叶培毅

摘  要 通过改进和完善探究种子萌发所需条件的实验装置，并在泡沫保温箱中设计出常温和低温两个环境，使其具有便携性和适用性等优点，更能适应课堂教学要求，达到较为理想的效果。

关键词 种子萌发;初中生物;实验教学;实验装置;半导体制冷片系统

1 前言

“探究种子萌发的环境条件”是初中生物教材中一个必做的对照实验，学生通过探究实验，能更好地学习理论知识。良好的实验效果，不仅会加深学生对相关知识的理解和掌握程度，也是对学生学习控制实验变量、掌握科学探究方法的一次实践训练。

以人教版生物学教材为例，实验中共用到四个罐头瓶（编号1～4号），通过设计三组对照实验来探究种子萌发所需的条件。在构成的三组对照实验中，1号瓶中种子因缺乏水分不发芽;3号瓶放入冰箱中，因缺乏适宜的温度，种子不发芽;4号瓶中的种子则因为完全浸泡在水中，水中缺氧，所以也不能发芽;只有作为对照组的2号瓶，种子在符合适宜的温度、充足的空气、一定的水分的条件下，能够正常萌发。

这样的实验装置设计，容易受各种不确定因素的干扰，而且实验周期长，器材烦琐复杂，还需要冰箱等设备，确实很难在课堂内进行。课外学生更不可能花大量时间去进行探究活动，使实验设计无法起到应有的效果。因此，设计制作一种简便易携、成功率高的一体式“探究种子萌发的环境条件”装置供实验教学使用，是很有必要的。

2 种子萌发的原理与装置改进思路

根据潘瑞炽等人的研究，种子萌发的过程主要经历三个阶段[1]。

1）吸胀吸水阶段。此阶段是萌发的初始阶段，其关键因素是水，温度和氧气的影响很小，种子通过吸水活化和激发萌发时的酶系统。

2）无氧呼吸阶段。此阶段种子利用激活的酶系统，通过无氧呼吸释放能量，用于细胞分裂和生长，使胚根开始生长。酶的作用在这一阶段至关重要，而酶活性受温度的影响，因此影响此阶段的关键因素是温度。

3）有氧呼吸阶段。胚根生长突破种皮后，氧气供应量增加，使有氧呼吸取代无氧呼吸，细胞快速分裂生长。因此，温度、水分、氧气共同成为种子继续萌发的关键因素。

三组对照实验研究的变量分别是温度、空气、水分。实验装置的设计要易于操作、效果明显，并且可以让学生清楚地观察到种子萌发的全过程。

首先，可以利用泡沫保温箱简单加工，隔成大小相等的两个封闭空间，一侧保持低温（类似于冰箱），另一侧保持适宜的温度，用来研究温度这一变量。

其次，课本中采用将种子浸没在水中以达到隔绝空气的目的，但水中溶解的少量氧仍可能使吸胀后的种子萌发，只是在缺氧的情况下，种子萌发需要时间更长且发育情况不佳[2]。因此，实验时应对种子种类进行优选，如果对实验时间要求不高时，可以选用体积较大、萌发时耗氧量多的蚕豆、芸豆等的种子，4～5天后对比明显。如果要在较短时间内完成实验，可以在实验前将自来水煮沸一段时间以减少溶解的氧气，以避免实验时浸没水中的部分种子进一步萌发;然后选择萌发率高的绿豆、小麦种子，适合条件下1～2天内即可观察到明显的胚根结构。

最后，作为对照组，种子要在适宜的环境条件下萌发，水量的把握要适宜，水分太少则过于干燥而不能发芽，水分过多则可能使种子沤烂发霉，降低实验的成功率。因此，要采用适当的办法，让水分不多不少，既满足种子萌发需要，又不致太多，导致萌发失败[3]。

3 实验装置的构成

限制这一实验无法在课堂内进行的一个重要原因，是当以温度作为变量时，要将一个实验组放在冰箱内才能作对照实验，因此要解决的就是便携性低温环境的构建。利用现在被广泛使用的半导体制冷片来实现小范围制冷，在外接散热良好的情况下，具有降温迅速、制冷效率高、使用寿命长、安全和价格低廉等优点。利用半导体制冷片作为冷源，将其用导热硅胶与铝板、水冷头相连，如图1所示，构成半导体制冷片系统，铝板即成为制冷端放置于泡沫保温箱内一端，而水冷头则外接水冷循环散热装置，即可达到移动小冰箱的效果。

整套实验装置的主体由半导体制冷片系统（包含水泵和散热装置）、温控调节器、区隔为常温和低温两区的泡沫保温箱三部分组成，通过12 V低压供电，形成循环水路，以达到散热目的。组装完成后，接入温控器，利用温控器进行恒温控制（0～4 ℃），如图2所示。

选用两个透光性好的塑料瓶，依泡沫箱高度剪去瓶口部分，使其能放置于箱内。用铁丝网（或花盆用的底孔塑料网格垫片）剪成瓶身直径大小相同的圆片，圆片两端各留下一个凸起的承托架，如图3左侧所示。在塑料瓶距瓶底一定高度分别剪出平行的两个洞，均剪至瓶身直径一半，厚度和两个洞相对，便于分别从两侧插入图3所示放置种子的塑料网格片或铁丝网。在洞口同样高度的另一侧，再剪一个小孔以承托塑料片（或铁丝网）的另一端。在中层剪出几个透气的小孔，实验时将塑料网格片插入两个瓶子中，如图3右侧所示。在塑料網格上铺上一层纱布或滤纸，纱布或滤纸可以包裹住网格边缘便于吸水，然后加水，过多的水分会从网格片插入的洞中溢流出，使中层的网格在较长时间内保持含有一定的水分。

4 实验装置操作方法

1）在甲、乙两瓶内及铺有纱布或滤纸的塑料网格上放入相同数量的种子，分别置于泡沫保温箱常温室和低温室中进行实验。

2）以甲瓶为例，下层的种子浸没在水中无法接触空气，上层的种子则无法接触到水，只有中层的种子既有充足的空气，又有一定的水分，可以探究水分和空气对种子萌发的影响。甲乙两瓶的种子置于不同的温度下，可以探究温度对种子萌发的影响。

3）在低温天气或隔热不佳时，可以在泡沫箱另一侧的常温区用PTC恒温发热片连接温控器进行恒温设置，将温度设置在适宜种子发芽的最适温度，以增加实验成功率。

5 创新特点

1）适用性广，便携性强，能够克服实验设计中场地和空间限制，在教室内即可进行，也方便学生在实验过程中观察和探究整个过程。

2）操作简便，取材容易，安全性高，能满足长时间工作的要求。

3）从效果上看，能很好地达到设置对照、控制变量、减少误差的探究实验原则，有利于学生主动参与实验过程，拓展思路，培养实践能力和观察能力。

4）可以根据需要对实验进行个性化设计，进行拓展实验，由学生按自己的思路对实验器材、方法、过程等进行拓展和改进，如增加光照、改变种子种类等，开展进一步探究。

参考文献

[1]潘瑞炽，王小菁，李娘辉.植物生理学.北京：高等教育出版社，2012：238-241.

[2]姜丽，殷作民.改进种子萌发条件实验装置的探究[J].生物学教学，2010（3）：31-32.

[3]杨小会，殷从江，徐作英.对“种子的萌发”实验装置的改进[J].中学生物教学，2016（20）：56-57.