探究酸雨對生物的影響 保護桂林綠水青山

吳學(xué)健 曹永兵

文件編號：1003-7586（2018）11-0040-03

1設(shè)計思路

人教版初中生物七年級下冊第三單元第七章“人類活動對生物圈的影響”的教材提供了大量酸雨對環(huán)境危害的實例和圖片，并設(shè)計了一個模擬探究：探究酸雨對生物的影響。但該實驗設(shè)計用食醋調(diào)配pH分別為3和5的兩種酸雨，模擬酸雨噴灑到綠豆種子上，測種子的發(fā)芽率或觀察幼苗的生長情況。這樣的設(shè)計有以下不足：

（1）容易誤導(dǎo)未學(xué)過化學(xué)的七年級學(xué)生認(rèn)為酸雨像醋一樣的，是有酸味的雨。

（2）將這次實驗定位為具有較大開放性的全過程探究實驗，在課內(nèi)只能完成探究方案的設(shè)計，課外實施探究活動，實驗結(jié)果不能當(dāng)堂觀察到，不能及時滿足學(xué)生的求知欲和好奇心。

（3）實驗只能從宏觀的層面呈現(xiàn)酸雨對植物的影響，而且與本地酸雨的情況沒有太大的聯(lián)系。大部分學(xué)生缺乏對酸雨的直觀認(rèn)識和感受，認(rèn)為桂林山清水秀，無大型廠礦，不會降酸雨。他們沒興趣，且認(rèn)為沒必要完成相關(guān)實踐與探究活動。

（4）實驗只運用酸雨配置、種子萌發(fā)、實驗記錄等簡單的知識和技能，沒有充分利用已有的知識和實驗技能——“細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位”和“制作并用顯微鏡觀察植物細(xì)胞的臨時裝片”，引導(dǎo)學(xué)生從微觀層面（細(xì)胞這個結(jié)構(gòu)層次）探究酸雨對生物的影響。

為了讓學(xué)生直接觀察到酸雨對生物的影響，教師在課堂內(nèi)觀察到實驗現(xiàn)象，完成探究實驗，特設(shè)計開展這一與教學(xué)活動伴行的探究實踐活動，作為課本知識的拓展和延伸。

2實驗原理

教師引導(dǎo)學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)搜索、調(diào)查訪問、雨樣檢測等方式，了解桂林酸雨的形成原因、主要成分、pH范圍、發(fā)生頻率等現(xiàn)狀，學(xué)習(xí)酸雨的收集、檢測等方法，確定實驗使用的模擬酸雨成分和pH。

從微觀方面（細(xì)胞結(jié)構(gòu)層面）呈現(xiàn)酸雨對生物的影響，運用所學(xué)知識——生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位是細(xì)胞，推斷出：酸雨對生物的影響歸根結(jié)底是對生物細(xì)胞的影響;運用所學(xué)生物技術(shù)——制作植物細(xì)胞臨時裝片，用細(xì)胞染色技術(shù)模擬酸雨侵襲細(xì)胞，用數(shù)碼顯微鏡觀察記錄細(xì)胞的變化。

從宏觀方面（漓江生態(tài)系統(tǒng)模擬和動物的行為）呈現(xiàn)酸雨對生物的影響，建立模擬漓江生態(tài)系統(tǒng)，設(shè)計對照試驗，模擬降酸雨，從黑藻細(xì)胞的葉綠體數(shù)量和黑藻生長情況變化，反應(yīng)酸雨對生物的影響。從鼠婦、蚯蚓等動物被酸雨侵襲后的行為，推斷酸雨對動物的影響。

根據(jù)氣象學(xué)定義，1mm降水量相當(dāng)于向約666.5m2土地澆約650 kg水，而連續(xù)性小雨，酸性比較強，對生物的影響比較大。所以本實驗根據(jù)水槽面積換算，采用向水槽一次性噴撒1mm降水量的酸雨，12h換掉水槽一半水量，模擬24h連續(xù)降1mm酸雨及漓江水流對酸雨的稀釋。

