觀察淡水浮游生物

用顯微鏡看水中的小生物這個單元，在我剛開始任教的時候，一直是個頭痛的單元。因為老師懶得找水樣，就請學生帶水樣，學生看水樣看了老半天找不到東西，老師過去幫學生找，好不容易找到一隻，可是只有一隻，學生花好久時間還是沒看到。就這麼折騰了一節，然後就下課了。學生什麼也沒看到，沒成就感，老師也覺得煩。

但最近有比較認真啦！今年泡的稻草還是上回去苗栗看米蟲順便採回來的，夠認真了吧！不過上禮拜預定觀察的進度被颱風假打亂了，稻草多泡了幾天，結果蟲就少了很多，許多腎形蟲都掛掉了，我猜想是氧氣的問題，也許下次要試試看打氣泡稻草。

如果遇到採得的水樣明明就有生物，偏偏數量不多，密度太低怎麼辦？這個問題在我遇見「它」之後，情況就此改變！

它就是濾紙，濾紙是用來製作「精華液」的！

什麼精華液？浮游生物的濃縮精華液！

我用的還是咖啡濾紙呢，因為咖啡濾紙是杯狀的，只要反折就可以套在燒杯上。把取得的大量水樣過濾，原本一張片子只能看到3隻生物，現在可是密密麻麻全是生物，這樣學生怎麼看都看得到啊！只是我必須花點時間在等待過濾，下次我要考慮弄一個抽氣過濾裝置，這樣速度才會更快。


觀察完這些小生物之後，辨認更是一個麻煩的事情，因為在台灣只看過浮游性藻類的圖鑑，其他浮游性動物的還不曾看過，所以只好向外發展。我透過網友代購了幾本圖鑑，一本是簡體 中文，兩本是日文。


淡水微型生物圖譜

• 定價是人民幣30元
• 簡體中文
• 手繪圖
  

日本淡水産動植物プランクトン図鑑 (単行本)

• 定價：9500日圓
• 超級厚的圖鑑(3cm厚)，介紹了約1800種的生物
• 手繪圖
  

やさしい日本の淡水プランクトン 図解ハンドブック

• 定價3800日圓
• 顯微照片為主，手繪圖為輔
  
• 標榜是小學生就會用的圖鑑，雖然是日文，但是有漢字和學名為輔。

這本書的官方網站(滋賀理科教材研究委員會)
http://www.digitalsolution.co.jp/nature/science/plankton/index.html

三本書裡我推薦第一本和第三本，第一本是因為便宜，而且是簡體中文，至少看得懂。第三本是因為清楚，容易使用。更棒的是，第三本如果不想買或是買不到。這裡甚至有整本書的pdf檔可以下載！
http://www.digitalsolution.co.jp/nature/science/plankton/webpdf/webpdf.html

