探究“二氧化碳是光合作用必需原料”实验的改进

叶培毅

(福建省厦门市集美区乐安中学 361021)

探究“二氧化碳是光合作用必需原料”的实验是初中生物学教学内容中的一个重点。教材中要求学生根据提示，用玻璃罩、培养皿、烧杯、带叶子的枝条等材料设计出实验装置，在两个密闭环境中形成一组对照实验。实验过程中需先将两套装置在暗处放置一昼夜进行暗处理，然后再经过数小时的光照，实验耗时长，操作繁琐。笔者尝试对该实验的实验装置和方法进行改良设计，力求能够简化实验，同时获得更明显的现象，提高实验成功率，使这一探究实验能真正在课堂教学中进行。

1 实验器材的改进

圆形灯板的LED贴片灯，根据烧杯或锥形瓶底部的大小选择灯版上3～4个小孔安装磁柱，如图1所示将磁柱倒装，使较大的接触面朝上就可以作为烧杯或锥形瓶的托架。也可根据实际情况选择方形或其他形状灯板，立于侧面或盖在顶部照射。克服自然光或其他光源照射不均匀、角度不佳或光照强度不易控制等缺陷。

图1 LED灯板

2 实验材料和步骤

2.1 所需材料用具 LED光源1对(并联接好)、锥形瓶2个，长玻璃管(或塑料吸管)1根、水蕴草(或其他水草，芹菜叶、芫荽叶等)、BTB溶液。

提示：人教版八年级上册中，在研究鱼呼吸过程中水中溶解气体成分变化的实验中，有关于溴麝香草酚蓝溶液颜色反应的介绍。溴麝香草酚蓝简称BTB，通入二氧化碳后，BTB溶液的颜色会由蓝色变为黄色，如果BTB溶液中的二氧化碳被逐渐消耗，溶液又将恢复成蓝色。也就是说，BTB溶液的颜色变化，是一个可逆的过程。因此，可以利用BTB溶液的这一特点来改进和设计对照实验。

2.2 实验过程 具体步骤如下：

(1)材料处理 实验前将实验用的水草放入暗室内避光处理一昼夜，使其储存的淀粉消耗掉。实验时将水草分为3份，1份仍然保留在暗环境中(C组)，另2份(A组、B组)取出备用。

(2)实验用水配制 取足量清水(煮沸后的凉开水)，加入适量配制好的浓度约为0.1%溴麝香草酚蓝水溶液，边加边搅拌，得到蓝色的稀释液。若所得溶液呈黄色或黄绿色，可滴加稀氨水并及时搅拌，调节其pH至弱碱性，稀氨水的浓度和用量要控制好，至所得BTB溶液呈现蓝色时即止。

图2 实验过程

(3)实验操作 取A、B两个大锥形瓶，分别倒入等量的稀释后的BTB溶液(避光保存的C组水草，为使其与B组构成对照实验，也可将其放入装有等量BTB溶液的C锥形瓶中)。用玻璃管向A锥形瓶中吹气，边吹边观察溶液颜色的变化，直至溶液由蓝色变成黄色后，停止吹气。分别向A、B两个锥形瓶中放入准备好的另两份等量水草。注意尽量使植物舒展，悬浮，避免受压。打开并联的两个圆形LED灯板光源，让两个锥形瓶中的植物能够充分地进行光合作用(图2)。视具体情况可以增加水草的数量或光照的强度来缩短实验所需时间，控制溶液颜色变化在30 min到1 h以内。注意观察并记录溶液颜色的变化，可以发现随着时间推移，A锥形瓶中黄色的溶液逐渐恢复为蓝色，直至接近B瓶中溶液的颜色。

实验完成后，分别从A、B两组以及避光保存的C组水草中各摘取若干叶片(茎顶端的幼叶)，分别放在装有酒精的试管中隔水加热。由于水草叶片小而薄，很快就变成黄白色，此时将叶片取出，用清水漂洗后经碘液染色，可见A组叶片变蓝，未经光照的C组呈黄褐色，而B组叶片的颜色变化程度则不如A组。

3 实验结果的讨论

在A、B两组锥形瓶中，除了溶液中二氧化碳的含量不同外，其他条件都相同，这是一组对照实验。其中A为实验组，B为对照组。在这一组对照实验中，实验的变量是二氧化碳。通过吸管进行吹气后，A瓶溶液由于含有了较多的二氧化碳，pH降低，使BTB溶液呈黄色。在光照条件下，溶液中的二氧化碳在植物的光合作用中被逐渐消耗，pH升高，溶液的颜色逐渐发生改变，最终由黄色恢复为蓝色，直观呈现了光照条件下二氧化碳的变化情况。之后将A、B瓶中的水草叶片与未光照的C组叶片经酒精脱色后用碘液染色，检验不同条件下淀粉的产生的情况，A组变蓝，B组次之，C组不变色。实验证明了二氧化碳是光合作用的原料，实验依据的原理与教材中一致、实验方案的设计也符合要求。

4 实验装置的拓展应用

除了探究“二氧化碳是光合作用必需的原料”这一实验外，利用同一套装置，还可以用于教材同一单元中其他与光合作用有关的探究实验。

4.1 探究“光合作用产生氧气” 在上述“探究二氧化碳是光合作用必需原料”实验中，可以观察到锥形瓶A中产生气泡的速度和数量远多于对照组B。可以提问学生这是为什么？能否推测出光合作用产生的气体是什么？ 如果实验时，在吹气并放入水草后用橡皮塞塞住瓶口，经过一段时间的光合作用后，打开橡皮塞并插入点燃的卫生香，可以见到卫生香复燃，这一现象可以证明光合作用产生了氧气，与教材上的演示实验现象一致。

4.2 探究“光是植物进行光合作用的条件” 参照上述实验中的A锥形瓶，设置甲、乙两套装置(即向两套装置中吹气，使两个锥形瓶中的溶液均呈黄色)，然后分别放入经一昼夜暗处理的水草，一套放在黑暗处，另一套给予光照条件，此时实验的变量是光。一段时间后观察，可见放置于黑暗处的甲瓶中溶液的颜色不变(仍为黄色)，而给予光照的乙瓶中溶液由黄色变成了蓝色。分别摘取甲、乙两瓶中的水草叶片，用酒精脱色后滴加碘液处理，来自乙瓶的叶片呈蓝色，而来自甲瓶的叶片颜色不变，说明乙瓶中的绿色植物在光下进行了光合作用。由此可以证明光是绿色植物进行光合作用所需的条件。