探究“酸雨对生物的影响”实验创新改进

摘 要：已有研究结果显示，酸雨会危害动物、植物和人类的健康。文章以重要农作物黄豆和玉米为实验材料，针对“酸雨对生物的影响”实验进行创新改进，研究模拟酸雨对种子萌发、幼苗生长、叶肉细胞结构的影响。结果表明模拟酸雨pH值越低，对黄豆、玉米种子萌发和幼苗生长影响越大，且对黄豆危害更大。改进后的实验，拓展了设计思路，操作过程简便，解决了教材实验存在的问题，提供了直观的实验教学效果。

关键词：模拟酸雨;农作物;种子萌发;幼苗;影响;改进

探究“酸雨对生物的影响”是人教版《生物学》七年级下册第四单元第七章第二节“探究环境污染对生物的影响”的一个重要实验。《生物学课程标准》中关于本节的要求是让学生通过调查人类活动破坏生态环境的事例，说明人对生物圈的影响。随着全球环境恶化，酸雨已成为当今热点环境问题。当雨水的pH值低于5.6时即为酸雨，教材设计本节实验，可以使学生了解酸雨对生物的危害，提高科学探究能力，增强关爱生物圈的情感，树立环境保护意识。但在实际教学中发现以下问题：一是教材实验仅探究酸雨对种子萌发的影响，这样得出酸雨对生物生长有影响的结论缺乏说服力，可信度不高。二是绿豆种子受酸雨的影响不明显，实验效果不好。三是观察角度单一，教材实验是从宏观上对酸雨影响生物进行研究，没有从细胞水平层次深入探究酸雨对生物细胞结构的危害。

近年来随着酸雨问题越来越严重，其对农作物的影响已引起人们的普遍关注，因此探究酸雨对农作物的影响显得非常重要，但是关于酸雨对黄豆和玉米的动态影响鲜有报道。因此，笔者选择黄豆（双子叶植物）、玉米（单子叶植物）两种重要的农作物作为实验材料，探究酸雨对种子萌发和幼苗生长的影响，进一步了解酸雨对植物的危害，也为改进实验教学提供科学依据。改进后的实验教学效果显著，不仅使学生深刻地认识到酸雨的危害性，还提高了学生的动手实践能力，培养了学生的生物学核心素养。

1 材料与方法

1.1 实验器材

1.1.1实验材料

供试黄豆种子、玉米种子均购自临沂种子市场，分别为烟大豆1号、登海605。

1.1.2实验用具

白醋、清水、标签纸、纱布、实验室 pH 计、烧杯、培养皿、锥形瓶、量筒、刻度尺、喷壶、玻璃棒。

1.1.3 模拟酸雨溶液的配制

本实验是用家庭常用的白醋配制的溶液模拟酸雨。把白醋加清水逐步稀释成pH值分别为5、4、3酸度的模拟酸雨溶液，同时用pH为7的清水做对照，用实验室 pH计校准。

1.2 实验方法

1.2.1 探究不同pH的模拟酸雨对种子萌发的影响

将浸泡过的粒大饱满、大小均匀的黄豆种子均分成4组，每组用30粒，分别整齐均匀的排列在铺有两层纱布的培养皿中，贴上标签编号。在第一组培养皿中加入15 ml清水作对照，同时在第二、三、四组培养皿中分别加入15 ml的pH为5、4、3的模拟酸雨。采用喷雾法，每天早晚喷洒2次模拟酸雨，以保持种子湿润[ 1 ]。连续喷洒6天后，统计培养皿中种子萌发情况，种子萌发以胚根出现为标志，计算各组黄豆种子的发芽率。

种子发芽率（%）=（发芽种子数 / 种子总数）× 100%

采用以上相同的实验步骤，再探究模拟酸雨对玉米种子萌发的影响。

1.2.2 探究不同pH的模拟酸雨对幼苗生长的影响

在萌发10天的黄豆幼苗中，挑选长势良好，且株高相近的幼苗作为实验对象，平均分成4组，每组锥形瓶内放置4株黄豆幼苗，用脱脂棉固定植株，并分组编号。每天早晨和晚上用小型喷雾器在对应幼苗植株叶片的正反面喷洒2次模拟酸雨，每次喷洒至叶片滴液为止。第1组幼苗作为对照喷洒清水，第2、3、4组黄豆幼苗分别喷洒等量的pH为5、4、3的模拟酸雨，放在向阳处培养。整个过程除每组喷施的酸雨浓度不同外，其余环境条件完全保持一致。实验期间每天做好记录，用刻度尺测量幼苗从植株基部到顶部的株高，再取平均值作为本组植株高度的最终值[ 2 ]，共观察一周。采用以上相同实验步骤，探究玉米幼苗受模拟酸雨的影响情况。

1.2.3 探究酸雨对叶肉细胞的影响

在1.2.2实验结束后，选择各组有代表性的叶片做成临时装片。用显微镜观察各组植株叶肉细胞内液泡、细胞质、细胞核、叶绿体等结构的变化，了解不同 pH值的模拟酸雨对叶肉细胞微观结构的影响。

