Transcript 探討不同環境下植物光合作用的效率

壹、研究動機
我們在科學月刊裡看到有關植物的研究，其中讓我們印象最深刻的一篇是「水蘊草的基本認識」，而原
本我們就對一些水生植物感到很有興趣，剛好裡面介紹許多有關水蘊草的基本構造，生長環境…等，所以當我
們看見這篇文章時我們是既興奮又想去研究的。而且日常中水蘊草是處處可見的，所以讓我們更想有進一步
的探討。從文章中最令我們感覺到神奇的是：在有水有土的溝渠內能繁衍迅速，而且能夠提供水生動物棲息
覓食之地，但在缺水的環境下卻會迅速死亡，於是我們決定探討水蘊草在照光與不照光及在不同溫度下的水
蘊草它會有什麼奇妙的的生存狀態呢？在這些不同溫度下，不同照光環境下它光合作用與呼吸作用產生的氣
體比例為何，或是如何改變一些它原本的生存環境，使它的葉綠體有一些意想不到的變化呢？雖然對於水蘊
草的某些構造我們還不是很完整的了解，但因為這篇文章給了我們許多啟示，於是開始尋找我們要的答案。
貳、研究目的
一、植物如何獲取所需養分
二、光合作用是否受植物生理時鐘的影響
三、不同溫度對植物進行光合作用效率的影響
四、葉綠體黃化的現象探討
參、研究設備及器材
備設究研與材器
水蘊草
25小盆
膠帶
1卷
陶瓷纖維網
1個
試管架
1個
三腳架
1個
酒精燈
1個
500毫升的燒杯
6個
打火機
1個
10毫升的量筒
2個
大水桶
1個
溫度計
1支
檯燈
1個
玻棒
1支
手電筒
2支
電子秤
1個
保溫盒
1個
80毫升的針筒
3支
保麗龍盒
1個
滴管
3支
氣球
1包
漏斗
2個
橡皮管
2條
磁力棒
2支
標籤紙
1包
廣口瓶
2個
複式顯微鏡
1台
澄清石灰水
6瓶
酒精
1瓶
剪刀
1把
尺
1把
錐形瓶
2個
光度計
1個
肆、儀器的設置及實驗過程
一、光合作用
光合作用(Photosynthesis)是植物、藻類以及某些細菌利用葉綠素在可見光的照射下，將二氧化碳和水轉化
為葡萄糖，並釋放出氧氣的生化過程。對於綠色植物來說，在陽光充足的白天，它們將利用陽光的能量來進行光
合作用，以獲得生長發育必需的養分。植物之所以被稱為食物鏈的生產者，是因為它們能夠通過光合作用利用無
機物生產有機物並且儲存能量。通過食用，讓食物鏈的消費者可以吸收到植物所儲存的能量。對於生物界幾乎的
所有生物來說，這個過程是他們賴以生存的關鍵。而地球上的碳氧循環以及光合作用是一定不可缺少的。
水蘊草(水蘊草簡介)
水蘊草的學名Elodea densa (Planch.) Casp-原產於南美洲，移入亞洲已久，成為池沼河中的野草。是多年
的生草本植物，它是沉水性的水草，具有地下匍匐莖，4～8月開花，雌雄異株, 雄花生於莖的上端，成熟的時候
花柄會伸出水面，表面會有皺紋的橢圓形花瓣，而花瓣呈白色，花蕊呈黃色。水蘊草處處可見是很好生存的一種
水生植物，水蘊草強壯的特性，就算身處非常惡劣的環境，仍然可以繼續生長。
二、光合作用是否受植物生理時鐘的影響(第一天下午4點~第二天早上12點)
(1)先準備相同葉子5片， 13x5公分的化妝棉20片。
(2)將各化妝棉橫折一次再縱折一次，使中間出現一個交點，在此交點上做一個大約0.3公分為直徑的小圈圈記號。
(3)之後將化妝棉放進放大100倍率的複式顯微鏡下，觀察圈圈內的纖維狀態，並拍下照片。
(4)將步驟(2)的化妝棉各寫上編號(自1~20) ，編號相對應的葉片(自A~E) ，以及起始時間，結束之時間。
(5)每片葉片，用光度計測量葉片的亮度，並由葉片的照光程度(亮~暗)依序排列並寫下編號A~E。
(6)之後將編號1~5的化妝棉浸泡至500毫升的燒杯，以及250毫升的澄清石灰水內十秒鐘。
(7)準備5片較化妝棉大的15x8公分的鋁箔紙，同樣依序寫下編號(1~5) ，對應葉片(A~E)。
(8)之後將浸泡過後的每張化妝棉放入各對應的15x8公分鋁箔紙內。
