◇实验目的

1．探究植物在不同光质的作用下光合作用的差异。

2．了解植物光合作用的基本结构——叶绿体的结构及其功能特征。

◇实验原理

太阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等七种颜色混合而成，在植物发生光合作用过程中，植物叶绿体对红光和蓝紫光吸收最多，故红光和蓝紫光是植物光合作用最适光质。光质不同也影响植物的光合速率。菜豆在橙、红光下光合速率最快，蓝、紫光其次，绿光最差。其他高等植物和绿藻都有类似结果。一般来说，不同光波影响下的光合高峰相当于叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱高峰。水层同样改变光强和光质。水层越深，光照越弱，例如，20m深处的光强和水面的光强比较。前者为后者的二十分之一，水色不清光照更弱。水层对光波中的红、橙部分吸收显著多于对蓝、绿部分的吸收，水下深层的光线相对富于短波长的光。所以含有叶绿素，吸收红光较多的绿藻分布海水的表层，含有藻红蛋白，吸收绿、蓝光较多的红藻，则分布在海水的深层。这是海藻对光线的适应。

◇试剂和仪器

NaHCO₃、可乐瓶、氧气传感器、光源、盛气装置、水生植物金鱼藻（或陆生的叶小而薄的植物）、不同颜色的滤光薄膜

◇实验装置图

◇实验步骤

1．将可乐瓶去底，取适合瓶口的塞子，将一段玻璃管插入塞子的孔中，并注意使其不漏气，备用。

备盛气装置：可用质量好的塑料袋按图示带将玻璃管的一端和氧气传感器的探头共同封装在袋子里，实验开始前让袋子内留存一定量的空气，同时仍然有伸缩的余地为好。

2．把水草装人透明去底的可乐瓶中，将其放人1000毫升的大烧怀中，先从可乐瓶口向内加0.1％的碳酸氢钠溶液（产生二氧化碳，促进光合作用）至瓶口，用装配好的橡皮塞将瓶口塞好（涂凡士林），再向烧怀内注0.1％的碳酸氢钠溶液至细颈处。

3．将止水夹夹紧，然后把该装置放在光下进行光合作用，使收集气体都暂时存放在可乐瓶中。

4．当气体收集到一定量时，打开友高数字化实验软件，调节采集频率、设置图象，点击开始采集。

5．打开止水夹，这时去底可乐瓶会因重力作用下沉，使瓶内的气体由短玻璃管口全部排到盛气装置中。

6．开始实验，每隔5分钟依次将另一滤光膜遮住植株，记录实验数据。

◇注意事项

1．植物要选用茁壮的植株。

2．长时间照射三角烧瓶，可能会使水蒸汽附着在器壁上，影响实验，因此在适当的时候用湿毛巾在三角烧瓶外壁上擦拭几下，使瓶内温度保持在一个定值。

3．在实验过程中，轻轻摇动三角烧瓶，均匀水体的温度和水体内的CO₂(植物根呼吸产生)含量。

◇结果分析

1．分析实验数据，说明什么？

2．发散性思维—如何提高农作物的产量？

3．在此实验中以水稻作为实验植物有何优势？

◇知识扩展

光照对光合作用的影响

光合作用是一个光生物化学反应，所以光合速率随着光照强度的增加而加快。在一定范围内几乎是呈正相关。但超过一定范围之后，光合速率的增加转慢；当达到某一光照强度时，光合速率就不再增加，这种现象称为光饱和现象(light saturation)。各种作物的光饱和点(light saturation point)不同，与叶片厚薄、单位叶面积叶绿素含量多少有关。水稻和棉花的光饱和点在40～50klx，小麦、菜豆、烟草、向日葵和玉米的光饱和点较低约30klx。

根据对光照强度需要的不同，可把植物分为阳生植物(sun plant)和阴生植物(shadeplant)两类。阳生植物要求充分直射日光，才能生长或生长良好，如马尾松(Pinus massoniana)和白桦(Betula platyphylla)。阴生植物是适宜于生长在荫蔽环境中，例如胡椒(Peperonia sp.)和酢浆草(Oxalis corniculata)，它们在完全日照下反而生长不良或不能生长。阳生植物和阴生植物所以适应不同的光照，是与它们的生理特性和形态特征的不同有关。

以光饱和点来说，阳生植物的光饱和点是全光照(即全部太阳光照)的100％，而阴生植物的则是全光照的10～50％(图3-31)。因为阴生植物叶片的输导组织比阳生植物的稀疏，当光照强度很大时，水分对叶片的供给不足，所以，阴生植物的叶片在较强的光照下便不再增加光合速率。       （引自植物生理学）

农作物虽然没有阴生植物和阳生植物之分，但不同作物对光照强度的要求是不同的。例如，各种作物达到开花结实的最低光强度是：大麦和小麦为1.8～2.0klx，玉米为8klx，番茄为4klx，豌豆为1klx。人参(Panax schinseng)、藿香(Agastache rugosa)和姜(Zingiber officinale)是耐阴植物，棉花、向日葵、烟草等是喜光植物。水稻的光补偿点，在30℃下约为600～700lx。

光是光合作用的能源，所以光是光合作用必需的。然而，光照过强时，尤其炎热的夏天，光合作用受到光抑制，光合速率下降。如果强光时间过长，甚至会出现光氧化现象，光合色素和光合膜结构遭受破坏。

低温、高温、干旱等不良环境因子会加剧光抑制的危害。例如，黄瓜等对冷害敏感的植物，在暗中受冷不会影响光合作用，但在光和低温下，则光合磷酸化受抑制，细胞膜透性加大。

植物本身对光抑制有一定程度的保护性反应。例如，叶子运动，调节角度去回避强光；叶绿体运动以适应光照强弱。又如，小麦幼苗在强光下，叶绿体中的捕光叶绿素a／b蛋白复合体含量低于生长在弱光下的；而负担将光能转化为化学能的反应中心复合体含量，则前者大于后者。

光质不同也影响植物的光合速率。从图3-33可知，菜豆在橙、红光下光合速率最快，蓝、紫光其次，绿光最差。其他高等植物和绿藻都有类似结果。一般来说，不同光波影响下的光合高峰相当于叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱高峰。在自然条件下，植物会或多或少受到不同波长的光线照射的。例如，阴天的光照不仅光强减弱，而且蓝光和绿光增多；树木的叶片吸收红光和蓝光较多，故树冠下的光线富于绿光，尤其是树木繁茂的森林更是明显。水层同样改变光强和光质。水层越深，光照越弱，例如，20m深处的光强和水面的光强比较。前者为后者的二十分之一，水色不清光照更弱。水层对光波中的红、橙部分吸收显著多于对蓝、绿部分的吸收，水下深层的光线相对富于短波长的光。所以含有叶绿素，吸收红光较多的绿藻分布海水的表层，含有藻红蛋白，吸收绿、蓝光较多的红藻，则分布在海水的深层。这是海藻对光线的适应。