周慶+孫晨瓊

課題編號(hào)：【20150814】寧波市基礎(chǔ)教育教研課題

作者簡(jiǎn)介：周慶（1982-），中學(xué)一級(jí)，浙江省名師工作室學(xué)科帶頭人

在深化課程改革的過(guò)程中，各地各校有著不一樣的“教情”、“學(xué)情”和“校情”，因此實(shí)現(xiàn)國(guó)家課程的校本化是優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)的有效途徑。但是由于課程課時(shí)緊，生物實(shí)驗(yàn)的探究無(wú)法在課上全面展開(kāi)。為了滿足學(xué)生的個(gè)性化需求，同時(shí)結(jié)合浙江省開(kāi)展校本課程建設(shè)的要求，我們?cè)诂F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了有關(guān)生物實(shí)驗(yàn)的選修課程。下文以“光合速率測(cè)定實(shí)驗(yàn)”為例，談?wù)勎倚Ｔ谠搶?shí)驗(yàn)教學(xué)中的校本化拓展經(jīng)驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)方法——黑白瓶法

白瓶是透光瓶，里面進(jìn)行光合和呼吸作用。黑瓶即不透光瓶，只進(jìn)行呼吸作用。在相同條件下培養(yǎng)一定時(shí)間，以溶氧量為檢測(cè)指標(biāo)，據(jù)黑瓶中所測(cè)數(shù)據(jù)可算出呼吸速率，白瓶中溶氧量的變化可確定表觀光合速率，由此得出真正光合速率。因此如何準(zhǔn)確測(cè)出瓶中的溶氧量是這個(gè)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，在此我們采用碘量法。

2 實(shí)驗(yàn)原理

向水樣中加入MnSO4和堿性KI溶液時(shí)，立即生成Mn（OH）2沉淀。Mn（OH）2極不穩(wěn)定，迅速與水中溶解氧化合生成MnO（OH）2。在加入濃硫酸酸化后，已化合的溶解氧將KI氧化并釋放出與其相當(dāng)?shù)挠坞x碘。然后用Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，換算出瓶中的溶氧量。

3 實(shí)驗(yàn)材料

器材：塞氏盤(pán)，采水器（2.0 L），溶解氧瓶若干（100 ml-250 ml），酸堿滴定管，移液管（25.0 ml、1.0 ml），洗耳球。

試劑：MnSO4溶液，堿性KI，濃硫酸，0.01mol/LNa2S2O3，淀粉溶液。

4 實(shí)驗(yàn)步驟

4.1采水與掛瓶

4.1.1 考察實(shí)驗(yàn)水域

在學(xué)校池塘采集水樣。記錄水深（m）（用塞氏盤(pán)測(cè)），透明度（m）。

4.1.2 掛瓶深度確定

為測(cè)定光合速率，在透明度的一半處掛3組瓶。我校池塘，水深3 m左右，透明度1.5 m。

4.1.3 取瓶

取6個(gè)溶解氧瓶，包括黑瓶（DB瓶）3個(gè)、白瓶（LB瓶）3個(gè)。編號(hào)（組數(shù)1-3），以免混淆。

4.1.4 采水

用采水器在池塘中采足量的水，裝滿各瓶至溢出一部分（保證瓶中溶氧量與采水瓶中溶氧量一致）。

4.1.4 掛瓶

完成上述處理后，將各組瓶掛于水域中24小時(shí)。

4.2 溶解氧的固定與測(cè)定

4.2.1 溶解氧的固定

曝光結(jié)束，立即取出黑瓶和白瓶帶回實(shí)驗(yàn)室，加入1 ml MnSO4和1 ml堿性KI溶液，充分搖勻，靜置3分鐘，再加入1 ml濃硫酸，蓋緊瓶蓋，顛倒混合，靜置5min。發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)主要如下：

①：MnSO4+2NaOH→Na2SO4+Mn（OH）2↓（白色沉淀）

②：2Mn（OH）2+O2→2MnO（OH）2↓（棕色沉淀）

③：MnO（OH）2+2H2SO4→Mn（SO4）2

4.2.2 溶解氧的測(cè)定

取上述樣品50 ml，置于錐形瓶?jī)?nèi)，用0.01mol/LNa2S2O3滴定，至溶液成淡黃色，加入數(shù)滴淀粉溶液，繼續(xù)滴定至藍(lán)色剛褪去為止，記錄Na2S2O3的用量V。發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)主要如下：

④：Mn（SO4）2+2KI→MnSO4+K2SO4+I2

⑤：2Na2S2O3+I2→Na2S4O6+2NaI

根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式，我們可以換算出瓶中溶氧量=1.6V（ mg/L）。

