应用陆生植物叶片进行光合作用实验的研究

陈桂添

摘要研究了横切不同宽度的同一种陆生植物叶在不同浓度碳酸氢钠溶液下光合作用释放出氧气量和横切相同宽度的不同陆生植物叶在相同浓度的碳酸氢钠溶液中光合作用释放氧气量，对比得出可以用陆生植物叶代替金鱼藻做“检验光合作用释放氧气”实验，实验结果和研究方法具一定的有参考价值。

关键词陆生植物叶片 光合作用释放氧气 实验研究

初中生物“检验光合作用释放氧气”实验的做法是，用排水法收集光照下金鱼藻在质量分数为0.1%的碳酸氢钠溶液中产生的气体，并用带火星的卫生香检验证明收集到的气体是氧气。该实验原理简单易于操作，但实际教学中开出率很低，原因是各地学校很难找到金鱼藻。通过实验，发现某些常见陆生植物叶横切后叶浸入适当浓度的碳酸氢钠溶液中光照下也可以释放出较多的氧气，因此可以用常见的陆生植物叶代替金鱼藻做“检验光合作用释放氧气”实验，解决了难找到金鱼藻的难题。

1用陆生植物叶做“检验光合作用释放氧气”实验的理论依据

陆生植物在水中为什么不能正常光合作用，而沉水植物却能呢？这是因为陆生植物与沉水植物具有各自适应环境的结构特点：沉水植物表皮细胞没有气孔，没有角质层和蜡质层，叶绿体大且多，排列在细胞外围，能直接吸收水分和溶于水中的二氧化碳进行光合作用；陆生植物表皮细胞有角质层或同时有蜡质层，有气孔，二氧化碳要经过气孔进入细胞后才能到达叶绿体进行光合作用。当陆生植物没入水中时，二氧化碳受角质层和蜡质层的阻隔和气孔关闭的影响不能很好进入到叶绿体，也就不能正常进行光合作用。绿色植物只要具备有叶绿体（含有叶绿素）、光、水、二氧化碳就能进行光合作用，就能释放氧气。同样，如果用人为的方法将陆生植物的角质层、蜡质层和气孔除去或将其破坏，让叶绿体暴露出来，那么理论上陆生植物在水中也是能正常光合作用，也能释放氧气。

2用陆生植物叶做光合作用释放氧气的实验研究

2.1实验一

将10.0 g生长旺盛的金鱼藻浸入1.4 kg质量分数为0.1%的碳酸氢钠溶液中在中等强度光照下光合作用。

本实验采纳了北师大版生物学七年级上册“检验光合作用释放氧气”的实验建议，要同时做两组相同条件的实验，实验结果取平均值。目的是要确定实验结果的对比目标。

实验结果是：光照1.5 h收集到2.9 mL（两组平均值）。

2.2实验二

将横切成不同宽度羽裂的非洲茉莉叶浸入1.4 kg质量分数为4.2%的碳酸氢钠溶液中在中等强度光照下进行光合作用。

实验器材（以下实验器材类似）：质量分数4.2%的碳酸氢钠溶液生长旺盛的非洲茉莉全叶、3 L可口可乐瓶、漏斗、量筒、精度0.01 g电子称、剪刀、温度计。

实验设置：每个实验取10.0 g非洲茉莉全叶，分别以叶脉为中轴两侧剪成约0.3、0.6、1.2、2.4、4.8 cm羽裂和不作处理共6个实验组。

实验步骤：

（1）取6个3 L可口可乐瓶把上部剪去，分别标记叶片处理方法。

（2）每个瓶内装入1.4 kg质量分数为4.2%的碳酸氢钠溶液。

（3）分别称10.0g非洲茉莉全叶按设计要求剪成羽裂，浸入相应瓶中并将叶片分散均匀不重叠。

（4）用漏斗反扣罩住全部叶片。

（5）将装满清水的量筒倒扣入漏斗嘴。

（6）在阳光下光照。

（7）每隔0.5 h记录一次收集到的氧气量。实验结果见表1。

实验结果：

首先，从实验数据可以知道剪成0.3 em宽度羽裂的非洲茉莉叶在碳酸氢钠溶液浓度为4.2%时放出氧气量最多。其次，可以看出葉片剪成的宽度越窄放出氧气越多的趋势。究其原因是：①叶片剪成的宽度越窄从切面暴露出来的叶绿体就越多，能直接吸收到二氧化碳的叶绿体就多，光合作用放出氧气就多；②叶片剪成的宽度越窄，通过扩散作用进入叶肉细胞内的二氧化碳也越多，光合作用也得到增强。由此可以推测出相同质量的叶片宽度剪得越窄光合作用释放氧气也会越多。以主叶脉为中轴横切成羽状的目的则是利用主叶脉为支撑将叶片展开，让每片叶都得到充分光照。

2.3实验三

分别将10 g剪成宽度约0.3 cm羽裂的非洲茉莉叶浸入1.4 kg不同浓度碳酸氢钠溶液中在中等强度光照下光合作用。

实验结果见图1。

实验结果：

从图1可以看出，碳酸氢钠溶液在0.3%～4.2%范围内随着浓度的增加光合作用放出的氧气量逐渐增加，在4.2%～4.8%范围内放出氧气量达到最大，在4.8%～6.0%范围内随着浓度的增加光合作用放出的氧气量逐渐减少。光合作用需要的二氧化碳来源于碳酸氢钠溶液的分解。碳酸氢钠溶液在20℃时开始分解出二氧化碳，且随着浓度和温度升高分解速度加快，放出的二氧化碳也增多。光合作用在二氧化碳饱和点前随浓度的增加而增强；当超过饱和点后，二氧化碳的浓度再增加光合强度不再增加反而会下降。在实际应用时，最好不要取较高碳酸氢钠溶液浓度，因为碳酸氢钠溶液浓度大于植物细胞液浓度时会造成细胞失水，使植物萎蔫失去生命力，缩短叶片能进行光合作用的时间。

2.4实验四

将10 g剪成宽度约0.3 cm羽裂的不同植物叶浸入1.4 kg不同浓度碳酸氢钠溶液中在中等强度光照下光合作用放出氧气实验。

实验结果见表2。

实验结果：

从表2中可以看出，相同质量横切成0.3 cm羽裂的不同陆生植物叶在4.2%碳酸氢钠溶液中光合作用1.5 h放出的氧气量不同。大体规律是叶片绿色浓、生长速度快的陆生植物光合作用放出氧气多。叶绿素是光合作用的条件，它能够吸收光能和转化光能。叶绿素越多吸收光能就强，光合作用放出的氧气就多。

3实验结论

在光照强度和水温接近、光照时间均为1.5 h条件下，10种陆生植物叶横切成0.3 cm羽裂后浸入在4.2%的碳酸氢钠溶液中光合作用产生的氧气量都多于金鱼藻在0.1%的碳酸氢钠溶液中光合作用产生的氧气量。陆生植物叶只要经过适当宽度的剪裂处理后浸入1.0%～4.8%的碳酸氢钠溶液就可以代替金鱼藻做“光合作用释放氧气”实验。但是用金鱼藻和陆生植物叶做光合作用释放氧气实验还是有区别的：金鱼藻是水生沉水植物适应了水中环境，在水中可以同时进行光合作用和呼吸作用而不会死，因此可以重复利用；陆生植物叶在水中不能正常呼吸而很快死亡，所以不能像金鱼藻一样连续光合作用释放氧气，也就不能重复利用。在实际应用时需要每次更换叶片。