基本原理

由等式6h表示的光合作用₂O + 6有限公司₂→C₆H₁₂O₆+ 6 o₂是地球上最重要的化学反应之一，因为它产生O₂这个过程发生在光合作用的光依赖阶段，由气泡的产生表明，可以用来分析光合作用的速率(Benckiser, 2016)。

光强度是指产生的光的强度或数量，是光源发射波长加权功率的度量(Maximum Yield, 2016)。光合作用的速率是光强的函数。

又称Anacharis的水生植物Elodea为小型水生动物提供了栖息地，并经常被鱼类用于保护最近孵化的鱼（水生生物学家，2007）。Elodea在全世界，特别是大洋洲，并且具有快速增长率（Asta，N.D.）它也是一个优秀的氧生产商。

Elodea的光合速率取决于光照强度。随着水质污染水平的增加，如Elodea等水生植物的光污染水平显著下降，从而导致水下光强度降低(Denchak, 2018)。

光线是光合作用的重要因素，“伊罗厄的光强度影响下降的光学强度影响如何”是要考虑的重要当代生态问题。

研究问题

降低光强度如何影响在2分钟的固定时期的Elodea植物中的光合作用速率？

最初的实验

用于研究上述问题的研究方法改编自:

BBC Bitesize-调查光合作用速率，https://www.bbc.com/bitesize/guides/zpwmxnb/revision/4

原始实验将光线闪耀到一个充满自来水的大型烧杯上，用鞘豆植物放入其中。该实验开始使用光10cm远离烧杯，并增加距离10cm直至50cm，以降低Elodea植物的光强度。

方法论的修改

为了确保收集了充分和相关数据，修改了原始实验以增加试验的数量，因为原始实验只有一次试验。通过修改原始方法（参见改进）来改善收集的数据的可靠性。为了最小化误差并提高可靠性，根据原始实验控制所有其他变量。

改进:

每个样本的三次试验将被采用，以确保有足够的数据可用统计分析。

为了保证数据的公正性，每株枇杷叶将被限制在10片以内。

将在水的顶部使用烧瓶和试管(附录1)创造一个真空，以确保直接产生的气泡在试管中向上移动，增加数据的准确性和可信度。

为减少样本偏倚，所有样本均从鱼缸中随机抽取。

安全和道德考虑因素

表A -潜在风险及其解决方案

风险	解决方案
使用易碎玻璃器皿	让所有的玻璃器皿远离壁架和碎物，立即清理干净
使用水和电器	使用电器前要擦手
ELODEA植物过敏的风险	处理Elodea时要戴手套

处理过的数据

使用下列统计方法对所获得的数据进行分析，以便对数据的数据作出适当的解释:

选择平均值作为集中趋势最合适的度量。

计算标准偏差作为集中趋势的度量，并用于计算标准误差。

选择标准误差作为不确定度的度量。

选择置信区间作为有效性的衡量标准。

表B - 10CM系统的统计计算

表C -光强对光合速率影响的处理数据表。

试验数量	计算(下面表示到光源的距离)
	10厘米	20厘米	30厘米	40厘米	50厘米
Trial1(没有。生产的泡沫)	18	15	10	6	3.
试验2（不。生产的气泡）	19	13	10	7	2
试验3(没有。生产的泡沫)	18	14	9	5	2
样本大小	3.	3.	3.	3.	3.
产生气泡的平均数量	18	14	10	6	2
标准偏差	0.68	1	0.68	1	0.68
标准误差(SE)	０．３３	0.68	０．３３	0.68	０．３３
置信区间	1.4	2.5	1.4	2.5	1.4

解释:数据显示，10cm ~ 50cm的平均气泡数分别在18±0.33、14±0.68、10±0.33、6±0.68和2±0.33之间。标准误差被用来衡量与这些平均值(±SE)相关的不确定度。低标准误差说明所收集的结果接近总体均值，说明均值的可靠性。

获得的标准偏差值（分别为0.68,1,0.68,1和0.68）接近零，表明数据接近数据集的预期均值（John，2009）。数据收集期间，数据的低标准误差和标准偏差可能表明更高的精度，因此样本代表接受值（MCHUGH，N.D）。

分析——10cm、30cm和50cm系统数据的标准差为0.68，表明数据围绕平均值紧密聚集，说明数据更接近真实平均值。20cm和40cm系统的标准差1表明，相对于10cm、30cm和50cm系统，数据离均值更分散。这可能归因于实验误差以及样本的自然变化，如叶子的大小(John, 2009)。

