“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验改进研究综述
凌春芳
生成PDF 清样下载 引用

复制成功

导出题录

参考文献( GB/T 7714-2015 ) 复制

凌春芳,. “探究环境因素对光合作用强度的影响”实验改进研究综述[J]. 环境科学研究,20218. DOI:10.12721/ccn.2021.157070.
摘要: “探究环境因素对光合作用强度的影响”是高中生物《分子与细胞》模块的一个探究性实验,在实验教学中存在耗材多,耗时长,实验数据误差大等问题。不同学者分别从实验材料、实验器具、自变量设置和因变量测定等方面进行改进。选用不同的实验材料、不同的实验方法,实验因变量的测定方法亦不同。考虑到普遍适用性的问题,选用冷光源的LED灯,用NaHCO3溶液提供CO2,恒温水浴锅控制温度,用快递纸盒创造暗室,光合作用强度通过测定单位时间内CO2的消耗量或O2的生成量来定量表示,实验效果会更好。
关键词: 环境因素;光合作用强度;实验改进;综述
DOI:10.12721/ccn.2021.157070
基金资助:

1 实验材料的改进

教材中给出的参考案例需用到0.6 cm的打孔器制取菠菜圆形小叶片,由此方法制取的小叶片多会有破损,且每个小叶片间又因叶龄等不同而存在差异;同时实验耗材大,难以大范围开展。青菜(不结球白菜)因叶片大、厚且颜色深绿,可避免因打孔器制取小叶片时引起的卷边或破损[1]。用吊兰叶取代菠菜叶,只需用剪刀等距离剪下便可保证叶片大小基本一致[2]

2 实验器具的改进

    教材中制取的圆形小叶片,要用注射器加压的方法排除小叶片内的气体。学生需用手指堵住注射器前端,然后用另一支手拉动活塞,常常在操作中出现堵不紧,拉不动的现象。选用塑料注射器代替玻璃注射器,可达到较好的密封性,可更有效地排除叶片中的气体,使叶片沉入水底[2]

3 自变量设置方法的改进

3.1 光照强度设置方法的改进

教材中提到通过移动小烧杯与光源的距离来调节光照强度,此方法需要经过较复杂的计算,因为光照强度与距离的平方成反比[6]。采用不同功率的白炽灯对烧杯中的叶圆片进行光照处理,获得的实验数据跳跃过大,原因是白炽灯散热较多,对实验结果影响大[1]。如果在白炽灯与实验装置间放置盛有清水的水槽,可以消除白炽灯产热对实验结果的影响[4]。用LED冷光源可避免因散热而干扰实验结果,还可节约电能[6]

3.2 光质设置方法的改进

取无色和绿色的矿泉水瓶模拟白光和绿光对植物光合作用强度的影响,同时应将瓶子放倒以便吸收更多的阳光[9]。不同颜色的矿泉水瓶在厚度、透光程度上会有区别,难以保证光照强度这一无关变量完全一致。用红色、蓝色、绿色的玻璃纸和有机玻璃制成滤色片装在灯泡下方,可创造红光、蓝光和绿光[10]。将滤光片贴在透明塑料板上,经LED灯照射后可制造出不同光质[7]。将彩色的LED灯珠嵌入到多功能光合作用光照箱内[11],或选用LED灯带,每个灯带上装不同颜色的灯珠[8],都可方便地调控光质。

3.3 CO2提供方法的改进

教材中提到往清水中进行吹气来补充CO2,但此方法需要注意吹气时间要尽可能长,连续5 min 向实验组的清水中吹入呼出气,实验效果才较为明显[2]。用0.1%的KHCO3溶液替代口吹法获得的CO2溶液更具有严谨性,且K+有促进气孔打开的作用,提高气体交换速率,从而提高实验速率[6]。NaHCO3溶液使用广泛,实验效果也好[1, 5, 7]。余林等提到用碳酸饮料雪碧代替NaHCO3溶液,将雪碧与水以1:9、2:8的体积比配制成混合液,其中以2:8的体积比配制成的混合液条件下实验效果较好[12]。但雪碧中还存在有香精、食品添加剂等成分,无端地又引入了一些变量,难以遵循实验的单一变量原则。

