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20.8 小动物呼吸速率的测定

一、活动目的

通过本活动,使学生了解采用简单的器材可以进行生物科学研究;了解各种不同大小的小动物的呼吸速率以及呼吸速率和动物体型大小之间的关系。

二、活动设计及原理

生物体与外界环境之间物质和能量的交换以及生物体内物质和能量的转变过程,叫新陈代谢。在这一过程中,生物体把从外界环境中摄取的营养物质转变成自身的组成物质并贮藏能量,叫同化作用或合成代谢;同时,生物体又把组成自身的一部分物质分解,释放出其中的能量并把代谢的最终产物排出体外,叫异化作用或分解代谢。异化作用的过程通常是在有氧的条件下进行的,即生物体内的糖类、脂类和蛋白质等有机物在细胞内被氧化分解生成二氧化碳和水等代谢终产物,并释放出能量供生命活动利用。因此,可以通过测定氧气消耗量来了解小动物的呼吸速率。

从绝对值看,大型动物在同样时间内比小型动物消耗更多的氧气,但是,如果比较同样是1克重的动物组织,就会发现小型动物的呼吸速率比较高。例如,一只鼠的呼吸速率远比一头大象的呼吸速率高。这是因为大象的身体表面积和体积之比值低,大象比鼠相对散热较少,因而只需消耗相对较少的能量来维持体温。

本活动采用简单的装置及药品来测定小动物(如蝗虫等)的呼吸速率,并比较不同大小的小动物的呼吸速率。

三、活动开展方法步骤

(1)将有关器材装置成下图样的小动物呼吸速率测定器(图20-3)。装置中左右两侧的橡皮塞要塞紧而不漏气;右侧橡皮塞中央打一小孔,并插一根有刻度的0.1毫升的滴管,滴管右端有一彩色小肥皂液滴;用一小块海绵泡沫(或有孔的软木塞)把玻璃管(或透明塑料管)分成左、右两个小室,右室略小并放有若干粒氢氧化钠颗粒,左室则用来放置小动物。

(2)实验开始时先称出小动物的体重,再将小动物放入左侧小室,并立即记下小肥皂液滴所在位置和时间。当小动物呼吸肘,会消耗玻璃管中的氧气,产生的二氧化碳则通过海绵泡沫塞上的小孔进入右侧小室,被氢氧化钠颗粒所吸收。这样,随着小动物的呼吸,玻璃管中的气体逐渐减少,滴管内的小液滴由于大气压的缘故向左移动。小液滴在滴管中的移动速率就代表了小动物的呼吸速率。

(3)测定一段时间内(比如15分钟)小动物的耗氧量,则可计算出该动物的有氧呼吸速率。呼吸速率的单位为“毫升(氧)/克(体重)/小时”。其中“克(体重)”可以通过实验前称取小动物得到,“毫升(氧)”可以从有刻度的滴管上直接得出,“小时”为实验时间。

要注意,本活动最好在温度较为稳定的条件下进行,骤冷骤热的变化会影响装置中空气体积发生变化,从而影响小动物呼吸速率的测定。

(4)比较不同的小动物的呼吸速率,并分析其存在差异的原因。