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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 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?