這次我用的水樣來源除了乾草浸液外，還有敝校的死水小水池


用濾紙過濾之後，取濾紙上面的精華液。




學生在觀察的五秒內絕對立刻發出驚嘆聲，因為數量很多！這個池子裡以扁眼蟲(Phacus)為主，另外就是小型的纖毛蟲、喇叭蟲..等等。



顫藻是到水溝邊取乾掉的片狀物泡水觀察


矽藻來源是水溝裡的水


明年有時間的話打算來泡個豐年蝦(海猴寶寶)在加上個水蚤吧。

這些小生物如何取得，在母校(師大)有詳細的說明：
資料來源：http://140.122.143.143/lin/exp1-2.htm
# 變形蟲 ────── 路旁積水污泥或水田污泥
# 衣沙蟲 ────── 稻田污泥
# 蕈頂蟲 ────── 混生於絲狀藻間
# 太陽蟲 ────── 混生於絲狀藻間
# 眼蟲 ─────── 排水溝邊緣污泥，綠色或深綠色
# 扁眼蟲 ────── 綠色池水，或眼蟲混生
# 線鞭蟲 ────── 與眼蟲混生
# 合尾蟲 ────── 枯草浸液或腐敗的污水
# 唇滴蟲 ────── 腐敗的污水或水蚤死屍旁
# 櫛毛蟲 ────── 混生於絲狀藻間
# 板殼蟲 ────── 腐敗的污水或枯草浸液中
# 長吻蟲 ────── 池塘、稻田或枯草浸液中
# 足吸管蟲 ───── 稻田污泥中
# 腎形蟲 ────── 池水、枯草浸液中或稻田綠藻間
# 草履蟲 ────── 排水溝白色表層或富含機崟之污水中
# 四膜蟲 ────── 富含有機質之污水中或枯草浸液中
# 鍾形蟲 ────── 附著於絲狀藻或有機碎屑上
# 群鍾蟲 ────── 附著於流動水之剛毛藻上
# 喇叭蟲 ────── 附著於水蘊草葉面上
# 玉帶蟲 ────── 富含有機質之污水中或枯草浸液中
# 彈簧蟲 ────── 稻田污泥或池底污泥
# 沙殼蟲 ────── 附著於稻田旁水溝剛毛藻上
# 桿尾蟲 ────── 路旁積水、栽花水盤或稻田污泥
# 游僕蟲 ────── 富含有機質之污水、藻類中
# 輪蟲 ─────── 水池或與藻類混生
# 淡水腹毛蟲 ──── 含腐植質之水池或與藻類混生
# 線蟲 ─────── 污水或土壤中
# 瓢體蟲 ────── 富含有機質之池塘或溪流
# 水蚤 ─────── 池塘或稻田
# 劍水蚤 ────── 富含有機質之水域
# 藍球藻 ────── 盆栽水盤或花盆陰濕面
# 藍鼓藻 ────── 花盆陰濕面或稻田土壤
# 微胞藻 ────── 滯水或積水池塘
# 顫藻 ─────── 積水土壤或稻田土壤
# 葛仙米藻 ───── 草地或土壤表層
# 念珠藻 ────── 苔蘚或幼厥根部土
# 美髮藻 ────── 盆栽水盤或花盆陰濕面
# 單胞藻 ────── 稻回或水耕積水處
# 實球藻 ────── 稻田或池塘
# 空球藻 ────── 稻田或池塘
# 雜球藻 ────── 稻田或池塘
# 團藻 ─────── 稻田
# 網水綿 ────── 溪流
# 盤星藻 ────── 池塘
# 四聯原藻 ───── 稻田或池塘
# 原球藻 ────── 大王椰樹幹或窗檯
# 綠球藻 ────── 魚池石頭或水瓶瓶底
# 波髮藻 ────── 溪流石頭
# 爬崖藻 ────── 山坡陰濕面
# 尖枝藻 ────── 溪流
# 間生藻 ────── 池塘或溪流
# 剛毛藻 ────── 溪流
# 水綿 ─────── 溪流
# 新月藻 ────── 路旁積水或稻田
# 鼓藻 ─────── 路旁積水或稻田
# 矽藻 ─────── 池塘、溪流、水盤

本氏液檢驗澱粉和唾液的反應-精簡版

在教酵素這個單元時，有個實驗是用來驗證唾液裡有酵素可以分解澱粉。

在課本上，這個實驗的安排是讓學生在試管中（有些版本已改成燒杯）吐口水3~5ml，然後加上澱粉液之後，以37度水浴25~30分鐘後，再加入本氏液隔水加熱觀察反應。通常這個實驗需要一節課的時間。

而這個實驗常出現的問題是

• 口水吐不出來或是沒那麼多。不過我去年在這篇唾液的採取方式已經列出一些解決的方法。
• 花很長的時間在等待反應。
• 水浴的溫度無法維持在37度。
• 學生花很多時間在前面等待取得藥品。
  

