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生物實驗

光合作用速率(限制因子)

操作光強度、CO₂ 濃度與溫度,量水蘊草的光合作用速率:依限制因子原理,速率由當下最缺乏的因子決定——低光時加 CO₂ 無效(光限制)、高光時加 CO₂ 才有效(CO₂ 限制);找出溫度最適點與光補償點(淨 O₂ = 0)。
t = 0.00 s

淨光合速率對光強度(限制因子曲線)

兩條曲線在低光時重疊(光是共同限制因子,加 CO₂ 無效);到高光才分開—— 高 CO₂ 的平原較高,代表此時換成 CO₂ 在限制。曲線與 y=0 的交點即光補償點

實驗數據

尚無記錄。調整參數、完成一次量測後,按「記錄本次數據」把結果存進表格。

實驗參數

光強度 L
CO₂ 濃度 C
溫度 T

即時量測

總光合速率
相對
呼吸速率(固定)
相對
淨速率(總−呼吸)
相對
產氧速率
氣泡/分
限制因子
補償點

畫面符號圖例

  • 光補償點:淨 O₂≈0(光合=呼吸)
  • 光強度/CO₂/溫度為限制因子;淨釋放 O₂↑=光合大於呼吸

實驗任務

  1. 低光下加 CO₂ 無效(光為限制因子):把光強度調到很低(如 10 %), 再把 CO₂ 從低拉到高,觀察淨速率與氣泡數幾乎不變——因為此時「光」最不足,是限制因子。 接著把光調到 80 %再重複加 CO₂,這次速率明顯上升。為什麼同一個動作(加 CO₂)在兩種光照下效果不同?
  2. 找溫度最適點:把光與 CO₂ 都固定在中高值,慢慢掃描溫度。 找出淨速率最大的溫度(約 25 °C)。為什麼超過約 40 °C 後速率會急速下降,而不是繼續變快 (提示:光合作用靠酵素,高溫使酵素變性)?
  3. 找光補償點:固定 CO₂ 與溫度,從高光開始慢慢降低光強度。 找出淨 O₂ = 0(不再冒氣泡)的光強度,這就是補償點。 低於補償點時發生什麼(呼吸放出的 CO₂ 多於光合吸收,植物淨釋放 CO₂)?

模型與假設

限制因子(Blackman)模型:總光合速率=Vmax·min(f_光, f_CO₂, f_溫), 由當下數值「最小」的那個因子決定;只增加非限制因子不會提升速率。
f_光、f_CO₂:飽和曲線 x/(x+k),隨強度上升後趨於平原。
f_溫:以 25 °C 為最適的鐘形曲線,低溫時酵素活性低、高於約 40 °C 因變性而急降。
淨氣體交換:淨速率=總光合速率 − 固定呼吸速率。淨=0 時為光補償點; 淨為負代表光合不足以抵銷呼吸,植物淨釋放 CO₂、不冒 O₂ 氣泡。
說明:上述 f 函數為示意用的飽和/鐘形曲線,非特定物種實測數據,模型為教學簡化。