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青少年科技论文 夜光光污染对果蝇蜕变的影响实验报告学 校 东华初级中学 学 科 生 物 年 级 初二年级 学 生 姓 名 卓可超 陈俊宇 指 导 教 师 陈 曦 联 系 电 话二0 0九年十一月目录1 实验目标.21.1 知识目标.21.2 能力目标.21.3 情感态度与价值观目标.22 了解实验对象.33 实验进度安排.34 实验过程.34.1 制定实验计划.34.2 分组行动，进行实验.44.3活动过程设计.44.4 初步实验策略54.5改进后的实验策略.64.6调查结果的整理过程.75 研究背景及实验结果分析.125.1 研究背景.125.2实验结果展示.135.3 实验结果分析156 实验总结.167 活动心得.16夜光光污染对果蝇蜕变的影响实验报告 广东省东莞市 东华初级中学 摘要：广义的光污染包括一些可能对生物的视觉环境和身体健康产生不良影响的事物。我国天津大学教授马剑则以光污染的时间为分类标准，将光污染分为“昼光光污染”和“夜光光污染”，而生物在长期的进化过程中已经形成一定的光周期，所以该实验的目的在于验证夜光光污染对生物是否有影响。本实验以模式生物中的果蝇为实验对象在它发育的重要阶段蜕变，通过进行过夜光光污染我们得出这样的结论：夜光光污染的确对生物的生长发育能够造成一定的危害。关键词：夜光光污染；果蝇；生长发育；蜕变 1 试验目标1.1 知识目标1.1.1了解果蝇的生活史，了解模式生物的贡献1.1.2 通过实验，综合归纳光污染对生物特别是对人类各方面的影响1.1.3了解什么是光污染，以及产生这种污染的原因。1.2 能力目标1.2.1让学生初步掌握配制果蝇培养基的方法，增强他们的实验技能1.2.2 熟练搜集资料、综合和概括等技能训练1.2.3整个实验的关键步骤都由学生完成，增强他们的动手能力1.3 情感态度与价值观目标1.3.1通过该实验让学生了解光污染的基本原理，呼吁他们通过实际行动避免光污染，减少它对青少年生长发育的危害1.3.2培养学生科研探索精神和观察能力，提高他们学习生物的兴趣2 了解实验对象I. 到学校图书室、阅览室和新华书店查阅果蝇的生活史的相关资料II利用Internet 查阅网络共享资源初步了解模式生物果蝇:a.人教网（）b.大自然空间站（/xk-zian/index.htm）c.百度搜索（）3 实验进度安排课时1确定实验内容；制定实验计划；设计实验人员报名表格实验时间9月22日至10月20日之间的黄金周和两个周末，学生分组在课余完成课时2课下交流实验结果4 实验过程4.1 制定实验计划I.指导教师与学生共同探讨，确定实验的大致方向II.根据所学知识挑选出几个可行的实验对象和课题。III.发挥学生的民主作用和学习的主体地位，让各班的学生代表选出自己喜欢的实验题目和实验小方案IV.教师和每班负责人共同制定实验进度表V.每班的负责人起“龙头”带动作用，组建本班实验小队，做好小组内分工表一 小组分工表组别内容实验材料准备小组1.周末搜集较大的玻璃瓶或塑料瓶5个2.组长带15瓦白光灯一台，15瓦黄光灯一台饲料配置小组1.上网搜集果蝇饲料的配制方法2.在老师的指导下配制饲养果蝇的饲料观察小组1.讨论如何获得实验对象果蝇2.每日写观察日记论文小组1.搜集资料对实验过程中出现的问题进行解释2.最后撰写论文4.2分组行动，进行实验I.强调实验目的，让学生树立严谨的科研态度。II.小组分头行动，查阅资料的小组不断搜集资料；配制小组就抽空配制果蝇饲料；抓果蝇的小组用各种方案想办法获得更多的果蝇。小组成员间有一定的配合，当发现问题时及时的变化实验策略。4.3活动过程设计（修改实验步骤后的）（1） 十一前确定实验对象和实验课题，做好分组安排，让学生准备饲养果蝇的玻璃瓶子。另外，每组同学还应该带一盏台灯来。