5 實(shí)驗(yàn)記錄表格（以某組學(xué)生所測(cè)數(shù)據(jù)為例）

6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

白瓶中的溶氧量為39.25 mg/L，即真正光合速率產(chǎn)生的O2和呼吸作用消耗的O2差值，黑瓶中的溶氧量為11.41 mg/L，即呼吸作用消耗后剩余的溶氧量。真正光合速率=表觀光合速率+呼吸速率，因此池塘中真正光合速率=（39.25—11.58）mg/L·d=27.67 mg/L·d。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的組3與其他兩組相差稍大，但仍有較好的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，誤差來(lái)源可能是組3中的微生物數(shù)量不同。

7 實(shí)驗(yàn)討論

7.1 注意事項(xiàng)

測(cè)定工作最好在晴天進(jìn)行，若在陰雨天進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，植物無(wú)法得到充分光照，其光合速率會(huì)減弱，黑白瓶的溶解氧含量可能相差不大，甚至出現(xiàn)黑瓶數(shù)值大于白瓶，影響學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理。晴天的早晨是最適宜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，過(guò)午由于日照，水溫會(huì)上升，導(dǎo)致水體中溶氧量降低，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；若遇到光合作用很強(qiáng)，形成過(guò)飽和氧很多時(shí)，在瓶中產(chǎn)生的大氧氣泡不能放掉，可將瓶略微傾斜，小心打開(kāi)瓶塞加入固定液，再蓋上瓶蓋充分搖動(dòng)，使氧氣充分固定下來(lái)；若取得的水樣有顏色或存在懸浮物、藻類(lèi)等，可以加入硫酸鋁鉀和濃氨水，用明礬絮凝法進(jìn)行修正。此方法也存在一定誤差，常因忽略細(xì)菌對(duì)氧的消耗，而低估了浮游植物的真正光合速率。

7.2 黑白瓶法的優(yōu)點(diǎn)

7.2.1 成本低

實(shí)驗(yàn)中所用器材和試劑，只需采買(mǎi)塞氏盤(pán)和采水器，價(jià)格在200元左右，且可重復(fù)利用。因此，黑白瓶法比光合速率測(cè)定儀的性價(jià)比要高許多。后者雖能準(zhǔn)確且直觀地測(cè)出植物的光合速率，但由于價(jià)格昂貴，平時(shí)還需定期維護(hù)，不宜用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)。

7.2.2 直觀性與操作性較強(qiáng)

“氣體體積變化法”通過(guò)測(cè)定刻度管中液滴移動(dòng)距離，間接反映光合速率的變化?！靶∪~片浮起數(shù)量法”則只能定性比較光合作用速率的大小。且這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)在學(xué)生實(shí)際操作時(shí)，理論上雖然可行，但實(shí)際操作時(shí)會(huì)出現(xiàn)很多偶然誤差。例如溫度過(guò)高或過(guò)低，都會(huì)造成鐘罩內(nèi)氣體體積的變化，從而對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成較大的影響；后者在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前需將圓形葉片內(nèi)的氣體排出，同時(shí)切割等物理性損傷會(huì)使其光合速率減弱，導(dǎo)致學(xué)生實(shí)際操作過(guò)程中失敗率較高。與這二者相比，黑白瓶法可直接測(cè)算出真正光合速率，直觀性和操作性均較強(qiáng)。

7.2.3 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度較高

“半葉稱(chēng)重法”亦可通過(guò)稱(chēng)量未遮蓋葉片的質(zhì)量測(cè)算出表觀光合速率，再稱(chēng)量遮蓋葉片的質(zhì)量測(cè)算出呼吸速率，進(jìn)而換算出真正光合速率。從原理上來(lái)看，黑白瓶法和“半葉稱(chēng)重法”可以說(shuō)是異曲同工，而從學(xué)生實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度上來(lái)看，黑白瓶法更勝一籌?！鞍肴~稱(chēng)重法”其數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性是建立在兩半片葉子完全相同的基礎(chǔ)上，并且需用適當(dāng)?shù)姆椒ǎㄔ谌~片基部用熱水、或熱石蠟液燙傷或用呼吸抑制劑處理）阻止兩部分葉片間物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)移，而這不能做到百分之百，存在很大的實(shí)驗(yàn)誤差，且部分葉片的光合速率也并不能代表整株植株的光合速率，不具代表性。黑白瓶法能很好地規(guī)避這些問(wèn)題。

7.2.4 培養(yǎng)知識(shí)遷移能力

黑白瓶法中用到的碘量法測(cè)定溶氧量的方法來(lái)自化學(xué)。需要學(xué)生將將化學(xué)知識(shí)與技能遷移到生物學(xué)科中，幫助學(xué)生構(gòu)建學(xué)科之間相聯(lián)系的理念，有助于培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)遷移的能力。

綜上，黑白瓶法測(cè)定光合速率的實(shí)驗(yàn)方法優(yōu)點(diǎn)頗多，適宜作為校本課程的拓展實(shí)驗(yàn)。