香煙煙霧回收液對大型溞心率及生命活動的影響

王 釗 鄭則磊 俞如旺，*

(1 福建師范大學生命科學學院 福州 350108； 2 福建省福州市時代中學 350007)

1 前言

“煙草浸出液對水蚤心率的影響”是人教版初中生物學教材的一個探究實驗，該實驗用不同濃度的煙草浸出液處理水蚤，在顯微鏡下觀察并記錄水蚤心率，實驗得出煙草浸出液對水蚤心率有促進作用，進而說明吸煙會加重心臟負擔。但該實驗在實際教學中存在不少問題，如：用煙草浸出液進行實驗探究不能有效真實地模擬香煙煙霧對人體健康的影響；水蚤心跳快，難以觀察計數(shù)；水蚤易受溫度和水質(zhì)等環(huán)境因素影響；難以快速抓取大小及發(fā)育程度相近的水蚤等。本文對實驗材料和方法進行改進和拓展，取得了較好效果。

2 材料方法

2.1 實驗材料 大型溞(Daphniamagna)是枝角目(Cladocera)溞科(Daphnidae)中個體最大的一種，體長約2.5mm，其體型較大，與普通小水蚤相比更容易找到背部中央靠上的心臟，有利于計數(shù)心率。大型溞培養(yǎng)過程簡單且周期較短，在常溫下可大量繁殖，價格低廉，在網(wǎng)絡(luò)上也容易購買到。

2.2 煙霧收集裝置的設(shè)計 本實驗采用自制煙霧收集裝置模擬人肺部吸煙過程，煙霧簡易收集裝置如圖1所示。裝置的設(shè)計原理：針筒抽氣時，夾住K1，煙霧從管②進入b瓶再通過管③儲存在a中，主要吸收通過濾嘴的主流煙霧，模擬肺部吸煙過程；針筒推氣時，夾住K2，煙霧從管④進入c瓶，主要吸收環(huán)境煙霧(二手煙)，模擬人在環(huán)境中被動吸煙過程。利用水和脫脂棉混合物制造濕潤環(huán)境吸收煙霧，便于吸附尼古丁、煙焦油等主要成分。裝置可同時制得主動、被動吸煙煙霧回收液。

圖1 煙霧收集裝置

裝置用厚底玻璃瓶以及特制的瓶口連接方式，使得裝置穩(wěn)固且氣密性良好；鋼管通入瓶底，底部有許多通氣口，便于煙霧擴散；外部連接上多處使用透明橡膠小管；采用氣泵(1.8L/min)通入充足空氣；在煙灰處理上，設(shè)計簡易“煙斗”承接；尾氣收集采用彈性的氣球，不僅避免制取者吸入煙霧，還可調(diào)整裝置內(nèi)氣壓。綜上所述，該裝置具有直觀簡易，操作簡單，重復(fù)性強，成本低、易普及和效果明顯等優(yōu)勢。

2.3 香煙煙霧回收液的制取 利用自制煙霧收集裝置制取。在b、c瓶中分別加入4g脫脂棉、100mL蒸餾水，開啟氧氣泵，抽吸3根香煙，以保證煙霧回收液濃度充足，觀察到兩瓶中白煙淡去，即可傾倒b、c瓶溶液分別至大燒杯中，用鑷子取出棉花，戴上手套，反復(fù)擰擠，將棉花上物質(zhì)洗下，棄去棉花后裝瓶備用，即獲得b瓶中主動吸煙煙霧回收液母液和c瓶中被動吸煙煙霧回收液母液。各自用蒸餾水配置成25%、50%、75%、100%(母液)不同濃度梯度的水溶液，備用。

2.4 大型溞心率的計數(shù)方法 大型溞心跳較快，將記錄時間設(shè)置為10s，可避免長時間在較快速度的計數(shù)慣性下的誤差，為保證大型溞不受到抓取和環(huán)境變化等無關(guān)變量影響，顯微觀察時應(yīng)等待心跳平穩(wěn)后，再開始應(yīng)用計數(shù)器計數(shù)10s內(nèi)的心跳數(shù)。

2.5 實驗設(shè)計 具體設(shè)計方案如下：

2.5.1 香煙煙霧回收液對大型溞心率的影響實驗 采用自身對照實驗，將收集到的主、被動吸煙煙霧回收液作為母液，分別配置成不同的濃度梯度，滴在大型溞表面，制作成裝片，在顯微鏡下記錄同一頭大型溞處理前、后10s心跳數(shù)，分別計算心跳差值百分比。探究不同濃度梯度的主、被動吸煙煙霧回收液對大型溞心率的影響。具體操作：①取材。用吸管吸取適量大型溞于白瓷板上，挑選大小約2.5mm，成年不帶仔(尾部無卵)的個體于載玻片上。②制片。用吸水紙吸去多余培養(yǎng)液，先后滴入蒸餾水和香煙煙霧回收液處理15s后進行觀察計數(shù)。③觀察計數(shù)。每頭大型溞處理前、后各計數(shù)3次心跳取平均值并記錄(表1)，共計數(shù)10頭，可多設(shè)平行實驗。④結(jié)果處理。計算主、被動吸煙煙霧回收液在不同濃度梯度下大型溞前后心跳改變差值百分比，利用統(tǒng)計學方法進行差異顯著性分析。