(9)用鋁箔紙以及化妝棉包覆至葉片的背部。
(10)觀察及記錄每片葉子的狀態。
(第二天上午8點~中午12點)
將所準備的編號6~10的化妝棉，編號1~5的鋁箔紙及編號A~E的葉片依前次步驟(5).(7).(8)重複一次並觀察結果
(第二天中午12點~下午4點)
將所準備的編號11~15的化妝棉，編號1~5的鋁箔紙及編號A~E的葉片依前次步驟(5).(7).(8)重複一次並觀察結
果。
(第二天下午4點~第三天上午8點)
將所準備的編號16~20的化妝棉，編號1~5的鋁箔紙及編號A~E的葉片依前次步驟(5).(7).(8)重複一次並觀察結
果。
~探討不同環境下植物光合作用的效率
化妝棉
對應葉片
起始時間
結束時間
編號1
編號A
第一天
12:00
第二天
08:00
編號2
編號B
第一天
12:00
第二天
08:00
編號3
編號C
第一天
12:00
第二天
08:00
編號4
編號D
第一天
12:00
第二天
08:00
編號5
編號E
第一天
12:00
第二天
08:00
編號6
編號A
第二天
08:00
第二天
12:00
編號7
編號B
第二天
08:00
第二天
12:00
編號8
編號C
第二天
08:00
第二天
12:00
編號9
編號D
第二天
08:00
第二天
12:00
編號10
編號E
第二天
08:00
第二天
12:00
編號11
編號A
第二天
12:00
第二天
16:00
照片6：低溫組的水
蘊草葉綠體
編號12
編號B
第二天
12:00
第二天
16:00
伍、實驗結果
編號13
編號C
第二天
12:00
第二天
16:00
編號14
編號D
第二天
12:00
第二天
16:00
編號15
編號E
第二天
12:00
第二天
16:00
編號16
編號A
第二天
16:00
第三天
08:00
編號17
編號B
第二天
16:00
第三天
08:00
編號18
編號C
第二天
16:00
第三天
08:00
編號19
編號D
第二天
16:00
第三天
08:00
編號20
編號E
第二天
16:00
第三天
08:00
照片7：室溫組的水
蘊草葉綠體
11-15號化妝棉上產生的碳酸鈣顆粒較其他編號要多。
因此推斷植物的而光合作用在下午時段較為旺盛。
編號8的化妝棉實
驗前後對照圖。
照片1：將編號以及對
應葉片起始時間與及
結束時間寫在化妝棉
上。
照片8：高溫組的水
蘊草葉綠體
編號9的化妝棉實
驗前後對照圖。
編 號 12 的 化 妝 棉 實
驗前後對照圖。
編號15的化妝棉實
驗前後對照圖。
編 號 20 的 化 妝 棉 實
驗前後對照圖。
照片2：將化妝棉放到
照片3：將兩片化妝棉
複式顯微鏡下，將畫
一起放進澄清石灰水
在化妝棉上的小圈圈
內10秒鐘。
的記號對準物鏡。
照片1：將針筒及手電筒熱毛巾一起放入保麗龍盒內。(高溫組)
三、不同溫度對植物進行光合作用效率的影響
(1)準備80毫升的針筒三支，取八條15公分的水蘊草放入針筒。
(2)在針筒內裝入80毫升的水，使針筒內部無其他氣體，用活塞
將水蘊草及內部的水推至50毫升處。
(3)用凡士林將針筒管密封，再用保鮮膜包覆以及膠帶密封，使
內部的水及水蘊草不跑出來。
(4)將三支針筒分為高溫組(40度) ，室溫組(25度)，以及低溫組
(2度)，高溫組用熱毛巾將針筒包覆，但要留一側未包毛巾
處並以手電筒照之，室溫組的針筒則直接放入於檯燈下照光：
低溫組則是將針筒以及手電筒放入保鮮盒內並將整個裝置放進
冰箱。
(5)比較三組針筒內的水蘊草在不同溫度下的生存狀態及氣體產
生的多寡。
照片4：將針筒及手電
筒熱毛巾一起放入保
麗龍盒內。(高溫組)
編 號 13 的 化 妝 棉 實
驗前後對照圖。
在針筒實驗中，我們發現了一個很重大的變化，就是將
水蘊草放入到大約40度的熱毛巾中，我們發現到它針筒內部
