省赛论文你知道我在阳光下长大的秘密吗.docx
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省赛论文你知道我在阳光下长大的秘密吗
你知道我在阳光下长大的秘密吗
——白兰树在光合作用下叶片质量增大的研究
佛山市实验学校五年级姚骏
【摘要】在这个研究实验中,我采用改良半叶法测定白兰树叶片质量的增长,主要是测定白兰树叶片在同样长的时间里,光照组与阴暗组的增量比较、高温组与低温组的增量比较、长久定根生长组与刚定根生长组的增量比较、同一棵白兰树在不同环境下的增量比较,并用黄金榕这种植物做对比实验,从而得出光合作用的重要性,帮助人类充分利用太阳光能源,运用到园林工作或环境美化上可帮助选育和鉴定优良植物品种,帮助人们利用光合作用生产更多的粮食、蔬菜来改善我们的生活水平。
【关键字】白兰树;光合作用;改良半叶法;测定;光照;增量;阴暗
1.课题的产生
1.1课题的来源
我刚入读一年级的时候,就发现我学校有好多树木啊,不过奇怪的是,几年过去了,我现在都五年级了,似乎从来没有感到这些树木有什么变化,可是树木却长得又高又大了,这是为什么呢?
我去问了科学老师,老师向我解释了原因,原来是树木叶片光合作用的结果,叶片每天进行光合作用后都积累了一些物质,经过长时间的积累,树木就长大了!
我听了都很好奇,叶片每天都会积累一些物质吗?
我怎么一点都看不出来?
于是,我决定设计一个实验来研究叶片质量增大的秘密。
1.2实验内容
(1)第一阶段:
查阅资料,确定研究方案。
(9月4日-9月6日)
(2)第二阶段:
采用量宽法测定三种植物叶片宽度的增长。
(9月7日-10月15日)
(3)第三阶段:
采用改良半叶法测定白兰树叶片质量的增长。
(11月)
(4)第四阶段:
采用改良半叶法测定白兰树、黄金榕叶片质量的增长。
(12月-1月)
1.3实验目的
在空气和水分都相同的条件下,通过量宽法和改良半叶法,研究出白兰树叶片在同样长的时间里,光照组比阴暗组、高温组比低温组、长久定根生长组与刚定根生长组半叶片的质量增大多少,从而得出光合作用的重要性,帮助人类充分利用太阳光能源,运用到园林工作或环境美化上可帮助选育和鉴定优良植物品种,帮助人们利用光合作用生产更多的粮食、蔬菜来改善人们的生活水平。
2.实验原理、对象、方法及仪器
2.1实验原理
(1)改良半叶法——将植物对称叶片的一部分取下置于冰箱低温保湿,另一部分则留在阳光下进行光合作用,过一定时间后,同时烘干称重,再除以时间、面积得出单位时间单位面积叶片质量的增重量。
因为对称叶片的干重,开始时被视为相等,照光后叶片重量超过暗中的叶重,超过部分即为光合作用产物的产量。
(2)光合作用——即光能合成作用,是植物、藻类和某些细菌,在可见光的照射下,经过光反应和暗反应,利用光合色素,将二氧化碳(或硫化氢)和水转化为有机物,并释放出氧气(或氢气)的生化过程。
光合作用是一系列复杂的代谢反应的总和,是生物界赖以生存的基础,也是地球碳氧循环的重要媒介。
光能
6CO2+6H2OC6H12O6+6O2
叶绿体
图2.1光合作用示意图图2.2光合作用示意图
2.2实验对象
(1)本实验改变的要素——光照
光是光合作用的能量来源和条件。
光在几个方面影响光合作用:
一、光是光合作用的能量来源;二、光是叶绿素生物合成的必需因子;三、光调节气孔开闭。
(2)本实验的植物:
白兰——属木兰科白兰属常绿乔木,高达17—20米,盆栽通常3—4米高,也有小型植株。
树皮灰白,幼枝常绿,叶片长圆,单叶互生,青绿色,革质有光泽,长椭圆形。
其花蕾好像毛笔的笔头,瓣有8枚,白如皑雪,生于叶腋之间。
花白色或略带黄色,花瓣肥厚,长披针形,有浓香,花期4~5月和8~9月。
喜光照充足、暖热湿润和通风良好的环境,不耐寒,不耐阴,也怕高温和强光,宜排水良好、疏松、肥沃的微酸性土壤,最忌烟气、台风和积水。
现多见于园林、厂矿中孤植,散植,或于道路两侧作行道树。
黄金榕——常绿小乔木。
树冠广阔,树干多分枝。
单叶互生,叶形为椭圆形或倒卵形,叶表光滑,叶缘整齐,叶有光泽,嫩叶呈金黄色,老叶则为深绿色。
球形的隐头花序,其中有雄花及雌花聚生。
它拥有几乎榕树的一切特征:
开隐头花、有须根、叶小而富蜡质,唯一不同的是它叶子的颜色。
