高中生物教学论文 “生物微核技术监测水质的污染”研究性学习案例(pdf).pdf

Q 生笙箜鲞笙 塑 生 塑 兰 塑 塑 生物微核技术监测水质的污染 研究性学习案例 5 3 吴剑 峰 南通高 等师 范学 校 江苏 南通 2 2 6 0 0 6 摘 要 在 提 供 生 物 微 核 技 术 监 测 水 质 的 污 染 研 究 性 学 习案 例 的 基 础 上 通 过 展 现 该 研 究性 学 习的 过 程 介 绍 了该 案 例 的设 计 实践 操 作 过 程 与 实 践 成 果 并 对 该 研 究 性 学 习的 实施 过 程 进 行 了教 学反 思 关 键 词 研 究性 学 习 案 例 微 核 技 术 水 质 污 染 中 国 图 书 分 类 号 G6 3 3 9 1 文 献 标 识 码 A 随 着 研 究 性 学 习 在 不 同 层 次 学 校 的 深 入 开 展 其 教 学 的 理 念 学 习 的 方 式 课 程 的 定 位 乃 至 价 值 正 逐 步 得 到 广 大 教 育 工 作 者 的 认 同 然 而 根 据调查发现 许多学校 开展研究性学 习还只是流 于形式 浮于表面 没有摆脱学科知识教 学的传统 模 式 不 少 教 师 和 学 生 对 研 究 性 学 习 的认 识 还 不 够 清 晰 理 解 还 不 太 深 刻 实 施 过 程 中定 位 滞 后 目标 模 糊 内 容 封 闭 形 式 单 一 在 此 提 供 一 则 我 校 生 物 学 科 开 展 的 利 用 生 物 微 核 技 术 监 测水 质 的 污 染 研 究 性 学 习 的实 践 操作案例 该 案例在普通 中学 和大 中专学 校均可 适 用 案 例 以 蚕 豆 根 尖 微 核 技 术 监 测 南 通 市 濠 河 水 质 污 染 的研 究 作 为 研 究课 题 力 图 通 过 展 现 该 研 究 性 学 习 的实 施 过 程 一 方 面介 绍 一 则 供 读 者 参 考 的研 究 性 学 习范 例 另 一 方 面 介 绍 利 用 生 物 技 术 的 方 法 监 测 水 质 污 染 的研 究 成 果 以 期 丰 富 读 者 的 环 境 监 测 方 面 的基 本 知 识 进 一 步 增 强 环 境保护的意识和能力 1 确 立 课 题 1 1 课 题 的 提 出 众 所 周 知 良好 的 环 境 是 人 类 赖 以 生存 和发 展 的 首 要 条 件 然 而 随着 科 技 的 进 步 经济 的发展 和人 们生活水平 的不 断提 高 地球 上 出现 的环境 问题也 日益增多 其 中 水环境污染 是社会高度关 注的 全球性 的一个焦点 问题 我们 对 此 应 该 做 点 什 么 怎 样 才 能 知道 水 质 状 况 的好 坏 如何去监测水 环境 的污染 如果利用生物技术 来监测水质 的污染状 况 哪一 种方法简便易行 造 成 水 质 污 染 的 可能 原 因有 哪 些 对 策 是 什 么 为 此 在 教 师 的 指 导 下 提 出 了 蚕 豆 根 尖 微 核 技 术 监 测 南 通 市 濠 河 水 质 污染 的 研 究 的 研 究 课 题 希 望 学 生 通 过 自主研 究 和学 习 得 到 对 上 述 问 题 的 解 答 并达成 下述教学 目标 学会进行研究性 学习 的一 般 方 法 1 2 教 学 目标 1 知 识 目标 提 高 对 环 境 问 题 的科 学 认 识 增 强 对 环 境 保 护 的 责 任 意 识 了解 生 物 科 学 对 于 自 然 社会与人类 的意义和价值 掌握利用生物微 核 技 术 监 测 水 质 污染 的 一 般 方 法 2 能力 目标 初步掌握科学研究 的基本方法 通过查 阅资料 访谈 考察和探究实验 培养学生 的 调查分析能力 信 息采集和整合 能力 以及实验探 究 能 力 锻 炼 学 生 的实 验 操 作 技 能 3 情 感 目标 培 养 学 生 理 论 联 系 实 际 知 识 应 用 于 实 践 的 意 识 提 