針對上面的問題，最近開始作一些實驗。終於，我找到一個五分鐘內完成這個實驗的方法，不過需要一些前置作業！

先準備好眼藥瓶和塑膠試喝杯

1. 在實驗前泡好澱粉液後，裝入眼藥瓶中，各組（或是各人）一個塑膠杯先發給各班。
2. 實驗當天的早自修朝杯子裡吐一口口水，不需要收集到3~5ml，只要「呸」 一下就可以了。
3. 把澱粉液滴入杯中，量大約和唾液相同。
4. 實驗時把杯中的液體倒入試管中，加入數滴本氏液，只要能使試管中液體呈藍色即可。
5. 放入飲水機取得的熱水中，一分鐘之內就會有反應了！

這裡有幾點要說明的

• 沒有用到37度水浴，因為酵素是很厲害的東西，我在27度的室溫下作，一樣能反應。
• 等待的時間就是早自修到實驗的時間，至少有半小時，把等待的時間拉回到班上，就算是第一節課作實驗也來得及。
• 唾液量、澱粉液的量、本氏液的量都不需要太多。因為酵素很厲害、本氏液很靈敏，所以不用那麼多。
• 沒用到酒精燈加熱，我用過50幾度和40幾度的熱水，一樣能反應。
• 使用眼藥瓶，這個部份和染劑裝瓶的原因一樣，為的就是減少學生浪費在等待藥品的時間。

在我的實驗室中，我為每組準備了一套共六瓶的眼藥瓶，每瓶都貼上了標籤。
這六瓶分別為：

• 碘液
• 亞甲藍液
• 水
• 本氏液
• 葡萄糖液
• 澱粉液
  

在國中生物實驗中，有了這一套，從顯微鏡觀察做到生化實驗，節省的時間超過想像！足夠我玩很多活動或作其他實驗。

最後回頭看看這個實驗，加上前一個本氏液和碘液的檢定，這兩個最多需要用到兩節課的實驗，我只要十分鐘就可以完成了。

本氏液做糖的檢定-精簡版

這學期因為任教的課程和另外一個老師完全相同，實驗室勢必無法同時使用。因此只好想辦法把實驗器材弄進教室。而過一陣子就要做本氏液測定糖的實驗了，所以最近都在研究有沒有辦法簡化這個實驗。

課本上的實驗步驟是用試管裝2ml的本氏液加上2ml的葡萄糖溶液，然後在燒杯中隔水加熱。

不過就在我讀了本氏液發明者Stanley Rossiter Benedict在1908年發表的論文 A REAGENT FOR THE DETECTION OF REDUCING SUGARS之後，想到了一些可以改變的步驟。

Stanley Benedict在這篇本氏液的發表論文中提到的特點包括。

• 可儲存於無色瓶中，不會遇光分解。
• 遇熱也不會反應，甚至加熱24小時之後，都不會起化學變化。
• 耐儲存，配好之後至少可以放一年不會變質。而且沒有腐蝕性。
• 對醣極為靈敏，可檢測到0.1%的尿糖，甚至到0.08%，比起菲林試劑好多了(菲林試劑必須現用現配)

更重要一點，他提出了檢測尿糖的方式是：

5ml的本氏液加上8滴(0.5ml)的代測溶液，隔水加熱2到3分鐘，自然冷卻之後觀察改變。(這裡可以看到本氏液檢測尿糖的結果反應)

令我訝異的是原來只需要這麼少的代測溶液就可以了？那過去我們加那麼多的溶液是加心酸的嗎！？

經過幾次試驗之後，終於找到簡單的方式

1. 本氏液分裝到眼藥瓶中，葡萄糖溶液也可以分裝成一瓶，方便各組取用。
2. 以這種容器來說，大約滴26滴才會有1ml。我拿試管先滴入10滴(接近0.5ml)的本氏液，只要略高於試管底部即可。然後滴入4-8滴左右的葡萄糖溶液。
3. 燒杯不需加熱，直接取用飲水機的熱水(溫度只有43度)
4. 這樣的試劑量和溫度，不用一分鐘就可以看到本氏液變色了。

