王威

【摘要】 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)教科書《生物》必修一第五章 “能源之源——光與光合作用”對(duì)光合作用的探究歷程做了大致的介紹，并具體介紹了兩種驗(yàn)證光合作用產(chǎn)物的方法——“半葉法”和同位素標(biāo)記法。在歷年的高考中，探究光合作用的方法早已不再局限于此?，F(xiàn)將幾種常用的定性和定量的驗(yàn)證光合作用的方法匯集如下。

【關(guān)鍵詞】 高中生物 光與光合作用 方法

【中圖分類號(hào)】 G633.91 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 1992-7711（2015）01-064-01

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1. 定性地判斷光合作用強(qiáng)度及其產(chǎn)物

1.1“浮葉法”

該方法的基本原理是利用植物葉片進(jìn)行光合作用產(chǎn)生氧氣，使沉在水底的葉片上浮。通過(guò)葉片上浮的速率定性地判斷其光合作用的強(qiáng)度。

具體設(shè)計(jì)如下：在同株植株上取幾片長(zhǎng)勢(shì)相近的葉片，在葉片上取相同面積的小葉若干，抽空其中的氣體均分為幾組，置于裝有等體積適宜的NaHCO3溶液的燒杯中，分別置于不同光照強(qiáng)度下。小葉在光照下進(jìn)行光合作用，若光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度，小葉會(huì)釋放出氣體使之緩緩上浮。通過(guò)比較葉片上浮至液面的平均速率，判斷小葉光合作用的強(qiáng)弱。

該實(shí)驗(yàn)可用于探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用的影響。若將給予的條件做適度調(diào)整，也可用于探究溫度、CO2濃度等對(duì)光合作用的影響。此法在考題設(shè)計(jì)中多用于定性地比較植物光合作用強(qiáng)度。

1.2“半葉法”

該法最早出現(xiàn)在初中生物教材中，用于定性地檢測(cè)光合作用的產(chǎn)物。具體設(shè)計(jì)如下：選取生長(zhǎng)良好的天竺葵植株，先置于黑暗條件下一晚，選擇一片葉片，一半遮光，一半曝光。一段時(shí)間后，用酒精隔水加熱使之脫色，滴加碘液觀察夜色變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：遮光的部分不變藍(lán)色，曝光的部分遇碘變藍(lán)。結(jié)論：光合作用產(chǎn)生了淀粉。

高中階段的考察對(duì)該實(shí)驗(yàn)有了改進(jìn)：（1）方法上直接用碘蒸氣處理葉片，觀察葉片顏色的變化；（2）用銀邊天竺葵代替天竺葵，進(jìn)行如上實(shí)驗(yàn)，主要探究植物進(jìn)行光合作用的條件——光合色素和光照。（3）該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組的判斷：曝光部分為對(duì)照組，遮光部分為實(shí)驗(yàn)組。

1.3同位素標(biāo)記法

該方法在高中教材中用途頗廣，例如探究分泌蛋白的合成及分泌過(guò)程、探究噬菌體的遺傳物質(zhì)、探究DNA半保留復(fù)制的方式等。此法的關(guān)鍵之處是用具有放射性的同位素替代原物質(zhì)中的某種元素，通過(guò)對(duì)放射性物質(zhì)的檢測(cè)大致推測(cè)該物質(zhì)的行徑。

卡爾文正是利用該方法驗(yàn)證了光合作用中各種物質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律。高中階段所考察的內(nèi)容比較簡(jiǎn)單，常見的考點(diǎn)設(shè)計(jì)如下：（1）探究光合作用中O2的來(lái)源。該探究過(guò)程需設(shè)計(jì)兩組實(shí)驗(yàn)：第一組用18O標(biāo)記H2O，CO2用正常的16O；第二組用18O標(biāo)記CO2，H2O則用正常的16O。通過(guò)收集到的O2是否具有放射性初步推測(cè)其來(lái)源。通過(guò)該方法驗(yàn)證了光合作用產(chǎn)生的O2來(lái)源于H2O.（2）探究光合作用中CO2的去向：該實(shí)驗(yàn)用14C標(biāo)記CO2，通過(guò)對(duì)放射性物質(zhì)的檢測(cè)，探明了CO2中C的轉(zhuǎn)化途徑：CO2→C3→（CH2O）

