探究“酸雨對生物的影響”實驗創新改進

摘 要：已有研究結果顯示，酸雨會危害動物、植物和人類的健康。文章以重要農作物黃豆和玉米為實驗材料，針對“酸雨對生物的影響”實驗進行創新改進，研究模擬酸雨對種子萌發、幼苗生長、葉肉細胞結構的影響。結果表明模擬酸雨pH值越低，對黃豆、玉米種子萌發和幼苗生長影響越大，且對黃豆危害更大。改進后的實驗，拓展了設計思路，操作過程簡便，解決了教材實驗存在的問題，提供了直觀的實驗教學效果。

關鍵詞：模擬酸雨;農作物;種子萌發;幼苗;影響;改進

探究“酸雨對生物的影響”是人教版《生物學》七年級下冊第四單元第七章第二節“探究環境污染對生物的影響”的一個重要實驗。《生物學課程標準》中關于本節的要求是讓學生通過調查人類活動破壞生態環境的事例，說明人對生物圈的影響。隨著全球環境惡化，酸雨已成為當今熱點環境問題。當雨水的pH值低于5.6時即為酸雨，教材設計本節實驗，可以使學生了解酸雨對生物的危害，提高科學探究能力，增強關愛生物圈的情感，樹立環境保護意識。但在實際教學中發現以下問題：一是教材實驗僅探究酸雨對種子萌發的影響，這樣得出酸雨對生物生長有影響的結論缺乏說服力，可信度不高。二是綠豆種子受酸雨的影響不明顯，實驗效果不好。三是觀察角度單一，教材實驗是從宏觀上對酸雨影響生物進行研究，沒有從細胞水平層次深入探究酸雨對生物細胞結構的危害。

近年來隨著酸雨問題越來越嚴重，其對農作物的影響已引起人們的普遍關注，因此探究酸雨對農作物的影響顯得非常重要，但是關于酸雨對黃豆和玉米的動態影響鮮有報道。因此，筆者選擇黃豆（雙子葉植物）、玉米（單子葉植物）兩種重要的農作物作為實驗材料，探究酸雨對種子萌發和幼苗生長的影響，進一步了解酸雨對植物的危害，也為改進實驗教學提供科學依據。改進后的實驗教學效果顯著，不僅使學生深刻地認識到酸雨的危害性，還提高了學生的動手實踐能力，培養了學生的生物學核心素養。

1 材料與方法

1.1 實驗器材

1.1.1實驗材料

供試黃豆種子、玉米種子均購自臨沂種子市場，分別為煙大豆1號、登海605。

1.1.2實驗用具

白醋、清水、標簽紙、紗布、實驗室 pH 計、燒杯、培養皿、錐形瓶、量筒、刻度尺、噴壺、玻璃棒。

1.1.3 模擬酸雨溶液的配制

本實驗是用家庭常用的白醋配制的溶液模擬酸雨。把白醋加清水逐步稀釋成pH值分別為5、4、3酸度的模擬酸雨溶液，同時用pH為7的清水做對照，用實驗室 pH計校準。

1.2 實驗方法

1.2.1 探究不同pH的模擬酸雨對種子萌發的影響

將浸泡過的粒大飽滿、大小均勻的黃豆種子均分成4組，每組用30粒，分別整齊均勻的排列在鋪有兩層紗布的培養皿中，貼上標簽編號。在第一組培養皿中加入15 ml清水作對照，同時在第二、三、四組培養皿中分別加入15 ml的pH為5、4、3的模擬酸雨。采用噴霧法，每天早晚噴灑2次模擬酸雨，以保持種子濕潤[ 1 ]。連續噴灑6天后，統計培養皿中種子萌發情況，種子萌發以胚根出現為標志，計算各組黃豆種子的發芽率。

種子發芽率（%）=（發芽種子數 / 種子總數）× 100%

采用以上相同的實驗步驟，再探究模擬酸雨對玉米種子萌發的影響。

1.2.2 探究不同pH的模擬酸雨對幼苗生長的影響

在萌發10天的黃豆幼苗中，挑選長勢良好，且株高相近的幼苗作為實驗對象，平均分成4組，每組錐形瓶內放置4株黃豆幼苗，用脫脂棉固定植株，并分組編號。每天早晨和晚上用小型噴霧器在對應幼苗植株葉片的正反面噴灑2次模擬酸雨，每次噴灑至葉片滴液為止。第1組幼苗作為對照噴灑清水，第2、3、4組黃豆幼苗分別噴灑等量的pH為5、4、3的模擬酸雨，放在向陽處培養。整個過程除每組噴施的酸雨濃度不同外，其余環境條件完全保持一致。實驗期間每天做好記錄，用刻度尺測量幼苗從植株基部到頂部的株高，再取平均值作為本組植株高度的最終值[ 2 ]，共觀察一周。采用以上相同實驗步驟，探究玉米幼苗受模擬酸雨的影響情況。

1.2.3 探究酸雨對葉肉細胞的影響

在1.2.2實驗結束后，選擇各組有代表性的葉片做成臨時裝片。用顯微鏡觀察各組植株葉肉細胞內液泡、細胞質、細胞核、葉綠體等結構的變化，了解不同 pH值的模擬酸雨對葉肉細胞微觀結構的影響。

