前言:一篇好文章的誕生,需要你不斷地搜集資料、整理思路,本站小編為你收集了豐富的光合作用的影響主題范文,僅供參考,歡迎閱讀并收藏。
1 引言
光合作用是地球上生態(tài)系統(tǒng)賴以維系的根本所在,光合作用不僅會(huì)吸收大量的二氧化碳,還會(huì)釋放出人類及其他生物所必需的氧氣。光合作用促成了果樹的可持續(xù)生長(zhǎng),為人類帶來了四季不斷的果實(shí),給人類提供了礦物質(zhì)、維生素、營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充以及其他人類生存所必需的元素。果樹的生長(zhǎng)受光合作用強(qiáng)弱的影響較大,充分的光合作用會(huì)給果樹更多的生長(zhǎng)的機(jī)會(huì),不足的光合作用會(huì)大大影響果樹的生長(zhǎng)與果實(shí)的數(shù)量和產(chǎn)量,而衡量果樹光合作用的指標(biāo)即光合速率。
2 光合速率的變化性
在不同的條件下,光合作用的光合速率也不相同。由于受光照強(qiáng)度的影響,在不同的季節(jié),植物的光合速率存在著較大的變化性。在不同的果樹之間這種光合速率的季節(jié)變化性也存在著較大的差異,而且同一果樹的不同品種之間,不同的樹齡時(shí)長(zhǎng)以及環(huán)境因素亦會(huì)對(duì)光合速率的季節(jié)變化產(chǎn)生重大影響。尤其是在果樹的展葉期間,由于果樹展葉期的葉片稚嫩,其葉片中的葉肉組織尚未完形,不但葉綠體處于成長(zhǎng)期,而且其所含葉綠素亦處于較低的水平,這就導(dǎo)致了在季節(jié)變化時(shí)樹體的呼吸消耗增大[1]。隨著果樹葉片的季節(jié)性變化,其光合速率也會(huì)不斷隨之而變化。就統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看,夏秋季由于光照充足、光照強(qiáng)度大,這兩個(gè)季節(jié)的光合速率也最強(qiáng),春季則等而下之,落葉之前是光合速率最弱的時(shí)節(jié)。由此可見,季節(jié)性的變化對(duì)于光合速率的強(qiáng)弱也有著較為明顯的影響。光合速率最強(qiáng)的季節(jié)為初夏與初秋,而盛夏雖然是日光最盛的季節(jié),但是卻由于伴隨酷暑而來的過度高溫與干旱等因素反而影響了光合速率,反而造成光合速率在盛夏時(shí)節(jié)表現(xiàn)較弱。
與光合速度的季節(jié)變化相映的是光合速率還存在著日變化,即在一天之內(nèi),光合速率也存在著類似雙峰曲線的形態(tài),其中的峰值分別出現(xiàn)在上午九時(shí)與下午十三時(shí)兩個(gè)時(shí)段。在十一時(shí)左右果樹也會(huì)出現(xiàn)與人類的困倦類似的午睡現(xiàn)象,并由此導(dǎo)致了光合速率的降低[2]。雖然不同的果樹出現(xiàn)的曲線狀態(tài)略有差異,但是排除掉地區(qū)性日照差異,絕大多數(shù)果樹的光合速率的日變化均符合雙峰曲線的基本形態(tài)。
3 光合作用影響因素透析
3.1 影響光合作用的內(nèi)因
在影響光合作用的內(nèi)因之中,果樹品系的影響最大。在億萬年的漫長(zhǎng)的演化過程中,果樹在不同位置接受不同的自然條件的過程中出現(xiàn)了對(duì)不同自然條件的適應(yīng)度,因此就造成了不同的果樹品系之間的較為顯著的差異性。這些差異性的最直觀表現(xiàn)在其葉片的大小、形態(tài)及其分布上,葉片的大小決定了光合速率的直接效率,而葉片的角度則決定了其受光面積,整棵果樹以及整片果樹中的葉片的分布則決定了一個(gè)果樹群落的受光面積,由此而形成了不同的果樹品系之間的光合速率的不同。而且,處于不同位置的果樹品系也會(huì)形成對(duì)于該地區(qū)的典型氣候的不同的適應(yīng)性[3]。果樹品系的演化性決定了其葉片性狀,葉片性狀進(jìn)而決定了其光合速率的顯著的差異性。
3.2 影響光合作用的外因
除了品系等內(nèi)因外,外因?qū)τ诠麡涔夂纤俾实挠绊懸嗖豢尚∮U。對(duì)于果樹而言,主要的光合速率影響外因包括光照強(qiáng)度、溫度變化、二氧化碳的供給度、水分的充足與否、礦物質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)成分、人為的栽植維護(hù)、矮化密植程度以及疏花疏果的適宜度等。
在光照強(qiáng)度的研究中,國內(nèi)外的研究表明:并非晴朗的天氣中的光照強(qiáng)度對(duì)于果樹最佳,陰天的漫射作用反而更能夠?qū)⒐庹胀干涞綐涔诘膬?nèi)部;溫度對(duì)于光合速率的影響體現(xiàn)在兩個(gè)方面:一方面光合速率有其適溫范圍,另一方面果樹的光合作用對(duì)于溫度也存在著較強(qiáng)的適應(yīng)性,但是有研究表明25~30℃是果樹光合速率最為旺盛的適宜溫度區(qū)間,過高或過低都會(huì)導(dǎo)致光合速率的下降;二氧化碳是影響果樹光合速率的另一重要因素,目前大氣中的二氧化碳含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足果樹的化合速率最大化所需的含量,因此,二氧化碳含量是制約果樹光合作用的最大外因,同時(shí)也是較難解決的外因;水分的供應(yīng)對(duì)于羧化酶活性影響顯著,進(jìn)而會(huì)對(duì)光合速率產(chǎn)生重要影響,水分的供應(yīng)也與溫度等外因一樣存在著適宜性,也并非越多越好;氮、磷、鉀、錳、鎂等礦物質(zhì)是影響光合速率中光呼吸率的極其重要的因素,這些因素會(huì)對(duì)高能化合物三磷酸酰酐的合成產(chǎn)生巨大影響[4];栽培、砧接、修剪等外因也會(huì)對(duì)光合速率起到關(guān)鍵的影響作用。
4 結(jié)語
果樹的光合作用取決于其光合速率,光合速率越高對(duì)果樹越有利,通過調(diào)整影響果樹光合速率的內(nèi)因與外因來提高果樹的光合速率是解決果樹光合作用對(duì)果樹影響的終極解決之道。在全球范圍內(nèi)正在掀起一場(chǎng)以提高光合速率為核心的“綠色革命”[5],在不遠(yuǎn)的未來,我們將看到果樹光合速率在內(nèi)因與外因方面的巨大突破。
參考文獻(xiàn)
[1]呂忠恕.果樹生理[M].上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,1982:21-86.
[2]牛洪斌.白潤(rùn)娥.張憲.水分脅迫對(duì)歐李光合速率日變化的影響[J].湖北民學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2000,15(2):15-17.
[3]張純明.王繼和.馬全林等.干早沙區(qū)2種梨樹光合特性的研究[J].西北植物學(xué)報(bào),2001,21(1):94-100.
關(guān)鍵詞:水稻(Oryza sativa L.);直播;光合速率;播種量
中圖分類號(hào):S511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):0439-8114(2016)23-6042-03
DOI:10.14088/ki.issn0439-8114.2016.23.007
Abstract: Using rice(Oryza sativa L.) with less tiller as the research object,direct seeding as the sowing method,setting up 3 different sowing amount[2 kg/667 m2(Z1),3 kg/667 m2(Z2),4 kg/667 m2(Z3)],the effects of different sowing amount on physiological and ecological indexes of rice were studied. The results reflected that the tiller number decreased with the increase of sowing amount. The results of photosynthesis showed that high density group net photosynthetic rate decreased significantly at the booting stage. But In the full heading stage,the gap greatly reduced benefit from its own self regulating ability. According to the results of this study,we suggest that rice with less tillers using direct seeding can increase the density for maximizing yields.