3實驗?zāi)康?/p>

（1）學(xué)習(xí)和了解桂林酸雨的形成原因、主要成分、pH范圍、發(fā)生頻率、收集、檢測方法等相關(guān)科普知識，拓寬知識面，豐富知識儲備。

（2）運用所學(xué)生物學(xué)知識和技能改進教材實驗，設(shè)計開發(fā)“酸雨對生物影響的模擬探究實驗”。從微觀方面（細(xì)胞結(jié)構(gòu)層面）和宏觀方面（生態(tài)系統(tǒng)模擬和動物的行為）呈現(xiàn)酸雨對生物的影響，創(chuàng)造性解決學(xué)習(xí)中遇到的新問題。

（3）借助多渠道獲取多種資源，解決身邊一些的生物學(xué)與環(huán)境科學(xué)問題，擬定“認(rèn)識酸雨危害保護桂林綠水青山”行動計劃。

4實驗用具

課內(nèi)實驗材料用具：洋蔥，紫鴨跖草，稀硫酸，水，pH計，燒杯，滴管，培養(yǎng)皿，蓋玻片，載玻片，吸水紙，顯微鏡，紗布。

課后拓展實驗材料用具：大水槽2個，漓江中的水草、螺螄、鰍魚等生物適量，pH為4.4的溶液和pH為5.0的溶液模擬酸雨，塑料桶一個，量筒2個，加壓噴壺2個，大玻璃板一塊，鼠婦20只，蚯蚓9條，解剖盤4個。

5方法步驟

（1）根據(jù)桂林酸雨的實際情況，用稀硫酸配置pH分別為4.4、5.0的酸雨供實驗使用。

（2）課內(nèi)探究實驗一方法步驟：

①制作洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞臨時裝片，分別置于培養(yǎng)皿a、b中。

②用顯微鏡觀察洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞臨時裝片a，并拍照記錄。

③在a的蓋玻片一側(cè)滴加1滴pH為4.4的酸雨模擬液，用吸水紙在對側(cè)吸引，3min后拍照記錄。然后用紅墨水染色，觀察細(xì)胞核著色情況，3min后再拍照記錄。

④在b的蓋玻片一側(cè)滴1滴pH為5.0的酸雨模擬液，用吸水紙在對側(cè)吸引，3min后拍照記錄細(xì)胞的變化情況。然后用紅墨水染色，加觀察細(xì)胞核著色情況，3min后再拍照記錄。

實驗現(xiàn)象：在pH4.4的酸雨侵襲下，洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞紫色迅速褪去，用紅墨水染色后，細(xì)胞核著上紅色。在pH5.0的酸雨侵襲下，洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞紫色緩慢褪去，用紅墨水染色后，細(xì)胞核未著上紅色。

（3）課內(nèi)探究實驗二方法步驟：

①制作紫鴨跖草葉下表皮細(xì)胞臨時裝片，分別放入培養(yǎng)皿c、d中。

②用顯微鏡觀察紫鴨跖草葉下表皮細(xì)胞臨時裝片c，找到氣孔并拍照記錄。

③在c的蓋玻片一側(cè)滴加1滴pH4.4的酸雨模擬液，用吸水紙在對側(cè)吸引。3min后拍照記錄。然后用紅墨水染色，觀察細(xì)胞核著色情況，3min后再拍照記錄。

④用以上方法對d裝片滴pH5.0模擬酸雨并拍照記錄氣孔的變化情況。

實驗現(xiàn)象：在pH4.4的酸雨侵襲下，紫鴨跖草葉下表皮氣孔迅速關(guān)閉，用紅墨水染色后，細(xì)胞核著上紅色。在pH5.0的酸雨侵襲下，紫鴨跖草葉下表皮氣孔慢慢變小，用紅墨水染色后，細(xì)胞核并未著上紅色。

（4）課外探究實驗一方法步驟：

①將等量的漓江水草、螺螄、鰍魚、水3000mL分別放入兩個大水槽中，模擬微型漓江生態(tài)系統(tǒng)A、B。A為對照組。置于室外兩周。每天換新取回的漓江水1500mL。

②分別向A中噴純凈水，B中噴等量的pH為4.4模擬酸雨，模擬12h降雨量1mm;每隔3d模擬降雨一次（兩水槽正常換水）。

③模擬降雨48h后，分別取兩水槽內(nèi)黑藻同一部位葉片制成臨時裝片a、b，用顯微鏡觀察并拍照記錄。然后用紅墨水染色，觀察細(xì)胞核著色情況，3分鐘后再拍照記錄。