喜半阴、温暖而湿润的气候。
较耐寒,可耐短期的0℃低温,温度在25~30℃时生长较快,空气湿度在80%以上时易生出气根。
喜光,但应避免强光直射。
为热带树种,中国从南向北,随着气温的降低,树形也相应降低,在华南北部,一般高仅为20余米,胸径150厘米。
非洲茉莉——常绿蔓性藤本,茎长可达4公尺,叶对生,长15公分,广卵形、长椭圆形,先端突尖,厚革质,全缘,表面暗绿色,夏季开花,伞房状集伞花序,腋生,萼片5裂,花冠高脚碟状,先端5裂,裂片卵圆状长椭圆形,花冠筒长6公分象牙白。
它性喜温暖,好阳光,但要求避开夏日强烈的阳光直射;喜空气湿度高、通风良好的环境,不耐寒冷、干冻及气温剧烈下降;在疏松肥沃,排水良好的壤土上,生长最佳;它的萌芽、萌蘖力强,特别耐反复修剪。
花期5月,果期10至12月。
广东万年青——为天南星科多年生草本,株高60~70厘米,茎直立不分枝,节间明显。
叶互生,叶柄长,基部扩大成鞘状,叶绿色,长披针形或卵圆披针形。
秋季开花,花序腋生,短于叶柄。
其叶片宽阔光亮,四季翠绿,特别耐阴。
喜在林下潮湿处或草地中生长。
性喜半荫、温暖、湿润、通风良好的环境,不耐旱,稍耐寒;忌阳光直射、忌积水。
一般园土均可栽培,但以富含腐殖质、疏松透水性好的微酸性砂质壤土最好。
图2.3白兰图2.4黄金榕
图2.5非洲茉莉图2.6广东万年青
2.3实验方法
2.2.1采用量宽法测定三种植物叶子宽度的增长。
(1)选定三种植物,各分成光照组和阴暗组。
将光照组放置在操场的阳光下,阴暗组放置在楼梯间的阴暗环境里。
(2)在六组植物的对应位置上,各选取五至十片叶子,挂上编号。
(3)在叶片上对应位置左右两端各选择A、B、C三个点。
(4)记录下实验初始时A、B、C三点的宽度。
每隔三天后,再次测量其宽度。
(5)对比光照组和阴暗组的叶片增长速度,得出结论。
2.2.2采用改良半叶法测定白兰树叶片质量的增长。
(1)选择测定样品:
上午9点开始,11点结束,或从14点开始,16点结束,选定白兰树上有代表性的叶片10张,挂牌编号。
(2)叶子基部处理:
为了不使选定叶片中光合作用产物回流到树干里,而影响测定结果的准确性,选用浓度为5%的三氯乙酸,用棉签点涂叶柄以阻止叶子的光合产物输出。
(3)剪取样品:
按编号次序分别剪下对称叶片的一半(主叶脉不剪下),按编号顺序夹于湿毛巾中,并贮于冰箱低温保湿保鲜。
记录时间,开始光合作用测定。
当天两小时后,再依次剪下另外半叶,按编号放置整齐,两次剪叶的速度应尽量保持一致,使各叶片经历相等的光照时数。
(4)称重比较:
将各对称叶片左右取相等面积,清洗干净后,按编号顺序放置在电子鼓风干燥箱中,105℃烘半小时后再在70℃下烘至恒重(约3~5h),在精度为0.1毫克的电子分析天平上称重比较。
(5)计算单位时间单位面积的光合作用量。
2.4实验材料与仪器
2.4.1实验材料
尺子、回形针、标签纸、美工刀、胶手套、剪刀、棉签、毛巾、一次性塑料杯、镊子、保鲜袋、三氯乙酸、水槽、电子温湿度计、3×10(厘米)和2×5(厘米)塑料尺。
表1.1实验材料及作用表
序号
工具名称
在实验研究中的作用
1
尺子
量出指定点的宽度
2
回形针
挂在叶片上,标志叶片的编号
3
标签纸
书写叶片编号
4
美工刀
剪切一半叶片
5
胶手套
涂沫三氯乙酸时戴上
6
剪刀
剪下半边叶片
7
棉签
点涂三氯乙酸在叶柄上
8
毛巾
湿润后包裹叶片保湿
9
镊子
夹叶片
10
一次性塑料杯
盛放烘干的叶片进行称重
11
水槽
洗干净叶片
12
三氯乙酸
阻止叶柄光合产物的输出
13
电子温湿度计
测量温度和湿度
14
3×10厘米和2×5厘米塑料尺
在对称叶左右切取相等面积叶片
2.4.2实验仪器
电子分析电子天平(型号为FA2004,误差为0.0001克)(见图2.7)、温湿度计(型号为AR827)(见图2.8)、电子鼓风干燥箱(型号为JC101型)(见图2.9)。
表1.2实验仪器及作用表
序号
仪器名称
在实验研究中的作用
1
电子湿温度计
测定实验当日的湿度、温度
2
电子鼓风干燥箱
烘干叶片
3
电子分析天平
称干重
图2.7电子分析天平图2.8电子温湿度计
图2.9电子鼓风干燥箱
3.实验过程
3.1第一阶段:
