不同光质对光合速率影响的探究

林柏羽 许天宁

在生物课上，二氧化碳浓度和光强对光合速率的影响实验点燃了我们的兴趣，我们决定进一步探究其他因素对光合速率的影响。通过课外阅读，我们大概了解了光质对光合速率的影响，于是选择探究光质和光合速率的关系。

一、实验思路

实验自变量为光的波长，因变量为光合速率，选择相同时间内叶圆片上浮的数量为因变量的检测指标。在手电筒上加装不同颜色的滤镜，白光透过不同颜色的滤镜可获得不同颜色的光，即不同光质。

为探究不同光质对植物光合速率的影响，我们采用对照实验。控制实验用NaHC03溶液浓度、环境温度、相同菠菜品种，调节光源与叶圆片之间的距离，使光照度均为120 Lx，保证无关变量统一。

先用真空渗入法排除叶肉细胞间隙的空气，充以水分，使叶圆片沉在水底。不同光质的照射引起叶圆片释放氧气量的不同，通过观察叶圆片上浮速度的快慢，判断不同光质对光合作用速率的影响。

二、材料和用具

新鲜的菠菜叶，质量分数为2%的NaHC03溶液，清水。从学校实验室借得直径为0.5 cm的打孔器、20 mL注射器、铁架台，自备两台手机，准备相同型号的聚光手电筒3支，一次性纸杯若干，红黄蓝三种彩色滤镜，以及刻度尺、量筒、电子秤、玻璃棒、手电筒固定夹等。

三、探究过程

（一）用打孔器制取足量叶圆片，每组20片，共6组。另多取20片备用。

（二）配置质量分数为2%的NaHC03溶液。

（三）使用真空渗入法处理叶圆片，使叶圆片均下沉。处理完后放在暗处备用。

（四）在每支手电筒上分别装上红色、黄色、蓝色、绿色（蓝黄叠加）、紫色（红蓝叠加）滤镜，第6组不装，作为对照组。用支架固定手电筒，利用App测光照度，调整支架与烧杯的间距，使光线对纸杯底光照度均为120 Lx。

实验结果表明，在不同光质下，支架与纸杯底的间距为白光56 cm、黄光40.5 cm、蓝光25 cm、绿光22 cm、红光19 cm、紫光15 cm时，底部的光照度为120 Lx。

（五）往每个纸杯中注入40 mL质量分数为2%的NaHC03溶液。

（六）往各個纸杯中各放入20片叶圆片，开始计时。

（七）记录5 min、10 min和15 min时各组浮起的叶圆片的数量。

（八）分析数据。

四、结果及分析

通过滤镜和测光App对不同色光进行测试和控制，用真空渗入法检测菠菜叶圆片在不同色光下的上浮情况。

从结果可以看出，菠菜叶圆片的光合作用强弱与光质有关：在光照度相等的情况下，自然光的光合速率大于单色光；单色光中，红光下的光合速率相对最高，其次是蓝光、紫光、黄光，绿光最弱。

叶绿体中的光合色素有叶绿素和类胡萝卜素两大类，叶绿素分为叶绿素a和叶绿素b，类胡萝卜素中最多的是胡萝卜素和叶黄素。正常叶片中叶绿素的含量是类胡萝卜素的3倍，叶绿素a的含量又是叶绿素b的3倍，叶黄素的含量是胡萝卜素的2倍。科学实验证明，叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱如图8。

可见，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，两者几乎都不吸收绿光。自然光包含波长为380 nm～750 nm的光，因此在光照度相等的情况下，自然光的光合速率优于单色光；单色光中，红光、蓝光和紫光下的光合速率较高，而绿光最弱。这也可以解释，夜间城市绿地用绿灯照射，既可最小限度影响植物的生理（如光合作用） ，又能呈现绿意，美化环境。

五、活动体会

本次实验是在参加校本课程“生物学拓展实验”的基础上，我们第一次完整地进行的一次课外生物探究活动。从实验方案的设计、操作到数据收集分析，我们每一步都在摸索中改进，在实践中完善。

首先，通过实验，我们对科学探究的准确性和严谨性有了更进一步的认识。

其次，我们对探索精神有了更深刻的体会。为满足反复实验的需求，我们制取的叶圆片加起来不少于六百片。虽然我们的设备并不是很专业，但我们尽可能地用现阶段可获取的设备完成了这次实验，并获得了满意的结果。

再次，我们在实践中感受到了合作的力量。我们共同完成了实验的初步设计，并在校内进行了初次尝试，但并未成功。之后，受疫情影响，我们的合作由线下转为线上。在网课之余，我们通过几次线上讨论，不断完善细节，制订实验最终方案，并由一人负责具体的实验操作，获取了有效实验数据。

最后，感谢生物实验室的俞佳老师为我们提供实验器材，给了我们自由探索的空间，也感谢相互帮助、志同道合的伙伴们，为科学探索提供了最坚定的支持。（指导老师：邵江樵）

专家点评

小作者们通过滤镜和测光App对不同色光光照度进行测试和控制，应用真空渗入法检测菠菜叶圆片在不同色光下的上浮情况，证明绿色植物光合速率与光质有关。作品素材源于教材实验“光照强度对光合作用的影响”，小作者们在中学生物学教材实验的基础上进行拓展，探讨了不同光质对光合作用的影响，选题可操作性强，具有创新性。

建议补充必要的文献资料，使文章更完整。

（栏目编辑  秦银银）

本期点评专家

张永强  高级教师，湖南省十佳科技教师。科普中国2021年十大科普人物奖获得者，全国校园发明创意大赛、湖南省青少年科技创新大赛、湖南省创新编程与智能设计大赛、湖南省科学调查体验活动评审专家组成员。