Key words: rice(Oryza sativa L.);direct seeding;photosynthetic rate;sowing amount
水稻(Oryza sativa L.)直播省去育秧、拔秧和栽秧等環(huán)節(jié),在整地后的大田里直接播種,具有省工、節(jié)本、高效等突出優(yōu)點(diǎn),特別是隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,農(nóng)村勞動(dòng)力大量向城市轉(zhuǎn)移,直播稻面積迅速上升[1-3]。然而當(dāng)前直播稻生產(chǎn)中普遍存在一播全苗難、雜草多、易倒伏、產(chǎn)量不高以及穩(wěn)產(chǎn)性差等問題。特別是為了達(dá)到一播全苗,生產(chǎn)中農(nóng)戶刻意提高用種量,有的農(nóng)戶用種量甚至任意加倍,以致分蘗期苗峰值高且難以有效控制,群體過大造成的田間密閉、植株瘦弱等問題極易誘發(fā)病蟲害和倒伏,導(dǎo)致直播稻大群體、增產(chǎn)少[4-6]。要想達(dá)到直播稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)必須有一個(gè)較高質(zhì)量的群體結(jié)構(gòu),合理的播種量是直播稻構(gòu)建優(yōu)質(zhì)群體的基礎(chǔ)[7,8]。前人Ψ洲聊芰較強(qiáng)的水稻品種配套的直播栽培技術(shù)已進(jìn)行了相關(guān)研究,然而對(duì)少蘗型水稻品種的直播栽培鮮見報(bào)道,本試驗(yàn)以少蘗型水稻品種為研究對(duì)象,選擇了人工撒播播種方式,設(shè)置了3種播種量,研究不同播種量對(duì)水稻生理生態(tài)指標(biāo)的影響,旨在為少蘗型水稻直播栽培優(yōu)質(zhì)群體的構(gòu)建提供依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)于2015年5-10月在湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院南湖試驗(yàn)站內(nèi)(北緯30°28′,東經(jīng)114°25′)進(jìn)行,該區(qū)海拔高度20 m,處于北亞熱帶向中亞熱帶過渡型氣候帶,光照充足,熱量豐富,無霜期長(zhǎng),降水充沛。年平均日照時(shí)間為2 080 h,日平均氣溫≥10 ℃的有效積溫為5 190 ℃,年降雨量為1 300 mm左右,年蒸發(fā)量為1 500 mm,無霜期230~300 d。水稻類型為黃棕壤發(fā)育的黃棕壤性水稻土,屬于潴育水稻土亞類,黃泥田土屬。試驗(yàn)田肥力均勻、田面平整、排灌方便。
供試水稻品種為湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所提供的佳兩優(yōu)28及廣兩優(yōu)476,于5月14日浸種催芽,5月18日播種,對(duì)少蘗型水稻品種佳兩優(yōu)28設(shè)置3個(gè)播種量水平,分別為2(一般直播稻用種量,作為對(duì)照)、3、4 kg/667 m2,處理編號(hào)分別為Z1、Z2、Z3。重復(fù)2次,小區(qū)面積為40 m2。孕穗抽穗期建立水層,結(jié)實(shí)期間歇灌溉。小區(qū)四周筑埂并用塑料薄膜包裹以防止水肥滲漏。小區(qū)間設(shè)置水溝, 保證小區(qū)單排單灌。
1.2 測(cè)定項(xiàng)目
1.2.1 莖蘗動(dòng)態(tài) 各處理中均隨機(jī)選取2個(gè)0.5 m2矩形區(qū)域,對(duì)其范圍內(nèi)直播稻定點(diǎn)考察莖蘗數(shù),于6月2日開始,每隔7 d考察1次,直至莖蘗數(shù)穩(wěn)定。
1.2.2 葉綠素含量 采用乙醇提取法測(cè)定葉綠素含量,測(cè)定時(shí)取倒1葉(劍葉)。
1.2.3 凈光合速率 在分蘗期、孕穗期、齊穗期和灌漿期,用便攜式光合測(cè)定儀LI-6400測(cè)定各處理5片劍葉凈光合速率。
1.2.4 生物量 在分蘗期、孕穗期、抽穗揚(yáng)花期、成熟期等不同生育時(shí)期每處理取3株代表性植株,將植株地上部分按莖、鞘、葉、穗分開,于105 ℃烘箱中殺青30 min,在80 ℃下烘干至恒重,冷卻至室溫后用1/1 000電子天平稱干重。
1.2.5 考種、測(cè)產(chǎn) 水稻成熟時(shí),每小區(qū)以5點(diǎn)取樣法,取2 m2統(tǒng)計(jì)有效穗數(shù)。按平均有效穗數(shù)取10穴植株,測(cè)定水稻有效穗數(shù)、每穗子粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重。同時(shí),在去除保護(hù)行后進(jìn)行人工實(shí)收,計(jì)算實(shí)際產(chǎn)量。
1.3 數(shù)據(jù)處理和分析
數(shù)據(jù)采取Excel 2013收集整理,采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
2 結(jié)果與分析
2.1 不同播種量對(duì)少蘗型水稻分蘗動(dòng)態(tài)的影響
由圖1可見,不同播種量對(duì)少蘗型水稻群體分蘗增長(zhǎng)和消亡的趨勢(shì)影響明顯。Z2、Z3分蘗增長(zhǎng)到達(dá)分蘗盛期的速度較對(duì)照Z1提前了7 d,達(dá)到高峰苗后分蘗死亡速度也快于對(duì)照Z1。Z1、Z2、Z3有效分蘗數(shù)和成穗率分別為3.01、2.29、1.33和60.3%、47.4%、34.6%,表現(xiàn)為隨播種量增加而遞減,各處理間差異均顯著。
2.2 不同播種量對(duì)少蘗型水稻齊穗期葉綠素含量的影響
由表1可見,少蘗型水稻齊穗期葉綠素a和葉綠素b含量均為Z1最高,播種量增加1倍時(shí),Z2處理比對(duì)照Z1葉綠素含量a與b明顯減少,但當(dāng)播種量繼續(xù)增加1倍時(shí),Z3處理與Z2處理葉綠素a、葉綠素b含量均無顯著差異。
2.3 不同播種量對(duì)少蘗型水稻株高及干物重的影響
由表2、表3可知,對(duì)少蘗型水稻生長(zhǎng)的主要生育期進(jìn)行干物質(zhì)取樣調(diào)查,發(fā)現(xiàn)少蘗型水稻處于分蘗期時(shí),3種處理表現(xiàn)差異不明顯,從孕穗期開始Z3處理單株明顯比Z1、Z2瘦弱,株高低,葉干重小,且Z3處理的植株多為1~2個(gè)分蘗,可能是由于密度太大,群體間個(gè)體相互競(jìng)爭(zhēng)影響,光溫和水肥資源有限,限制了個(gè)體的生長(zhǎng)。
2.4 不同播種量對(duì)少蘗型水稻凈光合速率的影響
播種量對(duì)少蘗型水稻不同生育期凈光合速率影響不同。由表4可知,在分蘗期和灌漿期,增大播種量并未對(duì)水稻凈光合速率產(chǎn)生明顯影響。在孕穗期,隨著播種量增加,高密度群體凈光合速率顯著降低,Z3和Z2處理比對(duì)照Z1分別減少34.08%和9.44%。在齊穗期,高密度群體Z3和Z2處理凈光合速率顯著低于Z1處理,但是減少的幅度大大縮減,Z3和Z2處理分別比對(duì)照Z1降低9.50%和6.70%。由圖2可以看出,高密度群體具有很強(qiáng)的自身調(diào)節(jié)能力,能逐步恢復(fù)光合作用的能力,直至齊穗期達(dá)到接近Z1處理的水平。
2.5 不同播種量對(duì)少蘗型水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響
由表5可見,不同播種量對(duì)少蘗型水稻群體分蘗增長(zhǎng)和消亡的影響明顯。Z3處理產(chǎn)量最高,達(dá)709.9 kg/667 m2,比對(duì)照Z1高11.3%;Z2處理次之,產(chǎn)量達(dá)649.4 kg/667 m2,比對(duì)照Z1高1.8%??梢钥闯觯诓シN量增加1倍的情況下,增產(chǎn)并不顯著;而在播種量增加2倍的情況下增產(chǎn)效果明顯,分析直播稻各產(chǎn)量構(gòu)成因素可見,有效穗數(shù)和結(jié)實(shí)率的增加是增產(chǎn)的主要原因。
3 討論
產(chǎn)量形成規(guī)律一般以主莖和一次分蘗成穗為主,二、三分蘗成穗較少,且不能充分灌漿,結(jié)實(shí)率低。由于目前多分蘗、大穗型水稻主要通過二、三甚至多分蘗成穗,生育期和灌漿時(shí)間較長(zhǎng)。但對(duì)于直播稻群體較密,全生育期較短,且后期易早衰,因此無法保證二、三次分蘗充分灌漿,導(dǎo)致結(jié)實(shí)率整體下降。因此,直播栽培模式下,x擇多蘗型水稻需要大肥、大水的條件下才能獲得高產(chǎn),但是有倒伏和病蟲害的風(fēng)險(xiǎn)。本研究中發(fā)現(xiàn),孕穗期高密度群體的凈光合速率低主要是由于群體過密,個(gè)體植株相對(duì)瘦弱導(dǎo)致。而高密度群體具有較強(qiáng)的自身調(diào)節(jié)能力,加上群體基數(shù)大,因而依然能夠獲得高產(chǎn)。鑒于此,本試驗(yàn)選擇少蘗型水稻,通過合理密植,增加單位面積基本苗數(shù),且通過主莖和一次分蘗成穗,可以大大縮短灌漿時(shí)間,提高結(jié)實(shí)率。根據(jù)本試驗(yàn)研究結(jié)果,建議少蘗型水稻品種直播可以通過增加密度的方式獲得高產(chǎn)。
參考文獻(xiàn):
[1] 張洪程,龔金龍.中國水稻種植機(jī)械化高產(chǎn)農(nóng)藝研究現(xiàn)狀及發(fā)展探討[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2014,47(7):1273-1289.
[2] 曾雄生.直播稻的歷史研究[J].中國農(nóng)史,2005,24(2):3-16.
[3] 孫統(tǒng)慶,楊洪建,李 杰,等.江蘇直播稻發(fā)展歷程回顧、弊端分析及其對(duì)策探討[J].中國稻米,2014,20(6):5-9.
[4] 李木英,陳 關(guān),石慶華,等.播種量對(duì)直播早稻群體質(zhì)量和產(chǎn)量的影響[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010,32(3):419-424.
[5] 英,章秀福,陸玉其,等.浙江省直播稻的產(chǎn)量差異分析和發(fā)展趨勢(shì)探討[J].中國稻米,2010,16(1):23-26.
[6] 蔣明金,馬 均,孫永健,等.播種量和氮肥運(yùn)籌對(duì)直播雜交稻光合生產(chǎn)力及氮素利用的影響[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版),2015,41(5):516-526.
