探究单色光对植物光合作用影响的实验装置

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  简介
  阳光是一种复色光,绿叶在阳光下进行光合作用,其产物主要是淀粉和氧气。我用日光灯替代阳光,在灯箱反应室做实验,发现绿叶也能进行光合作用,制造出淀粉。实验的成功,促使我产生了更新的想法:如果用白光分离出的单色光照射绿叶,是否也能探究单色光产生光合作用的效果呢?
  我利用发光颜色不同的LED灯珠作光源,制作出红光、蓝光、白光、红蓝光(混色)、黄光、绿光、紫光等7种不同颜色的光照反应室。每个光室成独立空间,关闭电源能变成暗室。为保证光照强度,在每个光室的灯座中都装有60粒同色的LED灯珠,四周墙面装有反光镜,室内光线分布均匀,光照强度明显。创造这样的条件,用制作的装置,尝试探究不同颜色的单色光对植物光合作用的影响。同时,这套装置还能验证CO2对植物光合作用的影响。实验装置实物见图l。
  探究方案
  探究时,利用淀粉遇碘酒变蓝的原理,检验淀粉的存在;用沉降于水中绿色小叶片上浮水面,判断氧气是否产生。两实验均与对照组进行比较,得出结论。
  实验一:检验叶片在不同颜色光照下,产生淀粉量的多少。向实验的叶片滴加碘酒,通过叶色变化程度判断。
  主要步骤如下:将离体培养的植物叶片,暗处理24h后分别置入各个光室,用不同色单色光照射5h,然后取出叶片,用碘酒检验叶片中含有淀粉的量,根据颜色变化进行比较,看出哪些光源对植物光合作用明显,哪些不明显。
  实验二:用菠菜制成圆形的小叶片,将其沉降于水底,放到光室里,相同时间内,比较各个光室绿色小叶片上升数量,判断各光室氧气释放量的差别。
  实验装置还能验证CO2对植物光合作用有无影响。在装置中,有一个CO2制取室。反应产生的CO2经过气道通向每个光室,以此,结合实验一补充实验,进一步验证CO2对植物光合作用的影响。
  实验设计及结论
  实验一:检验植物通过光合作用,产生淀粉。步骤如下。
  将同种植物7个离体培养的叶片置入光室进行暗处理24h,然后进行光照5h后取出。
  对各个叶片进行酒精脱色、漂洗、滴加碘酒,放置一段时间,观察叶片颜色的变化。
  观察结果后得知:不同颜色光对植物光合作用中制造淀粉有影响。白光、红蓝光、红光、蓝光、紫光对植物产生光合作用明显;黄光、绿光对植物产生光合作用不明显。
  实验二:检验植物通过光合作用,产生氧气的量。步骤如下。
  取新鲜的菠菜叶子,用直径为lcm的钢笔帽筒,打出小圆形叶片40~50片(注意避开大的叶脉)
  将圆形叶片置于注射器针筒内,并将注射器吸入清水,待排出注射器内残留的空气后,用手堵住注射器前端的小孔并缓缓拉动活塞,促使小圆形叶片内的气体排出。这一步骤可重复多次。
  将排出内部气体的小圆形叶片,放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。这样的叶片因为细胞间隙充满水,所以会全都沉到水底。
  把沉降到清水中的小叶片取出,平均分布到装有清水的8个小烧杯中(每烧杯有5片沉降小叶片),将小烧杯放进各个光室里,开始计时,观察小叶片上升情况,比较结果列表。
  实验时可观察到上升的小叶片边缘出现许多小气泡,长时间后,在烧杯内壁上也出现气泡(见图2),推测气泡可能是叶片光合作用产生的氧气。
  从实验现象可知:不同颜色光对植物光合作用产生的氧气量也有影响:白光、红蓝光、红光、蓝光、紫光对植物产生光合作用明显,产氧量大;黄光、绿光对植物产生光合作用不明显,产氧量小。
  经过实验一、实验二的检验,从植物光合作用的2种产物分析,2个实验的结论基本一致,说明装置能够进行单色光对植物光合作用影响的实验,在教学中有帮助作用,具有可操作性。
  实验装置的创新点
  用离体培养的叶片充当实验材料,能节约空间。
  能研究单色光对植物光合作用的影响。
  能验证CO2对植物光合作用有无影响。
  作品完善的进一步设想
  选用更合适的植物叶片作材料,让实验现象更加明显。
  寻找更好的检测方法,让实验现象的观测由定性向定量转化。
  增加光室单色光源和混色光源种类,让实验更富有探究性。
  该项目获得第30届全国青少年科技创新大赛科技辅导员创新成果科教制作类一等奖。
  专家评语
  该项目通过对比的方法,很好呈现了各种单色光对植物光合作用的影响。该项目原理科学、概念清晰、构思巧妙、设计合理,作品教育性强。项目选题新颖,具有实质性创新,对传统方法有突破。作品效果显著,制作规范,具有示范推广价值。希望该项目进一步增加实验样品类别、从深层解释现象中的原理。
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