探究植物细胞叶绿体功能——张颂尧

细胞，是生命体结构和功能最基本的单位。那么，细胞之中到底蕴含着什么秘密呢？细胞到底是如何运行的？通过前面的探索我们已经知道植物细胞中含有：细胞壁、细胞膜、细胞质、线粒体，而最特别的是多数绿色植物中都含有叶绿体。接下来我来分享一下，我对叶绿体功能的探究历程。

我们在前面的实验探究中发现，菠菜叶片、青椒表皮等等绿色植物的细胞里都含有叶绿体，它的存在非常普遍，那么，叶绿体到底有什么样的功能呢？

我在六年级的时候，曾了解到植物的光合作用。光合作用就是叶绿体与光结合，发生化学反应，将光能转化为化学能，储存在细胞内供细胞使用，在这过程中，植物他会吸收二氧化碳，光合作用后再排出氧气。所以我猜想：叶绿体的功能是通过光合作用进行能量转换（……对光合作用的最初认识）。

那如何设计实验来证明我的猜想呢？

实验目的：叶绿体是否能进行光合作用，进行能量转换。

实验设计1：实验变量为有无叶绿体，采取对照实验，提取出一个无叶绿体的细胞和一个有叶绿体的细胞。那就是拿一个动物细胞（无叶绿体）和一个植物细胞（有叶绿体），将两者放在同样的培养液中，放在同等光照下进行持续的观察。预测分析：如果叶绿体能进行光合作用，那么，植物细胞有叶绿体就能发生光合作用，会拥有能量，活下来；而动物细胞没有叶绿体，则不能进行光合作用，会出现能量缺乏，可能会较早死亡。基于这样的实验思路，可以展开实验。

质疑：但是，不对啊，就算最后的结果是植物细胞活下来了，动物细胞死掉了，也无法证明是叶绿体在进行能量转化。因为一个细胞中存在许多小型结构，细胞能够存活的能量，会不会是线粒体发挥的作用呢？细胞核也有可能。所以，这个实验设计无法证明是叶绿体在进行能量转换。并且动物细胞的死亡，可能不是因为没有叶绿体，也许是其他原因导致的呢。反思：这个实验之所以有问题，是因为实验材料除了变量有无叶绿体以外，没有将其它影响因素控制得全部相同，就是单因素变量没有做好，毕竟植物细胞和动物细胞除了有无叶绿体以外，其它差别还是挺大的。所以，实验材料应该用同一种类生物的细胞，对它进行处理，得到一个有叶绿体的细胞，和一个没有叶绿体的细胞，然后，让它们所处的环境相同。

实验设计2：那换一种思路：叶绿体进行光合作用，进行能量转化的同时，还会放出氧气。那我们是否能通过检测氧气的有无来判断叶绿体能不能进行光合作用，把我们的验证标准转化下，没有问题。

实验目的：探究叶绿体是否能够产生氧气？

实验思路：设计对比组和实验组，对照组为不含有叶绿体的植物细胞，实验组为含有叶绿体的植物细胞。将两组置于阳光下，静置一段时间，若实验组植物产生光合作用，对B组没有产生光合作用，那么实验组的氧含量会比对比组的氧含量高。我们即可拿两根带火星的木条分别放入两个空间，若实验组火柴复燃，对比组火柴并无复燃，即可证明，叶绿体可以产生氧气。若两组火柴都没有复燃，即可证明，叶绿体不能产生氧气。（思想实验，没有仪器）

实验材料：绿萝植物细胞，具有密封性的瓶子，稳定的光照，分离叶绿素的仪器，带火星的木条。

实验步骤：将对照组的绿萝植物细胞中的叶绿体，全部分离出来，使植物中无叶绿体，随后将两组绿萝植物细胞分别放在培养液中，处于密闭空间，在光持续照一段时间后、分别放入带火星的木条。