（2） 10.810.11收集实验用具，做好实验前准备（3） 10.1210.14 让学生搜集配制培养基的一般方法,然后分班分组自己配置（4） 10.1510.16因为果蝇有“嗜酒”行为，所以将配置好的培养基让在同样的地方,同时周围放一篮水果皮吸引果蝇前来产卵（5） 10.1710.19 将所有培养瓶的瓶子盖上，放在适宜的温度下,等待子一代的产生（6） 10.21 发现有幼虫活动，让学生仔细观察。让学生选择个头差不多的三龄幼虫分装在四个瓶子中饲养，准备进行实验。当晚就从七点开始就让一个瓶子（编号1）照白光，一个（编号2）照黄光，一个（编号3）不照光，一个（编号4）放入抽屉中一直不照光。（7） 10.2210.24 这三天除了4号瓶一直处于黑暗状态外，其他各瓶白天都接受阳光照射，晚上七点到早上七点不同的瓶就接受不同的光处理。（8） 10.25 发现有果蝇孵化出来，小组成员开始记录结果4.4初步的实验策略表二 初步实验操作表实验步骤具体操作发现问题配制果蝇培养基将1.5 g琼脂放在50 mL蒸馏水中,煮沸,直到琼脂完全溶解,再加入13.5 g,调匀,继续加热。另把10 g玉米粉加入25 mL蒸馏水混合后,倒入正在加热的琼脂糖溶液中,少量体积分数为95%的酒精溶液均匀搅拌,煮沸23 min 成糊状,并趁热注入到洁净、干燥、消毒过的培养瓶中,使培养基在瓶底的厚度约3 cm(注意瓶口和瓶壁上不要被培养基沾污)。该配置比例是在网上查找到的，按这个比例配制的培养基比较粘稠很容易干裂抓取果蝇起初小组成员用烂水果招引果蝇前来觅食，然后再实行抓捕，并将抓住的果蝇放入配制好的培养基内进行饲养，刚开始将招引果蝇的水果瓶放在教室外，后来发现因为楼层太高没有果蝇，之后就将水果瓶放在楼层较低的地方了果蝇会大批量前来觅食，但是它们的飞行速度太快，很难抓到，两天内我们一共抓了不到十只根本无法试验，再以这种速度抓下去，果蝇的年龄差异会较大，很难得出科学的实验结果饲养果蝇可把一洁净纸片的一端插到糊状的培养基里,以扩大果蝇活动的场所。待培养基稍冷却后,在瓶口加棉塞,以免积水。棉塞一定不要塞得太紧,以便空气流通。培养基冷却成固体后,即可用来饲养果蝇。将抓到的果蝇放入培养基里进行饲养培养基干裂的较厉害，果蝇无法生存，另外，果蝇数量太少几乎没有繁育后代，当培养基里的已经有果蝇时，想把其他抓来的果蝇放入其中操作难度实在太大最后根据初步实验计划进行的实验以失败告终，为了继续我们不得不重整旗鼓调整实验方法。4.5 改进后的实验策略表三 改进实验操作表实验步骤具体操作改进说明配制果蝇培养基将1.5 g琼脂放在70 mL蒸馏水中,煮沸,直到琼脂完全溶解,再加入13.5 g,调匀,继续加热。另把10 g玉米粉加入30 mL蒸馏水混合后,倒入正在加热的琼脂糖溶液中,少量体积分数为95%的酒精溶液均匀搅拌,煮沸23 min 成糊状,并趁热注入到洁净、干燥、消毒过的培养瓶中,使培养基在瓶底的厚度约3 cm(注意瓶口和瓶壁上不要被培养基沾污)。因为上次配制的果蝇培养基很粘稠，很容易风干，所以我们适度加大了水的比例，让新制的培养基在敞开的空气中也可以保持较长时间不易变干。为后面的实验奠定基础招引果蝇小组成员用新制的果蝇培养基招引果蝇前来觅食，不再实行抓捕，直接敞开培养基两天时间，让果蝇在里面繁殖后代，等子代繁育出来直接用子代做实验就可以了。 抓果蝇成虫实在太难，并且耗时太长，不好控制果蝇的年龄，现在我们用他们的子代做实验，并且将子代的年龄控制在差别两天内，有利于实验结果的呈现。培养果蝇两天后关上瓶子，创造安静的环境让果蝇充分发育，两天后果蝇发育到三龄幼虫阶段的时候，再另外配制四个新制的培养基，挑选三龄幼虫平均分配到四个培养基中，每瓶20只。这样做可以再次缩小果蝇的年龄差距，让实验结果更准确。实验照光当晚就从七点开始就让一个瓶子（编号1）照白光，一个（编号2）照黄光，一个（编号3）不照光，一个（编号4）放入抽屉中一直不照光。