高 学 生 学 习 生 物 科 学 的 兴 趣 养 培养基 上和尿 素培养 基上 都没有 菌落 长 出 重 复多次都得 到同样 的结果 说明稀释度太大 里 面 的细 菌 太 少 这 一 浓 度 起 到 明显 的 对 照 作 用 生物学课标 中指出 生物技术 实践 模块重 在 培 养 学 生 设 计 实 验 动 手操 作 收 集 证 据 等 科 学 探究 的能力 广大教 师要 以新课改为契机 让学生 亲 自动手操作 在 实验过程 中促进其 不断思考来 优化实验 引导学生 主动参 与探究 过程 将 探究过 程落在 实处 培养学生 的创新精神 和实践 能力 真 正提 高学 生的生物学素养 主 要 参 考 文 献 1 施忆 高 中生 物课 程标 准 中 的活动 与探 究 北 京 高等教 育 出版社 2 0 0 3 3 5 3 9 2 安军 微生 物 的利用 的教学 构思 生物 学通 报 2 0 0 8 7 2 8 31 E r n a i l d o ux m281 0 s o h u t o m 生物学通报 2 0 1 0年 第 4 5卷 第 1 1 期 以及进行科学探究 的品质 促使学生在研究性学 习的过程 中 学会合作 学会 共享 学 会关注人类 与 环 境 和谐 发展 形 成 积 极 的人 生 态 度 2 实 施 方 案 2 1 知识 和技 能 准 备 以本 课 题 为例 教 师 首 先 向学 生 讲 清研 究 性 学 习 的 目标 意 义 和实 施 步 骤 等 向学生简介进行科学研究的一般方法 讨论分 析 当 前 人 类 发 展 过 程 中 所 面 临 的 环 境 方 面 的 问 题 以开拓学生视野 使学生对本课题 的研究性学 习有 一 个 概 括性 的认 识 并 对 实 施 过 程 中一 些 必 要 的 操 作 技 能进 行 训 练 2 2划分 课 题 小 组 确 定 研 究 任 务 根 据 班 级 学 生 的 自主 报 名情 况 教 师 将 学 生 分 为人 数 不 等 的 3个大组 每一 大组可再细分为若干个小组 每一 小 组不 少 于 3人 第 一 大 组 初 步理 解微 核 及 微 核 在生物细胞 内的形成 机理 第二大组 基本 掌握 蚕 豆 根 尖 微 核 技 术 的实 验 方 法 初 步 得 出濠 河 水 质 状 况 的 监测 结 果 第 三 大 组 实地 考 察 濠 河 及 周 边 环 境 状况 初 步 分 析 造 成 水 质 污 染 的可 能 原 因 并 提 出 可行 的 防治 对 策 2 3制定 研 究 方案 实施 研 究 过程 第 一 大组 主 要通 过 资料 查 询 文献 检 阅 网络搜 索 等 方式 从 微 核 的概 念 微 核在 生 物 细胞 内 的形 成 途 径 蚕 豆 根 尖 细胞 微 核技 术 的运 用情 况 微核 细 胞 率 的高 低 与 水 质状 况 之 间的关 系等方 面 进行 合 作探 究 学 习 第 二大组主要通过实 践调查 技术指导 实验操作 等 方式 从实验材料 的选择 待测水样的采集 微核技 术 和方 法 的运 用 等方 面进 行 合作 探 究 实验 第 三 大 组主要通过实地考察 访谈 调研 资料检索等方式 从 造成 濠 河水 质 污染 的可能 原 因 主要 的污染 物 防治对策的选择等方面进行合作研究讨论 为环保 部 门提 供 一些 参 考数 据 和决 策 的依 据 3个 大 组 的 研 究 任 务 既 分 工 又 合 作 研 究 内 容 既 相 对 独 立 又 交叉 联 系 指 导 老 师 必 须 全 程 跟 踪 平 等 地 参 与学 生 的讨 论 研 究 和 实 践 活 动 本 课题研究约需 2周 时问 主要利用综合实践课 科 技活动课或业余时间进行 3 汇报 成 果 每一 大组将各小组 获得 的数 据 资料和信息 进 行 汇 总 整 理 和 分 析 从 而得 出 结 论 形 成 报 告 成 果 汇 报 以报 告 会 的 形 式进 行 3 1 