關(guān)鍵詞 光合作用 探究實(shí)驗(yàn) 圓葉片上浮法 光照強(qiáng)度 CO2濃度
中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B
研究影響光合作用的環(huán)境因素是《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》(以下簡(jiǎn)稱“課標(biāo)”)“細(xì)胞代謝”中的一項(xiàng)重要知識(shí)點(diǎn),在高考《考試說明》中列為“II級(jí)”要求。不管是從“課標(biāo)”的角度還是從“考試說明”的角度去觀察,該知識(shí)點(diǎn)都應(yīng)是教學(xué)的重點(diǎn)。縱觀以往的教學(xué),多以分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案為主要抓手,少有動(dòng)手操作的環(huán)節(jié)。這樣學(xué)生就缺失了“身臨其境”的感性體驗(yàn),教材中相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作表述模糊。
“環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗(yàn)是人教版高中生物教材《必修1?分子與細(xì)胞》第五章第四節(jié)的一個(gè)探究實(shí)驗(yàn),該實(shí)驗(yàn)利用圓葉片上浮法將光合作用這一不可見的過程直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前,幫助學(xué)生分析光合作用的影響因素,同時(shí)深化對(duì)光合作用這一重要的生物學(xué)概念的理解和掌握。教材中提供了“探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”這一參考案例,在實(shí)驗(yàn)材料和方法步驟上只給予了部分的提示,而且按常規(guī)教學(xué)進(jìn)度,本實(shí)驗(yàn)一般會(huì)在冬季進(jìn)行??紤]到氣溫較低的因素,在某些影響因素不確定的條件下實(shí)驗(yàn)很難在一堂課時(shí)間內(nèi)完成,因而實(shí)際教學(xué)操作中存在實(shí)驗(yàn)改進(jìn)和操作優(yōu)化的空間。
筆者通過多組對(duì)照實(shí)驗(yàn)的預(yù)實(shí)驗(yàn),分別從注射器、葉片直徑、光源、光照強(qiáng)度、CO2來源及濃度等方面對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整,綜合多種因素后,將教材實(shí)驗(yàn)方案改進(jìn),實(shí)驗(yàn)效果明顯,且操作時(shí)間短,有利于在短時(shí)間完成實(shí)驗(yàn),有利于在實(shí)際教學(xué)中操作實(shí)施,為教師實(shí)驗(yàn)演示和學(xué)生自主探究提供了便利。
1 材料與方法
1.1 實(shí)驗(yàn)材料
在超市選購新鮮菠菜葉為實(shí)驗(yàn)材料,菠菜為冬季時(shí)令蔬菜,各地在冬季均容易獲取。
1.2 實(shí)驗(yàn)儀器
小臺(tái)燈,5 W的LED節(jié)能燈泡,60 W普通白熾燈泡,打孔器(直徑分別為0.8 cm、0.6 cm、0.4 cm)的20 mL一次性塑料注射器、20 mL玻璃注射器、凡士林、吸管、計(jì)時(shí)器、卷尺、溫度計(jì)、光強(qiáng)傳感器,500 mL大燒杯、80 mL小燒杯若干、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaHCO3溶液,清水。
1.3 實(shí)驗(yàn)方法
用打孔器制備直徑分別為0.8 cm、0.6 cm、0.4 cm的菠菜圓葉片若干,制備時(shí)盡量避開大葉脈。
對(duì)葉片抽氣時(shí),將圓葉片置于注射器內(nèi),注射器吸入清水10 mL,推動(dòng)注射器排出殘留的空氣。用手指堵住注射器前端的小孔并向后拉動(dòng)推桿至20 mL刻度,保持約5 s,使葉圓片內(nèi)的氣體逸出。
將抽氣后圓葉片的置于清水中備用,并覆蓋遮光布。
1.3.1 注射器的選擇
取相同直徑的菠菜圓葉片30枚,均分為3組浸泡于清水中,分別選用20 mL一次性塑料注射器、20 mL玻璃注射器以及20 mL玻璃注射器推桿涂抹凡士林對(duì)三組圓葉片進(jìn)行抽氣處理,觀察比較葉片下沉效果。
1.3.2 葉片直徑大小的選擇
選取抽氣處理后的直徑為0.8、0.6、0.4 cm的菠菜圓葉片各20枚,將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaHCO3母液按體積比2∶8加水稀釋。相同直徑圓葉片每10枚一組浸泡于80 mL稀釋后的NaHCO3溶液中。將盛有不同直徑葉片的小燒杯兩兩組合分別放置在與同一光源水平距離為10、20、30 cm處,觀察各燒杯中葉片上浮的快慢。
1.3.3 光源的選擇
使用同一臺(tái)小臺(tái)燈,先后使用5W的LED節(jié)能燈泡和60W普通白熾燈泡作為光源。將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaHCO3母液按w積比2∶8加水稀釋。選取抽氣處理后的直徑為0.4 cm的菠菜圓葉片,每組10枚浸泡于6個(gè)均盛有80 mL稀釋后的NaHCO3溶液的小燒杯中,按表1.1處理進(jìn)行實(shí)驗(yàn),測(cè)量各燒杯中溶液溫度變化。
1.3.4 光照強(qiáng)度的選擇
將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaHCO3母液按體積比2∶8加水稀釋。取9個(gè)小燒杯向其中分別注入80 mL稀釋后的NaHCO3溶液,選取抽氣處理后的直徑為0.4 cm的菠菜圓葉片,每個(gè)燒杯中浸泡10枚。以5W的LED節(jié)能燈泡作為光源,在與光源水平距離為10、20、30 cm處分別放置3個(gè)上述小燒杯,用光強(qiáng)傳感器測(cè)量3種距離下的光照強(qiáng)度,觀察并記錄葉片上浮時(shí)間。
1.3.5 CO2來源及濃度的選擇
實(shí)驗(yàn)1:選取抽氣處理后的直徑為0.4 cm的菠菜圓葉片,每組10枚分別浸泡于5個(gè)盛有80 mL清水小燒杯中,以5W的LED節(jié)能燈泡作為光源,小燒杯與光源水平距離15 cm,通過吸管分別向5只燒杯中均勻緩慢吹氣0、1、3、5、7次,每次時(shí)間相同,記錄第一片圓葉片上浮時(shí)間。
實(shí)驗(yàn)2:配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaHCO3溶液作為母液,按表2進(jìn)行稀釋后,每組各取80 mL置于小燒杯中,將抽氣處理后的直徑為0.4 cm的菠菜圓葉片10枚一組浸泡在上述溶液中。以5W的LED節(jié)能燈泡作為光源,在溶液溫度14℃、與光源水平距離20 cm條件下,觀察并記錄圓葉片上浮情況。
2 結(jié)果與分析
2.1 注射器的選擇
注射器在實(shí)驗(yàn)中用于抽氣,目的是將菠菜圓葉片中的氣體抽出,使葉片下沉,從而通過觀察葉片的上浮快慢判斷光合作用的強(qiáng)度大小。因此所選用的注射器應(yīng)有良好的氣密性才能使得圓葉片迅速下沉以方便實(shí)驗(yàn)。在使用玻璃注射器時(shí),由于其氣密性略差,需要在其推桿上涂抹適量凡士林以達(dá)到較好的抽氣效果,而塑料注射器則不存在這一問題,直接使用就能達(dá)到理想效果。另外,玻璃制品在學(xué)生使用過程中也存在一定的使用風(fēng)險(xiǎn),因此選用塑料注射器較為方便。
2.2 葉片直徑大小的選擇
在與光源水平距離相同的條件下,即同一光照強(qiáng)度下,直徑為0.4 cm的圓葉片上浮速度均快于直徑為0.8 cm和0.6 cm的圓葉片,故直徑為0.4 cm的圓葉片為理想的實(shí)驗(yàn)對(duì)象。
2.3 光源的選擇
普通燈泡組三個(gè)不同距離下燒杯中的溶液溫差為1~2℃,而LED燈泡組的溫差為0.1~0.3℃,且兩個(gè)燈泡組中圓葉片上浮情況良好,因此用LED節(jié)能燈泡既能達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果,又能減少溫度差異對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾。
2.4 光照強(qiáng)度的選擇
從表3中可以看出,三種光照強(qiáng)度下,距離30 cm的實(shí)驗(yàn)組12 min內(nèi)圓葉片并未出現(xiàn)上??;距離20 cm組有部分葉片上浮,但是12 min內(nèi)圓葉片上浮不完全;而距離10 cm組圓葉片上浮情況良好,在12 min內(nèi)所有圓葉片均上浮。相比之下,距離光源越近,實(shí)驗(yàn)效果越明顯。
2.5 CO2來源及濃度的選擇
實(shí)驗(yàn)1:在5個(gè)采用吹氣法提供CO2的小燒杯中,10 min內(nèi)均未出現(xiàn)圓葉片上浮現(xiàn)象,第一片葉上浮時(shí)間過長(zhǎng)。其原因可能是CO2在水中溶解度較低,通過吹氣的方法,很難使其溶于清水中,因此溶液CO2濃度較低,進(jìn)而導(dǎo)致光合作用強(qiáng)度較低,圓葉片難以上浮,實(shí)驗(yàn)效果不理想。另外,采用吹氣法輸入CO2存在個(gè)體差異,不同操作者吹氣速率不同,使得CO2濃度大小難以控制。因此采用吹氣法并不適合本實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)2:表4結(jié)果顯示,第6、7組NaHCO3溶液濃度較大時(shí),葉片會(huì)直接上浮,不利于實(shí)驗(yàn)的觀察;第1、2組NaHCO3溶液濃度較低時(shí),葉片上浮較慢,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯,將導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng);第4、5組NaHCO3溶液濃度較為合適,且全部葉片上浮耗時(shí)約11 min。因此在實(shí)際教學(xué)過程中,選擇第4、5組所對(duì)應(yīng)的NaHCO3溶液濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)較為合適,即NaHCO3溶液濃度應(yīng)選擇用質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的母液按體積比為1∶9~2∶8范圍內(nèi)進(jìn)行梯度稀釋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
3 結(jié)論
根據(jù)以上影響因素的對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果,為保證在一個(gè)課時(shí)內(nèi)順利完成教材中的實(shí)驗(yàn),將各影響因素控制在合適范圍內(nèi),綜合分析得出以下兩個(gè)推薦實(shí)驗(yàn)方案。
3.1 探究光照強(qiáng)弱對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響
材料用具:直徑0.4 cm的打孔器,20 mL塑料注射器,臺(tái)燈和5W的LED節(jié)能燈泡,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaHCO3 溶液作為母液,80 mL的小燒杯,新鮮菠菜葉片。
方法步驟:
(1) 按前文所述實(shí)驗(yàn)方法制備菠菜圓葉片若干,抽氣后備用。將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaHCO3母液按體積比2∶8加水稀釋備用。
(2) 取3只小燒杯,分別倒入等量稀釋后的NaHCO3溶液80 mL。并分別向3只燒杯中各放入10枚葉圓片。觀察葉圓片均沉入燒杯底部。
(3) 將3只燒杯分別放在與臺(tái)燈水平距離10、20、30 cm處,打開臺(tái)燈。根據(jù)所在學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件,可用光照強(qiáng)度傳感器測(cè)定并記錄三只燒杯所在位置的光照強(qiáng)度。
(4) 連續(xù)觀察并記錄3只燒杯中葉圓片依次上浮的時(shí)間,或相同時(shí)間內(nèi)各燒杯中上浮葉圓片的數(shù)量。統(tǒng)計(jì)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
3.2 探究不同濃度NaHCO3溶液(即CO2濃度)對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響
材料用具:
直徑0.4 cm的打孔器,20 mL塑料注射器,臺(tái)燈和5W的LED燈泡,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaHCO3溶液作為母液,80ml的小燒杯,新鮮菠菜葉片。
方法步驟:
(1) 按前文所述實(shí)驗(yàn)方法制備菠菜圓葉片若干,抽氣后備用。
(2) 配制不同濃度的NaHCO3溶液:分別按表5對(duì)應(yīng)比例對(duì)NaHCO3溶液母液進(jìn)行梯度稀釋,清水組作為對(duì)照組。
(3) 將燒杯編號(hào),并分別倒入清水、稀釋(或配制)的不同濃度的NaHCO3溶液80 mL。每只燒杯中放入10枚圓葉片。觀察葉圓片均沉入燒杯底部。
(4) 將燒杯放置在與臺(tái)燈水平距離10 或20 cm處等距離處(若室溫較低建議選擇10 cm),打開臺(tái)燈。
(5) 連續(xù)觀察并記錄各燒杯中圓葉片依次上浮的時(shí)間,或相同時(shí)間內(nèi)各燒杯中上浮葉圓片的數(shù)量。統(tǒng)計(jì)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
按上述推]方法進(jìn)行操作,能夠使得在冬季氣溫較低條件下,短時(shí)間內(nèi)完成本實(shí)驗(yàn),使得在課堂教學(xué)演示及學(xué)生自主探究活動(dòng)中本實(shí)驗(yàn)?zāi)茼樌麑?shí)施。
參考文獻(xiàn):
[1] 中華人民共和國教育部制定.普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn): 實(shí)驗(yàn)[S].人民教育出版社,2003:12.