其中黄光和白光的灯泡瓦数一样都是15瓦，控制实验变量实验过程10.2210.24 这三天除了4瓶一直处于黑暗状态外，其他各瓶白天都接受阳光照射，晚上七点到早上七点不同的瓶就接受不同的光处理。10.25 发现有果蝇孵化出来，小组成员开始记录结果4.6调查结果的整理过程从分配好果蝇之后的那个晚上我就真正开始实验啦！用度数相同的黄光和白光做污染源，让两瓶中20个果蝇三龄幼虫在同一室内的不同角落接受不同的光处理。刚刚变成蛹的情况，有些还在变化过程中 6.2 实验过程中一些问题的说明实验过程中我们发现了一些问题，总结如下：1本来果蝇的世代很短，在温度适宜的情况下只需要的几天的时间就可以完成孵化，所以为了精确试验数据应该按小时为单位观察并记录数据，但是由于我们课间时间短暂不便观察，所以我们就从第一只果蝇孵化的那天开始记录，将时间分为两个板块，早晨上课前来观察一次记录数据一次（大约7点左右），晚上晚修前（大约晚7点左右）再观察一下记录一次数据。并且我们每天都写观察日记，然后不同小组写成论文的形式让老师修改，最后再由论文小组写成一篇整体的论文，经老师修改后终于完成了。2我们之前打算研究夜光光污染对果蝇的生长发育的影响，但是果蝇的世代中还有一龄幼虫和二龄幼虫，那时的果蝇太小不便观测，而研究蜕变过程从严格的角度讲本不应该将三龄幼虫纳入研究范围，但是一旦果蝇成蛹很难剥离分配，所以我们只能从可行的角度考虑，从三龄幼虫起实施实验。5研究背景及实验结果分析5.1研究背景5.1.1本实验为什么要研究光污染光污染问题最早于二十世纪三十年代由国际天文界提出，他们认为光污染是城市室外照明使天空发亮造成对天文观测的负面的影响。后来英美等国称之为“干扰光”，在日本则称为“光害”。目前，国内外对于光污染并没有一个明确的定义。现在一般认为，光污染泛指影响自然环境，对人类正常生活、工作、休息和娱乐带来不利影响，损害人们观察物体的能力，引起人体不舒适感和损害人体健康的各种光。从波长十纳米至一毫米的光辐射，即紫外辐射，可见光和红外辐射，在不同的条件下都可能成为光污染源。 依据不同的分类原则，光污染可以分为不同的类型。国际上一般将光污染分成3类，即白亮污染、人工白昼和彩光污染。据美国一份最新的调查研究显示，夜晚的华灯造成的光污染已使世界上五分之一的人对银河系视而不见。另外，近视与环境有关，光污染正在损害你我的眼睛。人们都知道水污染、大气污染、噪声污染对人类健康的危害，却没有发觉身边潜在的威胁光污染，正严重损害着人们的眼睛，特别是近视比率迅速攀升。据统计，我国高中生近视率达60%以上，居世界第二位。最新科技研究表明不合理光污染还可以打破生物钟的正常经行，从而影响生物的生长发育以及繁殖，对于昆虫而言十分影响它们的蜕变过程，其中有些色光对于昆虫的蜕变还有致死的作用。通过以上资料的查询，我们觉得光污染是具有一定的研究价值的，我们希望能通过该实验探究一下到底光污染能对昆虫的蜕变造成多大的危害。5.1.2本实验为什么要以果蝇为研究对象由于陈老师开展的有关模式生物的博学论坛，让部分对生物感兴趣的同学了解了什么是模式生物，增强他们对生物试验的一些认识，而模式生物中比较适合初中生当作试验对象的生物并不是很多，因为模式生物中有的成本较贵，有的不易饲养，有的世代太长，而果蝇恰恰就是最适合当作初中生物实验对象的模式生物。果蝇是一种体型较小，身长34mm的昆虫，由于它们体型小，很容易穿过砂窗，因此居家环境内也很常见。在垃圾筒边或久置的水果上，只要发现许多红眼的小蝇，即是果蝇。那么我们以果蝇作为一种实验动物，有什么优点呢？首先是饲养容易，用一个瓶子，放一些捣烂的香蕉进去，就可以饲养数百甚至上千只果蝇。第二是繁殖快，在25左右温度下十几天就繁殖一代，一只雌果蝇一代能繁殖数百只。伟大科学家孟德尔以豌豆为实验材料，一年才种植一代。摩尔根最初以小鼠和鸽子为实验动物研究遗传学，效果也不理想。