探究光照强度对小球藻光合作用的影响

创设人：赵博俊、王思博、任锦瑶     指导老师：李欢欢、赵超男

1 项目背景

小球藻是典型水生光合微生物，光照强度是影响其光合作用的核心生态因子。本实验采用黑白瓶法，通过溶解氧变化定量测算光合、呼吸速率，研究结果可用于藻类规模化培养、水体生态修复的光照条件优化。

2 核心探究问题

l  不同光照强度如何影响小球藻净光合、总光合与呼吸速率？

l  各光照梯度下透光瓶溶氧变化存在何种规律？黑暗组呼吸耗氧量是否受光照梯度干扰？

3 理论基础

生物原理：小光合、呼吸作用化学反应式；核心计算公式：总光合速率=净光合速率+呼吸速率

检测原理：溶解氧测定仪检测水体溶氧，照度计量化光照强度（单位：Lux）。

4 实验假设

在实验设置的光照梯度范围内，小球藻净光合速率、总光合速率与光照强度呈正相关，光照越强，光合效率越高；小球藻呼吸作用基本不受光照强度影响，各组呼吸速率无明显差异。

5 实验设计

5.1 实验原则

严格遵循单一变量原则、对照原则、重复原则、随机化原则，保障实验数据真实有效。

5.2 实验材料

纯培养小球藻藻液、蒸馏水；仪器：校准完成的溶解氧测定仪、照度计、固定亮度可调台灯。

5.3 变量设计

自变量：光照强度，通过控制光源距离设置三个梯度：20cm（670Lux，强光）、40cm（63Lux，中光）、60cm（16Lux，弱光）。

因变量：水体溶解氧变化量、小球藻净光合速率、呼吸速率、总光合速率。

无关变量控制：统一藻液浓度、实验瓶规格、装液量、培养温度、培养时长（2小时），黑瓶采用铝箔完全遮光，规范检测操作，规避实验误差。

5.4 实验分组

设置初始对照组（直接测初始溶氧）；强光、中光、弱光三组各配 1 透光白瓶、1 遮光黑瓶，每组设置技术重复，取检测平均值。

5.5 实验流程

预实验：确定有效光照梯度与 2 小时标准培养时长，验证检测仪器稳定性；

正式实验：混匀稀释藻液，分装至各组玻璃瓶，按设定距离摆放光源，恒温避光 / 透光培养 2h；

溶氧检测：培养结束快速测定各组溶氧，计算溶氧变化量；

收尾：藻液统一回收处理，实验器具清洗归位。5.6 安全与伦理规范

本实验无有毒、易燃易爆试剂，小球藻无致病性。实验废液统一集中处理，器具彻底清洗，有效避免环境污染，实验安全可控。

6 实验数据与计算

初始溶解氧统一为 11.6mg/L

溶氧变化：强光白瓶溶氧上升，所有黑瓶、中 / 弱光白瓶溶氧下降

速率计算公式

净光合速率 = 白瓶溶氧变化量 ÷2h；呼吸速率 = 黑瓶溶氧下降绝对值 ÷2h；总光合速率 = 净光合 + 呼吸速率

速率计算结果：

7 结果分析

净光合速率随光照减弱持续降低：强光下光合产氧大于呼吸耗氧，净光合为正值；中、弱光下光合产氧不足以抵消呼吸消耗，净光合呈负值。

总光合速率与光照强度正相关，光照是本实验范围内限制小球藻光合作用的关键因素。

三组呼吸速率数值接近，呼吸作用基本不受光照影响，微小数值差异来源于温度波动、仪器操作等偶然误差。

8 实验结论

在 16–670Lux 光照区间内，光照强度越高，小球藻净光合、总光合速率越高；光照过低时光合作用弱于呼吸作用，无法积累有机物。

小球藻呼吸速率稳定，不受光照强度直接调控。

黑白瓶法可便捷、有效地测定水生藻类光合与呼吸速率，适用于水生光合生物相关探究实验。

9 项目获奖