查阅资料,确定研究方案。
3.2第二阶段:
采用量宽法测定三种植物叶片宽度的增长。
1.选择测定样品——测定叶片的选择
在白兰、非洲茉莉和广东万年青上选定有代表性植株叶片(如叶片在植株上的部位、叶龄是完全展开的成龄叶等)各5张,用标签纸编号,用回形针固定编号。
图3.1非洲茉莉上的编号图3.2万年青上的编号
2.测定条件的安排——光照条件的控制
光照组的三盆植物放置在学校操场的空余地段,保证三盆植物都能360°全方位接受到阳光的照射,阴暗组的三盆植物放置在学校楼梯间,保证三盆植物完全接受不了阳光的照射。
图3.3光照组的三盆植物
3.测定叶片的A、B、C点的位置确定
在叶片上对应位置左右两端各选择A、B、C三个点。
图3.4白兰叶片上确定的三个点图3.5万年青叶片上确定的三个点
4.测定各植物光照组和阴暗组叶片上A、B、C点的宽度
我用尺子先量出第一天(9月7日)叶片上三个点的宽度,定时浇水然后每隔三天进行宽度的测量。
图3.6看看光照组上叶片上的编号图3.7量光照组非洲茉莉上的点的宽度
图3.8量光照组白兰上的点的宽度图3.9量光照组万年青上的点的宽度
图3.10量阴暗组白兰上的点的宽度图3.11量阴暗组白兰上的点的宽度
图3.12量阴暗组非洲茉莉上的叶宽图3.13量阴暗组非洲茉莉上的叶宽
图3.14量阴暗组万年青上的叶宽图3.15量阴暗组万年青的叶宽
图3.16定时给植物浇水图3.17认真地做记录
3.3第三阶段:
采用改良半叶法测定白兰树叶片质量的增长。
(1)选择前阶段三种植物中在阳光下叶片宽度增长速度较快的植物白兰树作为实验植物。
(2)选择测定样品:
上午9点开始,选定白兰树上有代表性(如叶片在植株上的部位、叶龄、受光条件等)的叶片10张。
(3)剪取样品:
按编号次序分别剪下对称叶片的一半(主叶脉不剪下),按编号顺序(如编号1左)夹于湿毛巾中,再用保鲜袋装好,贮于冰箱里低温保湿保鲜,另一半叶留在树上进行光合作用(如编号1右)。
记录时间,开始光合作用测定。
图3.18剪下半片叶子(不剪主叶脉)图3.19留在树上进行光合作用的半叶
图3.20剪下的半片叶子密封后用湿毛巾包裹图3.21放在冰箱内低温保鲜
(4)叶子基部处理:
为了不使选定叶片中光合作用产物往外运,而影响测定结果的准确性,选用适当浓度的三氯乙酸,用棉签点涂叶柄以阻止光合产物的输出。
图3.225%的三氯乙酸溶液图3.23将三氯乙酸涂沫在叶柄上
(5)当天下午4点左右,再依次剪下另外半叶,按编号放置整齐,两次剪叶的速度应尽量保持一致,使各叶片经历相等的光照时数。
图3.24剪下另外半片叶图3.25剪下的另一半叶
(6)与放在黑暗低温环境里保湿的另一半片叶一起在对称位置用美工刀切取相同面积。
图3.26在两半叶上对应位置切取相等面积图3.27在两半叶上对应位置切取相等面积
图3.28切取相等面积后的叶片图3.29左右对称切取相等面积剩下的残叶
(7)然后用清水洗干净附在叶面的和叶背的灰尘。
图3.30刚切好准备清洗的叶片图3.31刚切好准备清洗的叶片
图3.32刚切好准备清洗的叶片图3.33洗干净两半叶
(8)按顺序编号放在相应的烘盘上。
图3.34准备放入烘炉的白兰叶片图3.35准备放入烘炉的黄金榕叶片
(9)称重比较:
将各对称叶片按编号顺序放置在电子鼓风干燥箱中,105℃烘半小时后再在70℃下烘至恒重(约4小时)。
图3.36刚放入电子鼓风干燥箱里的相等面积的白兰叶片图3.37用70度恒温
(10)按编号顺序分别取出干叶,在分析天平上称重比较。
①先校准分析天平
②测出空塑料杯的质量,得出重1
③连干叶一起称重,得出重2
④重2减去重1,得出叶片干重差。
⑤干重差除以光照总时间和叶片面积,得出单位时间单位面积的光合作用量,即它们的干重差值(毫克/平方厘米小时)。
图3.38称重之前先校准图3.39烘干的叶片
图3.40正在称量中的白兰干叶片图3.41认真测量并记录
图3.42烘干称量干重后的叶子图3.43称量后封装保存的干叶
4.实验结果和分析
4.1采用量宽法测定三种植物叶片宽度的增长。
从9月7日至10月15日这段时间里,我采用量宽法测定白兰树、万年青和非洲茉莉叶片宽度的增长,得出第一、二阶段的结论:
结论一:
在同样浇水的情况下,白兰树在光亮处的叶片增长速度要比在阴暗处增长得快;在阳光下的同一环境里,白兰的叶片增长速度要比万年青和非洲茉莉快很多。
4.2采用改良半叶法测量白兰树叶片质量的增长
11月8日至1月7日,我开始采用改良半叶法进行白兰树叶片质量增长的研究实验,将叶片分为A和B两半叶,其中一半叶留在树上进行光合作用,另一半叶进行保湿保鲜处理。
2个小时后光合作用测定结束,然后进行烘干称干重比较,得出增量。
表4.111月8日白兰树叶片质量增长情况记录表
植物名称:
白兰(种下不久的矮小白兰)
日期:
2012年11月8日下午
时间1:
14:
00温度:
℃湿度:
﹪光照:
强(强、中、弱、无)
时间2:
15:
00温度:
℃湿度:
﹪光照:
强(强、中、弱、无)
时间3:
16:
00温度:
℃湿度:
﹪光照:
强(强、中、弱、无)
平均温度:
19℃~24℃
序号
左半叶长(cm)
左半叶宽(cm)
杯子重(mg)
总重(mg)
右半叶长(cm)
右半叶宽(cm)
杯子重(mg)
总重(mg)
质量的增量(mg/d㎡*h)
1
20.1
4.3
1887.8
2041.8
20.1
4.0
1887.8
2081.1
46.5
2
22.4
4.7
1887.8
2132.3
22.4
4.4
1887.8
2156.6
30.2
3
20.2
4.0
1887.8
2055.2
20.2
3.6
1887.8
2065.5
27.7
4
21.1
4.3
1887.8
2074.4
21.1
4.2
1887.8
2099.4
24.7
5
20.8
3.7
1887.8
2029.0
20.8
3.7
1887.8
2072.8
42.5
平均值:
34.3
表4.211月9日白兰树叶片质量增长情况记录表
植物名称:
白兰(种下不久的矮小白兰)
日期:
2012年11月9日下午
时间1:
14:
00温度:
℃湿度:
69.2﹪光照:
强(强、中、弱、无)
时间2:
15:
00温度:
℃湿度:
﹪光照:
强(强、中、弱、无)
时间3:
16:
00温度:
℃湿度:
﹪光照:
强(强、中、弱、无)
平均温度:
16℃~18℃
序号
左半叶长(cm)
左半叶宽(cm)
杯子重(mg)
总重(mg)
右半叶长(cm)
右半叶宽(cm)
杯子重(mg)
总重(mg)
质量的增量(mg/d㎡*h)
1
21.5
3.8
1885.9
2065.0
21.5
3.8
1885.9
2085.2
18.5
2
20.2
3.8
1885.9
2062.8
20.2
3.8
1885.9
2080.2
16.9
3
20.0
3.7
1885.9
2043.7
20.0
3.7
1885.9
2079.8
36.4
4
18.0
3.4
1885.9
2000.1
18.0
3.6
1885.9
2050.5
50.3
5
24.0
4.8
1885.9
2238.1
24.0
4.4
1885.9
2244.9
25.5
6
25.0
4.3
1885.9
2205.3
25.0
4.8
1885.9
2272.0
18.4
7
20.1
3.6
1885.9
2064.9
20.1
3.6
1885.9
2088.4
24.2
8
20.9
3.6
1885.9
2104.0
20.9
3.7
1885.9
2130.2
19.4
9
20.2
3.5
1885.9
2056.0
20.2
3.6
1885.9
2097.6
37.7
10
21.8
3.3
1885.9
2092.2
21.8
3.4
1885.9
2126.4
28.1
11
24.5
5.0
1885.9
2308.8
24.5
4.7
1885.9
2318.5
22.7
12
20.1
3.9
1885.9
2230.4
20.1
3.9
1885.9
2235.7
5.0
13
19.4
4.3
1885.9
2214.7
19.4
4.2
1885.9
2228.5
19.6
14
17.6
3.1
1885.9
2070.0
17.6
3.5
1885.9
2109.7
19.3
15
20.3
3.9
1885.9
2122.7
20.3
3.4
1885.9
2105.3
14.0
