2024年1月12日 星期五

如何選擇光合作用速率使用的指標?

 如何選擇光合作用速率使用的指標的?


之前的內容曾提及,量度光合作用速率,理論上起碼有5種方法,包括:

1.      二氧化碳的吸收速率

2.      水的吸收速率

3.      食物的產生速率

4.      氧氣的產生速率

5.      光的吸收速率

但如何選擇呢? 準則是甚麼? 基本上設計實驗都使用以下準則:

1.      準確度(以上哪一方法最準確?)

2.      操作難易度

3.      效能(哪一個最快獲得可靠結果?)

4.      成本(哪一個更便宜?)

其中以準確度最重要!

哪以上那些方法最準確?

理論上,要用作量度光合作用速率,這指標應最好祇涉及光合作用而不涉及其他,否則便很難確定相關指標是否真的祇代表光合作用的速率。

但二氧化碳、水及氧氣,都涉及其他反應,例如呼吸作用會吸入氧氣、產生二氧化碳及水。水,同時也涉及蒸騰作用,而且植物吸收的水分,大部份都會藉蒸騰散失,祇有少部份用作光合作用的原料。

食物的產生及光的吸收,似乎是光合作用專有的反應,應該是最準確的! 但如何量度呢?

由於在中學實驗室很難量度植物產生食物的速率及光的吸收速率(沒相關儀器),因此無法使用這兩種應該更準確的方法。

那唯有選擇二氧化碳的吸收速率或氧氣的產生速率作指標,但呼吸作用也涉及這兩種氣體。事實上,光合作用產生的氧氣,部分會被植物吸收進行呼吸作用,剩餘的才會釋出讓我們量度到,因此使用氧氣產生速率量度的話,實際上是低算了光合作用速率的。

那如何處理? 最佳方法自然是找出呼吸作用的速率,然後把呼吸作用吸收的氧氣速率加回至光合作用速率便成。

但於日間,光合作用其實跟呼吸作用同時發生的,那如何祇量度到呼吸作用速率? 那唯有於夜間才成,夜間沒有光線,無法進行光合作用,祇能進行呼吸作用。

但要進行這樣計算的話,其實需要一個重要假設的: 日間的呼吸作用速率跟夜間是一樣的。

如何量度化學反應的速率

如何量度化學反應的速率

於科學研究上,少不免要量度不同反應的速率。但量度反應速率實際上是很模糊的,不清楚量度的是甚麼?

舉例: 如何量度光合作用的速率?

同學可能第一時間,根據教科書的內容,想到以下唯一的方法(其實嚴格來說不是自己想出來的,是記誦而來的):

(1)   氧氣的產生速率

至於制造食物方面(例如檢測澱粉的存在),最多祇能檢測出植物曾否進行光合作用,無法量度到光合作用的速率。

但,即使是使用氧氣的產生速率作指標,同學又有否想過背後的原理(即為甚麼可以用氧氣產生速率來作為光合作用速率)。另外又有沒有想過,氧氣的產生速率真的是光合作用速率嗎? 有沒有其他量度光合作用速率更好的方法呢?

答案是有的!

首先要知道光合作用的反應,如下,相信同學都清楚的:


根據以上的資料, 同學可否想出還有沒有其他量度光合作用速率的方法?

根據以上資料,理論上起碼有5個方法(但是否量度到是另一回事),包括:

根據原料的消耗速率,即

1.     1. 二氧化碳的吸收速率

2.      2. 水的吸收速率

根據產物的產生速率,即

3.      3. 食物的產生速率

4.      4. 氧氣的產生速率

根據能量的吸收,即

5.     5. 光的吸收速率

那葉綠素呢? 在光合作用中,由於葉綠素並沒有被消耗,也沒有增加了,因此無法用以量度光合作用速率。

但以上哪一方法最準確呢? 選擇不同方法時用的準則又是甚麼? 當然先決條件是真的可量度到才成,例如同學能否想到如何量度以下的指標,包括:

1.      1. 二氧化碳的吸收速率

2.      2. 水的吸收速率

3.      3. 食物的產生速率

4.      4. 氧氣的產生速率

5.      5. 光的吸收速率

本文不打算討論如何量度到以上的指標。就假設真的可量度到以上的準則,那選擇哪一方法最好呢?

其實沒有所謂最好的! 視乎不同的環境及擁有的資源。但基本上會考慮以下準則嗎?

(1 (1) 準確度(以上哪一方法最準確?)

(2 (2) 操作難易度

(3 (3) 效能(哪一個最快獲得可靠結果?)

(4 (4) 成(哪一個更便宜?)

這其實是設計實驗時的使用的準 則!

看罷以上的內容,日後同學要設計實驗,尤其是選取因變量(即要量度的指標)時,是否有一些可供思考的準則?

最重要的是,對相關反應的過程知悉得愈詳細,便愈能選取最好的方法!

根據以上的原理,同學試試可否想出如何量度以下的速率:

1. 蛋白質的消化速率

2. 脂質的消化速率

3. 澱粉的消化速率

提示: 想想以上三種食物物質,消化前及被消化後分別是甚麼分子? 這些分子的特性有甚麼差異?

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最後,順道一提,同學不要以為以上的思考方法祇適用於科學實驗研究上,其實任何涉及過程的運作,皆可應用以上的原則思考。舉一日常的例子,如何估計一所工廠產生的污染物水平? (從而用作徵費的指標)

同學第一時間可能想不就是可量度釋出的污染物便成嗎? 但其實不一定的! 如無法量度到污染物產生水平的話,那如何處理?

 

相關網頁:

具體上,是使?