產生的氣體比其他裝置來的多，而相對的放進大約2度的低
溫組裝置針筒內部的氣體卻毫無變化，我們覺得是因為酵素
在越熱的狀態下會使的水蘊草產生的氣泡變的比較多，而相
對的在冷水的狀態下會顯的不明顯。
照片5：針筒與手電筒
放進保溫盒內並放入
冰箱。(低溫組)
四、葉綠體黃化的現象探討
(1)將第三點實驗的針筒打入澄清石灰水中，將得到的液體放入
試管中。
(2)製作一個長10公分、寬2公分、高7公分的長方體，並在長
方體的一端挖一直徑為2公分的簡易測光度裝置。
(3)將試管放入此裝置內一邊向檯燈一邊向光度計，並測量試管
中透光的程度。
(4)將其餘的水蘊草從針筒內取出並放入三個小碗中，將小碗也
同樣的貼上標籤(室溫組，高溫組，低溫組) 。
(5)將水蘊草各取一片下來放入複式顯微鏡底下觀察並且拍照。
照片9：將低溫組、室
溫組以及高溫組放在
一起並觀察比較。
照片12： 將試管放
在自製測光裝置內
並將一側照光一側
放光度計。
照片10：將水蘊草從
針筒內取出並從眾多
水蘊草中取一片水蘊
草放在載玻片中。
照片11：將針筒打入
澄清石灰水內，並倒
入試管內，而高溫的
試管教為混濁。
而從三個針筒分別是低溫組、高
溫組以及室溫組中取一片水蘊草，我
們發現低溫組的水蘊草葉片最正常也
較無味道，室溫組水蘊草的葉片稍微
帶有黑色與暗綠色而葉片的味道很臭，
而高溫組水蘊草的葉片整個呈黃色且
味道最為難聞。
失敗原因 ：第三種方法，因為實驗過後兩杯有無
陸、討論與結論
照光的水蘊草產生的氣體無法將它們完整的分離出
一、光合作用簡介
來，所以大多氣體的比例無法準確算出來。
光合作用(Photosynthesis)是植物、藻類及某些
實驗四
細菌利用葉綠素在可見光的照射下，將二氧化碳和水
(1)先準備一個500毫升的燒杯，一個漏斗以及兩個
轉化為葡萄糖，並釋放出氧氣的生化過程。對於綠色
試管。
植物來說，在陽光充足的白天，它們將利用陽光的能
(2)準備一組加熱裝置(陶瓷纖維網、酒精燈、三腳
量來進行光合作用，以獲得生長發育必需的養分而在
架) ，再將燒杯加入350毫升的水，並將水煮沸至
地球上的碳氧循環以及光合作用是一定不可缺少的。
100度。
(3)然後將保鮮膜覆蓋在燒杯上之後冷卻(保鮮膜覆
二、研究過程及方法討論
蓋的原因是不讓煮沸過的水與空氣結合) 。
實驗一
(4)將4克的鋼絲絨塞入試管底部,再用打火機燃燒試
(1)先將八條15公分長的水蘊草放進漏斗裡面，在漏斗
管口，使內部達到一個無氧空間。
細端放一個氣球(氣球不要有氣泡)。
(5)將步驟(2)的水裝入試管內用保鮮膜覆蓋。
(2)將漏斗倒蓋放進燒杯內。
(6)在漏斗上放入19.8克的水蘊草，再將漏斗倒置於
(3)將燒杯裝水(漏斗內部盡量不要有氣泡產生) 。
燒杯中。
(4)同上步驟3製作2個相同的裝置。
(7)將步驟(4)中的試管，打開保鮮膜倒置於漏斗上。
(5)將兩個裝置分別放置於陽光處以及陰暗處。
(8)之後將另一個試管直接塞入鋼絲絨，但不必用打
(6)放置2個小時之後觀察並紀錄。
火機燃燒試管口。
(9)將鋼絲絨塞完後也是一樣裝入煮沸過的水，但不
需用保鮮膜覆蓋試管口。
(10)最後將兩組試管放入試管架內三～五天的時間
觀察及記錄。
失敗原因： 第四種方法我們運用了鋼絲絨，以鋼
絲絨檢驗其試管內有無生鏽，如果達到兩三天之後
照片13：將裝置準
照 片 14 ： 將 兩 組 裝 照 片 15 ： 比 較 兩 試
未達生鏽就代表內部無氧氣成分。但實驗持續了三
備完成後。
置 拿 出 來 比 較 明 顯 管所產生的氣體。
天左右，發現鋼絲絨逐漸的生鏽，所以還是無法使
左邊照光下水蘊草
的顏色較亮，而陰
此實驗繼續持續下去。
暗處顏色較暗。
經由上述那四種方法一一失敗後，我們將一些
失敗原因：第一種實驗會失敗的原因是因為我們採用
有效的資訊重整完後運用到了第五方法以及第六方
