巧用綠眼蟲改良和設(shè)計(jì)系列探究實(shí)驗(yàn)*

沈唯軍 時(shí) 晨 丁 婷

（江蘇省無(wú)錫市輔仁高級(jí)中學(xué) 江蘇無(wú)錫 214123）

綠眼蟲（Euglena gracilis）是淡水中常見(jiàn)的綠色單細(xì)胞鞭毛蟲。 其最早是由列文虎克在顯微鏡下發(fā)現(xiàn)，并用拉丁語(yǔ)命名為Euglena，意為美麗的（Eu）眼睛（glena）。 綠眼蟲不僅胞內(nèi)具有顆粒狀或星狀的葉綠體，且胞端還具有鞭毛和紅色眼點(diǎn)。這些特征使得它既能像植物一樣進(jìn)行光合作用，也能像動(dòng)物一樣做趨光性的螺旋運(yùn)動(dòng)。 綠眼蟲的雙重特征雖然產(chǎn)生了分類學(xué)上的困擾（有科學(xué)家把它劃分為植物界裸藻門裸藻綱，也有人將其劃歸為動(dòng)物界原生動(dòng)物門鞭毛綱）［1－2］，但也為高中生物學(xué)教學(xué)提供了絕佳的材料。通過(guò)向生物公司購(gòu)買或者直接在有機(jī)質(zhì)豐富的水溝中分離獲取，筆者可以很容易地獲取綠眼蟲，并借此與學(xué)生共同開(kāi)發(fā)一系列生態(tài)學(xué)、細(xì)胞學(xué)和種群學(xué)的探究實(shí)驗(yàn)。

1 探究綠眼蟲的培養(yǎng)基配制與營(yíng)養(yǎng)方式

1.1 實(shí)驗(yàn)原理 綠眼蟲既能在光下合成葉綠素進(jìn)行光合自養(yǎng)，也會(huì)在無(wú)光時(shí)葉綠素消失、眼點(diǎn)退化、以有機(jī)物（乙醇，乙酸，碳水化合物和氨基酸為碳源）為食進(jìn)行異養(yǎng)［3］。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1）配制自養(yǎng)培養(yǎng)基。 購(gòu)買常規(guī)的植物MS 培養(yǎng)基，根據(jù)說(shuō)明書用蒸餾水定容，并進(jìn)一步稀釋10 倍。

2）配制異養(yǎng)培養(yǎng)基。 以稀釋的MS 培養(yǎng)基為基礎(chǔ)，向其中添加0.5 g/L 蔗糖作為碳源。

3）參照王美琪, 王偉君和高小彥［4］的方法，向滅菌后的自養(yǎng)、異養(yǎng)培養(yǎng)基中接種綠眼蟲原液（1 mL/L），并將培養(yǎng)瓶分別放在光照（在白熾燈或者窗下）和黑暗中培養(yǎng)2 周。

1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 如圖1 所示，在光照條件下，綠眼蟲培養(yǎng)基會(huì)呈現(xiàn)綠色，且異養(yǎng)培養(yǎng)基的顏色更深。 在黑暗條件下，培養(yǎng)基都近無(wú)色狀態(tài)，但只有異養(yǎng)培養(yǎng)基在顯微鏡下能找到綠眼蟲，學(xué)生交流和探討后得出如下結(jié)論：光照下，綠眼蟲能合成葉綠素進(jìn)行光合作用所以呈現(xiàn)綠色，并且綠眼蟲在異養(yǎng)培養(yǎng)基中還能吸收營(yíng)養(yǎng)，所以繁殖得更快顏色更深。在黑暗條件下，綠眼蟲無(wú)法合成葉綠素所以無(wú)色，且它只有在異養(yǎng)培養(yǎng)基中才能獲取碳源進(jìn)行繁殖。

