香烟烟雾回收液对大型溞心率及生命活动的影响

王 钊 郑则磊 俞如旺，*

(1 福建师范大学生命科学学院 福州 350108； 2 福建省福州市时代中学 350007)

1 前言

“烟草浸出液对水蚤心率的影响”是人教版初中生物学教材的一个探究实验，该实验用不同浓度的烟草浸出液处理水蚤，在显微镜下观察并记录水蚤心率，实验得出烟草浸出液对水蚤心率有促进作用，进而说明吸烟会加重心脏负担。但该实验在实际教学中存在不少问题，如：用烟草浸出液进行实验探究不能有效真实地模拟香烟烟雾对人体健康的影响；水蚤心跳快，难以观察计数；水蚤易受温度和水质等环境因素影响；难以快速抓取大小及发育程度相近的水蚤等。本文对实验材料和方法进行改进和拓展，取得了较好效果。

2 材料方法

2.1 实验材料 大型溞(Daphniamagna)是枝角目(Cladocera)溞科(Daphnidae)中个体最大的一种，体长约2.5mm，其体型较大，与普通小水蚤相比更容易找到背部中央靠上的心脏，有利于计数心率。大型溞培养过程简单且周期较短，在常温下可大量繁殖，价格低廉，在网络上也容易购买到。

2.2 烟雾收集装置的设计 本实验采用自制烟雾收集装置模拟人肺部吸烟过程，烟雾简易收集装置如图1所示。装置的设计原理：针筒抽气时，夹住K1，烟雾从管②进入b瓶再通过管③储存在a中，主要吸收通过滤嘴的主流烟雾，模拟肺部吸烟过程；针筒推气时，夹住K2，烟雾从管④进入c瓶，主要吸收环境烟雾(二手烟)，模拟人在环境中被动吸烟过程。利用水和脱脂棉混合物制造湿润环境吸收烟雾，便于吸附尼古丁、烟焦油等主要成分。装置可同时制得主动、被动吸烟烟雾回收液。

图1 烟雾收集装置

装置用厚底玻璃瓶以及特制的瓶口连接方式，使得装置稳固且气密性良好；钢管通入瓶底，底部有许多通气口，便于烟雾扩散；外部连接上多处使用透明橡胶小管；采用气泵(1.8L/min)通入充足空气；在烟灰处理上，设计简易“烟斗”承接；尾气收集采用弹性的气球，不仅避免制取者吸入烟雾，还可调整装置内气压。综上所述，该装置具有直观简易，操作简单，重复性强，成本低、易普及和效果明显等优势。

2.3 香烟烟雾回收液的制取 利用自制烟雾收集装置制取。在b、c瓶中分别加入4g脱脂棉、100mL蒸馏水，开启氧气泵，抽吸3根香烟，以保证烟雾回收液浓度充足，观察到两瓶中白烟淡去，即可倾倒b、c瓶溶液分别至大烧杯中，用镊子取出棉花，戴上手套，反复拧挤，将棉花上物质洗下，弃去棉花后装瓶备用，即获得b瓶中主动吸烟烟雾回收液母液和c瓶中被动吸烟烟雾回收液母液。各自用蒸馏水配置成25%、50%、75%、100%(母液)不同浓度梯度的水溶液，备用。

2.4 大型溞心率的计数方法 大型溞心跳较快，将记录时间设置为10s，可避免长时间在较快速度的计数惯性下的误差，为保证大型溞不受到抓取和环境变化等无关变量影响，显微观察时应等待心跳平稳后，再开始应用计数器计数10s内的心跳数。

2.5 实验设计 具体设计方案如下：

2.5.1 香烟烟雾回收液对大型溞心率的影响实验 采用自身对照实验，将收集到的主、被动吸烟烟雾回收液作为母液，分别配置成不同的浓度梯度，滴在大型溞表面，制作成装片，在显微镜下记录同一头大型溞处理前、后10s心跳数，分别计算心跳差值百分比。探究不同浓度梯度的主、被动吸烟烟雾回收液对大型溞心率的影响。具体操作：①取材。用吸管吸取适量大型溞于白瓷板上，挑选大小约2.5mm，成年不带仔(尾部无卵)的个体于载玻片上。②制片。用吸水纸吸去多余培养液，先后滴入蒸馏水和香烟烟雾回收液处理15s后进行观察计数。③观察计数。每头大型溞处理前、后各计数3次心跳取平均值并记录(表1)，共计数10头，可多设平行实验。④结果处理。计算主、被动吸烟烟雾回收液在不同浓度梯度下大型溞前后心跳改变差值百分比，利用统计学方法进行差异显著性分析。