法各別進行，原本第五方法剛開始的測試組是用塑
了氣球這個方式，而氣球做出來的結果膨脹不是很明
膠袋與化妝棉包覆於葉片，但因為過了一到兩天的
顯，以及時間過短的因素，導致我們無法得到準確的
時間觀察後，覺得塑膠袋的附著力比較弱且化妝棉
實驗結果。
容易脫落，所以將化妝棉及塑膠袋由葉片拔除後就
實驗二
容易因手上的一些水氣等之類的因素使的實驗後的
(1)利用排水集氣法收集氣體。
(2)先在水槽裡裝水，並用廣口瓶裝滿水並倒立至水槽裡。 結果較不準確，於是我們便改為鋁箔紙將化妝棉依
附著，這樣的效果會來的比較好也比較準確。
(盡量不要有氣體在廣口瓶內)
說到了使用化妝棉我們本來打算直接用衛生紙
(3)將水蘊草放置於燒杯中，再將漏斗倒置於燒杯中。
(4)再將橡皮管一端插進漏斗的尖端,另一端放置廣口瓶中。 來做實驗因為衛生紙處處可見。但是最後考慮不使
用衛生紙而使用化妝棉的原因:因為衛生紙本身的吸
(5)放置一個星期後觀察並記錄。
水能力較化妝棉來的差，所以我們以化妝棉來取代
衛生紙。
而我們將水蘊草選擇放進針筒，是因為針筒內
部是密閉式的，而且該有的空間也是有的，針筒上
面也有刻度，也較方便測量氣體所推的空間。原本
我們直接用膠帶密封起來但沒想到針筒內部的水竟
然還是會滲透出來，所以在無意間的情況下，老師
說出了凡士林，好讓他僅僅密封針筒口!考慮用到
照片16：這是利用排
照片17：這大水槽是
凡士林是因為它的黏性很強能夠將針筒口黏的緊緊
水集氣法所收集到的
用來將排水集氣法的
的這比一般的膠水之類的東西好用許多，但唯一美
氣體。
裝置放入其中。
中不足的就是只要手一碰到就很黏黏的。
失敗原因：第二種方法我們換成了排水集氣法，因為收
三、實驗結果討論
集到的氣體不完整以及廣口瓶的大小過大，使得做實驗
的時候不方便以及收集氣體會較困難，則導致實驗的氣 (1)我們將第二組（上午12點~下午4點）的化妝棉
放在複式顯微鏡下觀察，發現下午的化妝棉上產生
體變化不明顯。
的顆粒較上午及晚上的化妝棉還要多。根據我們實
實驗三
驗的結果，由此推斷植物的光合作用確實會受到植
(1)先將大水桶裝八分滿的水。
物的生理時鐘影響，而光合作用在下午時較為旺盛。
(2)將19.6克的水蘊草放置各放入於燒杯中，再將漏斗倒
(2)我們將三組水蘊草分別從針筒取出，發現它們
置於燒杯中。
的顏色，在高溫、低溫、室溫等不同環境下，產生
(3)將步驟(2)的燒杯放入水桶中。
了變化，而且他們產生的氣體量居然是高溫組的最
(4)再將試管放入水桶並裝滿水，使試管裡呈現無空氣狀
多，不過令我們感到不可思議的是室溫組的水蘊草，
態。
他們在最正常的溫度下，它們的葉片顏色居然從青
(5)再將試管倒蓋於漏斗尖端。
色轉變為帶有一點黑的暗綠色。而最讓我們感到噁
(6)將裝置從水中拿出來。
心的竟是高溫組的水蘊草，它葉片的顏色呈土黃色，
(7)同步驟(1)~步驟(6)的實驗步驟再做一個相同的裝置。
且發出了奇臭無比的味道。
(8)最後將裝置各放置於日光燈下及無照光處下觀察三個
(3)我們從三支針筒中各取一片水蘊草並且放入複
星期並比較有無照光的水蘊草產生的氣體有何變化。
式顯微鏡底下觀察。發現到低溫組的細胞質依舊在
流動，而且葉綠體仍呈青綠色，但是高溫組的細胞
質卻不再流動而內部細胞也較其他兩組乾扁，且顏
色從青綠色轉變為土黃色，室溫組的細胞質依舊在
流動但較低溫組來的差，葉綠體顏色也較為深沉。
柒、參考文獻
照 片 18 ： 大水 桶
是用來裝入八分
滿的水。
照片19：將漏斗放
置在試管上面。
照 片 20 ：將水 蘊
草裝置放在檯燈
下觀察。(照光組)
http://carol2.pixnet.net/blog/post/5315043
http://www.dyps.tcc.edu.tw/green/waterworld/plan
tc001.htm