就算加上澱粉和碘的反應，這個實驗也不到5分鐘就完成了！




Stanley Benedict的樣子，還蠻帥的喔！

亂畫的虎克顯微鏡

這學期用的課本換了新的版本，顯微鏡的這個單元放了一個虎克顯微鏡的圖。不過當我仔細一看，至少發現二個錯誤。

1.光居然不是走直線？這個顯微鏡的光源是火光經過裝了水的玻璃球之後再經過凸透鏡折射，結果這張圖的火焰、玻璃球和凸透鏡的光居然不是直線。

2.把虎克畫的木栓細胞圖鏡像倒置了


以下這是虎克所著的Micrographia中的圖，注意看光源和上面的有何不同？


再來是虎克所繪的木栓細胞，仔細看，課本上的插圖居然把圖給「鏡像處理」了！為什麼要這樣做？！畫插畫的人在想什麼？


再來是我忍不注要抱怨的兩點

1.為什麼肌肉細胞的圖要放這麼大？文字裡寫肌肉細胞細長，如果老師沒有說明，大概所有學生都會把那些橫紋都當作是一個個的肌肉細胞了。不過還好我有肉鬆可以給學生實際看肌肉細胞的樣子，反正肉眼就看得到肌肉細胞了。

2.這裡所有的顯微照片，居然都沒有比例尺，只寫放大倍率是不夠的！



好了，抱怨完了，反正課本亂它亂的，我還是教我的！

啥！？透明蛙

圖片來源：http://www.pinktentacle.com

這兩天有個「透明蛙」的新聞還蠻特別的。日本廣島大學的住田正幸教授培育出了一種透明蛙，是用有基因缺陷的赤蛙(Rana japonica)交配繁殖出的，這種基因缺陷會造成較淡的皮膚顏色。而這種蛙可以用在醫學上，不需要解剖就可以觀測到內部器官的疾病。之後可能會結合螢光基因，還可以應用在研究基因表現上。

看到這新聞還真是嚇一跳，上網找看看有沒有透明蛙的照片，結果在新聞剪輯網站中找到的上面的圖片。另外在住田正幸的網站上是看到了這張照片，不知道那些是不是透明蛙的「父母」？

圖片來源：http://home.hiroshima-u.ac.jp/~amphibia/sumida/

這種蛙說不定有一天會打入全球的寵物市場？

蛇骨標本製作-下集-麻將牌的蛇骨

前情提要：
蛇骨標本製作-上集-酵素真是好東西
蛇骨標本製作-中集-這裡不只有蛇骨

距離中集已經過了半年，趁著中秋佳節趕快把擺在一旁的蛇骨們集合起來。

「來來來，一個一個站好！排頭為準，向右看齊！」



一個晚上的努力就是把他們擺得跟麻將一樣，本來想要熬夜把它們串起來，結果找不到針，只好等到隔天再繼續進行。


串這些蛇骨我用的是0.2mm的魚線，這原本是梅子拿來做串珠的，結果被我威脅之下貢獻出來串蛇骨。花了快一個小時終於把它們串好了，其實真的不花時間，只是我之前的三分鐘熱度過了，一兩個小時能完成的事情居然拖了半年。

串好的蛇骨繞一繞轉個圈，還蠻像便便的。


把它們攤開照一張像，右邊尺的長度是40公分，這串蛇骨大約有240cm左右


不知道有多大是吧！？那我的腳來當比例尺吧！我可是大腳祥哩，這樣知道蛇骨有多長了吧。


肋骨沒有拼上去，一方面是懶，另一方面是拼上去就不能整串骨頭拿來甩，也不能當項鍊了。

你知道這串蛇骨有幾個脊椎骨嗎？答案是323個！

想想當蛇的推拿師傅也不簡單

阿蛇：「師傅，我腰酸背痛，不知道是哪個骨頭有問題？」
師傅：「嗯，讓我來看看」
十分鐘後
師傅：「嗯，你的第172個脊椎骨附近長了骨刺啦」
阿蛇：「開刀有沒有救？」
師傅：「沒救，因為我算數不好，會算錯」

