植物生长素的研究性学习

植物生长素的研究性学习

研究性学习是现行普通高中课程计划内综合实践活动的一项内容，也是培养学生自主学习、主动探究、勇于创新的一种教学方式。在深化我校生物学教学改革的过程中，我们师生共同确定以植物生长素为课题，开展探究性实验研究活动，研究性学习使师生受益非浅。

一、问题的提出

高中《生物》“植物生命活动的调节”一节，教材内容主要包括：生长素的发现、生长素的基本理论要点、生长素的生理作用，以及生长素在农业生产上的应用等。其中，生长素的发现主要是介绍科学家研究和发现生长素的简史，通过教学不仅使学生习得有关生长素基本理论的要点，而且接受科学思维和方法的训练。在科学家的经典实验中，通常以单子叶植物萌发种子的胚芽鞘为实验材料，实验设计中对材料进行各种处理，通过观察和分析实验结果得出结论。在学习过程中，学生产生许多疑惑：胚芽鞘是什么？胚芽鞘顶端与顶端以下部分怎样划分？切除顶端的部分果真不能生长吗？如何用生长素的基本理论要点，解释背光一侧插入云母片的胚芽鞘能够直立生长的现象？……

学生的疑惑也正是教师教学中感到困惑的问题。问题是研究性学习的出发点，为此我们师生共同确定以植物生长素为课题，由任课教师和实验辅导教师做好必要的实验准备工作，由学生分别设计和执行实验计划，开展系列的探究性实验研究活动，预期通过实验探究对有关问题作出科学的解释，从而达到师生教学相长和共同提高的目的。

二、探究实验程序

1．实验准备

（1）前期准备实验前一天，将玉米种子浸泡在温水中24h，使其充分吸水胀大。除去浮于水面的干瘪子粒，以提高种子发芽率。实验用的培养皿、纱布清洗干净，有条件最好用紫外灯消毒15min左右。

（2）消毒取出吸水胀大玉米种子，置于质量分数为0.1％氯化汞溶液中消毒6min，以防止种子萌发时霉菌生长。然后，用无菌蒸馏水将消毒后的种子反复漂洗4～5遍，洗去种子表面残存的氯化汞。

（3）种子萌发根据本组的实验设计，选取一个大小适宜、消过毒的培养皿，底部平铺一层透气性强的纱布。将玉米种子均匀地摆放在纱布上，再倒入清水，水量不要没过种子，以保证种子的有氧呼吸。然后，将培养皿放入密闭的暗盒中，每天换水1次，在20～25℃温度条件下，2～3d玉米种子即可前发。

玉米种子萌发时，先长出根。随后，胚芽鞘包着胚芽突破种皮，待幼苗的胚芽鞘长到1cm左右时，即可作为有关实验材料。为了做到心中有数，可设置1组对照，用来观察种子萌发及幼苗生长状况，其观察结果大致如下：

表1 玉米种子萌发及幼苗生长状况

2．分组实验及结果

（1）胚芽鞘向光生长的观察实验

该组的实验处理及观察结果如下：

①制作琼脂块称取琼脂粉6g，倒入盛有1000 mL蒸馏水烧杯里，放在酒精灯上加热，边加热边搅拌，直至琼脂完全溶解。然后，将琼脂液倒入小培养皿中，厚度大约为1～2mm，待其凝固后使用。

②进行实验将琼脂块一分为二，分别用于制备实验组和对照组的实验装置。实验组的做法是：切取若干个胚芽鞘顶端，放置在一部分琼脂块上。大约45min后，移去胚芽鞘顶端，将该琼脂块切成小正方体，放在切去顶端的胚芽鞘上。放置前，要测量胚芽鞘的初始高度。对照组的做法是：将另一部分球脂块也切成小正方体，放在切去顶端的胚芽鞘上，放置前同样测量胚芽鞘的初始长度。

③实验结果将上述实验装置放在相同的培养条件下，2d后开始观察和测量。实验组有明显的生长，第3d，叶子已经长出；而对照组没有明显的生长。实验数据如表3。

④分析结论胚芽鞘顶端产生生长素，向下运输，促进顶端以下部位生长。

（3）胚芽鞘生长部位的探究实验

①实验处理Ⅰ及结果选取若干长度为1～1.5cm胚芽鞘，用碳素笔从胚芽鞘顶端到最下端画一条直线，线条颜色、粗细要均匀，然后，将实验材料置于

表3

黑暗条件下处理。 1d后，胚芽鞘即可长到2.5～3cm，其上面的线条自上而下未出现中断，但顶端处颜色深，中段颜色逐渐变浅，最下端颜色也较深。这个实验结果表明，胚芽鞘的生长部位位于其顶端以下的部位，而且是自上而下逐渐生长的。