后来经人介绍，摩尔根于1908年开始饲养果蝇。果蝇是完全变态昆虫，生活周期可分为4个时期：卵、幼虫、蛹和成虫。1.卵：白色，椭圆形，长约0.5mm，前端背面伸出一触丝，附着在食物上。2.幼虫：一龄二龄三龄，三龄体长4-5mm，幼虫头尖尾钝，头上有一黑色钩状口器。3.蛹：化蛹前三龄幼虫停止摄食，爬到相对干燥的瓶壁上，形成菱形的蛹，形状由淡黄、柔软逐渐硬化为深褐色4.成虫：刚羽化的果蝇虫体较肥大，体表呈半透明，颜色逐渐加深，硬化。形态 腹部末端稍尖 腹部末端呈钝圆形。最适培养温度2025，温度越高，生长越快，但高于30不育甚至死亡。最近天气较温和，平均温度在25，很适合用果蝇当实验对象。5.2实验结果展示5.2.1实验结果记录表 表四 试验结果记录表10.25 早晨10.25 晚上10.26 早晨10.26 晚上10.27 早晨10.27晚上10.28 早晨10.28 晚上1号瓶（白光）内产生果蝇的只数024232422号瓶（黄光）内产生果蝇的只数205453103号瓶（正常）内产生果蝇的只数047540004号瓶（无光）内产生果蝇的只数000031215.2.2实验结果整体分析表5.3实验结果分析5.3.1表面数据分析从结果来看，白天照自然光晚上不照光的果蝇能更快的完成从三龄幼虫到成虫的蜕变，并且在整个试验中无果蝇死亡，全部孵化成功。而接下来果蝇孵化较快的是白天照自然光晚上照黄光的组，这说明黄光夜间照射会影响果蝇的发育或蜕变，同时说明不合理的利用光源可能造成污染，减缓生物的发育，但是本试验中夜间照白光的果蝇蜕变比照黄光的还慢，这说明不同色光对果蝇发育的影响程度不同，从试验结果的初步判断黄光污染对生物的影响不如白光污染严重，但具体原因还有待分析，最后我们发现如果果蝇蜕变过程中不照光的话会有十分严重的影响，首先在没光的情况下多数果蝇都不能完成蜕变，另外就算成功孵化也需要较长的时间，这说明光是生物生存的基础，离开光生物难以生存！5.3.2深层数据分析有了实验现象的基础我们不禁会问为什么白光污染与黄光污染的程度不同，为什么白光污染对果蝇发育的影响更为严重，带这这样的问题我们进行了一系列系统的分析，试图从各种角度找原因，最后总结如下：I 对1、2两组进行实验分析：a.以光学原理为基础从光波波长角度分析大多数脊椎动物的可见光波范围与人接近，但昆虫则偏于短波光，大致在250-700nm之间据查资料显示白光的光波波长大范围是：350-460nm，而黄光的光波波长范围是：510-630nm，总的来说黄光的光波波长比白光的光波波长要长一些，通过学习物理知识我们知道光在传播过程中遇到障碍物时，它的波阵面受到限制，光会绕过障碍物，改变光的直线传播，这种现象称为光的衍射。波长越长衍射作用就越大，这样发生折射和绕过瓶子的光就应该最多，相反到达瓶内的光就越少，这样对果蝇的影响作用也相对较小。按照这样的原理解释实验中白光污染严重于黄光污染也比较合理。b.从光的柔和度角度分析我们知道同等亮度的白光和黄光相比，白光不如黄光柔和，换言之黄光的刺激性不如白光强，另外地球的公转与自转带来了地球上日照长短的周期性变化，长期生活在这种昼夜变化环境中的动植物，借助于自然选择和进化形成了各类生物所特有的对日照长度变化的反应方式，这就是生物的光周期现象。科学研究表明光越柔和对生物光周期影响越小，如果这样来看，同等亮度的黄光污染小于白光污染也不稀奇。c.从光质角度分析科学家最新研究表明，“彩光污染不仅有损人的生理功能，而且对人的心理也有影响。“光谱光色度效应”测定显示，如以蓝色光为152，紫色光为155，红色光为158，黑色光最高为187。要是人们长期处在彩光灯的照射下，其心理积累效应，也会不同程度地引起倦怠无力、头晕、月经不调、神经衰弱等身心方面的病症。”我们知道白光实际上是混合光，由多种光混杂在一起的，那么白光的心理影响应该大于单色光，所以从这个角度