表1 香烟烟雾回收液处理前后大型溞心跳数记录

(注：以上为同一头大型溞处理前、后心跳数记录表，差值百分比指的是处理前后心跳差值除以对照组心跳数值)

2.5.2 香烟烟雾回收液对大型溞生命活动的影响 具体操作：①取用10支小试管，分别加入4mL蒸馏水、配置好的25%、50%、75%、100%(母液)主、被动吸烟烟雾回收液，并贴上标签纸，放置于试管架中；②在白瓷板上每组选取10头大型溞，分别加入试管中，共10组；③大型溞加入试管后开始计时，晃后平放试管观察，以15s内不动判定为死亡、仅触角微动且频率低下判定为运动受限，实验持续时间30min，记录每个试管中大型溞的活动状态；绘制30min时主、被动吸烟烟雾回收液不同浓度梯度下大型溞死亡率曲线，分析随时间和浓度变化，主、被动吸烟烟雾回收液对大型溞的生命活动的影响。

3 结果与分析

3.1 香烟烟雾回收液对水蚤心率的影响实验 实验结果如表2所示，随着浓度的升高，主动组、被动组大型溞在实验处理前后心跳差值百分比逐渐增加，表明香烟烟雾回收液对大型溞心率有促进作用，且浓度越高，心跳越快，加重心脏负担。

此外，观察制备完毕后的烟雾收集装置，收集瓶b中的棉花颜色明显变黄，收集瓶c中，棉花变为浅黄色，玻璃瓶壁和软胶管出现棕色油状小液滴，白色气球出现发黄，表明产生了烟焦油等有害成分，形象直观。

表2 主、被动吸烟烟雾回收液不同浓度梯度下大型溞前后心跳差值百分比记录

[注：主、被动组不同浓度梯度各计数10头大型溞前后心跳，计算差值百分比，取平均值记录于表2。对结果进行统计学数据分析，以*表示差异显著(p<0.5)]

3.2 香烟烟雾回收液对大型溞生命活动的影响 实验结果如表3、图2所示，随时间的变化和浓度的升高，主动组和被动组大型溞的活动状态逐渐出现运动受限直至死亡的现象，显微镜下观察，结果显示运动受限的大型溞10s心跳低于20次(对照组心跳30～35次)，严重的不足10次。

这表明香烟烟雾回收液对大型溞有一定毒性，并随浓度增加，毒性增加。

表3 主、被动吸烟烟雾回收液不同浓度梯度下大型溞活动状态记录

(注：主、被动组不同浓度梯度各放入10头，以上显示30min时记录结果)

图2 主、被动吸烟烟雾回收液不同浓度梯度下大型溞死亡率曲线

4 讨论

4.1 实验方法的优化 针对原实验中存在的问题，对实验方法和过程进行的优化如下：①烟草浸出液和烟丝燃烧后成分存在差异，采用烟雾回收液代替传统的烟草浸出液，模拟效果更真实。学生能够更直观地认识吸烟对人体健康的危害，形成健康的生活方式。②大型溞个体差异大，即使选取大小相近个体，心率仍

有较大差异，因此改用自身前后对照实验，记录大型溞经香烟烟雾回收液影响前、后的心跳变化。③剪去塑料滴管下端开口直径约3mm，易于吸取和释放大型溞；利用白瓷板纯白底色反差大的特点，可将吸取的若干头大型溞滴入凹槽中，快速用肉眼寻找大小相近大型溞。

4.2 实验中应注意的其他问题 ①大型溞易受环境等因素影响，应保证所有大型溞在同样的温度、水质和营养状况下进行实验和观察，减少实验误差；②在制备香烟烟雾回收液时，应注意检查装置连接处的气密性，以免制取的母液浓度过低，影响实验结果；③在制作大型溞装片时，光线变化会使其心跳瞬时加快，应给予环境适应时间约15s，再开始计数；④显微观察时，用吸水纸吸取大型溞表面多余液体，防止滑动同时应保持表面湿润；⑤在实验过程中，1次自身前后对照只使用1头大型溞，不可重复用于下次实验。计数大型溞心跳时，每头至少记录3次心跳数取平均值，以减少计数误差。

(*通信作者)