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溫室效應的終結者 窺探校園陸生植物生長節律與水生植物行光合作用的奧秘 秀朗國小退休教師 余秀琴 秀朗國小自然科教師 傅鳳慈 |
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| 一、前言 | ||||
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近年來，氣候變遷加劇時序節律偏差，影響自然生態系統，我們應如何對待此事，如何克服緩和異常暖化現象，如何從教育中灌輸學生節能減碳的觀念，讓學生深入關懷並設定一個行動目標加以研究，使其研究結果，推動全校甚至社區減低C02排放量成為責任。首先，從學校做植物開花結果季節性的觀測，藉此得知季節性植物，是否因氣候暖化而造成錯亂的移轉，雖然，仍無法確定是什麼因素造成，但是有很多植物出現各種異變是事實。 曾有位專家說：「我們繼續等候危機來刺激改變。但我們已開始面臨危機，不能再等了！」因此，教學中可從觀察法、調查法、統計法、實驗法去引導學生瞭解過去到現在自然生態的變化與比較，進而齊步走，積極的搶救發燒的地球。 |
皋月杜鵑 |
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觀察法：觀察校園或住家附近植物花草生長時序規律是否錯亂
90-91年本校植物生長節律調查表
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區 塊 |
季節性花朵 |
特徵 |
開花時期 |
平均氣溫 |
紀錄 |
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常態下 |
觀察後 |
90年 |
91年 |
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開心序曲 第一區 停車場 精神堡壘 |
玉蘭花 |
它是單葉的葉片是橢圓形，雌蕊市螺旋狀。 |
五月初 |
四月底 |
21.9℃ |
23.8℃ |
1.葉子有些枯了 2.葉子變紅的更多 |
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皋月杜鵑 |
常綠灌木，植物低矮，密生小枝，呈現叢生狀。 |
五、六月 |
三、四月 |
五：25.4℃ 六：28.5℃ |
五：26.6℃ 六：28.6℃ |
1.沒開花2.葉子沒有枯，還很綠。 |
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樹蘭 |
花瓣四片十字對生，花筒又細又長。 |
全年 |
全年 |
23.3℃ |
23.8℃ |
1.冬季花少2.有些葉子有變紅 |
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天倫樂園 第二區 慈輝園 |
裂辦朱槿 |
常綠性灌木，葉互生，先端極尖，邊緣呈鋸齒狀。 |
夏秋季 |
秋季 |
五：25.4℃ 六：28.5℃ 七：29.5℃ 八：30.1℃ 九：26.5℃ 十：24.2℃ |
五：26.6℃ 六：28.6℃ 七：29.6℃ 八：30.1℃ 九：27.1℃ 十25.1℃ |
1.花還沒謝，還有七朵2.葉子只有一點枯 |
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紅邊朱蕉 |
紅邊葉緣葉，果實市株紅色的。 |
夏季 |
夏季 |
五：25.4℃ 六：28.5℃ 七：29.5℃ |
五：26.6℃ 六：28.6℃ 七：29.6℃ |
1.現在只有葉子2.葉子有點紅紅的，有很多葉子 枯掉 |
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活力補帖 第三區 司令台前、後方 保健室後方 操場 |
蜘蛛百合 |
有六枚細長的白色花瓣 |
夏季 |
夏季 |
六：28.5℃ 七：29.5℃ 八：30.1℃ |
六：28.6℃ 七：29.6℃八：30.1℃ |
蜜蜂、蝴蝶環繞 |
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翡翠地毯 第四區 馮公草坪 合作社旁 |
紫花酢漿草 |
花小，紫色或逃紫色。 |
十二月到另年六七月 |
還未開 |
十二：19.7℃ 一：17.5℃ 二：18.1℃ 三：19.1℃ 四：21.9℃ 五：25.4℃ 六：28.5℃ 七：29.5℃ |
十二：18.4℃ 一：16.1℃ 二：17.8℃ 三：21.1℃ 四：23.8℃ 五：26.6℃ 六：28.6℃ 七：29.6℃ |
葉子長很多，但有些葉子枯掉 |
