探究酸雨对生物的影响 保护桂林绿水青山

吴学健 曹永兵

文件编号：1003-7586（2018）11-0040-03

1设计思路

人教版初中生物七年级下册第三单元第七章“人类活动对生物圈的影响”的教材提供了大量酸雨对环境危害的实例和图片，并设计了一个模拟探究：探究酸雨对生物的影响。但该实验设计用食醋调配pH分别为3和5的两种酸雨，模拟酸雨喷洒到绿豆种子上，测种子的发芽率或观察幼苗的生长情况。这样的设计有以下不足：

（1）容易误导未学过化学的七年级学生认为酸雨像醋一样的，是有酸味的雨。

（2）将这次实验定位为具有较大开放性的全过程探究实验，在课内只能完成探究方案的设计，课外实施探究活动，实验结果不能当堂观察到，不能及时满足学生的求知欲和好奇心。

（3）实验只能从宏观的层面呈现酸雨对植物的影响，而且与本地酸雨的情况没有太大的联系。大部分学生缺乏对酸雨的直观认识和感受，认为桂林山清水秀，无大型厂矿，不会降酸雨。他们没兴趣，且认为没必要完成相关实践与探究活动。

（4）实验只运用酸雨配置、种子萌发、实验记录等简单的知识和技能，没有充分利用已有的知识和实验技能——“细胞是生物体结构和功能的基本单位”和“制作并用显微镜观察植物细胞的临时装片”，引导学生从微观层面（细胞这个结构层次）探究酸雨对生物的影响。

为了让学生直接观察到酸雨对生物的影响，教师在课堂内观察到实验现象，完成探究实验，特设计开展这一与教学活动伴行的探究实践活动，作为课本知识的拓展和延伸。

2实验原理

教师引导学生通过网络搜索、调查访问、雨样检测等方式，了解桂林酸雨的形成原因、主要成分、pH范围、发生频率等现状，学习酸雨的收集、检测等方法，确定实验使用的模拟酸雨成分和pH。

从微观方面（细胞结构层面）呈现酸雨对生物的影响，运用所学知识——生物体结构和功能的基本单位是细胞，推断出：酸雨对生物的影响归根结底是对生物细胞的影响;运用所学生物技术——制作植物细胞临时装片，用细胞染色技术模拟酸雨侵袭细胞，用数码显微镜观察记录细胞的变化。

从宏观方面（漓江生态系统模拟和动物的行为）呈现酸雨对生物的影响，建立模拟漓江生态系统，设计对照试验，模拟降酸雨，从黑藻细胞的叶绿体数量和黑藻生长情况变化，反应酸雨对生物的影响。从鼠妇、蚯蚓等动物被酸雨侵袭后的行为，推断酸雨对动物的影响。

根据气象学定义，1mm降水量相当于向约666.5m2土地浇约650 kg水，而连续性小雨，酸性比较强，对生物的影响比较大。所以本实验根据水槽面积换算，采用向水槽一次性喷撒1mm降水量的酸雨，12h换掉水槽一半水量，模拟24h连续降1mm酸雨及漓江水流对酸雨的稀释。

3实验目的

（1）学习和了解桂林酸雨的形成原因、主要成分、pH范围、发生频率、收集、检测方法等相关科普知识，拓宽知识面，丰富知识储备。

（2）运用所学生物学知识和技能改进教材实验，设计开发“酸雨对生物影响的模拟探究实验”。从微观方面（细胞结构层面）和宏观方面（生态系统模拟和动物的行為）呈现酸雨对生物的影响，创造性解决学习中遇到的新问题。

（3）借助多渠道获取多种资源，解决身边一些的生物学与环境科学问题，拟定“认识酸雨危害保护桂林绿水青山”行动计划。

4实验用具

课内实验材料用具：洋葱，紫鸭跖草，稀硫酸，水，pH计，烧杯，滴管，培养皿，盖玻片，载玻片，吸水纸，显微镜，纱布。

课后拓展实验材料用具：大水槽2个，漓江中的水草、螺蛳、鳅鱼等生物适量，pH为4.4的溶液和pH为5.0的溶液模拟酸雨，塑料桶一个，量筒2个，加压喷壶2个，大玻璃板一块，鼠妇20只，蚯蚓9条，解剖盘4个。

5方法步骤

（1）根据桂林酸雨的实际情况，用稀硫酸配置pH分别为4.4、5.0的酸雨供实验使用。

（2）课内探究实验一方法步骤：

①制作洋葱鳞片叶外表皮细胞临时装片，分别置于培养皿a、b中。

②用显微镜观察洋葱鳞片叶外表皮细胞临时装片a，并拍照记录。

③在a的盖玻片一侧滴加1滴pH为4.4的酸雨模拟液，用吸水纸在对侧吸引，3min后拍照记录。然后用红墨水染色，观察细胞核着色情况，3min后再拍照记录。

④在b的盖玻片一侧滴1滴pH为5.0的酸雨模拟液，用吸水纸在对侧吸引，3min后拍照记录细胞的变化情况。然后用红墨水染色，加观察细胞核着色情况，3min后再拍照记录。