用心智圖想科展題目

學生在想科展題目的時候，一直沒有辦法找到好的方向。為了讓他們能多「亂想」一點，我在最近上課的時候，教他們用心智圖來「胡思亂想」。

心智圖是一種用來紀錄、呈現發散性思考的方式，用google去找mindmap可以看到許多範例。

我在黑板上寫上想做的實驗材料，再由這個材料去想它的特徵、行為，藉此協助學生找出可能實驗的方向。

除了紙上作業外，原本是打算教他們用開放原始碼的freemind，不過學生一到了電腦前面就找出了另外一套軟體mindman。原來是小學的時候，老師就曾教過他們使用這個軟體。那也好，用freemind還要下載java才能用，不過用mindman直接下載安裝後就可以使用了。

大概有一半學生能藉此找到執行的方向，另外一半則是繼續恍惚中。

氣泡玻片解決氣泡問題

學生在初次使用顯微鏡的時候，常常會把氣泡當細胞。為了解決這個問題，我今年在進行這個課程前，就請學生作出一個氣泡玻片來觀察。

平常在做玻片要做出氣泡還蠻容易的，但要故意做出氣泡就不怎麼簡單了。可以平行放下蓋玻片，或是蓋上後再挑起來重複蓋上，這樣都可以產生一些氣泡。除此之外，下次來改用膠水試試看。

當學生在顯微鏡下認出氣泡的樣子之後，接下來觀察細胞就順利多了，至少不會指著氣泡跟我說那是細胞。

以Imagej合成全對焦影像

使用顯微鏡拍照時，有一個難以克服的問題就是淺景深，整個畫面中無法讓前到後都清楚。
想像一個細胞是一棟透天厝，顯微攝影是從高空往下拍，因為淺景深，所以往往是三樓清楚、而一二樓模糊，或者是二樓清楚、一三樓模糊。

景深和數值孔徑的關係密切，計算公式可以從這篇論文(以全對焦影像合成技術修正失焦顯微鏡影像
)找到。

數值孔徑越小，放大倍率較大，景深數值較深
以10倍物鏡來說，數值孔徑是0.25，景深是8.5um
換到40倍物鏡，數值孔徑是0.65，景深只剩下1um

克服景深的問題，在軟體方面，有很多專業的顯微量測影像處理軟體都可以處理，不過那些是收費軟體。屬於開放原始碼的ImageJ當然也有這樣的能力來處理。

處理的流程如下

1. 攝影
2. 安裝ImageJ的Plugin
3. 使用Plugin做影像對齊校正
4. 使用Plugin做全對焦合成
   

攝影的部份，我先以數位相機拍攝書本的例子來說明。

下方的四張圖拍攝位置都不變，但改變的是對焦的地方，因為使用微距攝影，所以景深淺，每張照片都只有一部分是清楚的。拍攝時要注意相機位置、構圖不可改變，另外曝光量也不可以改變，數位相機有AE Lock的功能可以鎖定曝光值(我在拍攝這四張樣本的時候，忘記鎖曝光值，所以看起來曝光不一樣)



再來是安裝Plugins，這裡需要三個Plugins，分別是TurboReg、StackReg、Stack Focuser
前面二個是作影像自動對齊的，雖然我們固定了相機位置和構圖，但是實際拍攝的相片還是會有些微的差距，所以需要另外做自動對齊。
而最後一個Plugins是用來做產生合成圖的。

