什麼是「CO2補償點」？

圖片作者：ChatGPT

在《「葉」明珠在握的陸生植物》中，我們提到了一個名詞「CO₂補償點」（compensation point）。

簡單來說，當我們把植物關在一個密閉的透明箱子裡並給予光照時，因為裡面的氣體無法跟外面的氣體交換，這時候，因為植物會進行光合作用，所箱子裡的CO₂濃度會慢慢下降。

但是下降到了某一個濃度（C3植物是50 μmol/mol，C4植物是0-10 μmol/mol）就不會再下降了。這個值就稱為「CO₂補償點」（Γ）。在這個點，植物用掉的CO₂等於產生的。

那麼，為什麼C4植物的CO₂補償點比C3植物低那麼多呢？

那是因為，C3植物除了呼吸作用以外，還有「光呼吸作用」（photorespiration），光呼吸作用也會產生CO₂，所以C3植物的CO₂補償點比C4植物要高得多。

當然，較低的CO₂補償點表示，植物在更低的CO₂濃度下，還是可以進行光合作用，也意味著植物的光合作用效率比較好。所以，CO₂補償點也可以用來做為作物改良的一個指標。

那麼，要怎麼測CO₂補償點呢？

有所謂的指示劑法、Mylar袋法、¹⁴C同位素法。準確度當然是越後面的越高，但是當然也越貴。其中指示劑法其實滿好玩，費用不貴，在學校教學也可以做，提供給大家參考。

指示劑法

設備

250 ml 錐形瓶與瓶塞

5 ml 小玻璃瓶

線

封口膜

光源（60W 鎢絲燈）

藥品

20 ml 的 5 mM KHCO₃溶液

5 滴通用指示劑

實驗步驟

1. 取一小段葉片或枝條，要在水下截斷，確保植物仍能正常的運輸水分與養分。
2. 將切下來的植物放進裝有少量水的小玻璃瓶內（這裡要確保切口泡在水裡）。
3. 用線綁住小玻璃瓶。
4. 將KHCO₃溶液和指示劑加入錐形瓶中。
5. 把裝有植物的小玻璃瓶放入錐形瓶，用瓶蓋將錐形瓶密封同時固定植物。如果有封口膜，可以加強密封。完成如圖示。

實驗設置完成圖。圖片擷取並修改自論文。

6. 將錐形瓶放在距離光源30公分處。
7. 靜置約一小時後，開始觀察；溶液顏色應該會在90-120分鐘之間出現變化。

這個實驗的原理是：光合作用會消耗CO₂，這會改變溶液的pH值，導致溶液變色。

參考文獻：

COOMBS, J. (1985). CARBON METABOLISM. Techniques in Bioproductivity and Photosynthesis, 139–157. doi:10.1016/b978-0-08-031999-5.50021-2