高中階段常用的放射性元素及其標(biāo)記的物質(zhì)除了上述兩種外，還有用32P標(biāo)記DNA和35S標(biāo)記蛋白質(zhì)驗(yàn)證遺傳物質(zhì)、用3H標(biāo)記氨基酸探究蛋白質(zhì)的合成及分泌過(guò)程、15N標(biāo)記DNA驗(yàn)證半保留復(fù)制等。

2.定量地計(jì)算光合作用的強(qiáng)度

在計(jì)算光合作用的強(qiáng)度時(shí)，一般采用的衡量指標(biāo)是CO2的吸收量、O2的釋放量和有機(jī)物的增加量等。直接測(cè)量到的數(shù)據(jù)是經(jīng)植物自身呼吸消耗后凈剩的量，為凈光合作用的值。要計(jì)算出某時(shí)刻光合作用的量，還需計(jì)算出相應(yīng)時(shí)刻的呼吸作用的量。二者相加即可得出真正的光合作用的值。在解題時(shí)尤其注意“釋放”和“產(chǎn)生”、“吸收”和“消耗”、“增加”和“生產(chǎn)”的比較。

2.1“黑白瓶法”

若要探究在水下一定距離相關(guān)植物的光合作用強(qiáng)度，此法的魅力尤顯獨(dú)特。準(zhǔn)備兩個(gè)帶瓶塞的廣口瓶，一個(gè)做遮光處理，一個(gè)不處理。在瓶中放入等量的植物部分，閉緊瓶塞，將兩瓶放置于水面以下相同的位置。一段時(shí)間后檢測(cè)兩個(gè)瓶中氧容量。黑瓶用于測(cè)定該時(shí)刻呼吸作用的強(qiáng)度，白瓶測(cè)量該時(shí)刻凈光合作用強(qiáng)度。通過(guò)計(jì)算可以得到水面以下某處的光合所用強(qiáng)度。該方法用于定量計(jì)算光合作用強(qiáng)度。

2.2“稱葉法”

該方法利用光合作用反應(yīng)前后葉片質(zhì)量發(fā)生的變法計(jì)算光合作用強(qiáng)度。其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可以參照“半葉法”的設(shè)計(jì)。在一段時(shí)間結(jié)束后，在遮光部位和未遮光部位選取相同面積的小葉若干片，烘干脫水后分別稱量。每片小葉之間的平均重量差值可以用來(lái)衡量該時(shí)期的光合作用量，擴(kuò)大到整個(gè)葉面即可得到該葉片的光合作用量。

2.3“氣壓瓶法”

此方法在平時(shí)考題設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的頻率較高，主要根據(jù)密閉瓶?jī)?nèi)氣壓的變化數(shù)值初步計(jì)算瓶?jī)?nèi)植物光合作用的強(qiáng)度。大致設(shè)計(jì)思路如下：準(zhǔn)備兩個(gè)密閉透明的廣口瓶，標(biāo)號(hào)為A和B，在瓶?jī)?nèi)分別放置長(zhǎng)勢(shì)相近的植株，A瓶?jī)?nèi)放置一小燒杯的NaHCO3溶液作為CO2緩沖液，B瓶?jī)?nèi)放置等體積的NaOH溶液。在瓶塞安裝一帶刻度的導(dǎo)管，內(nèi)置一有色液滴密封。將B瓶遮光處理，A、B兩瓶置于相同且適宜的溫度和光照條件下一段時(shí)間。通過(guò)有色液滴移動(dòng)的情況計(jì)算瓶?jī)?nèi)氣體的體積變化，可以粗略計(jì)算出瓶?jī)?nèi)植物的光合作用強(qiáng)度。

在常規(guī)的解題中，植物的光合作用一般和呼氣作用并存。解答此類題型的關(guān)鍵知識(shí)儲(chǔ)備是準(zhǔn)確判斷凈光合作用和呼吸作用的衡量指標(biāo)，明確光合作用、凈光合作用和呼吸作用三者之間的關(guān)系。

以上方法的應(yīng)用在常規(guī)考題中多有設(shè)計(jì)，若相關(guān)的設(shè)計(jì)改變，也可用于測(cè)量呼吸作用等。學(xué)生若能理解各自的原理及其應(yīng)用方法，相信對(duì)于光合作用和呼吸作用考題的解答一定事半功倍。