解释-平均气泡数量与气泡距离的图表(图A)显示了一种线性模式，这种模式具有很强的负相关性，如R所示²值为0.9981。从图A还可以看出，从10cm到50cm，气泡产生的平均数量(y变量)以精确的4递减。由于光强随距离减小，这些观察表明，光强的减弱对气泡产生的数量有负面影响。根据利洁时(2016)的研究，随着光照强度的降低，光合作用的速率也几乎呈线性模式下降。由于光合作用的速率是由产生的气泡的数量来表示的，所以收集的数据与这篇文献相吻合。

分析-如图A所示，误差条分布更少，它们完全不重叠。这说明收集到的结果在统计上都是显著的，并没有落在相同的范围内，说明从实验开始就对光合速率产生了负面影响。根据图A, 20cm和50cm系统的误差柱略大(0.68)相对于10cm、30cm和50cm系统的误差柱(0.33)，这可能表明绘制的数据的变动性可能不如其他测量的精确。

分析-数据表明，95%置信，样本均值落在

范围为18±1.4,14±2.5,10±1.4,6±2.5,2±1.4，分别为10厘米至50厘米。虽然非常接近，但误差条（置信区间）直到30cm才会重叠。然而，由于30cm中的重叠，40cm和50cm误差条不广泛，因此表示所有手段之间存在统计差异。

评价

证据的局限性

标准误差、误差条和置信区间都是从证据分析中观察到的不确定性和局限性的例子。这可以解释为实验过程缺乏可靠性和有效性以及统计抽样误差。

标准错误（表C）表示数据的样本均值可能来自真正的人口意味着多远。人口中的自然变化和样本大小会导致此错误。此外，气泡计数误差（不是每一个样品中的所有气泡被算作一些被困叶下方并且一些气泡太小，以通过肉眼观察到的），并且将所得的误差与所产生的平均的气泡和统计相关联基于该数据的参数增加了标准错误。

这与高标准偏差相结合（表C）表明并非所有变量都被完全控制，并在测量装置中表明样品中的高随机生物变化的精度低。

这个实验的小样本量是决定置信区间长度的一个主要因素(图2)。因此，证据用于将实验结果外推到elodea种群的能力是有限的。

误差的来源

没有使用最合适的设备来收集数据，这可能导致数据不准确，即测量烧杯和灯之间的距离的直尺不精确(±0.5mm)。

人类和视差的错误导致不精确的实验即距离近似时在一定程度上标志着它在纸上,当评估上面的距离(附录1),只有泡沫肉眼可见数可能影响实验的准确性和精度。

Elodea的样本没有经过基因筛选。因此，样本内可能存在随机的生物变异。这可以解释数据中剩余的一些不精确。

二氧化碳的减少，温度的变化和植物适应光强变化的时间可能会影响光合作用的速率。

这个实验是在一个门窗都开着的标准教室里进行的，学生们经常从实验现场走过。这些可能会影响实验的光强度。

影响有效性

CO的含量₂在水中不是预先确定的。随着光合作用的持续，二氧化碳的供应很快被消耗殆尽。因此，泡沫数量的减少有可能是这个的函数。

限定叶数为10并不能直接决定叶鞘细胞的数量，而叶鞘细胞的数量可能会影响光合作用的速率。

建议的改进和扩展

建议改进

减少实验过程中的随机误差将提高其可靠性。在这个实验中，通过增加由于'对平均值的回归'而减少标准错误的试验数量来提高数据的可靠性（Schnell，2006）。

为了保持二氧化碳的供应，可以将碳酸钠等化合物添加到水中（Benckiser，2016）。

测量距离的尺配有精确的数字LED数字显示，以增加精度。

应使用不同强度的光源，以减少随机误差。此外，使用血球计直接量化Elodea细胞的数量可以提高数据的准确性。(Fuentes留言。)

在一个黑暗的房间中进行实验，尽量避免暴露于外部因素，如打开门窗，以确保唯一的光源是灯。

建议扩展

利用不同的光强重定向实验，并确定光合作用最大速率的最佳光强。

通过调查不同种类的伊露苔属或不同植物的光照强度对实验的影响来扩展实验。

结论

综上所述，有证据表明，在2分钟的固定生长期内，光照强度的降低降低了光合速率。因此，更多的污染水平意味着水生植物(如Elodea)无法进行光合作用，从而影响水下的氧气水平。然而，在实验过程中有明显的局限性，如小样本量和进一步的统计分析将需要支持这一结论。

参考书目

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BBC BiteSize。(无日期)。光合作用。检索自BBC Bitesize: https://www.bbc.com/bitesize/guides/zpwmxnb/revision/4

Benckiser, r(2016)。光合作用速率:限制因素。光合作用速率:限制因素2。

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维德雅瑟格(2018,10月15日)。光合作用是什么?检索:https://www.livescience.com/51720-photosynthesis.html