实验现象：在pH4.4的酸雨侵袭下，洋葱鳞片叶外表皮细胞紫色迅速褪去，用红墨水染色后，细胞核着上红色。在pH5.0的酸雨侵袭下，洋葱鳞片叶外表皮细胞紫色缓慢褪去，用红墨水染色后，细胞核未着上红色。

（3）课内探究实验二方法步骤：

①制作紫鸭跖草叶下表皮细胞临时装片，分别放入培养皿c、d中。

②用显微镜观察紫鸭跖草叶下表皮细胞临时装片c，找到气孔并拍照记录。

③在c的盖玻片一侧滴加1滴pH4.4的酸雨模拟液，用吸水纸在对侧吸引。3min后拍照记录。然后用红墨水染色，观察细胞核着色情况，3min后再拍照记录。

④用以上方法对d装片滴pH5.0模拟酸雨并拍照记录气孔的变化情况。

实验现象：在pH4.4的酸雨侵袭下，紫鸭跖草叶下表皮气孔迅速关闭，用红墨水染色后，细胞核着上红色。在pH5.0的酸雨侵袭下，紫鸭跖草叶下表皮气孔慢慢变小，用红墨水染色后，细胞核并未着上红色。

（4）课外探究实验一方法步骤：

①将等量的漓江水草、螺蛳、鳅鱼、水3000mL分别放入两个大水槽中，模拟微型漓江生态系统A、B。A为对照组。置于室外两周。每天换新取回的漓江水1500mL。

②分别向A中喷纯净水，B中喷等量的pH为4.4模拟酸雨，模拟12h降雨量1mm;每隔3d模拟降雨一次（两水槽正常换水）。

③模拟降雨48h后，分别取两水槽内黑藻同一部位叶片制成临时装片a、b，用显微镜观察并拍照记录。然后用红墨水染色，观察细胞核着色情况，3分钟后再拍照记录。

实验现象记录在表1中（模拟降雨后24h记录）。

临时装片b（模拟降酸雨）的黑藻叶片的叶绿体颗粒明显比a（模拟降雨）减少，红墨水染色后装片a、b的细胞核都未着色，细胞是活的。

（5）课外探究实验二方法步骤：

①在大解剖盘中均匀铺上一层碎土，用大玻璃板从中央隔开。

②在玻璃板两侧土的相同位置分别放鼠妇各10只。

③模拟降雨量1mm。向大玻璃板的一侧的土喷清水，另一侧的土喷等量的pH4.4模拟酸雨。观察并记录。

实验现象记录在表2中。

（6）课外探究实验三方法步骤：

生长状况相似蚯蚓9条，分为3组，分别放入大解剖盘中。

分别对每组蚯蚓的尾部滴两滴清水、pH4.4、pH5.0酸雨，观察并记录实验现象（表3）。

实验结论：酸雨可以影响植物气孔的开闭，使植物细胞颜色褪去，叶绿体颗粒减少，细胞膜的通透性增强。所以，酸雨的酸性越强，影响越大，甚至会导致细胞失去活性。酸雨对动物有刺激，而且酸性越强，刺激越大。

6分析与思考

教师提出问题，引导学生思考：

①雨是酸的，像醋一样吗？山清水秀的桂林会降酸雨吗？

②酸雨落到植物体上，你发现植物有什么变化吗？怎样才能直接观察到酸雨对生物的影响呢？

③酸雨落到漓江里，并没有直接接触到植物體。这样也会对植物细胞有影响吗？

④动物会躲避，但不小心被酸雨淋到，也会有影响吗？

教师提示：

酸雨的“酸”是酸碱度的意思，指降雨中的氢离子浓度。桂林市位于湘桂走廊上，属于我国西南酸雨区。近年来，桂林市酸雨的出现频率呈上升趋势，居广西首位。影响桂林市降雨酸度的酸根离子主要是硫酸根离子，故而桂林市的酸雨属于硫酸型酸雨。

生物体结构和功能的基本单位是细胞，酸雨对生物的影响归根结底是对生物细胞的影响。制作细胞临时装片，用显微镜可以观察到细胞结构，用细胞染色技术模拟酸雨降落到细胞，用观察小鱼尾鳍血流情况的培养皿装置既可以防止污染显微镜，又可以观察到细胞被酸雨侵袭后的动态变化过程。

模拟漓江生态系统，设计降雨和降酸雨对照实验，可以观察到酸雨对水中生物的影响，制作黑藻叶片临时装片，可以观察到酸雨对植物细胞的影响。

模拟酸雨降落到动物体上，设计对照实验，可以从动物的行为解读出酸雨对动物的影响。

7注意事项

本探究涉及江河等危险地域实地考察和取材，有一定的危险性。实施时，教师要组织监督和看护，保证学生安全。

本活动涉及稀硫酸的配制和使用，需培训学生掌握配制稀硫酸的操作要领，带好护目镜，实验后及时洗手、并清理实验用具、实验台等，保证实验安全。

本活动涉及的知识比较广泛，牵扯到跨学科知识的实践运用。

实验中涉及动物的饲养和观察，要注意爱护动物，避免动物死亡，实验结束后要用清水清洗动物并放归大自然。