第 一 大 组 报 告 微 核 及 微 核 形 成 的机 理 微核 在生物 细胞 内的形成 途径 以及 与遗 传物 质 染 色 体 畸 变 的相 关 性 早 已被 人 们 所 认 识 用 微 核 测 定 法来 监 测 环 境 污 染 物 对 生 物 遗 传 物 质 的损 伤具 有简便 快速 炅敏度 高等优点 蚕豆根尖细 胞 微 核 试 验 Mi c r o n u c l e u s t e s t MC N T 1 技 术 是 一 种 以 染 色体 损 伤 及 纺 锤 丝 毒 性 等 为 测 试 终 点 的植 物 微 核 监 测 方 法 该 技 术 自 1 9 8 2年 创 立 以来 在 环 境诱 变和致癌 因子 的检测研究 特别是在水质污 染的检测研究 中得 到了广泛应用 并被许多西方 国家 列 为规 范监 测 方 法 我 国也 将 这 一 技 术 列 为 规 范 监测 项 目 根 据有 关 生 物 细 胞 内微 核 形 成 机 理 的理 论 研 究 认为微核形成有 2条途径 一是诱变剂打断 D N A 分 子 形 成 D N A 分 子 断 片 该 断 片 因 没 有 纺 锤 丝相连 无法随染 色体 分离过 程被拉 向两 极 因 而 随 机 滞 留在某 一 个 子 细胞 的细 胞 质 中形 成 独 立 于 细 胞 核 之 外 的微 小 的具 有 核 形 态 的微 核 二 是 由纺锤丝毒剂 打断纺锤丝造成整条染色体落后 于 核分裂周期形成微核 这 2条途径发生 的概率各 为 1 2 当水环境 中存在一定浓度 的致突变物时 可使细胞发生损伤 从而使具微核的细胞增多 即 微核细胞率上升 而微核细胞率的上升 则提示水 环 境 中存 在 有致 突 变 物 亦 即受 试 水 样 中含 有 能 打 断 D N A 分 子 的诱 变 剂 或 能 打 断 纺 锤 丝 的纺 锤 丝毒剂 从 而表现 出遗传毒性 3 2 第 二大 组报 告 微 核技 术 及实 验 监测结 果 3 2 1 蚕豆根尖微核技术 的实验操作过程 1 材料选用南通市种子公 司提供 的松 滋青 皮 V i c i a f a h a 1 2 水 样 采 集 濠 河 是 环 绕 南 通 城 区 的 一条 重 要河 流 总长 1 0 k m 最大宽度 2 0 0多 i n 平 均宽 度 6 0多 m 平 均 水 深 约 1 6 IT I 现 有 水 面 面 积 约 1 4 5 h m 2 我 们 在 濠 河 选 择 了 9个 有 代 表 性 的 采 样点 见下表 1 按监测规范要求采集水样 3 实验 方 法 染 毒处 理蚕 豆 种 子洗 净 后 在 室 温下 用 蒸 馏 水 常 规浸 种催 芽 2 4 h 然 后 移人 铺 有纱 布 的托 盘 内 培养 当初生根长到 2 c m时 选取发育 良好 大小 与根长近似 的幼苗 将幼苗根部 插入培养板的孔 中 培 养 板 置 于 盛满 待 测 水 样 的烧 杯 中 使 根 尖 完 全 浸 入 待测 水 样 中 室 温 下 培养 4 8 h后 取 出培 养 板 然 后 用 蒸馏 水 清洗 根 尖 2次 换 入 新 鲜 蒸 馏 水 2 01 0 年 第 4 5卷 第 1 1期 生物学通报 5 5 恢 复 培养 2 4 h 同 时要 用 蒸馏 水 设 立 空 白对 照 组 固定 根 尖 切 取 根 尖 1 e m 用 新 配 的 卡 诺 氏 固定 液 f 甲醇 冰 醋 酸 3 1 固定 2 4 h 再 用 9 5 酒 精漂洗后 转人 7 0 的酒精 中保存 待用 根 尖 制 片 1 m o l L 的 HC 1 6 0 酸 解 根 尖 1 5 m i n 用 苯 酚 一 品 红 染 色 2 0 rai n 然 后 采 用 压 片 法 制 片 常 规 镜 检 每 个 待 测 水 样 至 少 随 机 检 查 3个 根 尖 每 个 根 尖 在 高 倍 镜 下 至 少 观 察 1 0 0 0个 生 长 点 的 间期 细 胞 