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林蔭小憩 第五區 教材園 甲區 |
洋玉蘭 |
樹幹粗壯，葉子互生，橢圓，花是白色。 |
五到八月 |
還未開 |
五：25.4℃ 六：28.5℃ 七：29.5℃ 八：30.1℃ |
五：26.6℃ 六：28.6℃ 七：29.6℃ 八：30.1℃ |
無花，有些葉子枯掉 |
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變葉木 |
長年，會隨著季節變色 |
長年 |
全年 |
23.3℃ |
23.8℃ |
有長新葉，有些葉子變紅 |
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曲徑通幽 第六區 教材園 乙區 |
虎尾蘭 |
表面光滑地下莖。 |
夏季 |
91.11.17 91.11.25 91.12.1 91.12.8 91.12.22 |
五：25.4℃ 六：28.5℃ 七：29.5℃ 八：30.1℃ |
五：26.6℃ 六：28.6℃ 七：29.6℃ |
表面光滑未開花，無落葉。 沒有變化，無落葉，沒開花。 無變化，和原來一樣 無任何變化。 無任何變化。 |
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石朴 |
單葉、樹皮褐灰色、粗造。 |
春季 |
91.11.17 91.11.25 91.12.1 91.12.8 91.12.22 |
二：18.1℃ 三：19.1℃ 四：21.9℃ |
二：17.8℃ 三：21.1℃ 四：23.8℃ |
樹皮很粗，葉子很綠，無開花無落葉。葉子開始有暗淡下來，無開花無落葉。 有些葉子變黃了，其餘還很綠。有些葉子變黃，但還是沒有花。葉子一半變黃了，有很多落葉。 |
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洋紫莉 |
葉子腎 形較大 |
冬季 |
91.11.17 91.11.25 91.12.1 91.12.8 91.12.22 |
十一：20.5℃ 十二：18.4℃ 一：16.1℃ |
十一：20.8℃ 十二：18.9℃ 一：16.2℃ |
開花，葉子腎形，無落葉。花有點收起來，葉子旁邊有點黃。還有一些花苞。花謝光了，還有新花苞，有些葉子邊緣黃了。葉子謝了一些，沒有花了。沒變葉子有黃。 |
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水草的家 第七區 教材園 丙區 |
倒地鈴 |
無患子科蔓性草本植物，莖細長有捲鬚，成熟朔果有三粒黑子。 |
秋季 |
夏末、秋初 |
九：26.5℃ 十：24.2℃ 十一：20.5℃ |
九：27.1℃ 十：25.1℃ 十一：20.8℃ |
葉綠，有果實，但尚未成熟 |
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聖誕紅 |
常綠性灌木，葉片互生，葉片提琴形 |
夏季 |
春、夏天 |
二：18.1℃ 三：19.1℃ 四：21.9℃ |
二：17.8℃ 三：21.1℃ 四：23.8℃ |
葉變紅，花開茂密。 |
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尋夢驛站 第八區 (開挖) 靠民權路圍牆邊、操場外圍 |
鳳凰木 |
火紅的花瓣，細小的葉片 |
夏季 |
春末 |
六：28.5℃ 七：29.5℃ 八：30.1℃ |
五：26.6℃ 六：28.6℃ |
春末時花盛開 |
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清涼小品 第九區 (開挖) 吉春 游泳池 涼亭 三號門旁 大網球場 |
葉下珠 |
葉子互生，小小的，掌在 扁平的分枝上 |
夏秋兩季 |
還未開 |
五：25.4℃ 六：28.5℃ 七：29.5℃ 八：30.1℃ 九：26.5℃ 十：24.2℃ |
五：26.6℃ 六：28.6℃ 七：29.6℃ 八：30.1℃ 九：27.1℃ 十：25.1℃ |
葉子是綠色，還未看到果實 |
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桂花 |
樹葉是對生橢圓形， 邊緣有尖細鋸齒狀。 |
春季到秋末 |
十二月 |
二：18.1℃ 三：19.1℃ 四：21.9℃ 五：25.4℃ 六：28.5℃ 七：29.5℃ 八：30.1℃ 九：26.5℃ 十：24.2℃ |
二：17.8℃ 三：21.1℃ 四：23.8℃ 五：26.6℃ 六：28.6℃ 七：29.6℃ 八：30.1℃ 九：27.1℃ 十：25.1℃ |
花開的很漂亮。 |
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木棉 |
掌狀複葉，葉柄根長，花朵大型。 |