表1 香煙煙霧回收液處理前后大型溞心跳數(shù)記錄

(注：以上為同一頭大型溞處理前、后心跳數(shù)記錄表，差值百分比指的是處理前后心跳差值除以對照組心跳數(shù)值)

2.5.2 香煙煙霧回收液對大型溞生命活動的影響 具體操作：①取用10支小試管，分別加入4mL蒸餾水、配置好的25%、50%、75%、100%(母液)主、被動吸煙煙霧回收液，并貼上標簽紙，放置于試管架中；②在白瓷板上每組選取10頭大型溞，分別加入試管中，共10組；③大型溞加入試管后開始計時，晃后平放試管觀察，以15s內(nèi)不動判定為死亡、僅觸角微動且頻率低下判定為運動受限，實驗持續(xù)時間30min，記錄每個試管中大型溞的活動狀態(tài)；繪制30min時主、被動吸煙煙霧回收液不同濃度梯度下大型溞死亡率曲線，分析隨時間和濃度變化，主、被動吸煙煙霧回收液對大型溞的生命活動的影響。

3 結(jié)果與分析

3.1 香煙煙霧回收液對水蚤心率的影響實驗 實驗結(jié)果如表2所示，隨著濃度的升高，主動組、被動組大型溞在實驗處理前后心跳差值百分比逐漸增加，表明香煙煙霧回收液對大型溞心率有促進作用，且濃度越高，心跳越快，加重心臟負擔。

此外，觀察制備完畢后的煙霧收集裝置，收集瓶b中的棉花顏色明顯變黃，收集瓶c中，棉花變?yōu)闇\黃色，玻璃瓶壁和軟膠管出現(xiàn)棕色油狀小液滴，白色氣球出現(xiàn)發(fā)黃，表明產(chǎn)生了煙焦油等有害成分，形象直觀。

表2 主、被動吸煙煙霧回收液不同濃度梯度下大型溞前后心跳差值百分比記錄

[注：主、被動組不同濃度梯度各計數(shù)10頭大型溞前后心跳，計算差值百分比，取平均值記錄于表2。對結(jié)果進行統(tǒng)計學數(shù)據(jù)分析，以*表示差異顯著(p<0.5)]

3.2 香煙煙霧回收液對大型溞生命活動的影響 實驗結(jié)果如表3、圖2所示，隨時間的變化和濃度的升高，主動組和被動組大型溞的活動狀態(tài)逐漸出現(xiàn)運動受限直至死亡的現(xiàn)象，顯微鏡下觀察，結(jié)果顯示運動受限的大型溞10s心跳低于20次(對照組心跳30～35次)，嚴重的不足10次。

這表明香煙煙霧回收液對大型溞有一定毒性，并隨濃度增加，毒性增加。

表3 主、被動吸煙煙霧回收液不同濃度梯度下大型溞活動狀態(tài)記錄

(注：主、被動組不同濃度梯度各放入10頭，以上顯示30min時記錄結(jié)果)

圖2 主、被動吸煙煙霧回收液不同濃度梯度下大型溞死亡率曲線

4 討論

4.1 實驗方法的優(yōu)化 針對原實驗中存在的問題，對實驗方法和過程進行的優(yōu)化如下：①煙草浸出液和煙絲燃燒后成分存在差異，采用煙霧回收液代替?zhèn)鹘y(tǒng)的煙草浸出液，模擬效果更真實。學生能夠更直觀地認識吸煙對人體健康的危害，形成健康的生活方式。②大型溞個體差異大，即使選取大小相近個體，心率仍

有較大差異，因此改用自身前后對照實驗，記錄大型溞經(jīng)香煙煙霧回收液影響前、后的心跳變化。③剪去塑料滴管下端開口直徑約3mm，易于吸取和釋放大型溞；利用白瓷板純白底色反差大的特點，可將吸取的若干頭大型溞滴入凹槽中，快速用肉眼尋找大小相近大型溞。

4.2 實驗中應(yīng)注意的其他問題 ①大型溞易受環(huán)境等因素影響，應(yīng)保證所有大型溞在同樣的溫度、水質(zhì)和營養(yǎng)狀況下進行實驗和觀察，減少實驗誤差；②在制備香煙煙霧回收液時，應(yīng)注意檢查裝置連接處的氣密性，以免制取的母液濃度過低，影響實驗結(jié)果；③在制作大型溞裝片時，光線變化會使其心跳瞬時加快，應(yīng)給予環(huán)境適應(yīng)時間約15s，再開始計數(shù)；④顯微觀察時，用吸水紙吸取大型溞表面多余液體，防止滑動同時應(yīng)保持表面濕潤；⑤在實驗過程中，1次自身前后對照只使用1頭大型溞，不可重復(fù)用于下次實驗。計數(shù)大型溞心跳時，每頭至少記錄3次心跳數(shù)取平均值，以減少計數(shù)誤差。

(*通信作者)