王 釗 鄭則磊 俞如旺，*

(1 福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 福州 350108； 2 福建省福州市時(shí)代中學(xué) 350007)

1 前言

“煙草浸出液對水蚤心率的影響”是人教版初中生物學(xué)教材的一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)用不同濃度的煙草浸出液處理水蚤，在顯微鏡下觀察并記錄水蚤心率，實(shí)驗(yàn)得出煙草浸出液對水蚤心率有促進(jìn)作用，進(jìn)而說明吸煙會加重心臟負(fù)擔(dān)。但該實(shí)驗(yàn)在實(shí)際教學(xué)中存在不少問題，如：用煙草浸出液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究不能有效真實(shí)地模擬香煙煙霧對人體健康的影響；水蚤心跳快，難以觀察計(jì)數(shù)；水蚤易受溫度和水質(zhì)等環(huán)境因素影響；難以快速抓取大小及發(fā)育程度相近的水蚤等。本文對實(shí)驗(yàn)材料和方法進(jìn)行改進(jìn)和拓展，取得了較好效果。

2 材料方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料 大型溞(Daphniamagna)是枝角目(Cladocera)溞科(Daphnidae)中個(gè)體最大的一種，體長約2.5mm，其體型較大，與普通小水蚤相比更容易找到背部中央靠上的心臟，有利于計(jì)數(shù)心率。大型溞培養(yǎng)過程簡單且周期較短，在常溫下可大量繁殖，價(jià)格低廉，在網(wǎng)絡(luò)上也容易購買到。

2.2 煙霧收集裝置的設(shè)計(jì) 本實(shí)驗(yàn)采用自制煙霧收集裝置模擬人肺部吸煙過程，煙霧簡易收集裝置如圖1所示。裝置的設(shè)計(jì)原理：針筒抽氣時(shí)，夾住K1，煙霧從管②進(jìn)入b瓶再通過管③儲存在a中，主要吸收通過濾嘴的主流煙霧，模擬肺部吸煙過程；針筒推氣時(shí)，夾住K2，煙霧從管④進(jìn)入c瓶，主要吸收環(huán)境煙霧(二手煙)，模擬人在環(huán)境中被動(dòng)吸煙過程。利用水和脫脂棉混合物制造濕潤環(huán)境吸收煙霧，便于吸附尼古丁、煙焦油等主要成分。裝置可同時(shí)制得主動(dòng)、被動(dòng)吸煙煙霧回收液。

圖1 煙霧收集裝置

裝置用厚底玻璃瓶以及特制的瓶口連接方式，使得裝置穩(wěn)固且氣密性良好；鋼管通入瓶底，底部有許多通氣口，便于煙霧擴(kuò)散；外部連接上多處使用透明橡膠小管；采用氣泵(1.8L/min)通入充足空氣；在煙灰處理上，設(shè)計(jì)簡易“煙斗”承接；尾氣收集采用彈性的氣球，不僅避免制取者吸入煙霧，還可調(diào)整裝置內(nèi)氣壓。綜上所述，該裝置具有直觀簡易，操作簡單，重復(fù)性強(qiáng)，成本低、易普及和效果明顯等優(yōu)勢。

2.3 香煙煙霧回收液的制取 利用自制煙霧收集裝置制取。在b、c瓶中分別加入4g脫脂棉、100mL蒸餾水，開啟氧氣泵，抽吸3根香煙，以保證煙霧回收液濃度充足，觀察到兩瓶中白煙淡去，即可傾倒b、c瓶溶液分別至大燒杯中，用鑷子取出棉花，戴上手套，反復(fù)擰擠，將棉花上物質(zhì)洗下，棄去棉花后裝瓶備用，即獲得b瓶中主動(dòng)吸煙煙霧回收液母液和c瓶中被動(dòng)吸煙煙霧回收液母液。各自用蒸餾水配置成25%、50%、75%、100%(母液)不同濃度梯度的水溶液，備用。

2.4 大型溞心率的計(jì)數(shù)方法 大型溞心跳較快，將記錄時(shí)間設(shè)置為10s，可避免長時(shí)間在較快速度的計(jì)數(shù)慣性下的誤差，為保證大型溞不受到抓取和環(huán)境變化等無關(guān)變量影響，顯微觀察時(shí)應(yīng)等待心跳平穩(wěn)后，再開始應(yīng)用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)10s內(nèi)的心跳數(shù)。

2.5 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 具體設(shè)計(jì)方案如下：

2.5.1 香煙煙霧回收液對大型溞心率的影響實(shí)驗(yàn) 采用自身對照實(shí)驗(yàn)，將收集到的主、被動(dòng)吸煙煙霧回收液作為母液，分別配置成不同的濃度梯度，滴在大型溞表面，制作成裝片，在顯微鏡下記錄同一頭大型溞處理前、后10s心跳數(shù)，分別計(jì)算心跳差值百分比。探究不同濃度梯度的主、被動(dòng)吸煙煙霧回收液對大型溞心率的影響。具體操作：①取材。用吸管吸取適量大型溞于白瓷板上，挑選大小約2.5mm，成年不帶仔(尾部無卵)的個(gè)體于載玻片上。②制片。用吸水紙吸去多余培養(yǎng)液，先后滴入蒸餾水和香煙煙霧回收液處理15s后進(jìn)行觀察計(jì)數(shù)。③觀察計(jì)數(shù)。每頭大型溞處理前、后各計(jì)數(shù)3次心跳取平均值并記錄(表1)，共計(jì)數(shù)10頭，可多設(shè)平行實(shí)驗(yàn)。④結(jié)果處理。計(jì)算主、被動(dòng)吸煙煙霧回收液在不同濃度梯度下大型溞前后心跳改變差值百分比，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行差異顯著性分析。