[2] 教育部考試中心制定.2016年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試?yán)砜凭C合科考試大綱的說明:課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)版[M].高等教育出版社,2016:373.
Tim渴望創(chuàng)造一種能夠與小女兒分享的交互體驗(yàn),這也正是許多身為人父人母的開發(fā)者的自然反應(yīng),iTunes、Google Play和Kindle等更易于獨(dú)立開發(fā)者游戲的平臺(tái),使他們的這一創(chuàng)想得以成為現(xiàn)實(shí)。
我曾在Xbox 360、Leapster Explorer等多個(gè)平臺(tái)了成百上千款兒童游戲,發(fā)現(xiàn)有些游戲開發(fā)者陷入了一個(gè)誤區(qū),即認(rèn)為制作兒童游戲就像烘焙紙杯蛋糕一樣簡(jiǎn)單!錯(cuò)!
事實(shí)上,推廣兒童應(yīng)用比任何一種應(yīng)用類型都要復(fù)雜得多。許多推廣成人應(yīng)用的有效病毒傳播手段(游戲邦注:例如Facebook社交功能以及多人模式)都不適用于兒童應(yīng)用。新聯(lián)邦法規(guī)對(duì)兒童隱私監(jiān)管嚴(yán)厲,并針對(duì)發(fā)行商如何搜集和使用玩家個(gè)人信息制定了更多限制。需要注意的是,這里的玩家“兒童”并非“消費(fèi)者”(家長(zhǎng))。因此,開發(fā)者需加倍費(fèi)心制作兒童應(yīng)用,以便取悅兩個(gè)不同的群體。
這里存在一個(gè)問題。應(yīng)用商店充滿大量?jī)和瘧?yīng)用,據(jù)NPD Group數(shù)據(jù)顯示,88%的兒童應(yīng)用屬于免費(fèi)產(chǎn)品。兒童玩游戲的習(xí)慣好比是吃零食——他們不會(huì)同任何一款游戲建立長(zhǎng)期關(guān)系,會(huì)很快轉(zhuǎn)向另一款應(yīng)用。據(jù)Localytics數(shù)據(jù)顯示,超過25%被下載的應(yīng)用僅被開啟過一次。鑒于兒童一向注意力短暫的現(xiàn)實(shí),兒童應(yīng)用的訪問率更是可想而知。
那么為何還要煞費(fèi)苦心開發(fā)兒童應(yīng)用呢?原因在于,許多開發(fā)者認(rèn)為兒童應(yīng)用的回報(bào)潛力巨大。通過兒童應(yīng)用推廣健康的社交聯(lián)系,激發(fā)創(chuàng)造性思維,啟發(fā)兒童的想象力都是其中的誘因,那些試圖讓生活更美好的技術(shù)專家更是如此。
此外,這個(gè)市場(chǎng)本身也在不斷成長(zhǎng)。NPD Group數(shù)據(jù)指出,兒童群體的平板電腦使用率已經(jīng)從2011年的3%上升至2012年的13%,平板電腦在兒童用戶群體中的使用率最高。這些兒童用戶每周有5天時(shí)間使用智能手機(jī)、平板電腦或iPod Touch等移動(dòng)設(shè)備,每次持續(xù)時(shí)長(zhǎng)接近1小時(shí)。
谷歌在今年5月的I/O大會(huì)上指出,他們將針對(duì)教育領(lǐng)域推廣成功的應(yīng)用,這一領(lǐng)域用戶超過2000萬,并在秋季專門推出一個(gè)Google Play教育應(yīng)用商店以滿足教學(xué)需求。今年底,蘋果iTunes App Store還將通過iOS 7增加一個(gè)專門的“兒童”游戲類型。
那么開發(fā)者該如何在這一新興市場(chǎng)中取勝?以下是我們對(duì)于成功兒童應(yīng)用類型的5個(gè)建議:
1.制作出色的應(yīng)用。你的產(chǎn)品會(huì)為自己代言,產(chǎn)品越好效果就越佳。在Fingerprint工作室,我們投入數(shù)小時(shí)讓孩子和家長(zhǎng)測(cè)試我們的應(yīng)用,并根據(jù)他人意見來判斷我們的產(chǎn)品是否能提供出色體驗(yàn)。俗話說,童言無忌,所以孩子們會(huì)直率地說出自己的想法。
2.獲得蘋果支持。獲得蘋果推薦,或者進(jìn)入一個(gè)蘋果列表,可以讓應(yīng)用從默默無聞變成人盡皆知的產(chǎn)品。你該如何獲得蘋果關(guān)注?讓你的游戲脫穎而出,無論是讓它比其他產(chǎn)品更美觀,還是與其他產(chǎn)品截然不同,總之要盡量爭(zhēng)取機(jī)會(huì),讓應(yīng)用獲得蘋果推薦。進(jìn)入App Store新推出的兒童應(yīng)用榜單也同樣會(huì)有幫助。
3.從家長(zhǎng)入手。要同家長(zhǎng)建立長(zhǎng)期的關(guān)系。你可以通過游戲本身的設(shè)計(jì),鼓勵(lì)家長(zhǎng)同子女“共享”游戲趣味——例如Fingerprint的《The Flying Alphabetinis》這款字謎游戲就是老少皆宜的家庭游戲。要成為家長(zhǎng)的一種資源。運(yùn)用你自身的長(zhǎng)處來幫助家長(zhǎng)跟進(jìn)與家庭密切相關(guān)的重要市場(chǎng)、政治或社會(huì)問題(游戲邦注:例如兒童在線隱私保護(hù)法案)。此外,作為一種用戶獲取策略,最好要在家長(zhǎng)經(jīng)常出沒的的地方占有一席之地,例如Common Sense Media。還要積極參與Techlicious等應(yīng)用評(píng)價(jià)等網(wǎng)站的博客圈,以及最活躍的Facebook兒童教育群組,例如MomsWithApps或TeachersWithApps。
4.贏取榮譽(yù)。在諸多選項(xiàng)中,是否曾贏得一個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)有助于家長(zhǎng)決定下載還是跳過你的應(yīng)用。這些適用于你的行業(yè)獎(jiǎng)項(xiàng)包括Parent Tested Parent Approved, Parent’s Choice, Family Choice, National Parenting Publication Awards (NAPPA), Kids At Play Interactive Awards (KAPi)以及Kidscreen Awards。
5.定期更新。要將定期更新視為一項(xiàng)營(yíng)銷環(huán)節(jié)。應(yīng)用下載量通常會(huì)在更新后突然上升。要在頁面中描述你的應(yīng)用新功能,以便吸引用戶。
〔中圖分類號(hào)〕 G633.91〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕 C
〔文章編號(hào)〕 1004―0463(2011)09(B)―0093―01
一、 教材分析
《光合作用》一課主要講述光合作用的發(fā)現(xiàn)、葉綠體中的色素、光合作用的過程及重要意義。根據(jù)近年來高考命題的發(fā)展趨勢(shì),這部分內(nèi)容主要考查影響光合作用的因素、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析及相關(guān)原理在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用。
二、 教學(xué)目標(biāo)
1.知識(shí)目標(biāo)。(1)光合作用的發(fā)現(xiàn)(了解);(2)葉綠體中的色素(理解);(3)光合作用的過程和重要意義(應(yīng)用)。
2.能力目標(biāo)。(1)在光合作用的教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生獲取、解讀實(shí)體中以圖解、圖表、文字等形式所傳達(dá)生物信息的能力;(2)在分析實(shí)例的過程中培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問題、解決問題的能力。
3.情感目標(biāo)。通過多媒體演示光合作用的發(fā)現(xiàn)使學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)發(fā)現(xiàn)的艱難、科學(xué)研究方法的重要,培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。
三、 教學(xué)過程
教師課前制作好Microsoft PowerPoint課件。教學(xué)過程如下:
1.明確學(xué)習(xí)任務(wù)。(1)光合作用的概念;(2)光合作用的發(fā)現(xiàn);(3)葉綠體中的色素;(4)光合作用的總反應(yīng)式;(5)光合作用的過程;(6)光合作用的實(shí)質(zhì);(7)光合作用的重要意義;(8)植物栽培與光能的合理利用。
2.邊引導(dǎo)邊學(xué)習(xí),并積極創(chuàng)設(shè)問題情境,實(shí)施啟發(fā)式、討論式教學(xué),完成學(xué)習(xí)任務(wù)。
(1)提問:光合作用的概念;
(2)多媒體演示光合作用的發(fā)現(xiàn)過程:①18世紀(jì)中期,荷蘭赫爾蒙特的實(shí)驗(yàn)。②1771年,英國普里斯特利的實(shí)驗(yàn)。③1864年,德國薩克斯的實(shí)驗(yàn)。④ 1880年,美國恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)。⑤20世紀(jì)30年代,美國魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)。在學(xué)生觀察每個(gè)實(shí)驗(yàn)之后,通過教師提問讓學(xué)生描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,回答實(shí)驗(yàn)的原理、結(jié)論。
問題1:恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)上有何巧妙之處?
(3)依次投影出示:①高等植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。②植物細(xì)胞中葉綠體立體結(jié)構(gòu)模型圖和電子顯微鏡下的結(jié)構(gòu)圖。③葉綠體中的色素系統(tǒng)示意圖。④葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜。讓學(xué)生觀察并回答葉綠體中色素的種類、含量、溶解度、擴(kuò)散速度、各種色素的顏色、生理作用及在條形濾紙和圓形濾紙上的擴(kuò)散圖譜 。
問題2:為什么通??吹降娜~片是綠色的?
