عامل محدودکننده در فتوسنتز الودیا
یک دانشآموز گیاه آبزی الودیا را در آب قرار داده و مقدار اکسیژن تولیدشده را در شدتهای مختلف نور اندازهگیری میکند. در دمای ثابت ۲۵ درجه و با غلظت معمول CO2، تعداد حبابهای اکسیژن در دقیقه به این ترتیب است: شدت نور ۰: صفر؛ ۲: ۶؛ ۴: ۱۲؛ ۶: ۱۸؛ ۸: ۱۹؛ ۱۰: ۱۹. سپس در شدت نور ۸، محلول را با 0.5% سدیم بیکربنات غنی از CO2 میکند و تعداد حبابها به ۲۸ در دقیقه میرسد. در شدت نور ۱۰ و با همان CO2 اضافه، تعداد به ۳۲ میرسد. دانشآموزی نتیجه میگیرد در شدت ۸ نور عامل محدودکننده است؛ دیگری میگوید عامل محدودکننده در شدت ۲ نور است. هیچ تغییر دما یا pH دیگری گزارش نشده است. تعیین کنید در هر مرحله کدام عامل محدودکننده است و چگونه میتوان ادعاها را با یک کنترل آزمایشی سنجید.
1. با استفاده از دادهها، عامل محدودکننده را در شدت نور ۲ و شدت نور ۸ (با CO2 معمول) تعیین کنید.
Read the worked answer
در شدتهای ۲، ۴ و ۶، با دو برابر شدن شدت نور از ۲ به ۴، تعداد حبابها از ۶ به ۱۲ و از ۴ به ۶ از ۱۲ به ۱۸ میرسد. این رابطهٔ تقریباً خطی نشان میدهد در این محدوده، شدت نور عامل محدودکننده است. پس در شدت ۲ نور محدودکننده است.
در شدت ۸، تعداد حبابها ۱۹ است و نسبت به شدت ۶ فقط ۱ واحد افزایش یافته؛ یعنی منحنی به سطح اشباع نزدیک شده است. اگر نور همچنان تنها عامل محدودکننده بود، انتظار افزایش بیشتری داشتیم. پس در شدت ۸ با CO2 معمول، نور دیگر عامل اصلی نیست و عامل دیگری مانند CO2 محدودکننده است. این برداشت با افزودن سدیم بیکربنات تأیید میشود: در همان شدت ۸، افزودن CO2 تعداد حبابها را از ۱۹ به ۲۸ میرساند.
2. چگونه میتوان با یک کنترل آزمایشی نشان داد که افزایش حبابها در شدت ۸ واقعاً به CO2 مربوط است و نه به تغییر دیگر؟
Read the worked answer
باید متغیرهای دیگر ثابت بمانند. یک کنترل مناسب این است که در همان شدت نور ۸ و همان دما، به ظرف شاهد فقط آب بدون سدیم بیکربنات اضافه شود و مقدار حبابها دوباره اندازهگیری شود. اگر ظرف شاهد حدود ۱۹ حباب در دقیقه باقی بماند و ظرف آزمایشی با CO2 به حدود ۲۸ برسد، تغییر به CO2 نسبت داده میشود. همچنین میتوان غلظت CO2 را در چند سطح افزایش داد و دید آیا تعداد حبابها افزایش مییابد. ثابت نگه داشتن دما، pH، حجم آب و فاصلهٔ منبع نور ضروری است. اگر در شدت ۱۰ با CO2 اضافه تعداد به ۳۲ برسد، نشان میدهد حتی در CO2 بالا نیز نور میتواند همزمان محدودکننده باشد؛ بنابراین نتیجهگیری باید به شرایط وابسته باشد، نه مطلق.