予的条件做适度调整，也可用于探究温度、CO2浓度等对光合作用的影响。此法在考题设计中多用于定性地比较植物光合作用强度。

1.2“半叶法”

该法最早出现在初中生物教材中，用于定性地检测光合作用的产物。具体设计如下：选取生长良好的天竺葵植株，先置于黑暗条件下一晚，选择一片叶片，一半遮光，一半曝光。一段时间后，用酒精隔水加热使之脱色，滴加碘液观察夜色变化。实验结果：遮光的部分不变蓝色，曝光的部分遇碘变蓝。结论：光合作用产生了淀粉。

高中阶段的考察对该实验有了改进：（1）方法上直接用碘蒸气处理叶片，观察叶片颜色的变化；（2）用银边天竺葵代替天竺葵，进行如上实验，主要探究植物进行光合作用的条件——光合色素和光照。（3）该实验设计中对照组和实验组的判断：曝光部分为对照组，遮光部分为实验组。

1.3同位素标记法

该方法在高中教材中用途颇广，例如探究分泌蛋白的合成及分泌过程、探究噬菌体的遗传物质、探究DNA半保留复制的方式等。此法的关键之处是用具有放射性的同位素替代原物质中的某种元素，通过对放射性物质的检测大致推测该物质的行径。

卡尔文正是利用该方法验证了光合作用中各种物质转化规律。高中阶段所考察的内容比较简单，常见的考点设计如下：（1）探究光合作用中O2的来源。该探究过程需设计两组实验：第一组用18O标记H2O，CO2用正常的16O；第二组用18O标记CO2，H2O则用正常的16O。通过收集到的O2是否具有放射性初步推测其来源。通过该方法验证了光合作用产生的O2来源于H2O.（2）探究光合作用中CO2的去向：该实验用14C标记CO2，通过对放射性物质的检测，探明了CO2中C的转化途径：CO2→C3→（CH2O）

高中阶段常用的放射性元素及其标记的物质除了上述两种外，还有用32P标记DNA和35S标记蛋白质验证遗传物质、用3H标记氨基酸探究蛋白质的合成及分泌过程、15N标记DNA验证半保留复制等。

2.定量地计算光合作用的强度

在计算光合作用的强度时，一般采用的衡量指标是CO2的吸收量、O2的释放量和有机物的增加量等。直接测量到的数据是经植物自身呼吸消耗后净剩的量，为净光合作用的值。要计算出某时刻光合作用的量，还需计算出相应时刻的呼吸作用的量。二者相加即可得出真正的光合作用的值。在解题时尤其注意“释放”和“产生”、“吸收”和“消耗”、“增加”和“生产”的比较。

2.1“黑白瓶法”

若要探究在水下一定距离相关植物的光合作用强度，此法的魅力尤显独特。准备两个带瓶塞的广口瓶，一个做遮光处理，一个不处理。在瓶中放入等量的植物部分，闭紧瓶塞，将两瓶放置于水面以下相同的位置。一段时间后检测两个瓶中氧容量。黑瓶用于测定该时刻呼吸作用的强度，白瓶测量该时刻净光合作用强度。通过计算可以得到水面以下某处的光合所用强度。该方法用于定量计算光合作用强度。

2.2“称叶法”

该方法利用光合作用反应前后叶片质量发生的变法计算光合作用强度。其实验设计可以参照“半叶法”的设计。在一段时间结束后，在遮光部位和未遮光部位选取相同面积的小叶若干片，烘干脱水后分别称量。每片小叶之间的平均重量差值可以用来衡量该时期的光合作用量，扩大到整个叶面即可得到该叶片的光合作用量。

2.3“气压瓶法”

此方法在平时考题设计中出现的频率较高，主要根据密闭瓶内气压的变化数值初步计算瓶内植物光合作用的强度。大致设计思路如下：准备两个密闭透明的广口瓶，标号为A和B，在瓶内分别放置长势相近的植株，A瓶内放置一小烧杯的NaHCO3溶液作为CO2缓冲液，B瓶内放置等体积的NaOH溶液。在瓶塞安装一带刻度的导管，内置一有色液滴密封。将B瓶遮光处理，A、B两瓶置于相同且适宜的温度和光照条件下一段时间。通过有色液滴移动的情况计算瓶内气体的体积变化，可以粗略计算出瓶内植物的光合作用强度。

在常规的解题中，植物的光合作用一般和呼气作用并存。解答此类题型的关键知识储备是准确判断净光合作用和呼吸作用的衡量指标，明确光合作用、净光合作用和呼吸作用三者之间的关系。

以上方法的应用在常规考题中多有设计，若相关的设计改变，也可用于测量呼吸作用等。学生若能理解各自的原理及其应用方法，相信对于光合作用和呼吸作用考题的解答一定事半功倍。