Question

為了驗證葉片在光合作用和呼吸作用過程中有氣體的產(chǎn)生和消耗，請用所提供的實驗材料與用具，在給出的實驗步驟和預測實驗結果的基礎上，繼續(xù)完成實驗步驟的設計和預測實驗結果，并對你的預測結果進行分析。

實驗材料與用具：煙草幼苗、試管兩支、NaHCO₃稀溶液（為光合作用提供原料）、真空泵、暗培養(yǎng)箱、日光燈（實驗過程中光照和溫度等條件適宜，空氣中O₂和CO₂在水中的溶解量及無氧呼吸忽略不計）。

實驗步驟和預測實驗結果：

（1）剪取兩小塊相同的煙草葉片，分別放入盛有等量蒸餾水和NaHCO₃稀溶液的兩支試管中。此時，葉片均浮在水面。

（2）用真空泵抽去兩支試管內(nèi)液體中和葉肉細胞間隙中的氣體后，敞開試管口，可觀察到葉片均下沉到試管底部。

（3）

 

分析預測結果：

 

 

Answer 1

實驗步驟和預測實驗結果：

（3）將這兩支試管放在日光下，照光一段時間。結果：NaHCO₃稀釋溶液中葉片上浮，蒸餾水中葉片仍在試管底部。

（4）再將這兩支試管放在暗培養(yǎng)箱中一段時間。結果：NaHCO₃稀釋溶液中葉片下沉，蒸餾水中葉片仍在試管底部。

分析預測的結果：

（1）光照下，NaHCO₃稀溶液中的葉片進行光合作用，釋放出的氧氣多于呼吸作用消耗的氧氣，葉肉細胞中的氧氣增加，葉片上浮；而蒸餾水中缺乏二氧化碳和氧氣，葉片不能進行光合作用和有氧呼吸，葉肉細胞間隙缺乏氣體，因此葉片仍位于試管底部。

（2）黑暗中，NaHCO₃稀溶液中的葉片進行呼吸作用，消耗了葉肉細胞間隙中的氧氣，放出的二氧化碳，溶于NaHCO₃稀溶液中，葉肉細胞間隙缺乏氣體，葉片下沉。蒸餾水中缺乏氧氣，葉片不能進行有氧呼吸，葉肉細胞間隙仍缺乏氣體，因此葉片仍位于試管底部。

 

本題是以光合作用和有氧呼吸為背景的實驗補充設計與實驗分析。要求學生具備驗證簡單生物學事實的能力，并能對實驗現(xiàn)象和結果進行解釋、分析和處理，同時對語言表達也有較高的要求。

（1）實驗目的（驗證葉片在光合作用和呼吸作用過程中有氣體的產(chǎn)生和消耗）中關鍵詞（氣體）是指O₂、CO₂，還是O₂和CO₂？如果把氣體理解成O₂和CO₂，設置實驗步驟就需要考慮光合作用能產(chǎn)生O₂，光合作用能消耗CO₂，有氧呼吸能產(chǎn)生CO₂，有氧呼吸能消耗O₂四種情況，會把問題復雜化。氣體的理解實際上考查了學生獲取信息的能力。實驗材料與用具中給出了NaHCO₃稀溶液，其作用為光合作用提供原料，也是CO₂的緩沖液，能確保CO₂保持相對穩(wěn)定，因此，實驗目的中的氣體應該指O₂。如果把實驗目的改為驗證葉片在光合作用過程中產(chǎn)生O₂和呼吸作用過程中消耗O₂，看上去會使試題的難度下降，但又會產(chǎn)生新的問題，即實驗步驟中需要通過一定的手段驗證產(chǎn)生的氣體是否為O₂，而所給的實驗設備不能滿足要求。因此，題干中的實驗目的雖然有歧義，還是比較科學的，能考查學生的理解能力和獲取信息能力。

（2）控制實驗變量，即操縱氣體（O₂）的產(chǎn)生和消耗的所需要的條件是什么？控制實驗變量可以從實驗材料與用具入手，將所給的實驗步驟中已經(jīng)用到的材料與用具在題干中用線劃掉，剩下的暗培養(yǎng)箱、日光燈在補充的實驗步驟中必須用到。確保單一變量原則，日光燈下，對應于光合作用能產(chǎn)生O₂，暗培養(yǎng)箱對應于有氧呼吸能消耗O₂。

（3）先日光燈處理，還是先暗培養(yǎng)箱處理？日光燈下，產(chǎn)生O₂，能使葉片浮起來；暗培養(yǎng)箱處理，消耗O₂，能使葉片沉到試管低部。但步驟2中葉片均下沉到試管底部，如果先暗培養(yǎng)箱處理就觀察不到明顯的現(xiàn)象，所以應該先光處理。

（4）預測結果可以寫光合作用和呼吸作用過程中有氣體的產(chǎn)生和消耗嗎？不可以，本題要求預測實驗結果，而不是實驗結論。通過已有的實驗步驟可以找到本實驗的觀察指標是指葉片浮在水面或葉片下沉到試管底部。這種實驗中觀察到的現(xiàn)象就是實驗結果，結合實驗結果，再根據(jù)實驗目的分析得到的才是結論，驗證性實驗的實驗結論與實驗目的一致。

（5）光下有氧呼吸影響實驗結果嗎？光照下，既能進行光合作用，又能進行有氧呼吸，如果兩者的強度相同，則O₂的變化量為0，葉片保持原來的狀態(tài)。因此，必須在適宜光照條件下，光合作用強度大于有氧呼吸強度，光合作用產(chǎn)生的O₂多于有氧呼吸消耗的O₂，才能觀察到葉片上浮的現(xiàn)象。