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 及

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? 即

(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) 成本(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，是如何選擇光合作用速率使用的指標的?

如何根據實驗結果推論?

 如何根據實驗結果推論?

 

以下是研究不同因素對蛋白酶活性影響的實驗結果:

 

裝置	溶液pH值	温度	酶的活性
A	7	25oC	10
B	3	40oC	40

 

根據以上實驗結果，可得出甚麼結論? 以下哪(些)是正確的結論?

(1)   pH值會影響蛋白酶的活性

(2)   温度會影響蛋白酶的活性

(3)   pH值或温度會影響酶的活性

(4)   pH值及温度皆會影響酶的活性

(5)   酸性環境下，這種蛋白酶的活性較高

(6)   温度較高的話，這種蛋白酶的活性較高。

(7)   無法得出有效結論

 

作答前，請再想清楚，於科學研究上，如何根據實驗結果推論才是有效的?

 

1.      掌握好實驗的目的! 因變量是甚麼?

-          於以上實驗中，因變量是蛋白酶的活性。

2.      自變量又是甚麼?

-          留意，任何實驗中，自變量應該祇有一個! 才能有效作出推論。

-          實驗中，有沒有提供適當的實驗裝置(即有自變量)及控制裝置，或稱對照裝置(即沒有提供自變量)

3.      除了自變量之外，其他可能影響量度因變量結果的環境因素(稱為控制變量)皆應保持不變。

 

## 於以上實驗中，有兩個研究因素同時有變化(即pH值及温度)，因此於科學研究上，無法得出有效結論!

 

留意，「pH值或温度會影響酶的活性」這類方式的「結論」，於科學研究是沒有意義的，並不是真的結論! 要再研究究竟是pH值或是温度會影響酶的活性。

 

以下是研究pH值對蛋白酶活性的實驗裝置及可能結果:

裝置	溶液pH值	温度	蛋白酶的活性
A	7	25oC	10
B	3	25oC	30

以下哪些是這實驗結果的結論?

(1)   蛋白酶的最適pH值是3。

(2)   酸性環境下，蛋白酶活性較高。

(3)   蛋白酶於酸性環境下，較pH值呈中性，活性較高。

 

以上的實驗結果祇有一個自變量(pH值)，因此可以有效根據實驗結果(無論結果是甚麼)作出結論。

 

嚴格來說，以上祇有選項(3)才是這實驗結果的推論(即蛋白酶於酸性環境下，較pH值呈中性，活性較高)

因為，這實驗的自變量的pH值祇有7(即中性)及3(即酸性)，無法知道pH值7以上的酶的活性，因此無法知道最適pH值是否3，也可能低於3，亦不肯定這蛋白酶在鹼性環境下是否仍有活性。

 

再參考以下的實驗結果:

裝置	溶液pH值	温度	蛋白酶的活性
A	7	60oC	10
B	3	60oC	10

以下哪(些)是以上實驗結果的推論?

(1)   温度太高的話，酶失去活性

(2)   pH值不會影響酶的活性

(3)   無法證明pH值會影響酶的活性

 

答案是(3)，即無法證明pH值會影響蛋白酶的活性。

 

這個實驗仍然祇有一個自變量的變化(pH值，即3及7)，温度並沒有變化，無法推論出温度會否影響酶的活性。同學選(1)祇是因為知道温度太高，酶失去活性這知識而已，但這並不能夠從這實驗結果推論出來。

 

於較低年級，可能會接受選項(2)的答案，但嚴格來說，科學研究並不能推論出不存在的事實(即不會影響)，祇能說無法證明pH值會影響而已，因為可能在某些因素存在下(例如温度較低)pH值會影響酶的活性，但科學家自問無法窮盡所有可能性，因此祇能說「無法證明」。

科學方法是解決問題最正確的方法嗎?

 科學方法是解決問題最正確的方法嗎?

 

日常生活中要解決問題，有時我們會批評他人的方法不科學，覺得不合理。有時我們的方法被他人評為不科學，彷彿不科學便代表不正確，不是有效的解決方法一樣。

 

但，實際上，現實生活中，許多問題無法用科學方法解決!

 

試想一想以下哪一(些)問題可用科學方法解決?

1. 無法肯定某一種藥會導致他人死亡的話，應否使用?

2. 雙方爭論應使用哪一方法去解決問題?

3. 如何說服他人，接受我們的觀點?

4. 如何制造一座不會倒塌的橋樑?

5. ......

 

以上的問題，除了最後一個問題，即如何制造一座不會倒塌的橋樑之外，其他全都不能祇用科學方法解決! 而如何制造不會倒塌的橋樑則祇能用科學方法，否則會很容易發生事故。

 

看出以上問題有甚麼分別嗎?

 

可以說，凡是涉及人的問題，尤其是個別人的問題，幾乎全部都不能祇用科學方法解決! (也就不奇怪，頭腦太偏向理科思維的人，處理人際之間問題一般非常差勁。)

 

原因是，科學方法有其限制! 科學祗能解決一些:

1. 非常具體的事情，所以無法解決人生意義的問題。

2. 定義非常清晰的問題，所以無法解決世上有沒有神或鬼的問題。

3. 有明確答案的問題，例如水的温度達攝氏100度，便一定沸騰。

 

但日常生活中，大部分的問題都是跟人有關的! 所以不太懂科學方法，又真的不是甚麼問題。

 

當然，最理想是，能辨別哪些可用科學方法解決，哪些不能夠?

 

坦白說，能準確判斷已不簡單。不少人都覺得自己的方法是唯一正確的，這是導致日常出現許多爭拗的原因。