“探究环境因素对光合作用强度的影响”是人教版高中生物必修一《分子与细胞》中的一个探究实践性实验，该实验是2017年版《生物学课程标准》要求必做的实验，但在实际开展中会遇到实验耗材多、耗时长等困难。笔者通过优化实验装置、实验材料和实验操作，克服以上困难，把探究实践性实验带入课堂，收到了良好的教学效果。
1实验装置的设计
1.1光合作用反应器的安装与检查
光合作用强度可通过测定一定时间内CO2的消耗量或O2的产生量来定量表示。笔者在樊晓红[1]和李勇等[2]基础上进行改进光合作用装置，用排水法间接测定O2的产生量测定光合作用强度。
1.1.1 实验器材与安装
125ml带磨砂口的集气瓶，带单孔的橡皮塞，2ml带刻度的滴管，凡士林。将2ml带刻度的滴管，尖头朝上倒插入带单孔的橡皮塞，滴管的下端要露出橡皮塞一定长度，实验时要保证下端在液面以下。在滴管与橡皮塞的接合处涂上一层凡士林可保证整个光合作用装置气密性良好。
1.1.2 实验装置的检查
本实验对装置的气密性要求较高，正式实验之前，可往集气瓶中加满蒸馏水，然后将橡皮塞塞入瓶口，用力塞紧。塞好后，进行读数；静置一段时间后，再次进行读数。如果数值不变，则说明气密性良好；如果数值发生改变，则说明会漏气，需要重新检查安装。实验时，可将植物叶片装入集气瓶中，加满碳酸氢钠溶液，将带有滴管的橡皮塞塞入瓶口，塞紧。在光照充足时，植物体进行光合作用会释放出O2，造成瓶内压强增大，滴管内液面上升，液面上升的高度与植物所产生的O2量成正比。
1.2光源的设置
光源采用冷光源的3WLED灯珠，将灯珠、灯线和分段控制开关按照说明规范组装好（图1）。通过遥控器调控不同大小的光照强度；更换灯珠，可方便地调控光质为红色、蓝色、绿色和白色。
选用快递纸盒用于创造暗室，避免外界光照对实验造成干扰，也可避免不同光照强度之间的相互干扰。将纸盒平均分成4格（如图2），“前”“后”可自由开关，便于放入集气瓶。此纸盒可同时进行4个平行重复实验，或探究4个不同环境因素对光合作用强度的影响。
图1光源控制器图2纸盒的设计图
2主要材料及用具
光合作用反应器（125ml带磨砂口的集气瓶，带单孔的橡皮塞，2ml带刻度的滴管，凡士林）、光源控制器（3WLED灯珠、灯线、摇控器和分段控制开关）、菠菜（SpinaciaoleraceaL.）、水蕴草（EgeriadensaPlanch.）、水盾草（Cabombacaroliniana A.Gray）、胶纸、NaHCO3、蒸馏水、量筒、烧杯、玻璃棒、250ml容量瓶、药匙、天平、纸盒、秒表计时器。
3探究不同植物的光合作用强度
3.1实验步骤
1）准备好3套光合作用反应器并检查气密性；准备好3套光源控制器，并将灯珠放置在纸盒中用胶纸固定好，使灯珠与光合作用反应器距离2cm。
2）用蒸馏水配制1.5%NaHCO3溶液。
3）分别称取7g菠菜叶片、水蕴草叶片和水盾草叶片放置在光合作用反应器集气瓶中，分别加满1.5%NaHCO3溶液，用橡皮塞塞紧。
4）将集气瓶放置在纸盒中，对光合作用反应器进行初次读数。然后用2个发白光的3WLED灯珠进行照射，封上纸盒，10min后进行再次读数，两者数值之差即为产氧量。
5）对以上步骤重复3次，最后求取平均值。
3.2结果与讨论
表1不同植物光合作用产氧量
由表1可知，在10min内水盾草产生的氧气最多，在2ml的滴管内上升了9.35个刻度（1个刻度是0.02ml），在集气瓶中还可观察到有大量的气泡产生。教材中所给的实验材料菠菜只产生了0.07ml氧气，说明水生植物在水下的光合作用强度较强；相较于水蕴草，水盾草的光合作用强度也更强。
水盾草（Cabombacaroliniana A.Gray），外来入侵物种，生长迅速；常见其生长于池塘、渠道、缓流小溪和小型浅水湖泊等地区；由于具有精细雅致的沉水叶片常作为观赏植物，在华东、华南地区的城市花鸟市场已很常见[3]。水盾草可从水族馆或淘宝网店上购买得到。7g水盾草叶片，10min内可产生0.187ml氧气，非常适合用作探究环境因素对光合作用强度影响的实验材料。
4探究CO2浓度对水盾草光合作用强度的影响
4.1实验步骤
1）准备好4套光合作用反应器并检查气密性；准备好4套光源控制器，并将灯珠放置在纸盒中用胶纸固定好，使灯珠与光合作用反应器距离2cm。
