顧源媛 (西安交通大學蘇州附屬初級中學 江蘇蘇州 215021)
“探究酒精對水蚤心率的影響”是蘇科版初中生物學8 年級下冊“遠離煙酒,拒絕毒品”一節的經典實驗。水蚤是一類小型的甲殼動物,廣泛生活于淡水中。其心臟在顯微鏡下呈略不透明的白色,位于背部中央偏上部,而身體呈半透明,在顯微鏡下能較為方便地觀察心臟、測定心率。為計數方便,常計數每10 s 水蚤的心臟跳動次數。但不同種類水蚤的心率變化范圍很廣,每分鐘心臟的跳動次數為100~350 次之間不等。實踐發現,若心率超過240 次/min,即每10 s 心臟跳動超過40 次,學生較易數錯。教師可研究影響水蚤心率的各類可控因素,并改進觀測措施,以幫助學生準確計數水蚤心率。
本實驗成功的前提是能迅速準確找到水蚤心臟的位置。教師需引導學生在低倍顯微鏡下尋找能從側面觀察的水蚤個體,明確其心臟位于背部中央偏上方。在成熟水蚤個體中,背部可能會有多個黑色的卵,注意區別(圖1)。在學生測定水蚤心率前,先要求學生清楚觀察到心跳。
圖1 水蚤的心臟及卵
不同的內部和外部因素會影響水蚤的心率。例如,水蚤的大小、品種、營養狀況、水體的含氧量和水溫等。教師可人為改變易于控制的變量,選擇心率較小的水蚤作為實驗材料。本文主要從水溫和營養狀況分析。
2.1 水溫對水蚤心率的影響 不同品種的水蚤,耐受的水溫范圍不同。選擇同一品種、大小相似的成年水蚤,分為3 組。每組10 只水蚤,分別置于9℃、15℃和28℃的水溫環境中,計數這30 只水蚤每10 s 的心臟跳動次數。數據可繪制成散點圖(圖2)。分析數據可發現,隨著水溫的增高,水蚤心率變快。28℃水蚤的平均心率在40 次/10 s 以上,計數有一定難度;9℃的水溫,水蚤心率過慢,低溫嚴重影響了水蚤的生存狀態。而水溫15℃左右時,水蚤的心率約33 次/10 s,學生能較為方便地計數。
圖2 不同水溫下水蚤的心率
2.2 營養狀況對水蚤心率的影響 水蚤可用酵母或鮮奶進行喂養。每天換水1/2(投喂前換水),15 d 時全部換水。同一品種、大小相似的成年水蚤分為2組,每組10只。一組水蚤暫不喂食酵母1周,使其處于饑餓狀態;另一組水蚤每天喂食少量酵母,使其處于飽食狀態。計數這20 只水蚤在不同營養狀態下的心率,結果如圖3 所示(水溫約20℃)。分析數據發現,飽食的水蚤心率快,饑餓的水蚤心率慢。教師在準備此實驗前,可暫停喂食水蚤數天,使其處于稍微饑餓的狀態,便于計數心率。
圖3 不同營養狀況下水蚤的心率
若教師選擇15℃左右水溫下,饑餓的成年水蚤作為實驗材料,學生可在顯微鏡下清楚計數水蚤的心率。若選擇實驗材料的水蚤品種,本身心率較快,可利用數碼顯微鏡的視頻拍攝功能,錄制10 s 視頻。學生在顯微鏡下來不及計數,可慢速播放視頻,輕松準確地觀測心率[1]。若學校實驗室無數碼顯微鏡,教師可自制“數碼顯微鏡”,即用手機的攝像頭對準顯微鏡的目鏡進行視頻錄制,或在顯微鏡目鏡上加裝卡扣,將手機鏡頭固定于目鏡上,輕松拍攝水蚤10 s 的心臟跳動,并計數心率。