春季 |
還未開 |
二：18.1℃ 三：19.1℃ 四：21.9℃ |
二：17.8℃ 三：21.1℃ 四：23.8℃ |
目前沒有看到花，有些葉子枯掉了 |
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蘇鐵 |
羽狀複葉集中在樹幹頂端。 |
五六月 |
還未開 |
五：25.4℃ 六：28.5℃ |
五：26.6℃ 六：28.6℃ |
葉子全部枯掉了。 |
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南國風光 第十區 中央道 前方右側 小網球場 總務處 後方 停車場 |
鵝掌藤 |
葉互生，成掌狀複葉。 |
秋季 |
還未開 |
八：30.1℃ 九：26.5℃ 十：24.2℃ |
八：30.1℃ 九：27.1℃ 十：25.1℃ |
沒有花，但葉子沒有什麼枯掉。 |
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東方之美 第十一區 中央道 前方左側 教學大樓 四周 |
觀音棕竹 |
掌狀葉，葉子光滑。 |
夏季 |
91.11.17 91.11.25 91.12.1 91.12.8 91.12.22 |
五：25.4℃ 六：28.5℃ 七：29.5℃ |
五：26.6℃ 六：28.6℃ 七：29.6℃ |
掌狀葉，未開花，無落葉。沒開花。有少部分葉子變黃。沒開花。有些枯掉了，其餘還很黃。沒開花。 無任何變化。沒開花。無任何變化，沒開花。 |
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洋蹄甲 |
葉形腎形，樹皮很粗。 |
春季 |
91.11.17 91.11.25 91.12.1 |
二：18.1℃ 三：19.1℃ 四：21.9℃ |
二：17.8℃ 三：21.1℃ 四：23.8℃ |
樹皮很粗，沒開花，沒 落葉。 有幾片葉子較黃，沒開花，沒落葉。有些葉子枯掉了，沒開花。 |
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重瓣黃梔 |
葉子光滑、雙葉 |
初夏 |
還未開 |
六：28.5℃ |
六：28.6℃ |
葉子綠綠的，曾觀察到現在都還沒有任何動靜。 |
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方城生息 第十二區 (開挖) 校外圍牆 一周 |
楊桃 |
樹冠不規則，樹皮白色或暗灰色。 |
春夏季 |
還未開 |
二：18.1℃ 三：19.1℃ 四：21.9℃ 五：25.4℃ 六：28.5℃ 七：29.5℃ |
二：17.8℃ 三：21.1℃ 四：23.8℃ 五：26.6℃ 六：28.6℃ 七：29.6℃ |
葉子還是綠的，有些落葉，無果實。 |
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結果分析： |
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我們觀察校園裡應氣候異常而造成植物不按節律生長的有：第一區，玉蘭花、皋月杜鵑，第二區，裂辦朱槿，第四區，紫花酢漿草，第五區，洋玉蘭，第六區，虎尾蘭、石朴，第七區，倒地鈴、聖誕紅，第八區，鳳凰木，第九區，葉下株、桂花、木棉、蘇鐵，第十區，鵝掌藤，觀音棕竹、羊蹄甲、重辦黃梔，第十二區，楊桃，經過長久的觀察和紀錄，發現許多植物都有這些現象，都在暖冬的季節裡，逐漸開花，暖化使得植物亂了緒。 |
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| 教材園的桂花 | 教材園的洋紫荊 | 蝴蝶蘭 | ||
統計法：連續近十年來同月份平均氣溫的變化
1998至2007年大台北地區每月的平均氣溫℃
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一 |
二 |
三 |
四 |
五 |
六 |
七 |
八 |
九 |
十 |
十 一 |
十 二 |
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1998 |
16.1 |
16.6 |
19 |
24.2 |
25.9 |
28 |
30.2 |
29.6 |
26.7 |
24.8 |
22.3 |
19.3 |
|
1999 |
17.1 |
16.7 |
19.5 |
22.3 |
23.9 |
27.8 |
29.1 |
28.4 |
27.9 |
25.1 |
21.1 |
17 |
|
2000 |
17 |
16 |
18.4 |
21.2 |
25.3 |
27.9 |
29.6 |
28.4 |
27.2 |
25.7 |
22.1 |
19.7 |
|
2001 |
17.5 |