2）用蒸馏水分别配制浓度为1%、1.5%和2%NaHCO3溶液。
3）分别称取7g水盾草叶片放置在4套光合作用反应器集气瓶中，再分别加满蒸馏水、1%NaHCO3溶液、1.5%NaHCO3溶液、2%NaHCO3溶液，用橡皮塞塞紧。
4）将集气瓶放置在纸盒中，对光合作用反应器进行初次读数。然后分别用2*3W发白光的LED灯珠进行照射，封上纸盒，照射10min后进行再次读数，两者数值之差即为产氧量。
5）对以上步骤重复3次，最后求取平均值。
4.2结果与讨论
图3不同NaHCO3溶液浓度下水盾草产氧量
在室温25℃，一定的范围内，水盾草随着CO2浓度的增大，产氧量也增多；当CO2浓度超过一定范围，产氧量减少。推测当NaHCO3溶液浓度较高时，细胞会失水，导致气孔开放程度降低，对CO2的利用能力反而会下降。今后的实验教学中，在浓度为1%—2%NaHCO3溶液之间，继续设置更小的浓度梯度，可测得水盾草的CO2饱和点。
5探究光质对水盾草光合作用强度的影响
5.1实验步骤
1）准备好4套光合作用反应器并检查气密性；准备好4套光源控制器，并将灯珠放置在纸盒中用胶纸固定好，使灯珠与光合作用反应器距离2cm。
2）用蒸馏水配制1.5%NaHCO3溶液。
3）分别称取7g水盾草叶片放置在4套光合作用反应器集气瓶中，再分别加满1.5%NaHCO3溶液，用橡皮塞塞紧。
4）将集气瓶放置在纸盒中，对光合作用反应器进行初次读数。然后分别用3*3W发白光、绿光、蓝光和红光的灯珠进行照射，封上纸盒，照射10min后进行再次读数，两者数值之差即为产氧量。
5）对以上步骤重复3次，最后求取平均值。
5.2结果与讨论
图4探究光质对水盾草光合作用强度影响的效果图
图5不同光质中水盾草的产氧量
在室温25℃，水盾草在10min内，白光照射下产氧量最多，接下来是蓝光和红光，绿光下产氧量最少。该实验结果与绿叶中色素对光的吸收的结论[4]基本一致。
6探究光照强度对水盾草光合作用强度的影响
6.1实验步骤
1）准备好5套光合作用反应器并检查气密性；准备好5套光源控制器，并将灯珠放置在纸盒中用胶纸固定好，使灯珠与光合作用反应器距离2cm。
2）用蒸馏水配制1.5%NaHCO3溶液。
3）分别称取7g水盾草叶片放置在5套光合作用反应器集气瓶中，再分别加满1.5%NaHCO3溶液，用橡皮塞塞紧。
4）将集气瓶放置在纸盒中，对光合作用反应器进行初次读数。然后分别用1*3W、2*3W、3*3W、4*3W、5*3W发白光的LED灯珠进行照射，封上纸盒，照射10min后进行再次读数，两者数值之差即为产氧量。
5）对以上步骤重复3次，最后求取平均值。
6.2结果与讨论
图6探究不同光照强度对水盾草光合作用强度的影响效果图
图7不同光照强度下水盾草的产氧量
在室温25℃，水盾草在10min内随着光照强度的增大，产氧量逐渐增多。在今后的实验教学中，可继续增大光照强度，求得水盾草的光饱和点。
7总结
通过改进实验装置，选用实验材料水盾草，每个装置中只需要称取7g样品，实验耗材少，在实验教学中可全年级开展；用纸盒创造暗室，通过控制LED灯珠亮的个数来控制光照强度的大小，不易受外界环境因素的影响，此方法在乡镇等不发达地区也可开展；光合作用装置中滴管内液体上升速度快，还可观察到有大量的气泡产生，实验耗时短，实验现象明显；此外简化了实验步骤，易操作。学生以合作探究的方式，直观体验光照强度、光质、CO2浓度等环境因素对水盾草光合作用强度的影响；可设置重复实验确保实验结果的可靠性。也可引导学生尝试探究多种因素对光合作用的综合影响，由此帮助学生理解环境因素对农作物产量的影响。
参考文献
[1]樊晓红.一套探究环境因素对光合作用强度影响的装置[J].生物学通报.2016,51(09):57-59.
[2]李勇，杨玲，刘明泉.“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验改进及教学设计[J].中学生物教学.2018(Z1):74-76.
[3]张群.水生植物:水盾草[J].园林.2012(08):74-75.
[4]朱正威，赵占良.生物学必修1分子与细胞[G].2019年6月第1版.人民教育出版社:9.