16
17.0
3.9
1885.9
2127.8
17.0
3.8
1885.9
2129.8
9.5
17
21.9
4.3
1885.9
2163.7
21.9
4.1
1885.9
2158.6
6.5
18
21.3
4.4
1885.9
2202.8
21.3
4.1
1885.9
2201.3
17.2
19
16.4
3.6
1885.9
2145.4
16.4
3.4
1885.9
2141.2
13.7
20
28.3
5.0
1885.9
2295.9
28.3
4.6
1885.9
2299.1
20.6
平均值:
21.2
表4.311月10日白兰树叶片质量增长情况记录表
植物名称:
白兰(种下不久的矮小白兰)
日期:
2012年11月10日下午
时间1:
14:
00温度:
℃湿度:
80.5﹪光照:
强(强、中、弱、无)
时间2:
15:
00温度:
℃湿度:
﹪光照:
强(强、中、弱、无)
时间3:
16:
00温度:
℃湿度:
﹪光照:
强(强、中、弱、无)
平均温度:
16℃~22℃
序号
左半叶长(cm)
左半叶宽(cm)
杯子重(mg)
总重(mg)
右半叶长(cm)
右半叶宽(cm)
杯子重(mg)
总重(mg)
质量的增量(mg/d㎡*h)
1
18.3
3.4
1902.8
2029.1
18.3
3.2
1902.8
2038.1
20.9
2
16.3
3.4
1902.8
2002.5
16.3
3.4
1902.8
2027.6
33.8
3
18.7
3.7
1902.8
2064.9
18.7
3.7
1902.8
2094.9
32.4
4
19.5
3.4
1902.8
2041.3
19.5
3.2
1902.8
2050.2
20.4
5
17.5
3.9
1902.8
2080.3
17.5
3.9
1902.8
2099.3
20.8
6
17.6
3.9
1902.8
2078.3
17.6
3.9
1902.8
2101.5
25.2
7
17.1
3.5
1902.8
2022.8
17.1
3.4
1902.8
2049.2
38.3
8
17.3
3.6
1902.8
2065.2
17.3
3.9
1902.8
2102.4
26.2
9
16.1
3.0
1902.8
1988.5
16.1
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1902.8
2007.0
18.5
10
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3.0
1902.8
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1902.8
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1885.9
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1885.9
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20.1
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20.1
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1885.9
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1885.9
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4.3
1885.9
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21.9
4.0
1885.9
2158.6
12.2
18
21.3
4.4
1885.9
2202.8
21.3
4.1
1885
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