“探究二氧化碳浓度对光合作用的影响”实验的思考与改进

余 林 张 怡

(1 浙江省杭州学军中学 杭州 310012； 2 浙江师范大学生化学院 金华 321004)

“探究环境因素对光合作用的影响”是浙科版高中生物学必修1中的一个开放性探究实验。该实验内容较为丰富，并与生活实际相联系，对培养学生的动手操作能力、数据分析能力和实验探究能力具有不可替代的作用。由于教材对实验的描述不够详尽，已有不少教师对该实验装置进行了实验材料、打孔方法、光照强度、CO2来源和浓度以及光合作用强度检测方法的改进，但实际操作过程中常常出现实验效果不佳的情况。此外，由于高中学生的认知水平和兴趣多样性的特点，专业化的实验设计和实验设备不一定能获得理想的教学效果。

本文在参照人教版教材的基础上，充分利用所在实验室的设备和条件，考虑到实验材料和器具生活化的同时，遵循简便易行、仿照教材的原则，设计并实施了以碳酸饮料雪碧代替NaHCO3溶液以增加CO2浓度的方法。该实验主要探究CO2浓度对光合作用的影响，同时对叶圆片制取的打孔方法及真空渗水法中的注射器选择进一步优化，培养学生对实验探究的兴趣及创新精神。

1 材料与方法

1.1 材料与用具 菠菜，雪碧。直径为4 mm的塑料吸管，培养皿，20 mL注射器，橡皮擦，烧杯(50 mL)，实验台日光灯，计时器。

1.2 实验方法 将新鲜菠菜叶片放置于实验台上，利用吸管的平口一端，按压叶片并轻轻旋转，即可获得实验所用的圆形叶片。按压时需避开大叶脉，可多片叶叠加打孔。将制取好的叶圆片放入盛有水的培养皿中，同时注意遮光，避免叶圆片因干枯萎蔫或提前进行光合作用而影响实验效果。

取30枚叶圆片置于20 mL注射器内，使注射器吸入水，将注射器口朝上，推动活塞排除注射器内残留的空气，再使注射器前端牢牢插入橡皮擦内达到密封状态，一只手紧握注射器，另一只手缓缓拉动活塞，使叶圆片内的气体逸出，这一步骤可重复几次。

将雪碧与水以1∶9、 2∶8的体积比分别配制成50 mL的混合溶液置于50 mL的烧杯中；另设置只有水的对照组。每个烧杯中放入10片抽气后的叶圆片(叶圆片均沉入烧杯底，可用镊子将叶圆片铺展开，避免重叠)，沿着实验台日光灯所在的直线并列放置，打开日光灯装置，室温下观察并记录5、 10、 15、 17、 20 min时烧杯中叶圆片浮起的数量。每组实验重复测定3次，记录数据，取整数平均值。

2 结果与分析

碳酸饮料雪碧内富含CO2，可直接为叶圆片进行光合作用提供充足的原料，叶圆片上浮现象明显。在10～20 min内，雪碧与水以2∶8的体积比配制成混合液的烧杯中，叶圆片上浮的数量变化较1∶9和对照组更为明显(图1)。前者在实验开始5 min后就有叶片上浮，至20 min时，所有叶圆片(10片)均已上浮。后者在实验开始10 min后有叶圆片上浮，至实验结束时上浮了6片。而对照组水溶液中，20 min后才有1片上浮。由此可见，在一定范围内，光合作用强度随CO2浓度的增加而增强。

图1 不同雪碧与水体积比下菠菜叶圆片上浮的数量

3 结论与讨论

实验所用到的叶圆片，多数教师是利用直径为1 cm的打孔器所制取的。但是在实际的高中生物学实验教学中，考虑到有些学校不能一次性提供较多的规格一致的打孔器，为了使实验生活化，遵循实验所用器材简便易取的原则，本文使用常见的塑料吸管代替打孔器，并且叶圆片面积越小，实验出现明显现象所用的时间也越短。

在叶圆片抽气的操作中，注射器的材质、型号及使用方法对抽气效果影响显著。注射器的材质主要有玻璃和塑料两种类型，玻璃注射器密封性不够好，在抽气的过程中会有大量的小气泡从抽拉端产生，并且活塞会容易松动，影响抽气效果；而一次性塑料注射器更易获取，密封性与抽拉性也更好，可以更有效地将叶圆片内的空气抽出，使叶圆片沉到水底[2]。此外，20 mL和50 mL注射器相比较而言，50 mL注射器由于其体积相对较大，需要很大的力气才能拉动活塞，因此对于大多数学生来说是比较困难的；而20 mL注射器比较小巧，易于操作整个抽气过程，并且抽气也比较彻底。

在使用注射器对叶片进行抽气时，最好将30枚叶片同时放入针筒内，这样既能减少重复操作，也能避免因抽气时用力大小的不同和抽气次数的不同而对叶片内逸出空气多少造成影响[2]。同时，为减轻抽气过程中注射器前端对手指的压迫，可以用橡皮擦堵住注射器前端的小孔，便于用全手紧握注射器，使拉动活塞更方便。这种方法操作简便、省时，学生能在2～3 min之内制取大量抽除气体的叶圆片。也可以选取医用头皮针一端连接于注射器前端，剪去另一端的针头，将软管打结即能达到封闭注射器的目的[3]。

中学生物学实验教学中，利用简便易得的用具和材料完成实验，是将复杂问题简单化的良好体现。不仅有利于节约实验成本，降低大班化实验教学的难度，而且有利于培养学生创造性地进行实验优化的意识，提高实验探究的能力。