問題3:葉綠素溶液在透射光下呈綠色,在反射光下呈紅色,原因是什么?
(4)投影光合作用的總反應(yīng)式:
6CO2+12H2OC6H12O6+6H2O+6O2
問題4:光合作用生成物C6H12O6、H2O、O2中氧分別來自何種反應(yīng)物?
(5)多媒體演示:光合作用的動(dòng)態(tài)過程,以問題導(dǎo)學(xué),解決光反應(yīng)和暗反應(yīng)的場(chǎng)所、條件、物質(zhì)變化、能量變化、反應(yīng)產(chǎn)物以及光反應(yīng)和暗反應(yīng)的聯(lián)系。
討論1:光照與CO2 的變化對(duì)C5、C3、NADPH、 ATP以及葡萄糖的合成量的影響。
(6)提問:光合作用的實(shí)質(zhì)。(要求依據(jù)光合作用的動(dòng)態(tài)過程回答)
(7)提問:光合 作用的重要意義。(依據(jù)光合作用的總反應(yīng)式回答)
(8)演示植物栽培與光能的合理利用。
討論2:影響光合作用速率的因素:①光的波長(zhǎng)和光照強(qiáng)度(注意:光的補(bǔ)償點(diǎn)和飽和點(diǎn))。②溫度。③CO2濃度(注意:CO2的補(bǔ)償點(diǎn)和飽和點(diǎn))。④ 必 需礦質(zhì)元素的供應(yīng) 。
討論3:光合作用中CO2 的濃度是否越高越好?
(9)課后思考題:圖解說明下述因素對(duì)光合作用速率的影響,并指出每一個(gè)圖解中關(guān)鍵點(diǎn)的含義及基本應(yīng)用。①單因子影響:光照強(qiáng)度、葉面積、CO2 濃度、溫度、葉齡。②多因子影響:當(dāng)溫度分別為10℃、20℃、30℃時(shí),光合速率隨光照強(qiáng)度變化的曲線;當(dāng)光照強(qiáng)度分別為:高光強(qiáng)、中光強(qiáng)、低光強(qiáng)時(shí),光合速率隨溫度變化的曲線;當(dāng)CO2 濃度分別為:高CO2 濃度、中CO2 濃度、低CO2 濃度時(shí),光合速率隨光照強(qiáng)度變化的曲線。
關(guān)鍵詞:探究;課堂教學(xué);促進(jìn);光合作用;理解
中圖分類號(hào):G633.91
在高中生物教學(xué)中,探究性學(xué)習(xí)包括:資料探究(如DNA結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn))、科學(xué)史探究(如光合作用的發(fā)現(xiàn)史)、實(shí)驗(yàn)探究(如探究酵母菌的呼吸方式)、調(diào)查性探究(如轉(zhuǎn)基因食品的安全性問題),而探究式課堂教學(xué)則是以探究為基本特征的一種教學(xué)活動(dòng)形式。
首先我們通過探究科學(xué)家們?cè)诠夂献饔玫奶剿鳉v程中所做的重要實(shí)驗(yàn)來了解光合作用,由學(xué)生簡(jiǎn)述理論要點(diǎn)并對(duì)此作出評(píng)價(jià)來體驗(yàn)探究過程。
1771年普利斯特利通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)植物可更新空氣,但缺乏對(duì)照,說服力不強(qiáng)。
1779年英格豪斯通過實(shí)驗(yàn)證明普利斯特利的實(shí)驗(yàn)只有在陽光下,植物只有綠葉才能更新空氣。
1845年梅耶指出光合作用把光能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能。
1864年薩克斯通過實(shí)驗(yàn)證明了光合作用的產(chǎn)物除O2外還有淀粉,還證明了光是光合作用的必要條件。
1880年恩格爾曼通過實(shí)驗(yàn)證明了光合作用的場(chǎng)所是葉綠體,O2是由葉綠體釋放的。
1939年魯賓和卡門通過實(shí)驗(yàn)證明了光合作用釋放O2的來自水。
20世紀(jì)40年代,卡爾文等通過實(shí)驗(yàn)探明了光合作用中CO2中的碳轉(zhuǎn)移途徑。
通過以上光合作用發(fā)現(xiàn)史的探索歷程,我們知道了光合作用的場(chǎng)所是葉綠體,條件是光照,原料是二氧化碳和水,產(chǎn)物是有機(jī)物和氧氣。這可以更好的讓學(xué)生理解光合作用的概念,即光合作用是指綠色植物通過葉綠體,利用光能,把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物,并且釋放出氧氣的過程。
其次,我們通過實(shí)驗(yàn)來探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響及應(yīng)用:
實(shí)驗(yàn)原理:利用真空滲入法排除葉肉細(xì)胞間隙的空氣,充以水分,使葉片沉于水中。在光合作用過程中,植物吸收CO2放出O2,由于O2在水中溶解度很小而在細(xì)胞間積累,結(jié)果使原來下沉的葉片上浮。根據(jù)在相同時(shí)間內(nèi)上浮葉片數(shù)目的多少(或者葉片全部上浮所需時(shí)間的長(zhǎng)短),即能比較光合作用的強(qiáng)弱。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理,可以設(shè)計(jì)出探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響,探究CO2濃度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響,探究溫度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響。但在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要注意對(duì)照原則、單一變量原則、科學(xué)性等原則。在此教師可以進(jìn)行啟發(fā)式提問,在這些探究實(shí)驗(yàn)中自變量分別是誰?又如何控制?因變量又是什么?如何檢測(cè)?無關(guān)變量又如何控制?實(shí)驗(yàn)過程中還要注意哪些問題?通過學(xué)生討論交流來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并逐步完善。
比如在探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響時(shí)的實(shí)驗(yàn)流程:
1、用打孔器在生長(zhǎng)旺盛的同種綠葉上打出直徑為1cm的小圓形葉片(30片)。
2、抽出葉片內(nèi)氣體:用注射器(內(nèi)有清水、小圓形葉片)抽出葉片內(nèi)氣體(O2等)。
3、小圓形葉片沉水底:將內(nèi)部氣體逸出的小圓形葉片放入黑暗處盛清水的燒杯中,小圓形葉片全部沉到水底,備用。
4、取相同大小的燒杯,記作甲乙丙,分別加入30mL富含CO2的清水,各放入10片步驟3中的小圓形葉片,小圓形葉片全部沉到水底。
5、把甲乙丙三燒杯同時(shí)放在光照強(qiáng)度分別為強(qiáng)中弱的光照下,但一定要控制無關(guān)變量溫度(在光源與燒杯之間添加一個(gè)裝滿水的玻璃槽)。
6、讓學(xué)生預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,并設(shè)計(jì)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的表格。
7、觀察記錄對(duì)照實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象:
小圓形葉片 加富含CO2的清水 光照強(qiáng)度 葉片浮起數(shù)量
甲 10片 30mL 強(qiáng) 多
乙 10片 30mL 中 中
丙 10片 30mL 弱 少
8、實(shí)驗(yàn)結(jié)論:在一定范圍內(nèi),隨著光照強(qiáng)度不斷增強(qiáng),光合作用強(qiáng)度也不斷增強(qiáng)(小圓形葉片中產(chǎn)生的O2多,浮起的多)。
那么又該如何探究CO2濃度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響呢?同學(xué)們討論交流后發(fā)現(xiàn)依然可以使用前面探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響的實(shí)驗(yàn)流程,只需要把步驟4中分別加入30mL富含CO2的清水,更換為依次加入30mL富含CO2的清水、30mL清水、30mL煮沸冷卻后的清水,步驟5中改為把甲乙丙三燒杯同時(shí)放在相同且適宜光照強(qiáng)度下即可。其對(duì)照實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的結(jié)果應(yīng)為:
小圓形葉片 CO2的濃度 光照強(qiáng)度 葉片浮起數(shù)量
甲 10片 富含CO2的清水30mL 強(qiáng) 多
乙 10片 清水30mL 強(qiáng) 中
丙 10片 煮沸冷卻后的清水30mL 強(qiáng) 少
關(guān)鍵詞:暴馬丁香(Syringa reticulata);紫丁香(Syringa oblata Lindl.);衰老葉;日變化;光合參數(shù)
中圖分類號(hào):S685.26;Q945.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):0439-8114(2016)19-4945-04
DOI:10.14088/ki.issn0439-8114.2016.19.011
Abstracts:The photosynthesis parameters of old leaves of Syringa reticulata and Syringa oblata Lindl. were measured by using the LI-6400XT. The results showed the stomatal conductance and transpiration rate of the two syzygium aromaticum had the extremely significant positive correlation,and the photosynthetic rate and intercellular CO2 concentration showed a negative correlation. The leaves of two plants photosynthetic diurnal variation curve showed the“double peaks” curve. The first peak of Syringa oblata Lindl. appeared at 11:00, reached 6.789 1 μmol/(m2?s), the second peak appeared at 17:00, reached 7.041 2 μmol/(m2?s). The sharp peak of Syringa reticulata appeared at 11:00,reached 10.186 8 μmol/(m2?s). No noon break phenomenon was found in the two plants. The significant differences of photosynthetic characteristics were appeard between Syringa reticulata and Syringa oblata Lindl. Syringa oblata Lindl. had high photosynthetic capacity and high utilization of light energy than Syringa reticulata. Syringa oblata Lindl. had a high competitive advantage in the prolonged autumn.