18.1 |
19.1 |
21.9 |
25.4 |
28.5 |
29.5 |
30.1 |
26.5 |
24.2 |
20.5 |
18.4 |
|
2002 |
16.1 |
17.8 |
21.1 |
23.8 |
26.6 |
28.6 |
29.6 |
30.1 |
27.1 |
25.1 |
20.8 |
18.9 |
|
平均23.37 |
16.76 |
17.04 |
19.42 |
22.68 |
25.42 |
28.16 |
29.6 |
29.32 |
27.08 |
24.98 |
21.36 |
18.66 |
|
2003 |
16.2 |
17.6 |
18.2 |
23.6 |
25.1 |
27.4 |
30.8 |
30.1 |
28.4 |
24.4 |
22.3 |
17.4 |
|
2004 |
15.4 |
17.8 |
17.6 |
21.9 |
25.8 |
27.2 |
29.7 |
29.4 |
27.3 |
23.0 |
22.5 |
19.5 |
|
2005 |
15.5 |
16.2 |
17.3 |
23.0 |
26.2 |
28. 2 |
29.8 |
29.3 |
28.8 |
25.0 |
23.2 |
16.6 |
|
2006 |
17.7 |
17.8 |
18.7 |
23.1 |
25.5 |
28.0 |
30.3 |
29.9 |
27.0 |
25.6 |
22.9 |
18.8 |
|
2007 |
17.3 |
18.7 |
19.7 |
21.2 |
26.4 |
28.0 |
30.4 |
28.7 |
27.5 |
24.8 |
20.7 |
18..4 |
|
平均23.41 |
16.42 |
17.62 |
18.3 |
22.56 |
25.8 |
27.76 |
30.2 |
29.48 |
27.8 |
24.56 |
22.32 |
18.14 |
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實驗法：水生植物產生氧氣與消耗二氧化碳的量化比較 |
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在五下自然課〝光合作用〞的單元中，我們瞭解只要含有葉綠素的植物，二氧化碳和水為原料，經過光線的照射就能製造氧氣。 據專家估計地球上植物行光合作用每年可產生3410億公噸葡萄糖和3640億公噸氧氣，同 時消耗5000億公噸二氧化碳，而大約百分之十的光合作用是由陸生植物完成，其餘百分之九十是由水生植物完成的。為何不是我們熟悉的陸生植物，卻是由我們所不注意的水生植物呢？既然水生植物可消耗這麼多的二氧化碳，是否可以增加水生植物的數量或增進水生植物的光合作用來消耗更多的二氧化碳，藉此解決地球目前所面臨日益嚴重的溫室效應呢？ 只要進入水族世界，就能看到色彩鑌紛、五花八門的水草領域，也能驗證水生植物行光合作用的奧秘。 實驗的目的，是要比較紅色水草和綠色水草在不同的照度、溫度、二氧化碳和色光下行光合作用的異同，及水草行光合作用的速率和消耗二氧化碳的速率之間的關係，與照光時間長短對水草行光合作用的影響，若水草的植株被迫壞後，是否還能行光合作用？紅色水草和綠色水草所含的色素有何不同？ |
水草與紅竹氧氣與CO2消耗的統計圖 |
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實驗過程方法一：在各種照度下不同CO2濃度對水蘊草〈綠色水草〉與紅竹〈紅色水草〉行光合作用氧氣與CO2消耗情形 |
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實驗器材設備有：燒杯、漏斗、試管、水箱、照度計、二氧化碳陶磁細化器、二氧化碳供應器、溫度計、冰筒、冰塊、電湯匙、磅秤、透明玻璃紙、燈泡、光線隔離裝置、長尺、水草、計時器、研缽、宣紙、二氧化碳測試劑、丙酮。 基本操作一：照度控制裝置。能在四個不同的照度下同時進行實驗要設計一個照度控制架分隔出四個獨立的實驗空間照度分別為1500Lux、3000 Lux、6000 Lux、12000 Lux，利用照度計測量使燒杯底面的照度控制在上述照度之下。 基本操作二：水中二氧化碳濃度的控制裝置與操作。將水桶裝入10000C.C的自來水，利用加入冰塊或熱水將水溫先調節至所需溫度，再把二氧化碳細化器放入桶中，慢慢打開微調開關，使二氧化碳延著軟管，經由二氧化碳細化器緩慢釋出並溶入水中，利用壓力表的變化來估算水中二氧化碳中二氧化碳濃度。 基本操作三：二氧化碳濃度測試劑與操作。所使用之二氧化碳濃度測試劑包含〈1〉號和〈2〉號測試劑和一個測試管操作步驟如下： 1、用測試的水清洗試管數次，然後裝滿10毫升的試水。 2、將〈1〉號測試劑5滴加入測試管中然後開始滴加〈2〉號測試劑，每次都要計算滴數。 