實驗現(xiàn)象記錄在表1中（模擬降雨后24h記錄）。

臨時裝片b（模擬降酸雨）的黑藻葉片的葉綠體顆粒明顯比a（模擬降雨）減少，紅墨水染色后裝片a、b的細(xì)胞核都未著色，細(xì)胞是活的。

（5）課外探究實驗二方法步驟：

①在大解剖盤中均勻鋪上一層碎土，用大玻璃板從中央隔開。

②在玻璃板兩側(cè)土的相同位置分別放鼠婦各10只。

③模擬降雨量1mm。向大玻璃板的一側(cè)的土噴清水，另一側(cè)的土噴等量的pH4.4模擬酸雨。觀察并記錄。

實驗現(xiàn)象記錄在表2中。

（6）課外探究實驗三方法步驟：

生長狀況相似蚯蚓9條，分為3組，分別放入大解剖盤中。

分別對每組蚯蚓的尾部滴兩滴清水、pH4.4、pH5.0酸雨，觀察并記錄實驗現(xiàn)象（表3）。

實驗結(jié)論：酸雨可以影響植物氣孔的開閉，使植物細(xì)胞顏色褪去，葉綠體顆粒減少，細(xì)胞膜的通透性增強。所以，酸雨的酸性越強，影響越大，甚至?xí)?dǎo)致細(xì)胞失去活性。酸雨對動物有刺激，而且酸性越強，刺激越大。

6分析與思考

教師提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考：

①雨是酸的，像醋一樣嗎？山清水秀的桂林會降酸雨嗎？

②酸雨落到植物體上，你發(fā)現(xiàn)植物有什么變化嗎？怎樣才能直接觀察到酸雨對生物的影響呢？

③酸雨落到漓江里，并沒有直接接觸到植物體。這樣也會對植物細(xì)胞有影響嗎？

④動物會躲避，但不小心被酸雨淋到，也會有影響嗎？

教師提示：

酸雨的“酸”是酸堿度的意思，指降雨中的氫離子濃度。桂林市位于湘桂走廊上，屬于我國西南酸雨區(qū)。近年來，桂林市酸雨的出現(xiàn)頻率呈上升趨勢，居廣西首位。影響桂林市降雨酸度的酸根離子主要是硫酸根離子，故而桂林市的酸雨屬于硫酸型酸雨。

生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位是細(xì)胞，酸雨對生物的影響歸根結(jié)底是對生物細(xì)胞的影響。制作細(xì)胞臨時裝片，用顯微鏡可以觀察到細(xì)胞結(jié)構(gòu)，用細(xì)胞染色技術(shù)模擬酸雨降落到細(xì)胞，用觀察小魚尾鰭血流情況的培養(yǎng)皿裝置既可以防止污染顯微鏡，又可以觀察到細(xì)胞被酸雨侵襲后的動態(tài)變化過程。

模擬漓江生態(tài)系統(tǒng)，設(shè)計降雨和降酸雨對照實驗，可以觀察到酸雨對水中生物的影響，制作黑藻葉片臨時裝片，可以觀察到酸雨對植物細(xì)胞的影響。

模擬酸雨降落到動物體上，設(shè)計對照實驗，可以從動物的行為解讀出酸雨對動物的影響。

7注意事項

本探究涉及江河等危險地域?qū)嵉乜疾旌腿〔模幸欢ǖ奈ｋU性。實施時，教師要組織監(jiān)督和看護，保證學(xué)生安全。

本活動涉及稀硫酸的配制和使用，需培訓(xùn)學(xué)生掌握配制稀硫酸的操作要領(lǐng)，帶好護目鏡，實驗后及時洗手、并清理實驗用具、實驗臺等，保證實驗安全。

本活動涉及的知識比較廣泛，牽扯到跨學(xué)科知識的實踐運用。

實驗中涉及動物的飼養(yǎng)和觀察，要注意愛護動物，避免動物死亡，實驗結(jié)束后要用清水清洗動物并放歸大自然。