Key words: Syringa reticulata;Syringa oblata Lindl.;old leaf;daily variation;photosynthetic parameters
暴馬丁香(Syringa reticulata)和紫丁香(Syringa oblata Lindl.)均為丁香屬木犀科植物,全屬共有27種植物,分布于東亞、中亞和歐洲。其中中國約有22種,特有種18種;日本、朝鮮、阿富汗等國家有6種,歐洲有2種[1]。中國擁有81%的野生丁香屬種類,在現(xiàn)代自然分布中占有重要位置。丁香主要分布于中國的華北、西北、東北和西南地區(qū)。
暴馬丁香和紫丁香在城市園林規(guī)劃中占有主角地位。光合作用是植物生長(zhǎng)發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)和能量來源。光合作用的影響因素主要有環(huán)境溫度、光合有效輻射、CO2濃度、大氣濕度、蒸騰作用、葉片生理成熟度以及不同栽培措施等[2,3]。光合作用與植物的產(chǎn)量密切相關(guān),已被廣泛用作優(yōu)選品種的重要影響因素。本試驗(yàn)采用LI-6400XT便攜式光合測(cè)定系統(tǒng),對(duì)暴馬丁香和紫丁香秋季衰老葉的光合參數(shù)進(jìn)行觀測(cè),了解暴馬丁香和紫丁香的光合生理特性,揭示其光合作用的基本生理生態(tài)學(xué)特征和規(guī)律,為城市園林生態(tài)效益的定量化研究和城市園林綠化樹種的合理配置及其規(guī)劃建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 材料
試驗(yàn)在烏魯木齊市新疆師范大學(xué)進(jìn)行。烏魯木齊市位于亞歐大陸腹地,屬中溫帶大陸性干旱氣候,春秋兩季較短,冬夏兩季較長(zhǎng),晝夜溫差大。年平均降水量為194 mm,極端氣溫最高47.8 ℃,最低-41.5 ℃。選取暴馬丁香和紫丁香為試驗(yàn)材料。
1.2 方法
2014年10月于晴朗、無風(fēng)自然條件下,采用LI-6400型便攜式紅外氣體分析儀(美國LI-COR公司)在每日9:00~19:00每隔2 h測(cè)量1次。在同一樣地內(nèi)選擇1株健康紫丁香植株(成株)以1株健康的暴馬丁香植株(成株),隨機(jī)選取樹木向陽面中部的無損傷葉片進(jìn)行測(cè)定(每株取3~5片葉),待系統(tǒng)穩(wěn)定后,每片葉測(cè)定凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、光合有效輻射(PAR)、大氣溫度(Ta)、胞間CO2濃度(Ci),3次重復(fù)[4]。
1.3 數(shù)據(jù)處理
采用Excel軟件以及SPSS17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
2 結(jié)果與分析
2.1 環(huán)境因子對(duì)光合作用的影響
2.1.1 溫度對(duì)光合作用的影響 紫丁香和暴馬丁香的氣孔較小,且密度大,因此在感受高溫脅迫時(shí),這兩種丁香能靈活的調(diào)整葉片氣孔開度,使得蒸騰速率加快而降低葉片溫度,從而保護(hù)光合機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)[5]。高溫下丁香具有較高的光能利用和轉(zhuǎn)化效率,因此,紫丁香和暴馬丁香對(duì)高溫處理有一定的適應(yīng)能力,使其能保持較高的凈光合速率[6]。進(jìn)入秋季(10月)溫度有所下降,由圖1可以看出,9:00至19:00溫度在12~17 ℃上下變動(dòng)。這種溫度變化幅度不大,最低溫度在早晨9:00左右為12 ℃,最高溫度在中午15:00左右為17 ℃,此溫度并沒有達(dá)到讓氣孔關(guān)閉的程度。太陽輻射在這個(gè)季節(jié)變?nèi)?,光照時(shí)間也在縮短,這些因素致使氣溫下降,低溫使得植物光合作用變?nèi)酢?/p>
2.1.2 水分利用率對(duì)光合作用的影響 水分利用效率(WUE)是指植物或葉片每蒸騰一定量的水分所同化的CO2的量,即光合速率與蒸騰速率的比值。他取決于植物生長(zhǎng)的3個(gè)生物學(xué)過程(即光合、呼吸和蒸騰)的耦合過程,主要受植物氣孔開閉的調(diào)節(jié)[7]。在植物氣孔開閉的過程中,光合作用吸收CO2的過程和蒸騰作用水分消耗的過程是相反的,光合作用同化產(chǎn)物一部分被呼吸作用消耗。植物的水分利用率越高對(duì)CO2同化的量就越多,越有利于植物的生長(zhǎng)發(fā)育。由圖2可知,暴馬丁香水分利用效率整體上高于紫丁香。
2.1.3 光合有效輻射對(duì)光合作用的影響 光合有效輻射(PAR)是照射在單位面積上的光通量。植物的生長(zhǎng)是依靠光合作用儲(chǔ)存有機(jī)物來實(shí)現(xiàn)的,因此光合有效輻射對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要,直接影響植物光合作用的強(qiáng)弱[8]。在一定的光合有效輻射范圍內(nèi),在其他條件滿足時(shí),隨著光合有效輻射的增加,光合作用的強(qiáng)度也相應(yīng)地增加。但光合有效輻射超過光的飽和點(diǎn)時(shí),光合有效輻射再增加,光合作用強(qiáng)度不增加。由圖3可知,暴馬丁香和紫丁香光合有效輻射分別在下午13:00、15:00達(dá)到最大值,二者差異較大。
2.1.4 CO2濃度對(duì)光合作用的影響 大氣CO2濃度最大值出現(xiàn)在早晨,最小值則多出現(xiàn)在正午。這是由于夜間植物主要進(jìn)行呼吸作用積累CO2,導(dǎo)致大氣中CO2濃度的最大值出現(xiàn)在清晨[9]。日出以后,隨著光照強(qiáng)度和溫度的升高、太陽輻射增強(qiáng),植物開始進(jìn)行光合作用,并且植物的光合作用逐漸增強(qiáng),植物通過光合作用利用的CO2量增多,使得CO2濃度隨之降低。中午過后植物光合作用變?nèi)鯇?duì)CO2的利用開始逐漸減少,大氣CO2濃度開始回升。大氣CO2濃度的日變化趨勢(shì)大體上呈倒置的弧線[10]。大氣相對(duì)濕度也有相似的變化曲線,這是因?yàn)楣鈴?qiáng)和溫度的變化所致。由圖4可知,紫丁香與暴馬丁香的Ci值在13:00時(shí)由于光合作用變?nèi)醵黾?,過后由于光合作用逐漸變強(qiáng)而降低,17:00以后隨著太陽輻射減弱、溫度降低,Ci值開始升高。
2.1.5 蒸騰作用對(duì)光合作用的影響 蒸騰作用一方面可以通過蒸發(fā)降低植物的溫度、促進(jìn)植物內(nèi)部汁液中物質(zhì)的運(yùn)輸、產(chǎn)生蒸騰拉力、有利于CO2的同化;另一方面又消耗水分,導(dǎo)致水分缺失,破壞植物的水分平衡[11,12]。葉片蒸騰速率表示單位時(shí)間內(nèi)單位葉面積或葉鮮重所散失的水量,通常受環(huán)境因素、苗齡以及組織老嫩的影響。由圖5可知,暴馬丁香的Tr日變化呈先降低后增加的趨勢(shì),紫丁香的Tr呈波浪式日變化。
2.1.6 氣孔導(dǎo)度、凈光合速率對(duì)光合作用的影響 由圖6可知,紫丁香和暴馬丁香葉片Pn的日變化曲線均為雙峰曲線,其中暴馬丁香的一個(gè)峰值不明顯;紫丁香的第一個(gè)峰值出現(xiàn)在上午11:00,而暴馬丁香較明顯的峰值出現(xiàn)在下午17:00。二者均未出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象,整體來看,暴馬丁香和紫丁香葉片的光合作用都隨著日出而迅速增強(qiáng),下午隨著日落光合作用逐漸下降。
紫丁香葉片Gs日變化呈雙峰曲線,從早晨隨時(shí)間的推移Gs先減小后增大。暴馬丁香葉片Gs的日變化呈單峰曲線,Gs早晨較高,從9:00開始逐漸減小,下午17:00以后開始回升。
2.2 暴馬丁香和紫丁香光合特性比較分析
測(cè)定日13:00前,隨著光照強(qiáng)度的增加,氣溫逐漸升高,暴馬丁香和紫丁香氣孔導(dǎo)度增大,光合速率逐漸增大;13:00時(shí),氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度達(dá)到最高,光照和溫度也較高,出現(xiàn)光合速率的峰值;隨著光合有效輻射的降低和大氣飽和蒸氣壓差的增大,氣孔導(dǎo)度隨之降低,光合速率也降低,且下降幅度較大,到17:00降為全天的最低值。秋季影響丁香光合速率的主要因子為氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度。由表1可知,暴馬丁香與紫丁香的胞間CO2濃度、光合有效輻射差異較大。
2.3 相關(guān)性分析
由表2可知,暴馬丁香葉片和紫丁香的Pn日變化與Tr呈顯著負(fù)相關(guān),Pn和Ci呈負(fù)相關(guān),Pn與Gs呈顯著負(fù)相關(guān),與PAR呈正相關(guān)。可以看出,凈光合速率與氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率呈顯著的負(fù)相關(guān)。植物的Pn、PAR、Tr和Gs不僅與環(huán)境因子有關(guān)系,同時(shí)還與植物內(nèi)在的生理因子有密切關(guān)系[13]。
由表3可知,暴馬丁香和紫丁香的Gs與Pn呈顯著的負(fù)相關(guān),與Ci呈正相關(guān),與PAR呈負(fù)相關(guān)。對(duì)Gs影響最顯著的因子是Tr,暴馬丁香和紫丁香的Gs與Tr呈極顯著負(fù)相關(guān)。
2.4 偏相關(guān)分析
對(duì)暴馬丁香和紫丁香凈光合速率與其他因子進(jìn)行偏相關(guān)分析,剔除蒸騰速率與光合有效輻射,x1、x2分別代表胞間CO2濃度與氣孔導(dǎo)度。紫丁香的顯著水平比暴馬丁香的好。
3 小結(jié)與討論
在10月,暴馬丁香葉片光合速率的日變化為不明顯的“雙峰”曲線,暴馬丁香明顯的峰值出現(xiàn)在17:00,而紫丁香的葉片光合速率的日變化呈“雙峰”曲線,峰值出現(xiàn)在11:00和15:00。經(jīng)分析表明,兩者有較為顯著的差異,說明在秋季延長(zhǎng)環(huán)境下暴馬丁香和紫丁香相比,紫丁香具有較強(qiáng)的光合能力和較高的光能利用率,具有較高的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。紫丁香的凈光合速率日變化規(guī)律與李海梅等[2]對(duì)丁香的研究結(jié)果一致。在秋季,中午外界環(huán)境中的溫度、光照和夏季相比較弱,而且相對(duì)濕度則較高,因而在中午沒有出現(xiàn)明顯的光合脅迫,即沒有明顯的“午休”現(xiàn)象。
相關(guān)分析得出,暴馬丁香和紫丁香氣孔導(dǎo)度與蒸騰速率呈極顯著正相關(guān),植物葉片與外界進(jìn)行氣體交換主要通過氣孔導(dǎo)度(Gs),氣孔導(dǎo)度的變化對(duì)植物水分狀況及CO2同化有著重要影響。隨著氣孔導(dǎo)度增大,蒸騰速率加快,反之蒸騰速率減弱。氣孔導(dǎo)度隨著葉片水分散失和水勢(shì)的下降而減小,CO2進(jìn)入葉片細(xì)胞內(nèi)的阻力增加,進(jìn)而導(dǎo)致光合速率下降;同時(shí)氣孔阻力的增加也減少葉片水分散失,在一定程度上阻礙水分的虧缺,減輕環(huán)境脅迫對(duì)光合器官的影響。Gs的變化首先影響水分的交換,其次是CO2的交換,因此,Gs的大小對(duì)Pn和Tr均有一定程度的影響,進(jìn)而影響水分利用率[12]。進(jìn)入秋季后太陽輻射、光照強(qiáng)度、溫度等自然條件開始變?nèi)?,使得植物光合作用變?nèi)?,生理特性減弱,可以根據(jù)丁香所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),適量減少灌溉,修理多余的枝條保證主要部位的營(yíng)養(yǎng)充足。
參考文獻(xiàn):
[1] 嚴(yán)俊鑫,劉曉東,張曉嬌,等.6種丁香的光合特性[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2008(7):23-24,41.