预测实验结果：（因为这是我的构思，没有真正去操作，但是我觉得这个实验有两种可能性）：

1、实验组的火柴复燃了，而对照组的火柴没复燃；2、实验组的没有复燃，对照组的火柴也没有复燃。

分析结果，得到结论：如果结果为第一种，，边说明叶绿体具有产氧的功能；如果结果为第二种结果，说明叶绿体并不具有产氧的功能。

我的质疑：但是，我觉得这个实验也有问题，实验组的叶绿体释放的氧气是否足够支持木条复燃？我觉得仅凭小部分的叶绿体产出的氧气不够，这会影响实验结果。第二： 两组空间中本身便含有氧气，可能其中哪一组空间氧气含量较高呢？他们的氧气含量不相同。因此，这个实验的严谨性不够，没有做到单一变量因素相同，并且植物产出的氧气是否够木条复燃也是疑问，所以这个实验也Pass。

反思：这些实验的严谨性都不够，那怎样的实验既能做到控制单因素变量，又能极为明确的观察到实验结果？一个实验的好与否？简易与复杂的关键因素是实验材料的正确选择。一个实验的设计思路固然很重要，但实验材料的选择更为重要。如果你材料选的特别合适，那么你的实验就会很成功。在这样角度来看，我应该找一种合适的实验材料。

实验设计3：我找一种非常喜欢氧气的生物，他会吸附在氧气多的地方，我们之前假设叶绿体会产生氧气，那他是否会吸附在叶绿体上，如果他吸附在叶绿体上不就可以证明叶绿体会产生氧气吗？这种生物️就是好氧型细菌，由于他是细菌非常的小，因此它在显微镜下也就非常容易观察，那就设计实验。

实验目的：叶绿体是否具有产出氧气的功能。（叶绿体是否具有转换能量的功能）

实验思路：将好氧型细菌放置于一株有叶绿体的植物上，使植物进行光合作用（为了产生氧气）静置一段时间后，将植物置于显微镜下，观察细菌是否附着在叶绿体上？

实验材料：具有叶绿体的植物，好氧型细菌，显微镜，盖玻片、载波片，光照，装置好氧性细菌的器皿，镊子。

实验步骤：将好氧型细菌从器皿中取出，置于植物上，放置一段时间。使植物在光照下进行光合作用，产出氧气，之后使用显微镜观察叶绿体贴上是否有好氧性细菌。

实验结果：显微镜观察好氧型细菌附着于叶绿体上。分析：叶绿体他产出了氧气。

实验结论：叶绿体具有产出氧气的功能，具有转化能量的功能。……

这个实验我认为没有问题，单一变量与因素是相同的，是在一株植物上做的实验，逻辑关系非常清晰、正确，这个实验没有问题。

我并没有去做这个实验，这是我的思想实验，但这其实是历史上另一位科学家他做的实验。他最后看到的实验结果就是好氧型细菌吸附在叶绿体上。

那你说我没有去做实验就不可以得出这个结论。我觉得其实不是的，因为在这整个过程中，我跟这个科学家我们的思维是一样的，我们在思考的过程是一样的，我们都在去想怎样可以使这个实验是正确的严谨的，没有漏洞的。也许最后我得到了一套实验方案，但我并没有去做，我没有去亲自得到过这个结果，但是其实对我来说并不重要，因为早有人去验证过这个实验。对于我的意义不是要再去验证他一遍。而是说我整个思考的过程，在这从头到尾的过程中，我的思维是得到锻炼的，我找到了我每一个实验的漏洞，我对许多地方都提出了质疑。我找到问题所在，并且尝试去解决它。但是对我来说其实就是最大的意义和价值。

我还在这一次的实验中，意识到到了设计实验中一个很关键的因素，那就是你实验的选材，如果你的实验的选材是非常合适正确的，那对于这整个实验来说，他就是像如虎添翼，你的实验不仅会非常成功，而且还会非常的简易，就像我最后的实验比前两个实验都要简单，我只需要让植物进行光合作用产出氧气，在观察好氧细菌是否吸附在叶绿体上就OK，整个过程非常简单，那这是因为实验的选材非常合适。所以对一个实验来说他的实验选材是无比重要的，其次是整个实验的逻辑是否正确，还有一点让我感触颇深的，就是单一变量因素，我第一个实验就是因为单一变量因素没有控制好，所以这个实验是错误的，第二个实验也有部分原因是因为单一变量因素不相同，实验不够严谨被pass。所以你无论做任何一个实验，你一定要去注意控制他的单一变量因素，这是让我非常深切体会到的。