TurboReg、StackReg下載以後解壓縮直接放在plugins的資料夾即可，Stack Focuser 可以放在plugins的Stacks資料夾中。

首先開啟拍攝的四張不同焦點的照片
File-->Open

將多個影像合成一個Stack
Images-->Stacks-->Convert Images to Stack

使用stackreg自動對齊影像
Plugins-->stackreg-->Stackreg


使用Stack Focuser合成為全對焦的影像
Plugins-->Stacks-->Stack Focuser

結果如下，看起來有點醜喔？那是因為我失焦的地方太模糊了，所以才會變成這樣，再加上我一開始拍攝的時候沒有鎖定曝光值。



接下來以顯微照片實際示範，以下是拍攝彩葉草葉脈處的導管(像彈簧的東西)，三張的焦點都不同。我也沒有事先做白平衡，打算最後再用影像處理軟體處理。


然後我把三張合成為一個Stack之後，用Stackreg作自動對齊，順便做剪裁，只留下中間我需要的部位。影像如果太大，那些Plugin處理會弄很久。


最後用Stack Focuser生出的影像，原本失焦的地方不再模糊。



最後用Gimp開啟影像作自動白平衡
圖層-->色彩-->白動-->白平衡

參考資料
複数の深度に焦点があっている画像を作製する方法

桌上阿蝦支持模組(生態球啦)

前一陣子查生態球的資料，意外看到Make雜誌居然也有製作生態球的專題，稱為The Tabletop Shrimp Support Module (TSSM)，我就把他稱為桌上阿蝦支持模組(我的命名真瞎)。


(圖片來源:http://www.makezine.com/)

準備物品：罐子、自來水、石子、除氯劑、裝飾物、水網、礦物質提供劑、黑殼蝦、螺、水草、一茶匙小蘇打(pH緩衝)、池塘爛泥、一些端足類、一些橈腳類..。

把這些東西加進去之後，別擺在陽光直射的地方，但還是要在陽光照得到的地方。幸運的話，可以撐個幾個月，不幸的話..，嘿嘿，可能隔天就掛了。


(圖片來源:http://www.makezine.com/)


(圖片來源:http://www.makezine.com/)



(圖片來源:http://www.makezine.com/)

Make雜誌的參考網址
http://www.makezine.com/10/biosphere/
http://www.makezine.com/blog/archive/2007/08/make_labs_biosphere_more.html
http://www.makezine.com/blog/archive/2007/07/make_a_tabletop_biosphere_1.html

製作生態球的pdf檔
http://cachefly.oreilly.com/make/wp_aquanaut.pdf

另外在搜索引擎找生態球，可以看到國內外有很多廠商都在做這個東西，在誠品也可以買到進口的生態球。


以下就是其中一家國外廠商ecosphere，所出的生態球。似乎是誠品賣的那種？

http://www.eco-sphere.com/home.htm

他們還有做專門放在展覽館或博物館的大型生態球呢！

http://www.exhibitionecospheres.com/

2007製作單式顯微鏡

又是新學年的開始，第一堂的專題研究課先安排讓大家認識顯微鏡。
從桌上擺了單式顯微鏡、複式顯微鏡，還拿出虎克的顯微鏡。一字排開，說明顯微鏡的種類。

然後就給大家試用我做的單式顯微鏡，當然大家也是一陣驚訝，很難想像那麼小一片東西也可以變成顯微鏡。
其實雷文霍克的時代就是用那麼小的顯微鏡，只是他是用金屬做的，我是用紙做的。

試用完就是開始做自己的。
做顯微鏡最難的就是挖洞和放鏡頭。
這兩步沒做好，往往前功盡棄！






完成的作品當然不能白白淨淨交給我，還是請學生們做點彩繪裝飾再給我。
從這點就可以看出學生願不願意用心。

有一些學生完全不知道該怎麼做裝飾，因為「老師沒有教」。
有一些則是丟三落四的，交給我的時候鏡頭也沒有了。
當然值得欣慰的還是有做的不錯的作品啦！



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