2 结果与分析

2.1 不同pH的模拟酸雨对种子萌发的影响

发芽率是评价农作物种子品质优劣的重要标准[ 3 ]。喷洒6天后，分别记录各组黄豆、玉米种子的萌发数量，并计算出发芽率，实验结果见表1。

根据表1的数据可知，在清水中黄豆种子发芽率为100%，当模拟酸雨pH=5时，黄豆种子发芽率为60%，相比对照组降低了40%。当模拟酸雨pH=4时，黄豆种子发芽率降至36.7%，这表明模拟酸雨pH对黄豆种子的萌发有抑制作用。当模拟酸雨pH=3时，黄豆种子发芽率直线下降，发芽率仅为6.7%，与1号对照组有明显差异，表明受到很大的影响。实验结果表明，模拟酸雨对黄豆种子的毒害程度与pH有关，模拟酸雨pH越低，对黄豆种子的萌发毒害作用越大，黄豆的品质变劣，发芽率也越低。

玉米种子发芽的实验结果见表2。

由表2可知，对照组的玉米种子发芽率为100%，在模拟酸雨pH值为 5 时，发芽率为76.7%，在pH值为 4时，发芽率为53.3%，与对照组相比差异显著。当pH 值下降到3 时，发芽率急剧下降，是强酸抑制了玉米种子的萌发。这表明酸雨对玉米种子萌发的抑制作用随pH值的降低而逐渐加强，即玉米种子的发芽率与模拟酸雨的pH成反比。并且各组玉米种子的发芽率都明显高于对应组黄豆种子的发芽率，这说明黄豆种子对酸雨的耐受能力要弱于玉米种子，双子叶植物比单子叶植物对酸雨的敏感性更高。

2.2 不同pH的模拟酸雨对幼苗生长的影响

不同pH的模拟酸雨对黄豆幼苗生长的影响见表3、图1。

由表3、图1可知，随着模拟酸雨pH降低，黄豆叶片的绿色明显变浅，甚至黄化，叶片变形加重。与对照组相比，pH 5处理叶片泛黄，pH 4处理叶片枯黄，部分叶片出现褶皱，pH 3处理叶片枯萎死亡，卷曲萎焉，而清水中的1号黄豆幼苗长势良好。实验说明黄豆幼苗非常容易受酸雨侵害，随着酸雨的酸度增加，黄豆幼苗生长受到的危害增大。

不同pH的模拟酸雨对玉米幼苗生长的影响结果见表4、图2。

由表4、图2可知，随着模拟酸雨pH值降低，玉米幼苗长势也逐渐变差，表现为叶片颜色由浓绿色变成微黄色，继而变枯黄，同时叶片边缘也开始卷曲，最后叶片失水枯萎死亡。

实验期间不同pH的模拟酸雨对黄豆幼苗株高的影响见图1、表5。

由图1、表5可知，第7天后清水中黄豆幼苗平均株高28.6 cm，用pH 5、pH 4和pH 3 模拟酸雨喷洒的幼苗平均株高是19.5 cm、16.1 cm和14.6 cm。可见随着酸雨pH值的下降，黄豆平均株高在逐渐降低，黄豆幼苗生长受到的抑制也越来越强。所以酸雨pH值过低会影响黄豆幼苗的生长。

实验期间不同pH的模拟酸雨对玉米幼苗株高的影响见图2、表6。

由图2、表6可知，与对照组相比，第7天后第2、3、4组幼苗平均株高分别减少了5.7 cm、8.0 cm和11.7 cm，说明酸雨会显著影响玉米幼苗的生长，随着酸雨pH逐渐降低，玉米幼苗的平均株高也在降低。

2.3 不同pH的模拟酸雨对叶肉细胞的影响

挑选各组有代表性的植株叶片制成临时装片，放在显微镜下观察。通过对比发现，对照组叶肉细胞结构表现完好。而第2、3、4组经酸雨处理的叶片受到明显损害，表现为细胞质流出，叶绿体消失，液泡失水而体积缩小，围绕气孔周围的细胞破坏严重，仅剩下细胞壁。随着酸度的增大，叶肉细胞受伤害逐渐加重，而对照组中的叶绿体均匀分散于细胞中。另外在肉眼未见损伤的叶片上也检测出了损伤的表皮细胞，因为细胞结构伤害是肉眼难见的隐性伤害，所以在宏观上观察到叶片泛黄前，在细胞水平上叶肉细胞结构已经被破坏。

3 讨论

本次实验改进，选择了黄豆和玉米两种常见的单子叶和双子叶农作物作为实验材料进行对照探究，材料易于获取，种子萌发率受酸雨影响明显，方便学生观察，实验效果好，得到的结论更有说服力。教材实验只从宏观上对酸雨的影响进行研究，而本实验从植物形态延伸到植物生理，从宏观上观察模拟酸雨对植物种子萌发、幼苗的叶片形态影响，拓展到微观上观察模拟酸雨对细胞的破坏性影响，可以让学生更全面地了解到酸雨对植物多方面的影响。学生通过观察实验现象，能够直观认识到酸雨的危害，提高了学生保护环境的社会责任感。同时在自主探究实验的过程中，培养了学生严谨求实的科学态度，锻炼了科学思维，有效促进生物学科核心素养的发展。

参考文献：

[1] 林慧.模拟探究“酸雨对生物的影响”的教学与思考[J].现代教育，2015（24）：66-67.

[2] 丁小雄.“模拟酸雨影响植物种子的萌发”实验的改进和创新[J].教学仪器与实验，2015（7）：37-39.

[3] 李红菊，张丽蓉，赵京秋，等.“模拟探究酸雨对植物的影响”实验设计、实施与建议[J].生物学通报，2014（11）：25-28.