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光合作用速率

國中生物用於教學的簡化限制因子模型

關於此實驗

這是經典的水草實驗。將燈移近、加入碳酸氫鈉或加熱水，然後數一數植物釋放的氧氣氣泡。圖表顯示速率先上升後趨於平穩，因此學生可以隨時找出限制因素，並了解為什麼增加其他因素不會帶來變化。

學習目標

  • 透過數氧氣氣泡測量光合作用速率
  • 描述光照強度、二氧化碳和溫度如何影響速率
  • 根據速率圖的形狀辨識限制因素
  • 解釋高溫下速率下降的原因

使用方法

  1. 1先將燈放在 20 cm 處，然後按下「計數」並測量 1 分鐘。記錄氣泡數量。
  2. 2將燈移到 10、30、40 和 60 cm 處，每次都重複計數。
  3. 3提高 CO₂ 濃度，然後重複不同光照條件下的測量。觀察圖表中的平台如何上移。
  4. 4將圖表切換為溫度，找出最適溫度，然後觀察超過 40 °C 後會發生什麼。

模型

光合作用總反應式
光照強度與燈的距離的平方成反比。
最稀缺的因素決定速率。R表示呼吸作用消耗的氧氣。

假設

  • 這是一個定性的教學模型。數值表示變化趨勢，並非來自某種特定植物的實測值。
  • 假設每個氣泡所含的氧氣體積相同。
  • 燈不會加熱水。在實際實驗中會使用隔熱罩來避免這種情況。

在課堂上試試這個實驗

  1. Q1為什麼把燈從10 cm處移到20 cm處，光照就會減弱到四分之一？
  2. Q2光照強度非常高時，速率不再上升。此時可能是什麼因素在限制速率？
  3. Q3為什麼燈離得很遠時不會產生氣泡，儘管植物仍然存活？
  4. Q4為什麼溫度超過約40 °C後，速率會急劇下降？

常見問題

什麼是限制因素？

它是供應最不足的因素。增加該因素會提高速率，而在限制因素發生變化之前，增加其他任何因素都不會產生影響。

為什麼要在水中加入碳酸氫鈉？

碳酸氫鈉溶解後會釋放二氧化碳，因此可以控制植物可利用的CO₂量。

這些氣泡是純氧嗎？

大多數情況下是如此，但水中也溶解著少量氮氣和二氧化碳。計算氣泡數量是一種快速比較速率的方法，並非精確測量。