“探究CO2浓度对光合作用强度的影响”的实验创新设计
陈能训罗福海李朴
（1.甘肃省高台县第一中学甘肃张掖734300）
（2.中国人民大学附属中学北京100000）
实验创新教学是培养学生创新精神和创新能力的重要方式，也是培养学生学科核心素养的有效途径。教师在生物学教学中融入实验创新教学，能提升学生的学习兴趣，实现知识的内部转换，通过解决实际问题提升学习质量与效率，从而潜移默化地提升学生的创新能力、思维能力和解决问题能力等。
人教版高中生物学《必修1·分子与细胞》中的“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验通过参考案例——“探究光照强度对光合作用强度的影响”，进行了探究实验的展示。教材实验对学生理解“光照强度影响光合作用强度的变化”大有裨益，且有助于学生建构光合作用过程、原理的应用模型。但教材中并未展示CO浓度对光合作用强度影响的实验，不利于学生理解“光合作用受多因素的综合影响”。从“探究光照强度对光合作用强度的影响”实验来看，实验操作过程中存在以下问题：①通过注射器真空渗水使叶片下沉的操作不好把握，结果可能是细胞充水失败，叶片不容易下沉，或操作过重、次数过多破坏叶肉细胞的结构。②不能定量分析光照强度的大小与光合作用强度的关系。
基于上述分析，下文通过改变实验思路、改进实验装置、改良观测指标呈现实验创新设计。
植物光合作用固定CO，生成糖类等有机物（主要为淀粉）。碘遇淀粉变蓝色。同时，碘与淀粉形成的蓝色化合物，可在可见光区（λ为580nm）进行测定，且测定灵敏度高。故可用特定波长吸收值来相对定量分析淀粉的产生量，探究不同条件下光合速率差异。
实验材料：绿萝。
实验药品：物质量浓度为2mol/LNaOH溶液，NaHCO溶液（质量浓度分别为0.5%、1%、1.5%、2%、3%、4%、5%），无水乙醇，碘液。
实验仪器：烧杯、酒精灯、普通离心管（15mL）、试管、研钵、分光光度计。
由于NaHCO可分解并维持一定CO浓度，实验可通过不同浓度为NaHCO溶液的设置反映CO浓度的变化。实验设置9个处理组：无光照组（A组）、无CO组（B组，用物质量浓度为2mol/L的NaOH溶液去除CO）、质量分数为0.5%的NaHCO溶液组（C组）、质量分数为1%－5%的NaHCO溶液组（依次为D组－I组）。设计实验装置示意图如图1所示，该装置的优点是仅通过改变X溶液可实现对自变量的控制。
图1实验装置示意图
①将正常生长的绿萝置于黑暗下处理24h，消耗有机物。
②取形态相近的枝条水培于5组纸杯中，并放置将不同浓度的NaHCO溶液在40W的光源下处理6h。
③各处理组取1.5g叶片，用无水乙醇水浴加热脱色。脱色后晾干，用研钵碾碎并加水溶解淀粉，将溶液依次分装于试管中备用。
④取各处理组淀粉悬液2mL依次加入离心管中，同时加入0.5mL碘液。记录实验现象。
⑤进一步对各处理组淀粉含量进行测定。将2mL淀粉悬液与0.5mL碘液混合得到的显色液（共2.5mL）加入规格为3.5mL的比色皿中，用分光光度计测定显色液的吸光值，记录实验数据并通过标准曲线计算淀粉产生量。
直链淀粉吸附碘后会生成“淀粉-碘代含合物”，从而显现蓝色。因其反应灵敏，故常用于检验淀粉的存在。理论上，淀粉含量越高，与碘反应后蓝色越深，显色越明显。本实验显色结果显示：A组（无光照组）与碘液颜色基本一致，初步说明无光照条件下，绿萝叶片不能进行光合作用，无法合成淀粉；从D组→F组→H组，随着CO浓度的增加，离心管内的颜色越来越深，目视差别初步说明随着CO浓度的增加，淀粉的含量有所增加。
叶世柏等人的研究表明淀粉溶液在550nm波长和650nm波长光下具有较大吸收波峰。本实验选择550nm波长下测定各处理组的相对吸光度值，结果见表1。由数据可知，在550nm波长下，除A组外，其余各处理组相对吸光度值随CO浓度的增大而逐渐增大。
表1各处理组吸光值
实验进一步通过淀粉和碘显色反应在550nm波长下吸光值的标准曲线（图2）分析，得出550nm波长下不同相对吸光值所对应的淀粉浓度，进而得出6h内2.5mL绿萝叶片所合成的淀粉量。计算结果见表2。
图2550nm波长下淀粉溶液相对吸光值的标准曲线
表2不同处理组6h合成淀粉量
由表2数据可知，除A组外，其余各组6h内合成的淀粉量随CO浓度的增加而逐渐增加，说明一定浓度的NaHCO溶液可以分解并维持一定的环境CO浓度，从而使绿萝进行光合作用并合成淀粉，且在一定范围内，绿萝叶片光合作用强度随CO浓度的增加逐渐增强。值得注意的是，B组在无CO存在的情况下，仍有少量淀粉合成，推测是由于绿萝叶片黑暗处理后，细胞内依然存在少量C和C等化合物，当给予适宜光照后，光反应产生的[H]、ATP可将存在于叶绿