“甲状腺素促进蝌蚪变态”实验改进*

王 颖 赵 硕 翁婧宁 张志祥

（宁波市惠贞书院 浙江宁波 315016）

“甲状腺素促进蝌蚪变态”是高中生物学教材必修3 第2 章“动物生命活动的调节”中的重要实验。蝌蚪从水栖幼体变态发育至陆栖成体，体内的各个组织和系统均需经过重构，例如尾部逐渐萎缩至趋于消失，成对附肢代替了鳍［1］。甲状腺素是影响蝌蚪变态发育的重要激素，主要作用是促进物质代谢与能量转化，能直接影响两栖动物的变态［2］；抑制甲状腺的药物则会使甲状腺机能减退，导致幼年期的延长或阻止变态发育的发生［3］。目前，中学实验往往采集蛙的受精卵或体长不足10 mm 的小蝌蚪探究甲状腺素对蝌蚪体长变化的促进作用。然而，蛙受精卵的采集难度较大，体长太短的蝌蚪不易测量，需要花费一定时间培养至适宜体长，且难以保证在某一教学时间内能采集到相应发育时期的蝌蚪，同时，鲜有中学一线教师探究不同浓度甲状腺抑制剂处理下蝌蚪的变态发育情况。因此，本文选择已成长至接近最大体长的蝌蚪进行实验，同时实验中增设不同浓度甲状腺抑制剂处理的实验组，比较不同浓度甲状腺素和甲状腺抑制剂对蝌蚪变态发育的不同影响。旨在通过实验改进，缩短整个实验教学周期，加深学生对2 种激素的认识和理解，发展学生分析和处理信息、从实验数据中归纳和总结实验结论的能力，培养学生的生物学核心素养。

1 材料与方法

1.1 实验材料 4月初在宁波市惠贞书院小池塘采集同一群蝌蚪百余只作为实验材料备用；甲状腺素药片（为纯度较高的左甲状腺素钠片）、甲状腺素抑制剂药片（甲巯咪唑片）、100 mL 烧杯8 个、培养皿2 个、规格为1 mm×1 mm 的网格纸2 张、研钵2 个、玻璃棒2 根、蝌蚪捞网2 个、小型氧气泵9 个、塑料水槽9 个。

1.2 实验方法 取塑料水槽9 个，分别编号1～9，放入1 500 mL 清水，约至水槽高度的2／3，在水槽底部铺上等量小型鹅卵石，再挑选生长状况基本一致的蝌蚪（体长26～28 mm）各15 只置于塑料水槽中，同时放入供氧装置，为蝌蚪生存提供充足的氧气。

1号水槽加入500 mL 清水作为对照组；研磨不同质量的左甲状腺素钠片（每片含50 μg 左甲状腺素钠），充分溶解在500 mL 清水中，依次倒入2～7号 水槽，配制成浓度分别为25 μg／L、50 μg／L、75 μg／L、100 μg／L、125 μg／L 和150 μg／L 的左甲状腺素钠溶液；研磨不同质量的甲巯咪唑片（每片含10 mg 甲巯咪唑），溶解在500 mL 清水中，依次倒入8～9 号水槽，配制成浓度分别为7.5 mg／L 和15 mg／L 的甲巯咪唑溶液。定时投喂适量饲料以供蝌蚪生长发育所需。

每隔2 d 测量蝌蚪体长。利用蝌蚪捞网捞取蝌蚪，置于带有少量清水的培养皿中，同时将培养皿置于网格纸上，尽量使网格纸的边线与蝌蚪位置一致，从而读取蝌蚪体长数据。测量完毕后，清理蝌蚪的代谢废物，更换水槽内3／4 的清水，倒入相应剂量的药片研磨液，投喂饲料。

1.3 数据处理 每隔2 d 统计每组蝌蚪死亡个数，观察并测量蝌蚪形态变化情况，连续测量10 d，用Excel 统计每组蝌蚪平均体长变化情况及标准差，比较各组体长变化与前肢生长变化情况、尾巴缩短至消失的情况。

2 结果与分析

2.1 不同浓度甲状腺素及抑制剂对蝌蚪体长变化的影响 由表1可知，在25～150 μg／L 甲状腺素浓度范围内，随着甲状腺素浓度的增加，蝌蚪体长缩短程度加强，促进蝌蚪变态发育的作用更明显。当浓度到达125 μg／L 时，蝌蚪体长缩短比例最大，达62.1%，此后，蝌蚪体长缩短比例开始减小。与清水组相比，甲状腺素处理的蝌蚪体长缩短比例几乎为清水组蝌蚪体长缩短比例的2 倍及以上。可见在该浓度范围内，尚未出现高浓度甲状腺素抑制蝌蚪变态发育的现象。甲状腺抑制剂处理组蝌蚪体长缩短比例均低于清水组，清水组体长缩短比例为25.6%，而7.5 mg／L 抑制剂处理组蝌蚪体长缩短比例仅有18.3%，15 mg／L 抑制剂处理组比例更是低至14.8%，这说明了甲状腺抑制剂的使用效果和甲状腺抑制剂浓度有关，即甲状腺抑制剂浓度越高，延迟或阻碍蝌蚪变态发育的效果越明显。