②实验处理Ⅱ及结果取胚芽鞘长度约为2.6cm的幼苗若干，自上而下每间隔0.2cm 划一条细线，并依次编号为1～13，然后，将实验材料置于黑暗条件下处理。每隔24h测量一次胚芽鞘长度，先后测量2次，其测量结果如下：

表4

胚芽鞘自上而下的区段

（4）生长索运输的探究试验见表5。 （5）胚芽鞘顶端大小的探究实验

①观察和处理材料 取胚芽鞘长度为4cm 左右的黄化苗，观察其胚芽鞘可发现顶端与以下部分有明显的分界。选取长势相近的若干黄化苗分成3组，分别在胚芽鞘的分界处、分界线以上、分界线以下等部位进行切去顶端，然后观察和测量胚芽鞘的生长状况。

②测量与记载 对处理材料进行2次观察和测量，每次间隔24h ，测量结果（每组胚芽鞘的平均值）如下：

表6

③分析结论：玉米胚芽鞘的顶端与其他部位有明显的分界，胚芽鞘顶端长度约为1.5cm 左右。

三、结论与反思

通过对上述探究实验结果的分析，学生得出的实验结论是：玉米胚芽鞘具有向光性；产生生长素的部位是胚芽鞘顶端，胚芽鞘顶端长度约为1.5cm左右；胚芽鞘顶端以下是生长旺盛部位，阻挡生长素运输的任何因素都可以引起胚芽鞘生长停滞或缓慢。

在上述探究实验过程中，师生遇到过挫折和失败，不断地进行反思和改进实验设计和操作，最终取得实验的成功。我们认为在开展这项探究实验活动时应注意以下几个方面：

1、最好选择当年收获的玉米种子，保证种子发芽率高。

2、最好在黑暗处促进种子萌发。向光性试验以及相关实验所用的幼苗，应是对光十分敏感的黄化苗，黄化苗的形成需要黑暗环境。光照条件下长出的胚芽鞘逐渐呈现紫色，而且胚芽鞘很短时就长出真叶，不利于实验的进行。

3、实验时胚芽鞘的适宜高度为1～2cm。胚芽鞘长得太长时，其顶端与真叶逐渐分离，既不利于操作，又会影响实验结果。

4、实验前对幼苗需要量要做到心中有数，试验处理相同的种子放在同一个培养皿中，种子萌发后不要转移幼苗，以免影响实验结果。

5、每次换水动作要快，尽量避免胚芽鞘长时间接触光，有条件最好在暗室中进行。培养皿上要标记出背光侧和向光侧，使胚芽鞘向光侧一直处于单侧光的照射，尽量减少试验误差。

四、问题讨论

1、关于胚芽鞘顶端。辨别胚芽鞘顶端的方法是：胚芽鞘突破种皮后，其上端显淡黄色，而下端部分呈乳白色。嫩黄色与乳白色交界处，即为顶端与以下部位的分界线。将云母片插于分界线以上，胚芽鞘依然生长；将云母片插于分界线以下，胚芽鞘几乎不生长。如果尖端切除得不彻底，可能有少许的生长。如果胚芽鞘太长，切去尖端，胚芽鞘依然生长，可能是因为胚芽鞘里面的真叶也能产生生长素促进下部生长。

2、学生在实验时发现，如果用红色碳素笔作标记，胚芽鞘弯向划红线的方向生长，而且弯曲的程度剧烈，甚至扭曲。红色碳素笔对生长素影响有待进一步探究。

3、光怎样导致胚芽鞘中生长素分布不均匀，是需要进一步探究的课题。

实践表明，在生物学教学活动中，积极创造条件，引导学生主动质疑，亲自动手和大胆探究，不仅有助于学生深入理解有关知识，而且会激发他们学习生物学的浓厚兴趣，给他们带来满足感和成就感，在探究活动中培养他们的实事求是的科学态度和勇于创新的科学精神。

资源来源《生物学通报》2003．05