3.4 温度设置方法的筛选

温度在教材中并未提及如何控制,其实温度也是影响植物光合作用强度中一个重要的环境因素。取两个分别装有等量的4 % NaHCO3溶液的烧杯,其中一个在实验前放置于冰箱进行低温处理,在实验过程中在该烧杯附近放置冰块以保温,以此创造出低温和常温2个不同温度条件[9]。采用双层保温玻璃杯,分别加入等量的自来水(常温)、热水(60℃)、冰水(0℃)来创设3个不同的温度条件[10]。双层玻璃杯比单层玻璃杯散热要慢,但不能做到真正意义上的保温,因此要控制好做实验的速度和时间,还需定时测定温度。采用恒温水浴锅控制各种不同的温度[1, 5, 13],不易受界环境的影响,效果较好。

4 光合作用强度测定方法的改进

教材中提到通过记录同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量作为光合作用强度测量指标。在实验教学中笔者发现,每位学生抽动注射器所用的力度有所不同,力度过小,有的叶片中还含有部分气体,导致刚开始实验圆形小叶片就浮起;力气过大,叶片吸水过多挤压保卫细胞而导致气孔关闭,实验进行1-2 h都不会浮起;由此测得的实验数据跳跃过大,误差大。卢江提到为了消除叶圆片之间的个体差异,通过统计一半叶片上浮到液面的时间点进行计时来作为光合作用强度的测量指标[6]

5 思考与讨论

生物学实验一直是生物学课程实施的软肋,要结合实际情况因地制宜的开展,加深学生对光合作用原理的理解和应用。增加探究多种环境因素对光合作用强度的综合影响,提高学生的科学思维和科学探究能力。在绿叶的选择上,有些应考虑到季节和地域的问题,如南美蟛蜞菊,属于华南地区常见的绿化植物,在北方则难找到。现在网购发达,金鱼藻这类材料可网上购买。

参考文献

 [1] 李俐. “探究环境因素对光合作用强度的影响”实验改进与教学设计[J]. 生物学通报. 2014, 49(10): 34-37.

 [2] 张万明. “环境因素对光合作用强度的影响”一节探究实验的改进[J]. 生物学通报. 2010, 45(07): 51-52.

 [3] 樊晓红. 一套探究环境因素对光合作用强度影响的装置[J]. 生物学通报. 2016, 51(09): 57-59.

 [4] 张大海. “环境因素对光合作用强度的影响”实验改进[J]. 中学生物教学. 2012(06): 46-47.

 [5] 徐业义. 用金鱼藻定量探究环境因素对植物光合强度的影响[J]. 生物学教学. 2018, 43(09): 49-50.

 [6] 卢江. 环境因素对光合作用强度影响实验的改进[J]. 教学仪器与实验. 2015, 31(06): 24-25.

 [7] 李勇,杨玲,刘明泉. “探究环境因素对光合作用强度的影响”实验改进及教学设计[J]. 中学生物教学. 2018(Z1): 74-76.

 [8] 张玄可. 环境因素对光合作用强度影响的实验装置设计[J]. 中学生物学. 2020, 36(01): 37-39.

 [9] 杨祖芳. 微课在高中生物实验课上的应用——以“探究环境因素对光合作用强度的影响”为例[J]. 实验教学与仪器. 2015, 32(09): 3-5.

[10] 田华. 自制“多功能光合作用实验箱”[J]. 实验教学与仪器. 2018(6): 56-57.

[11] 陈雪梅,张四方. 自制教具”多功能光合作用光照箱“[J]. 生物学通报. 2020, 55(1): 54-55.

[12] 余林,张怡. “探究二氧化碳浓度对光合作用的影响”实验的思考与改进[J]. 生物学教学. 2019, 44(08): 49-50.

[13] 王凤华. “探究环境因素对光合作用强度的影响”教学设计[J]. 中学生物教学. 2018(18): 51-53.

[14] 徐力. 通过开发实验走向深度教学——以“探究金鱼藻最适光照强度”为例[J]. 中学生物学. 2019, 35(11): 42-43.

[15] 林馥丽,蓝益添,黄徐丰. 自制“环境因素对光合作用强度的影响”实验装置[J]. 实验教学与仪器. 2020, 37(09): 53-55.

[16] 姚卫国,李蓓. “探究环境因素对光合作用强度的影响”实验设计[J]. 实验教学与仪器. 2019, 36(11): 38-40.