表1 不同浓度甲状腺素及抑制剂对蝌蚪体长变化的影响

此外，在测量的第5 天开始，大批蝌蚪开始出现前肢，尾巴逐渐缩短，这一时期属于蝌蚪变态高峰期，也是蝌蚪转化为幼蛙的关键时期，此时蝌蚪体内甲状腺素分泌量迅速升高且达到顶峰［4］。而各组蝌蚪在测量的第5～7 天期间，体长变化幅度均最大。说明处于变态高峰期的蝌蚪，甲状腺素含量达最高，生长发育速度也最大。

2.2 不同浓度甲状腺素及抑制剂对蝌蚪存活率的影响 不同浓度甲状腺素对蝌蚪存活率的影响不尽相同（图1）。除清水组外，甲状腺素处理下的其余各组均有蝌蚪死亡。在25～150 μg／L 甲状腺素浓度范围内，随着甲状腺素浓度升高，蝌蚪存活率逐渐降低，当浓度高达125 μg／L 之后，死亡率甚至超过存活率，达到60.0%。由此可见，高浓度的甲状腺素对蝌蚪有致死作用。不同浓度甲状腺抑制剂对蝌蚪存活率的影响情况也不一样。7.5 mg／L 甲巯咪唑处理下的蝌蚪全部存活，与清水组的存活率一致，说明该剂量甲状腺抑制剂尚未对蝌蚪的生命造成威胁，而15 mg／L 甲巯咪唑处理下蝌蚪死亡4 只，死亡率占到26.6%。

图1 不同浓度的甲状腺素及抑制剂对蝌蚪存活率的影响

2.3 甲状腺素及抑制剂对蝌蚪前肢发育的影响比较 前肢的出现意味着蝌蚪的变态发育达到高峰。比较清水、75 μg／L 甲状腺素溶液和7.5 mg／L抑制剂处理下的蝌蚪发育情况，发现适量甲状腺素能促进蝌蚪变态发育，而甲状腺抑制剂会抑制蝌蚪变态发育（图2）。在实验第3 天清水组蝌蚪首次长出前肢，第9 天已有12 只蝌蚪出现前肢。甲状腺素处理组蝌蚪发育比清水组快，部分蝌蚪也在第3 天长出前肢，第5 天出现发育高峰，具前肢的蝌蚪数量高达11 只，第9 天全部15 只蝌蚪出现前肢。而甲状腺抑制剂处理组蝌蚪发育比清水组迟缓，甲状腺抑制剂组蝌蚪首先出现前肢的时间较清水组晚2 d，且在实验第9 天，也仅有2／3 的蝌蚪出现前肢。

图2 3 种溶液中蝌蚪前肢生长情况比较

3 结论与讨论

中学生物学实验教学中，往往选择受精卵或未长出后腿的幼年蝌蚪作为实验材料，然而，蛙的受精卵在野外较难找到，较小的蝌蚪在测量上存在一定难度，若花费时间将蛙卵或小蝌蚪培养至适宜观察和测量的体长，又延长了实验周期。本文选择已长出后腿、体长达到最大阶段的蝌蚪，着眼于蝌蚪体长缩短、尾巴消失的变化过程，拓宽了采集实验材料的时间范围，打破了教学时间和当地蛙卵或蝌蚪发育时间不协调的局面，使得开展“甲状腺素促进蝌蚪变态”实验在时间上更具灵活性，实验教学的效率也明显提高。甲状腺素促进两栖动物的变态发育，而甲状腺抑制剂阻碍生物的生长发育，2 种激素相互拮抗。增设甲状腺抑制剂处理组有利于学生在实验中学会比较、分析并处理信息，对各种激素的相互作用关系有更深入的认识，学会从生物学现象中归纳生物学概念或知识，并以此解释生活中遇到的生物学问题。

从实验结果分析，某一浓度范围内，随着甲状腺素浓度增加，蝌蚪体长缩短比例逐渐上升，而高浓度甲状腺素导致蝌蚪部分死亡。随着甲状腺抑制剂浓度增加，蝌蚪体长缩短比例逐渐下降，蝌蚪前肢出现的时间也较甲状腺素处理组更晚。由此可见，尽管选择了发育后期的蝌蚪作为实验材料，也能观察到“甲状腺素低浓度促进，高浓度抑制；甲状腺抑制剂阻碍生长”的现象，获得良好的实验效果。同时，学生在探究中也能清晰地观察到蝌蚪变态发育的过程，了解到蝌蚪虽然数量众多，但是自然条件下幼体存活率却很低，从而唤起学生对大自然中各种小生命的关心与爱护，这对生命观念和社会责任的培养大有裨益。

需要注意的是，在预实验中发现未放置氧气泵的一组蝌蚪几乎在1～2 d 内全部死亡，可见氧气泵对蝌蚪的存活情况起着关键作用。此外，在蝌蚪前肢逐渐长出、尾巴消失的过程中，要及时采摘一些叶面积较大的水生植物，放置在水槽中让其漂浮在水面上，以供蝌蚪适应由鳃呼吸转变为由肺呼吸、皮肤辅助呼吸的发育过程；或选择体积较大的小石铺出一定的坡度，保证部分小石露出水面供蝌蚪栖息。