然 后 分 别 计 算 各 待 测 水 样 的微 核 细 胞 数 和微 核 率 MC N 3 2 2各 水样 引起 的微核 率 与水质 污染 状 况 的 对 比分 析 1 微 核 细胞 率 微 核 细胞 率 f MC N 含有 微 核 的 细 胞 数 观 察 细 胞 总 数 l 0 0 0 2 污 染 指 数 污 染 指 数 P I 样 品 微 核 率 均 值 对 照微核 率均值 各采集点水样 引起 的蚕 豆根 尖 细胞 微 核 率 及 污 染 指 数 列 于 下 表 南 通 市濠 河各 水样 的蚕 豆根 尖细 胞微 核率 的统 计 根 据 陈光荣 等学 者提 出的污 染指 数 划 分标 准 即 0 1 5区间为基本无污染 1 5 2区间为轻度 污 染 2 3区 间 为 中 度 污 染 3 5以上 为 重 度 污 染 我 们 对 濠 河 各 样 点 水 质 污 染 指 数 f 表 1 1 进 行 分 析 可 知 灰 堆 坝 1号 样 点 水 样 属 重 度 污 染 北 濠 桥 6 号 样点 水样 属 轻度 污 染 其他 水 样 均属 中度 污 染 本实验研究结果 与南通 市环保监测 站同期对 濠 河 水 质 监 测 结 果 进 行 分 析 对 照 比 较 一 致 3 3第 三 大 组 报 告 水 质 污 染 的原 因及 防 治 对 策 3 3 1 造 成 濠 河 水 质 污 染 的 可 能 原 因 濠 河 不 同水 样 采 集 点 的 污 染 程 度 与 其 所 处 的 地 理 环 境 和 所 受 到人 类 活 动 的 影 响 有 关 濠河沿岸总计有 1 5 0多家工厂 饭店 机关 学校 医院等 附近居 民密集 工业废水 生活污水 和 含 农 药 化 肥 的农 田水 以及 船 舶 的排 污 与 漏 油 等 是 造 成 水 质 污 染 的 主要 原 因 主 要 污 染 物 有 氰 化 物 苯 酚 汞 砷 铅 镉 铬 烷 基 苯 磺 酸钠 石 油类等 其 中苯 酚 汞 烷基苯磺 酸钠 等是 目前公 认的致突变物质I 3 对遗传物质的损伤形成微核具 有直接 的作用 而且这些物质在 生物体 内还可 以 不 断 地 积 累 随 着 有 毒 物 质 积 累 的 加 剧 可 引起 相 关 的疾病或 出现代谢 障碍 进而危 害人体健康 据 统 计 目前 濠 河 沿 岸 直 接 把 工 业 废 水 和 生 活 污水 排 入 濠 河 的下 水 道 已登 记 编 号 的就 有 2 7 0 多 个 每 年 排 污 水 9 0 7 6 8 3 4 t 其 中 直 接 排 入 濠 河 的 为 3 5 9 1 2 0 5 t 占 3 9 5 6 有 毒 有 害污 水 1 2 7 8 3 4 1 t 占 3 5 6 0 事 实 上 老 城 区 内 的生 活 污 水 因 排 污总 管未通 无路可走 全部人河 实地考察发现 中度 污 染 区 域 的 2号 3号 4号 5号 7号 8号 9号 采集 点 的 水 质 污 染 均 属 大 量 的 工 业 废 水 和 生 活 污 水 的排 放 所 致 重 度 污染 区域 1号 样 点 是 濠 河 的 一 个 分 枝 末 端 水 流 经 此 处 由坝 截 断 此 处 水 质 透 明度 极低 河 床淤 浅 杂草 丛生 水 面漂 着一层厚 厚 的油 污 附 近 居 民 向此 处 排 放 了 大 量 的生 活 污 水 以及各种 垃圾废 弃物 污染物 主要 有家庭用 的 洗 衣 粉 洗 涤 剂 清 洁 剂 杀 虫 剂 另 外 还 有 新 居 家 庭在装潢 中使用 的油漆 二 甲苯等有 机溶剂 的残 留物 家用 洗 衣 粉 洗 涤剂 是 目前 具 有 代 表性 的环 境 污染物 其潜在 的致突变性和致癌作 用 已引起 了人们 的普遍关注E 3 洗涤用 品和生活污水 与细胞 微核 率之间存在 明显 的正相关 具有 明显 的细胞 遗传毒性效应 由此可见 生活污水是造成水质污 染 的一 个 不 容 忽 视 的 重要 