[2] 李海梅,何興元,陳 瑋.沈陽城市森林主要綠化樹種――丁香的光合特性研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2004(12):2245-2249.
[3] 邵璽文,韓 梅,韓忠明,等.黃芩光合作用日變化及其與環(huán)境因子關(guān)系的研究[J].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2006(6):634-638.
[4] 李少昆,張旺峰,馬富裕,等.北疆高產(chǎn)棉田棉葉呼吸作用及其與光合作用關(guān)系的研究[J].棉花學(xué)報(bào),1998(5):26-31.
[5] SOLDATINI G F,NALI C,GUID L,et al. Photosynthesis of hedera Canariensis var. azorica variegated leaves as affected by ozone[J].Photosynthetic,1998,35(2):247-253.
[6] 姚軍朋,陳 莉,崔洪霞,等.丁香屬植物光合機(jī)構(gòu)的熱響應(yīng)特征研究[J].草原與草坪,2010(5):50-55,58.
[7] 陳蓓雷.新疆三種獨(dú)尾草屬植物光合特性的研究[D].新疆石河子:石河子大學(xué),2008.
[8] BERRY J,BJ?RKMAN O. Photosynthetic response and adaptation to temperature in higher plants[J].Annual Review of Plant Physiology,1980,31:491-543.
[9] FARQUHAR G D,CAEMMERER S, BERRY J A.A biochemical model of photosynthetic CO2 assimilation in leaves of C3 species[J].Planta,1980,149(1):78-90.
[10] 陳新軍,張光燦,周澤福,等.黃土丘陵區(qū)紫丁香葉片氣體交換參數(shù)的日變化及光響應(yīng)[J].中國水土保持科學(xué),2004(4):102-107.
[11] 崔洪霞.長(zhǎng)期馴化環(huán)境下丁香屬植物的光合生理生態(tài)學(xué)研究[D].北京:中國科學(xué)院研究生院,2005.
命題趨勢(shì)
1.從考查內(nèi)容看:涉及葉綠體中色素的作用及其提取和分離、有關(guān)光合探究的幾個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)、光合作用過程及影響光合作用強(qiáng)度的因素。主要集中在以下三個(gè)知識(shí)點(diǎn):①光合作用的過程(重點(diǎn)是光反應(yīng)、暗反應(yīng)中的物質(zhì)變化和能量變化);②光照強(qiáng)度、溫度、二氧化碳濃度等因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響以及對(duì)光合作用的產(chǎn)物、中間產(chǎn)物含量的影響;③光合作用和細(xì)胞呼吸的相互影響。
2.從考查形式看:有選擇題和簡(jiǎn)答題兩種題型。試題普遍聯(lián)系生產(chǎn)生活實(shí)際,常以實(shí)驗(yàn)分析或圖表曲線的形式綜合考查,靈活性強(qiáng)、難度較大。
要點(diǎn)解讀
一、實(shí)驗(yàn):綠葉中色素的提取和分離
1.實(shí)驗(yàn)原理
(1)提取原理:色素能夠溶解在有機(jī)溶劑中,所以用有機(jī)溶劑提取綠葉中的色素。
(2)分離原理:葉綠體中的色素不止一種,它們都能溶解在層析液中。它們?cè)趯游鲆褐械娜芙舛炔煌?,所以其在濾紙上的擴(kuò)散速度不同。溶解度高的隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得快,反之則慢。最終,色素隨著層析液在濾紙上的擴(kuò)散而分離。
3.實(shí)驗(yàn)步驟
提取綠葉中的色素制備濾紙條畫濾液細(xì)線分離綠葉中的色素觀察與記錄。
4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及說明
色素名稱含量溶解度擴(kuò)散速度吸收光的顏色作用
葉綠素a最多較低較慢
葉綠素b較多最低最慢主要吸收紅光和藍(lán)紫光
胡蘿卜素最少最高最快
葉黃素較少較高較快主要吸收藍(lán)紫光
吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換光能
5.注意事項(xiàng)
(1)應(yīng)選擇新鮮成熟的綠色葉片,不要選擇幼嫩、發(fā)黃的葉片。
(3)濾紙要干燥處理。畫濾液細(xì)線時(shí),應(yīng)以細(xì)、直、顏色濃綠為標(biāo)準(zhǔn),重復(fù)畫線時(shí)必須等上次畫線干燥后再進(jìn)行。
(4)無水乙醇和層析液都易揮發(fā),且層析液有一定毒性,故研磨速度要快,收集的濾液要用棉塞塞住試管口,層析時(shí)燒杯要加蓋。
(5)層析時(shí),濾液細(xì)線不能觸及層析液,否則色素會(huì)溶解在層析液中。
(6)因?yàn)橐号輧?nèi)也有花青素等水溶性色素,所以本實(shí)驗(yàn)一定要用無水乙醇提取色素,否則色帶數(shù)目將不止4條。
二、光合作用的探究歷程
光合作用的發(fā)現(xiàn)過程中,有很多科學(xué)家做了研究。高考試題往往以這些經(jīng)典實(shí)驗(yàn)為范本,經(jīng)過改編,以新的情境考查學(xué)生對(duì)這些研究過程涉及的實(shí)驗(yàn)手段和實(shí)驗(yàn)思想的理解。復(fù)習(xí)時(shí),要抓住自變量、因變量、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)處理等方面。
1.變量分析
(1)普里斯特利:密閉的玻璃罩是否加植物為自變量,蠟燭燃燒時(shí)間或小鼠存活時(shí)間為因變量。
(2)薩克斯:自身對(duì)照,自變量為是否照光(一半曝光與另一半遮光),因變量為葉片是否制造出淀粉。
2.實(shí)驗(yàn)處理
(1)薩克斯:暗處理的目的是消耗掉葉片中原有的淀粉,避免干擾。
(2)恩格爾曼:將臨時(shí)裝片放在黑暗并且沒有空氣的環(huán)境中,排除了環(huán)境中光線和氧的影響。利用好氧細(xì)菌的特性,準(zhǔn)確地判斷水綿細(xì)胞中釋放氧的部位。
三、光合作用過程
1.圖解
四、影響光合速率的因素
光合速率是光合作用強(qiáng)度的指標(biāo),它是指單位時(shí)間內(nèi)單位面積的葉片合成有機(jī)物的速率。
1.內(nèi)部因素
植物種類(如陰生植物和陽生植物),同一植物不同生長(zhǎng)階段、不同部位的葉片和葉片年齡等。
葉齡曲線的分析:OA段為幼葉,隨幼葉的不斷生長(zhǎng),葉面積不斷增大,葉內(nèi)葉綠體不斷增多,葉綠素含量不斷增加,光合作用速率不斷增加。AB段為壯葉,葉片的面積、葉綠體和葉綠素都處于穩(wěn)定狀態(tài),光合速率也基本穩(wěn)定。BC段為老葉,隨葉齡的增加,葉片內(nèi)葉綠素被破壞,光合速率也隨之下降。
應(yīng)用:農(nóng)作物、果樹管理后期適當(dāng)摘除老葉、殘葉。
2.環(huán)境因素
(1)光照
光照條件包括光的成分、光照強(qiáng)度、光合面積等。
①光的成分
由于色素吸收可見光中的藍(lán)紫光和紅光最多,吸收綠光最少,故不同顏色的光對(duì)光合速率的影響不一樣。
應(yīng)用:溫室栽培時(shí),用無色透明的玻璃(或塑料膜)做頂棚,能提高光合作用速率。
②光照強(qiáng)度
實(shí)驗(yàn)二:為了研究某種水草的光補(bǔ)償點(diǎn)(植物光合作用吸收的二氧化碳量與呼吸作用釋放的二氧化碳量相等時(shí)的光照強(qiáng)度),科研人員設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)。試管中放入相同的水草和等量的BTB溶液(BTB是一種靈敏的酸堿指示劑,對(duì)光不敏感,其一定濃度的水溶液中性時(shí)無色,偏堿性時(shí)呈藍(lán)色,弱酸性時(shí)呈黃色)。
(1)葉綠體中光合磷酸化發(fā)生的場(chǎng)所是。
(2)實(shí)驗(yàn)一在黑暗中進(jìn)行的目的是。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,葉綠體中ATP形成的原動(dòng)力來自于。
(3)正常光照條件下,類囊體膜內(nèi)水光解產(chǎn)生的是其pH降低的因素之一。
(4)實(shí)驗(yàn)二中,一段時(shí)間后,距離熒光燈60cm處的試管無顏色變化,這說明。
(5)一段時(shí)間后,請(qǐng)預(yù)期2號(hào)、5號(hào)試管內(nèi)的顏色分別是、。
(6)實(shí)驗(yàn)二中,用熒光燈比白熾燈更好,原因是。