表1 香煙煙霧回收液處理前后大型溞心跳數(shù)記錄

(注：以上為同一頭大型溞處理前、后心跳數(shù)記錄表，差值百分比指的是處理前后心跳差值除以對照組心跳數(shù)值)

2.5.2 香煙煙霧回收液對大型溞生命活動(dòng)的影響 具體操作：①取用10支小試管，分別加入4mL蒸餾水、配置好的25%、50%、75%、100%(母液)主、被動(dòng)吸煙煙霧回收液，并貼上標(biāo)簽紙，放置于試管架中；②在白瓷板上每組選取10頭大型溞，分別加入試管中，共10組；③大型溞加入試管后開始計(jì)時(shí)，晃后平放試管觀察，以15s內(nèi)不動(dòng)判定為死亡、僅觸角微動(dòng)且頻率低下判定為運(yùn)動(dòng)受限，實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間30min，記錄每個(gè)試管中大型溞的活動(dòng)狀態(tài)；繪制30min時(shí)主、被動(dòng)吸煙煙霧回收液不同濃度梯度下大型溞死亡率曲線，分析隨時(shí)間和濃度變化，主、被動(dòng)吸煙煙霧回收液對大型溞的生命活動(dòng)的影響。

3 結(jié)果與分析

3.1 香煙煙霧回收液對水蚤心率的影響實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示，隨著濃度的升高，主動(dòng)組、被動(dòng)組大型溞在實(shí)驗(yàn)處理前后心跳差值百分比逐漸增加，表明香煙煙霧回收液對大型溞心率有促進(jìn)作用，且濃度越高，心跳越快，加重心臟負(fù)擔(dān)。

此外，觀察制備完畢后的煙霧收集裝置，收集瓶b中的棉花顏色明顯變黃，收集瓶c中，棉花變?yōu)闇\黃色，玻璃瓶壁和軟膠管出現(xiàn)棕色油狀小液滴，白色氣球出現(xiàn)發(fā)黃，表明產(chǎn)生了煙焦油等有害成分，形象直觀。

表2 主、被動(dòng)吸煙煙霧回收液不同濃度梯度下大型溞前后心跳差值百分比記錄

[注：主、被動(dòng)組不同濃度梯度各計(jì)數(shù)10頭大型溞前后心跳，計(jì)算差值百分比，取平均值記錄于表2。對結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)分析，以*表示差異顯著(p<0.5)]

3.2 香煙煙霧回收液對大型溞生命活動(dòng)的影響 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3、圖2所示，隨時(shí)間的變化和濃度的升高，主動(dòng)組和被動(dòng)組大型溞的活動(dòng)狀態(tài)逐漸出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)受限直至死亡的現(xiàn)象，顯微鏡下觀察，結(jié)果顯示運(yùn)動(dòng)受限的大型溞10s心跳低于20次(對照組心跳30～35次)，嚴(yán)重的不足10次。

這表明香煙煙霧回收液對大型溞有一定毒性，并隨濃度增加，毒性增加。

表3 主、被動(dòng)吸煙煙霧回收液不同濃度梯度下大型溞活動(dòng)狀態(tài)記錄

(注：主、被動(dòng)組不同濃度梯度各放入10頭，以上顯示30min時(shí)記錄結(jié)果)

圖2 主、被動(dòng)吸煙煙霧回收液不同濃度梯度下大型溞死亡率曲線

4 討論

4.1 實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)化 針對原實(shí)驗(yàn)中存在的問題，對實(shí)驗(yàn)方法和過程進(jìn)行的優(yōu)化如下：①煙草浸出液和煙絲燃燒后成分存在差異，采用煙霧回收液代替?zhèn)鹘y(tǒng)的煙草浸出液，模擬效果更真實(shí)。學(xué)生能夠更直觀地認(rèn)識吸煙對人體健康的危害，形成健康的生活方式。②大型溞個(gè)體差異大，即使選取大小相近個(gè)體，心率仍

有較大差異，因此改用自身前后對照實(shí)驗(yàn)，記錄大型溞經(jīng)香煙煙霧回收液影響前、后的心跳變化。③剪去塑料滴管下端開口直徑約3mm，易于吸取和釋放大型溞；利用白瓷板純白底色反差大的特點(diǎn)，可將吸取的若干頭大型溞滴入凹槽中，快速用肉眼尋找大小相近大型溞。

4.2 實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的其他問題 ①大型溞易受環(huán)境等因素影響，應(yīng)保證所有大型溞在同樣的溫度、水質(zhì)和營養(yǎng)狀況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和觀察，減少實(shí)驗(yàn)誤差；②在制備香煙煙霧回收液時(shí)，應(yīng)注意檢查裝置連接處的氣密性，以免制取的母液濃度過低，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；③在制作大型溞裝片時(shí)，光線變化會使其心跳瞬時(shí)加快，應(yīng)給予環(huán)境適應(yīng)時(shí)間約15s，再開始計(jì)數(shù)；④顯微觀察時(shí)，用吸水紙吸取大型溞表面多余液體，防止滑動(dòng)同時(shí)應(yīng)保持表面濕潤；⑤在實(shí)驗(yàn)過程中，1次自身前后對照只使用1頭大型溞，不可重復(fù)用于下次實(shí)驗(yàn)。計(jì)數(shù)大型溞心跳時(shí)，每頭至少記錄3次心跳數(shù)取平均值，以減少計(jì)數(shù)誤差。

(*通信作者)