2 探究水質(zhì)監(jiān)測(cè)的途徑

2.1 實(shí)驗(yàn)原理 綠眼蟲對(duì)環(huán)境變化比較敏感，其運(yùn)動(dòng)活力可以作為監(jiān)測(cè)水質(zhì)的生物學(xué)指標(biāo)。 每年夏季太湖都會(huì)因藍(lán)藻爆發(fā)而面臨嚴(yán)重的水質(zhì)污染，通過(guò)檢測(cè)不同時(shí)期水體中綠眼蟲的活性可以反映太湖的水質(zhì)情況。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法 分別在7月15日、7月30日、8月15日、8月30日于太湖取水樣3 次，參照Ermiza［5］的方法，在顯微鏡下使用血細(xì)胞計(jì)數(shù)板和秒表，計(jì)算水體中綠眼蟲在30 s 內(nèi)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)的小格數(shù)，求出平均值和標(biāo)準(zhǔn)差以此反映運(yùn)動(dòng)活性。 同時(shí)使用透明度計(jì)測(cè)定水體的透明度值，以此反映水體中懸浮顆粒物的濃度。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 綠眼蟲等浮游生物是水體中較敏感的指示生物，也是水域生態(tài)系統(tǒng)中重要的一環(huán)，其密度、生物量和活動(dòng)能力都能反映水質(zhì)的好壞［6］。 如圖2，夏季7—8月隨著溫度和藍(lán)藻密度的增加，水體的透明度值不斷下降而綠眼蟲在30 s 內(nèi)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)的小格數(shù)不斷下降。 這表明水質(zhì)中的懸浮顆粒物濃度與綠眼蟲的運(yùn)動(dòng)能力之間表現(xiàn)出明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，學(xué)生經(jīng)過(guò)討論認(rèn)為可能是藍(lán)藻產(chǎn)生的微囊藻毒素等不利因素不斷積累，直接影響了綠眼蟲的活力，而利用綠眼蟲是進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)的有效途徑。

3 探究綠眼蟲種群的增長(zhǎng)曲線

3.1 實(shí)驗(yàn)原理 綠眼蟲進(jìn)行無(wú)性繁殖。在接種初期，由于培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)充足，綠眼蟲可以快速繁殖，種群數(shù)量呈“J”型曲線增長(zhǎng)，但是隨著培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗和種群數(shù)量的增加，種群增長(zhǎng)速率不斷下降，最終呈現(xiàn)“S”型曲線增長(zhǎng)。

3.2 實(shí)驗(yàn)方法

1）為了讓綠眼蟲快速繁殖，學(xué)生向滅菌后的異養(yǎng)培養(yǎng)基中接種綠眼蟲原液（1 mL/L），并在光照條件下持續(xù)培養(yǎng)5 周。

2）由于生活的綠眼蟲有一定的運(yùn)動(dòng)能力，所以計(jì)數(shù)前需要預(yù)先用福爾馬林溶液殺死并固定綠眼蟲。 因此，在輕微搖勻綠眼蟲的培養(yǎng)液后，從中吸取0.9 mL 與0.1 mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.7%福爾馬林溶液混勻制成殺死的綠眼蟲懸液（如果需要還可以適當(dāng)稀釋樣品以便于計(jì)數(shù)）。

3）每周取樣一次，利用血細(xì)胞計(jì)數(shù)板計(jì)算綠眼蟲的種群密度。

4）實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次，計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，利用Excel 軟件作圖呈現(xiàn)最終的結(jié)果。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 與酵母菌相似，綠眼蟲種群數(shù)目的增長(zhǎng)也基本符合“S”曲線的特征（如圖3），學(xué)生通過(guò)觀察曲線可以得出種群增長(zhǎng)速率會(huì)先上升再下降。

4 教學(xué)總結(jié)

本文開(kāi)發(fā)的綠眼蟲探究實(shí)驗(yàn)不僅可以在簡(jiǎn)單的單細(xì)胞培養(yǎng)體系中進(jìn)行、費(fèi)用較低，而且能夠很好地契合新課標(biāo)的教學(xué)要求。 學(xué)生親自參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)施和匯報(bào)的整個(gè)科學(xué)探究過(guò)程，并學(xué)會(huì)配制培養(yǎng)基和使用血細(xì)胞計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)的基本技能。與直接分配教材的學(xué)習(xí)任務(wù)相比，學(xué)生在此探究實(shí)驗(yàn)中投入感更強(qiáng)，可以更加有效地生成有關(guān)于營(yíng)養(yǎng)方式、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、種群增長(zhǎng)等的基礎(chǔ)概念。