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光合作用速率

初中生物用于教学的简化限制因素模型

关于此实验

这是经典的水草实验。将灯移近、加入碳酸氢钠或加热水，然后数一数植物释放的氧气气泡。图表显示速率先上升后趋于平稳，因此学生可以随时找出限制因素，并了解为什么增加其他因素不会带来变化。

学习目标

  • 通过数氧气气泡测量光合作用速率
  • 描述光照强度、二氧化碳和温度如何影响速率
  • 根据速率图的形状识别限制因素
  • 解释高温下速率下降的原因

使用方法

  1. 1先将灯放在 20 cm 处，然后按“计数”并测量 1 分钟。记录气泡数量。
  2. 2将灯移到 10、30、40 和 60 cm 处，每次都重复计数。
  3. 3提高 CO₂ 浓度，然后重复不同光照条件下的测量。观察图表中的平台如何上移。
  4. 4将图表切换为温度，找出最适温度，然后观察超过 40 °C 后会发生什么。

模型

光合作用总反应式
光照强度与灯的距离的平方成反比。
最稀缺的因素决定速率。R表示呼吸作用消耗的氧气。

假设

  • 这是一个定性的教学模型。数值表示变化趋势，并非来自某种特定植物的实测值。
  • 假设每个气泡所含的氧气体积相同。
  • 灯不会加热水。在真实实验中会使用隔热罩来避免这种情况。

在课堂上试试这个实验

  1. Q1为什么把灯从10 cm处移到20 cm处，光照就会减弱到四分之一？
  2. Q2光照强度非常高时，速率不再上升。此时可能是什么因素在限制速率？
  3. Q3为什么灯离得很远时不会产生气泡，尽管植物仍然存活？
  4. Q4为什么温度超过约40 °C后，速率会急剧下降？

常见问题

什么是限制因素？

它是供应最不足的因素。增加该因素会提高速率，而在限制因素发生变化之前，增加其他任何因素都不会产生影响。

为什么要向水中加入碳酸氢钠？

碳酸氢钠溶解后会释放二氧化碳，因此可以控制植物可利用的CO₂量。

这些气泡是纯氧吗？

大多数情况下是这样，但水中也溶解着少量氮气和二氧化碳。数气泡是一种快速比较速率的方法，并非精确测量。