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“探究光照强弱对光合作用影响”实验的解析和拓展

李引侠（陕西省周至中学西安710400）

细胞代谢中关于光合作用的内容是高考重要考点之一。往往围绕光合作用的

过程进行命题，通过对光合作用的反应物、生成物、场所、条件以及影响因素及

其与呼吸作用的关系等方面进行全方位的考查。该部分题目综合性很强，又能紧

密联系实际。试题在考查影响光合作用因素的同时还考查光合作用与呼吸作用的

关系，以及学生分析实验的能力。在教学中应该重视教材的再开发，利用对课本

案例的分析和拓展，使学生巩固基础知识，提高分析实验的能力。

1案例分析

探究光照强弱对光合作用强度的影响

材料用具

打孔器，注射器，40W台灯，烧杯，绿叶（如菠菜叶片）。

方法步骤

（1）取生长旺盛的绿叶，用直径为1cm的打孔器打出小圆形叶片30片（注

意避开大的叶脉）。

（2）将小圆形叶片置于注射器内，并让注射器吸入清水，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，使小圆形叶片内的

气体逸出。可重复几次。

（3）将内部气体逸出的小圆形叶片，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了水，所以全都沉到水底。

（4）取3只小烧杯，分别倒入20mL富含二氧化碳的清水（事先可用口通

过玻璃管向清水内吹气）。

（5）分别向3只小烧杯中各放入10片小圆形叶片，然后分别对这3个实验

装置进行强、中、弱三种光照（3盏40W台灯分别向3个实验装置照射，光照

强弱可通过调节台灯与实验装置的距离来决定）。

（6）观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量。

解析：步骤（2）中通过对注射器内压强的改变，使细胞间隙中的气体从小

圆形叶片中逸出。与光合作用有关的气体有二氧化碳和氧气，二氧化碳可微溶于

水并与水反应，而氧气不易溶于水。处于细胞间隙的一定量的氧气可导致叶片浮

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于水面，排出后可沉到水底。

步骤（4）中富含二氧化碳的水可用一定浓度的碳酸氢钠代替，以维持溶液

中二氧化碳溶液的浓度。

步骤（6）中检测单位时间叶圆片浮起的数量，实质上是在检测净光合作用

释放氧气速率或释放氧气的量，即光合作用和呼吸作用的综合值。

实验结果分析：绿色植物在有光的条件下不能只进行光合作用，因而叶园片

是否上浮，取决于光合作用和呼吸作用的关系。当装置处于黑暗中时，叶圆片只

进行呼吸作用，不断消耗氧气，因此不能上浮；当光合作用小于呼吸作用时，呼

吸作用消耗了光合作用产生的全部氧气和环境中的部分氧气，因此不能上浮；当

光合作用等于呼吸作用时，光合作用产氧量等于呼吸作用耗氧量，叶圆片也不能

上浮；只有当光合作用大于呼吸作用时，光合作用产生的氧气除供呼吸作用外，

还有一部分释放到细胞外，从而使叶圆片上浮。

只有弄清楚排出气体的成分，实验结果检测的实质，叶片下沉、上浮的原因

及条件，才能清楚实验的考查点。

2自变量的变化

上述案例是探究光照强弱对光合作用的影响，实验变量是光照强度。然而影

响光合作用的主要外界因素有光照强度、二氧化碳浓度和温度。若分别探究其余

两因素对光合作用的影响，则可在本实验的基础上进行调整。（以二氧化碳为例）

例1：探究二氧化碳浓度对光合作用的影响

实验变量：二氧化碳浓度操作：等体积不同浓度的碳酸氢钠

无关变量：光照强度和温度操作：相同且适宜

因变量：光合作用中氧气的释放量操作：单位时间叶圆片上浮数量

根据以上分析本实验只需调整案例中的步骤（4）为在个烧杯中加入等量不

同浓度的碳酸氢钠溶液；步骤（5）为在相同且适宜的光照和温度下放置一段时

间。其余内容均不变。

若探究温度高低对光合作用的影响，分析方法相同。

3因变量的改变

在很多实验中虽然都是通过氧气的释放量来检测光照强度等外界条件对光

合作用的影响，但表现形式却各不相同。