3、每一滴都要溫和的搖晃均勻，必須看到粉紅色消失後，再加下一滴。 4、當水色由無變成淡粉紅色且持續三十秒內不再消失時表示測試完成記下〈2〉號測試劑的總共滴數。 5、〈2〉號測試劑每加一滴等於二氧化碳2ppm，因此所加的滴數乘二就是水中二氧化碳的總濃度。 基本操作四：水草裝置與操作。將實驗用的水草甩乾，用磅秤稱得5公克後，放入漏斗內，再將漏斗放入1000c.c燒杯中，然後將以調製好二氧化碳濃度的水加滿燒杯和試管，並將試管倒扣入漏斗尖口端，需注意不能有氣泡出現在試管內。 基本操作五：燒杯中的水溫控制裝置與操作。每個不同的照度區準備一個水箱，實驗時注入八分滿的自來水，並將裝置好水草的燒杯放入其中，利用在水箱中加入冰塊或熱水來控制燒杯內的水溫，定時觀察記錄時，要注意燒杯裡的水溫適時添加冰塊或熱水。 |
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實驗過程二之照片 整株和切過的水草與莖產生的氧氣量與CO2消耗 |
實驗過程方法一：在各種照度下不同CO2濃度對水蘊草〈綠色水草〉與紅竹〈紅色水草〉行光合作用氧氣與CO2消耗的情形結果分析
水草與紅竹行光合作用產生的氧氣量都隨著時間而增加光合作用越旺盛消耗越多CO2。
實驗過程方法二：水草和莖均含有葉綠體可行光合作用 結果分析 水草只有莖時產生的氧氣量明顯減少，但也有少量的葉綠素，還是能行光合作用。若遭破壞仍製造養份維持生命。 實驗過程方法三：用層析法分析紅綠水草色素 n研缽中放入定量的丙酮，將水草與紅竹、寶塔草、小血心蘭，定量剪碎搗碎，再倒入透明玻璃杯，讓宣紙一公分處浸在混 合物中 〈宣紙剪成四段〉，放乾護貝保存。 結果分析 紅色水草才有紅色色素，綠色水草內一點紅色色素〈花青素〉都找不到，而綠色色素〈葉綠素〉卻不是綠色水草專有，紅色水草 內也可以找到不少綠色色素也可以，黃色色素就是葉黃素。 |
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實驗結論 |
實驗過程三的照片 | |
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一、實驗中水溫、水中二氧化碳濃度、光照度、光質都是影響水草光合作用的重要因素。 二、水草的光合作用會隨水溫的遞增而越旺，但達到某一水溫反而會抑制光合作用的進行，尤其是超過攝氏三十度後，其光合作用被破壞，可見工廠排放熱廢水到河川、海洋，會造成水草的光合作用遭到抑制破壞而死亡，影響生態環境。 三、水草的光合作用會隨水中二氧化碳濃度的遞增而愈旺，但達到某一濃度，反而抑制光合作用的進行。 四、水草的光合作用會隨光照度遞增而愈旺，1500~12000Lux間，並未發現有明顯的抑制光合作用的現象，只有小血心蘭在6000Lux後稍有抑制光合作用的特例。 五、水草的光合作用都在光質為紅光下最旺，因日光係由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等七種可見色光所組成，其波長大小循序在7000~4000埃之間，而水草最適合光合作用的波長是6300~7000埃之間，剛好落在紅色光的波長區域內 六、綠色水草的光合作用優於紅色水草嗎？實驗結果發現水蘊草的光合作用在各種相同的條件下多優於紅竹而寶塔草和小血心蘭卻互有優劣。據此可知，在各種相同條件下，綠色水草的光合作用不一定都優於紅色水草，且不管紅色或綠色水草其最佳的光合作用各有不同的水溫、光照度、水中二氧化碳濃度的條件 七、不論紅色或綠色水草均含葉綠素，所以都能進行光合作用，若不含或只含少量花青素則呈現綠色若含多量花青素則呈現紅色。花青素的功能為可以強烈吸收紫外線保護葉內細胞免受傷害與光合作用無關。 八、水草葉和莖均含葉綠體，都可行光合作用，也都有組織可以貯存，光合作用所產生的養份，只是莖的葉綠體含量明顯少於葉，此與大多數陸生植物不含葉綠體有所不同。 九、將水草每天二十四小時強迫連續長期照光，剛開始其光合作用會比只在白天照光，夜間休息的狀態還旺，但其光合作用有逐日下降的趨勢。據知強迫連續長期照光可以改變水草部份的生理時鐘而使光合作用持續進行，但當使光合作用產物的數量累積達到最高飽和點時，光合作用速率將逐漸下降，此現象大約在三四天後即明顯出現。 從實驗各向結果發現水草的光合作用越旺，氧氣產生量就越多，同時也消耗越多二氧化碳因此如果說我們的主食是米飯那麼水草的主食就是二氧化碳。又既然水草可以不斷消耗大氣溶於水中的二氧化碳，那麼是否可以增加水生植物的數量或增進水生植物的光合作用來消耗更多的二氧化碳，藉此解決地球目前所面臨日益嚴重的溫室效應呢？這問題值得進一步研究。 |
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實驗過程方法一：觀察水草與紅竹加入CO2與不加CO2的變化 |
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