2 結果與分析

2.1 不同pH的模擬酸雨對種子萌發的影響

發芽率是評價農作物種子品質優劣的重要標準[ 3 ]。噴灑6天后，分別記錄各組黃豆、玉米種子的萌發數量，并計算出發芽率，實驗結果見表1。

根據表1的數據可知，在清水中黃豆種子發芽率為100%，當模擬酸雨pH=5時，黃豆種子發芽率為60%，相比對照組降低了40%。當模擬酸雨pH=4時，黃豆種子發芽率降至36.7%，這表明模擬酸雨pH對黃豆種子的萌發有抑制作用。當模擬酸雨pH=3時，黃豆種子發芽率直線下降，發芽率僅為6.7%，與1號對照組有明顯差異，表明受到很大的影響。實驗結果表明，模擬酸雨對黃豆種子的毒害程度與pH有關，模擬酸雨pH越低，對黃豆種子的萌發毒害作用越大，黃豆的品質變劣，發芽率也越低。

玉米種子發芽的實驗結果見表2。

由表2可知，對照組的玉米種子發芽率為100%，在模擬酸雨pH值為 5 時，發芽率為76.7%，在pH值為 4時，發芽率為53.3%，與對照組相比差異顯著。當pH 值下降到3 時，發芽率急劇下降，是強酸抑制了玉米種子的萌發。這表明酸雨對玉米種子萌發的抑制作用隨pH值的降低而逐漸加強，即玉米種子的發芽率與模擬酸雨的pH成反比。并且各組玉米種子的發芽率都明顯高于對應組黃豆種子的發芽率，這說明黃豆種子對酸雨的耐受能力要弱于玉米種子，雙子葉植物比單子葉植物對酸雨的敏感性更高。

2.2 不同pH的模擬酸雨對幼苗生長的影響

不同pH的模擬酸雨對黃豆幼苗生長的影響見表3、圖1。

由表3、圖1可知，隨著模擬酸雨pH降低，黃豆葉片的綠色明顯變淺，甚至黃化，葉片變形加重。與對照組相比，pH 5處理葉片泛黃，pH 4處理葉片枯黃，部分葉片出現褶皺，pH 3處理葉片枯萎死亡，卷曲萎焉，而清水中的1號黃豆幼苗長勢良好。實驗說明黃豆幼苗非常容易受酸雨侵害，隨著酸雨的酸度增加，黃豆幼苗生長受到的危害增大。

不同pH的模擬酸雨對玉米幼苗生長的影響結果見表4、圖2。

由表4、圖2可知，隨著模擬酸雨pH值降低，玉米幼苗長勢也逐漸變差，表現為葉片顏色由濃綠色變成微黃色，繼而變枯黃，同時葉片邊緣也開始卷曲，最后葉片失水枯萎死亡。

實驗期間不同pH的模擬酸雨對黃豆幼苗株高的影響見圖1、表5。

由圖1、表5可知，第7天后清水中黃豆幼苗平均株高28.6 cm，用pH 5、pH 4和pH 3 模擬酸雨噴灑的幼苗平均株高是19.5 cm、16.1 cm和14.6 cm。可見隨著酸雨pH值的下降，黃豆平均株高在逐漸降低，黃豆幼苗生長受到的抑制也越來越強。所以酸雨pH值過低會影響黃豆幼苗的生長。

實驗期間不同pH的模擬酸雨對玉米幼苗株高的影響見圖2、表6。

由圖2、表6可知，與對照組相比，第7天后第2、3、4組幼苗平均株高分別減少了5.7 cm、8.0 cm和11.7 cm，說明酸雨會顯著影響玉米幼苗的生長，隨著酸雨pH逐漸降低，玉米幼苗的平均株高也在降低。

2.3 不同pH的模擬酸雨對葉肉細胞的影響

挑選各組有代表性的植株葉片制成臨時裝片，放在顯微鏡下觀察。通過對比發現，對照組葉肉細胞結構表現完好。而第2、3、4組經酸雨處理的葉片受到明顯損害，表現為細胞質流出，葉綠體消失，液泡失水而體積縮小，圍繞氣孔周圍的細胞破壞嚴重，僅剩下細胞壁。隨著酸度的增大，葉肉細胞受傷害逐漸加重，而對照組中的葉綠體均勻分散于細胞中。另外在肉眼未見損傷的葉片上也檢測出了損傷的表皮細胞，因為細胞結構傷害是肉眼難見的隱性傷害，所以在宏觀上觀察到葉片泛黃前，在細胞水平上葉肉細胞結構已經被破壞。

3 討論

本次實驗改進，選擇了黃豆和玉米兩種常見的單子葉和雙子葉農作物作為實驗材料進行對照探究，材料易于獲取，種子萌發率受酸雨影響明顯，方便學生觀察，實驗效果好，得到的結論更有說服力。教材實驗只從宏觀上對酸雨的影響進行研究，而本實驗從植物形態延伸到植物生理，從宏觀上觀察模擬酸雨對植物種子萌發、幼苗的葉片形態影響，拓展到微觀上觀察模擬酸雨對細胞的破壞性影響，可以讓學生更全面地了解到酸雨對植物多方面的影響。學生通過觀察實驗現象，能夠直觀認識到酸雨的危害，提高了學生保護環境的社會責任感。同時在自主探究實驗的過程中，培養了學生嚴謹求實的科學態度，鍛煉了科學思維，有效促進生物學科核心素養的發展。

參考文獻：

[1] 林慧.模擬探究“酸雨對生物的影響”的教學與思考[J].現代教育，2015（24）：66-67.

[2] 丁小雄.“模擬酸雨影響植物種子的萌發”實驗的改進和創新[J].教學儀器與實驗，2015（7）：37-39.

[3] 李紅菊，張麗蓉，趙京秋，等.“模擬探究酸雨對植物的影響”實驗設計、實施與建議[J].生物學通報，2014（11）：25-28.