解析:(1)光合磷酸化就是合成ATP,葉綠體中合成ATP的場(chǎng)所是類囊體薄膜。(2)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄緼TP形成的原動(dòng)力,而光下,ADP、Pi會(huì)利用光能合成ATP,為了排除這種影響,選擇黑暗環(huán)境。觀察圖知,類囊體所處的溶液pH從4上升到8,立即加入ADP和Pi就可以合成ATP,平衡后就不行。說明葉綠體中ATP形成的原動(dòng)力來自于類囊體膜兩側(cè)的pH差。(3)水光解的產(chǎn)物是[H]和氧氣,其中[H]是pH降低的因素之一。(4)距離熒光燈60cm處的試管無顏色變化,說明植物光合作用吸收的二氧化碳量與呼吸作用釋放的二氧化碳量相等,此時(shí)的光照強(qiáng)度為該水草的光補(bǔ)償點(diǎn)。(5)2號(hào)試管距離變大,光強(qiáng)減弱,光合作用強(qiáng)度減弱,吸收CO2減少,溶液pH下降。5號(hào)試管恰好相反。根據(jù)BTB試劑的特點(diǎn),2號(hào)、5號(hào)試管內(nèi)的顏色分別是黃色、藍(lán)色。(6)實(shí)驗(yàn)二的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖茄芯抗庹諒?qiáng)度對(duì)光合作用的影響,熒光燈比白熾燈產(chǎn)生的熱量少,可以避免溫度變化對(duì)光合作用的影響。
答案:(1)類囊體薄膜(2)避免光照對(duì)ATP合成的影響類囊體膜兩側(cè)的pH差(或類囊體膜內(nèi)側(cè)pH小于外側(cè))(3)[H](4)距離熒光燈60cm處的光照強(qiáng)度為該水草的光補(bǔ)償點(diǎn)(5)黃色藍(lán)色(6)熒光燈產(chǎn)生的熱量少,避免溫度對(duì)光合作用的影響
6.在“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)按下表中的方法步驟進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
步驟具體操作
①剪碎葉片稱取適量幼嫩菠菜葉,剪碎,放入研缽中
②充分研磨向研缽中放入少許二氧化硅,再加入適量無水乙醇,然后迅速、充分地研磨
③迅速過濾將研磨液迅速倒入玻璃漏斗(漏斗基部放一張濾紙)中進(jìn)行過濾;將濾液收集到試管中,及時(shí)用棉塞將試管口塞緊
④制備濾紙條將干燥的定性濾紙剪成略小于試管長(zhǎng)與直徑的濾紙條,將濾紙條的一端剪去兩角,并在距這一端1cm處用鉛筆畫一條細(xì)的橫線
⑤畫濾液細(xì)線用毛細(xì)吸管吸取少量濾液,沿鉛筆線均勻畫出一條細(xì)線;重復(fù)畫若干次,每次待濾液干后再畫
⑥分離色素將適量層析液倒入試管中,將濾紙條(有濾液細(xì)線的一端朝下)輕輕插入層析液中(注意:不能讓濾液細(xì)線觸及層析液),隨后用棉塞塞緊試管口
⑦觀察與記錄觀察試管內(nèi)濾紙條上出現(xiàn)了幾條色素帶,以及每條色素帶的顏色;將觀察結(jié)果記錄下來
請(qǐng)分析回答:
(1)步驟②中無水乙醇的作用是。
(2)按照上表中方法步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作,該同學(xué)在步驟③收集到的濾液呈色。
(3)上述實(shí)驗(yàn)操作中存在三處錯(cuò)誤,請(qǐng)一一加以改正:、、。
關(guān)鍵詞:干旱;蘆葦葉片;蘆葦幼苗;葉綠素?zé)晒?/p>
近百年來,濕地占世界土地資源的比例已經(jīng)下降了近一半,濕地水生植物的面積減少尤為嚴(yán)重,干旱對(duì)濕地的影響極為突出。以莫莫格國家自然保護(hù)區(qū)為例,該自然保護(hù)區(qū)在松嫩平原的西部邊緣地帶,且其蘆葦沼澤面積占總面積的40%還多,是莫莫格的重要生境類型,也是丹頂鶴等國家重點(diǎn)保護(hù)動(dòng)物的重要棲息地。但是,莫莫格濕地現(xiàn)在正處于干旱期,內(nèi)部嚴(yán)重缺水,蘆葦沼澤正大面積地退化,珍稀動(dòng)物的生存環(huán)境正受到嚴(yán)重危害。所以,研究干旱脅迫對(duì)于蘆葦葉片光合現(xiàn)象以及蘆葦幼苗生長(zhǎng)的影響對(duì)濕地保護(hù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1 干旱對(duì)于蘆葦幼苗生長(zhǎng)速率的影響
經(jīng)過前期對(duì)蘆葦生長(zhǎng)環(huán)境處理,增加干旱脅迫,記錄觀察數(shù)據(jù)分析可知,蘆葦幼苗生長(zhǎng)速率隨著干旱天數(shù)的逐漸增加而逐步地受到抑制,且抑制效果越來越明顯。干旱前期(約15天內(nèi)),蘆葦幼苗的生長(zhǎng)速率較穩(wěn)定,受干旱影響還不很明顯,這表明在短時(shí)間內(nèi)蘆葦幼苗對(duì)干旱環(huán)境的抵抗能力較強(qiáng)。但在實(shí)驗(yàn)后期(超過15天),蘆葦幼苗的生長(zhǎng)狀況無法與前期相比,其生長(zhǎng)速率明顯地受到了干旱環(huán)境的抑制作用??芍?,干旱條件下,蘆葦葉面通過降低生長(zhǎng)速率來減少水分流失,且20天是蘆葦對(duì)干旱條件的耐受極限,干旱若超過20天,蘆葦幼苗基本會(huì)停止生長(zhǎng)。
2 干旱對(duì)于蘆葦葉片葉綠素含量的影響
植物能否有效地進(jìn)行光合作用與其葉片葉綠素含量有密切的關(guān)系,這在一定程度上反映出植物對(duì)于逆境的抵抗能力。由儀器測(cè)量、分析可得,在經(jīng)過前期干旱處理的情況下(時(shí)間約為5天),蘆葦葉片的葉綠素含量在增加。這是因?yàn)樵诟珊登捌?,雖然未給予蘆葦幼苗水分,但此時(shí),土壤中的水分尚處于飽和狀態(tài),所以蘆葦葉片的葉綠素含量還保持在較高水平。但隨著干旱時(shí)間的增加,蘆葦葉片的葉綠素含量開始緩慢下降,在干旱20天后,蘆葦葉片的葉綠素含量開始明顯下降。據(jù)了解,不同強(qiáng)度的干旱都會(huì)使葉綠素含量降低,這就一定程度上肯定了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性。實(shí)驗(yàn)表明長(zhǎng)期的干旱條件會(huì)對(duì)蘆葦葉片葉綠素的合成和含量起到嚴(yán)重的影響。干旱降低葉綠素的含量,使得植物葉面對(duì)光的獲取減少,植物的光合作用也隨之降低,這是植物自身適應(yīng)干旱條件的一種自我保護(hù)調(diào)節(jié)機(jī)制。最后總結(jié),干旱對(duì)蘆葦葉片葉綠素含量的影響不具有相對(duì)的及時(shí)性,干旱條件在超過20天以后才能顯現(xiàn)出對(duì)蘆葦葉片葉綠素含量的明顯的抑制作用。
3 干旱對(duì)蘆葦幼苗氣體交換的影響
實(shí)驗(yàn)具體操作光合儀,分析數(shù)據(jù)可知,隨著干旱時(shí)間的逐步加長(zhǎng),蘆葦葉片的凈光合速率在逐步的減小,20天后,其凈光合速率顯著降低,這明顯說明此時(shí)的蘆葦幼苗葉片的光合所用早已十分微弱;且蘆葦幼苗的葉片氣孔限制也開始作用;蘆葦幼苗細(xì)胞間的二氧化碳濃度也在輕微地波動(dòng)變化著,在干旱前期,細(xì)胞間二氧化碳濃度在逐步減小,但超過20天以后其濃度則會(huì)再次逐步上升。根據(jù)早期國外研究表明,植物的光合作用速率減小,將同時(shí)伴隨氣孔限制的作用和細(xì)胞間二氧化碳濃度減小,所以氣孔關(guān)閉減小了細(xì)胞間二氧化碳的濃度,從而葉片的光合速率也隨之減??;如光合作用速率減小伴隨著的是氣孔限制作用和細(xì)胞間二氧化碳濃度的增加,則是非氣孔限制的因素影響了植物葉面的光合作用速率。由此可見,干旱前期,蘆葦幼苗葉面的凈光合作用速率和細(xì)胞間二氧化碳的濃度同時(shí)減小,表示其凈光合作用速率減小的主要因素是氣孔關(guān)閉。而在干旱條件超過20天以后,蘆葦幼苗葉片以較低的凈光合作用速率并伴有細(xì)胞間二氧化碳濃度的增加,這都表明著其凈光合作用速率的減小的主要因素是非氣孔限制。據(jù)調(diào)查,前期某些學(xué)者在研究缺失水分對(duì)某種楊樹苗木光合作用的影響時(shí),意外發(fā)現(xiàn),在對(duì)土壤環(huán)境敏感的楊樹苗木進(jìn)行干旱脅迫后,楊樹苗木的光合作用速率下降趨勢(shì)極其明顯,其主要因素就是非氣孔限制;但是對(duì)于具有耐旱性的楊樹而言,增加干旱條件,卻對(duì)其凈光合作用速率的變化沒有明顯作用,其凈光合作用速率只是有小幅度的下降,這就說明了楊樹苗木的光合作用所受到的影響是氣孔因素和非氣孔因素共同作用的結(jié)果。
本研究表明,干旱前期影響蘆葦幼苗葉片的凈光合作用速率的主要因素是氣孔限制,隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng),影響因素也變?yōu)橐苑菤饪滓蛩貫橹?,與早前他人的研究結(jié)果具有相似性,也進(jìn)一步肯定了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性。
4 結(jié)論
蘆葦具有很強(qiáng)的抗旱能力,蘆葦葉片對(duì)外景環(huán)境變化具有敏感性,也為實(shí)驗(yàn)的成功帶來了一定的積極作用。干旱對(duì)于蘆葦葉片光合速率的影響是顯著的,干旱超過15天后,蘆葦幼苗的光合作用速率才開始逐步顯現(xiàn)出下降趨勢(shì)。超過20天后,蘆葦幼苗的生長(zhǎng)也基本停止了。所以,干旱時(shí)及時(shí)對(duì)蘆葦濕地補(bǔ)水,并且盡量不超過20天,干旱就不會(huì)對(duì)蘆葦幼苗生長(zhǎng)和蘆葦濕地造成嚴(yán)重影響。