探究甲状腺激素对蝌蚪发育的影响

蝌蚪是青蛙的幼体，在水中生活，生长到一定程度开始变态。变态期内，蝌蚪内外器官由适应水栖生活转变为适应陆栖生活，外观上出现成对的附肢，尾部逐渐萎缩，最后趋于消失。正常情况下，从孵化出蝌蚪到形成成体幼蛙，大约需要3个月左右的时间。如在学习“激素的调节”后，学生了解到甲状腺激素有促进动物个体生长发育的作用。为探索甲状腺激素对动物生长发育的影响，我组织学生进行甲状腺激素对蝌蚪变态发育影响的课外探究实验，并观察在不同浓度的甲状腺激素作用下蝌蚪的发育情况。

一、实验材料与准备用具

同时孵化体长约15mm的同种蝌蚪，新鲜水草（如金鱼藻等），4个玻璃缸（高11cm、直径20cm） 或2000mL玻璃烧杯，捞鱼网，坐标纸（1mm×1mm），培养皿，甲状腺激素片，甲状腺抑制剂（甲硫咪唑）。

二、实验方法与步骤

1.实验动物

5月上旬从西安市长安区常宁宫旁小溪中采集蝌蚪，放在实验室的玻璃缸中饲养，3天后选取40只大小相等、活跃度良好的蝌蚪作为实验材料备用。

2.实验方法

实验中遵循等量、对照和单因子控制的原则，运用对照实验方法，建立实验组和对照组。有空白对照（不饲喂任何药剂）、条件对照（饲喂甲状腺抑制剂，即甲硫咪唑片）和相互对照（实验组中饲不同浓度甲状腺激素片的相互对照）三种实验方法，通过比较和对照，探索甲状腺激素对蝌蚪变态发育的影响。

3.实验步骤

（1）将4个玻璃缸分别编为1号、2号、3号、4号。

（2）在4个玻璃缸中分别放入2000mL提前晾晒3～4天的自来水和等量的新鲜水草，然后从备用的40只蝌蚪中随机取出10只放入每个玻璃缸中。

（3）分组处理（见表1）。

（4）向2号、3号、4号玻璃缸连续投药7天，每隔1天观察一次。观察时先用小网将蝌蚪捞出来放在培养皿中，再将培养皿放在坐标纸上，观察与测量蝌蚪的体长、尾、前肢和后肢的生长情况及变化等，并记录蝌蚪的存活情况，连续观察20～30天。

三、实验结果与分析

1. 蝌蚪体长的变化

由如下图1可知，投喂不同药物及不同浓度甲状腺激素后，各组蝌蚪体长相差较大，其中4号组（饲喂甲状腺抑制剂组）蝌蚪体长增长最快，高于1号组（空白对照组），说明在蝌蚪发育的某时间段加入甲状腺抑制剂（甲硫咪唑），可加快蝌蚪体长的增长速度。2号组、3号组（投喂甲状腺激素）蝌蚪体长增长速度明显低于1号组，说明在蝌蚪生长发育的某时期加入甲状腺激素，抑制了蝌蚪体长的增长速度。 其中3号组（投喂较高浓度的甲状腺激素）蝌蚪的体长在实验8d后出现负增长，表明此时蝌蚪已开始出现褪尾现象。

2.蝌蚪活动能力及死亡情况

实验结果显示，投药后前3天1号组和4号组蝌蚪活动能力正常，2号组、3号组蝌蚪活跃度显著提高，说明甲状腺激素提高了其神经系统的兴奋性。但4天后，2号组、3号组蝌蚪的活跃度明显下降，并且头部形态发生变化，表明开始进行变态。由如下表2也可知，实验进行8天后，3号组中蝌蚪出现死亡现象，19天后蝌蚪大量死亡，但发育速度快，死亡蝌蚪有后肢出现，表明投喂较高浓度的甲状腺激素对蝌蚪有致死作用。4号组直到实验结束也无蝌蚪死亡。

3. 蝌蚪前后肢生长情况

实验结果（如表3）表明，2号组、3号组在实验第4天时已分别有2只、3只蝌蚪出现后肢，实验第8天时3号组存活的7只蝌蚪已全部长出后肢，而1号组、4号组的蝌蚪仍未出现后肢，表明甲状腺激素有促进蝌蚪发育的作用。第14天时1号组有2只蝌蚪出现后肢，第19天时4号组有3只蝌蚪出现后肢，较1号组晚了5天，表明抑制了甲状腺激素的作用后，蝌蚪的发育变慢。随着后肢的出现，蝌蚪的头部后端变窄变尖，前端变宽，两只眼变得明显而突出。3号组在实验第11天时，有1只蝌蚪尾根部变弯，1只左眼出现凹陷。

四、 讨论

一些研究表明，投喂甲状腺激素可促进蝌蚪体长的增长速度，并加快蝌蚪的变态发育。而本实验自投喂药物后，根据实验数据仅发现甲状腺激素促进蝌蚪的变态发育过程，并没有发现甲状腺激素对蝌蚪的体长增加有促进作用。可能是本实验使用的蝌蚪在进行实验时已生长发育到某一阶段，该阶段甲状腺激素对促进蝌蚪体长增长的作用已不明显。

实验结果还发现，投喂甲状腺抑制剂后，蝌蚪体长的增长速度较空白对照组快，但发育缓慢。从实验开始直至实验结束，该组蝌蚪无死亡现象，可能是甲状腺抑制剂阻碍了蝌蚪的变态发育，因变态过程中经历了组织和器官的重构，其中包括神经系统的重塑、四肢的生长和尾部的退化，蝌蚪需要耗费体能去完成变态过程，导致体长的增长到抑制。若变态过程受到抑制，蝌蚪体长的增长不会表现出比正常蝌蚪增长快的现象， 此时蝌蚪的抵抗力可能会较正常蝌蚪大。