原 因 5 6 生物学通报 2 0 1 0年 第 4 5卷 第 1 1 期 3 3 2防 治对 策 的选 择 1 截污 沿河埋设管道 把流域 内各单 位及居 民的工业废水 和生活污水通 过管道纳 入总管 这 是大大降低 濠河富营养化程度 解决水质恶化 问 题 的根 本性 措 施 2 引 流 濠 河水 流 方 向 由北 向南 北 引通 吕运 河 水 向南 排 至 长 江 目前 濠河 水 处 于 相 对 性 静 止状态 流量平均为 1 m s 青 年路 闸为唯一 出水 口 前 进 河 为 唯 一 进 水 E l 流 量 平 均 为 0 6 11 1 s 濠 河 水 滞 留期 在半 年 以上 因此 拓 宽前 进 河 对 北 引 的 长 江水 先 行 沉 淀 过 滤 并增 大 引流 量 这 是 改 善 濠 河 水 质 的 重要 途 径 3 清淤疏浚 这是减轻濠河 内负荷 扩 大水容 量 提高水体 自净能力 的有效方法 4 生 物 措施 种植 高 等水 生植 物 如水 花生 水 葫芦等 养殖鱼类 如四大家鱼等 可净化水质 协 调 生态平 衡 收环 境 经济 效益 一举 两 得之 成效 4教 学 反 思 本课 题 通 过 让 学 生 利 用 相 关 的生 物 科 学 知 识 和 技 能来 监 测 家 乡水 质 污 染 的 状 况 由于 立 项 选 题恰当 贴近学生生活实际 研究方案 的制定也 比 较具 体明确 研究方法的运用和研究过程 的实施 更 是兼 顾 了学 生 的知 识 结 构 和 能 力 结 构 因而 课 题 研究 进 展 顺 利 成 果 也 比较 明显 基 本 达 到 了预 期 的教 学 目标 通 过 本 课 题 的 研 究性 学 习 不 仅 充 分调动 了学生 自主探究的积极性和创造性 进一 步提高 了学习生物科学的兴趣 让学生真正体会 了 科学一 技术一 社会 三位一体 的教育思想 而且 还 锻炼 和提 高 了学 生 分 析 问题 解 决 问 题 的能 力 以及与人交往 团队协作 共 同分享 的个 性品质 形 成 了崇 尚科 学 尊 重 事 实 独 立 思 考 关 注 问 题 的 意识 和研 究 习惯 学 生 们 对 研 究 性 学 习 的热 情 普遍 高涨 希望多开展此类学 习活动 让学习的方 式 生动 起 来 学 习 的 内 容 丰 富起 来 然 而 在 本 课题 的 研 究 性 学 习过 程 中 也暴 露 出 了部 分 学 生 在 生 物 科 学 素 养 和研 究 性 学 习 品 质 方 面 的诸 多 不足 和 欠缺 如少 数 学 生对 细 胞 分裂 染 色体和 D N A的相关 知识掌握得还不够扎实 个 别学生主动参与 组 内合作的意识还不强 实验过 程中个别学生 出现 了浮躁的情绪 观察不细 记录 不全 实验数据产生了人为的误差 少数学生的动 手能力和实验操作能力还不强 对信息 的采集 整 理 提取和分析的整体水平还不高 成果汇报时研 究报 告 的撰 写 以及 语 言 表 达 的 逻 辑 性 和 严 密 性 也 存 在不 少 问题 等等 这 也提 醒 了教 师在今 后 开展研 究性学 习活动 中要精心准备 周密安排 不断创新 教 学活 动 有 针对 性地 关 注并解 决 好上 述这 些 问题 主 要 参 考 文 献 1 陈 光荣 金波 李 明等 蚕豆 根尖 微核技 术 国家环 保局 环境 监测 技术 规范 北 京 北 京环 境科学 出 版社 1 9 9 1 2 陈光荣 金 波 李 明 等 污染指 数在 微核技 术监 测水质 污染 中的应用 中国环境 科学 1 9 8 6 6 2 6 0 6 3 3 庞宏 路亚北 陆 汉祥 玄 武湖水 金 川河 水诱发 蚕豆 根尖细 胞 微核 南京 师大学 报 自然 科学 版 1 9 9 6 1 9 4 5 2 5 5 E ma i l n t g s w j f 1 6 3 c o rn 代谢 性综 合 征干 预研究 获新 进展 代谢 综合 征是 2型糖尿