“植物激素調(diào)節(jié)”實驗設(shè)計的命題改編與拓展

湖北

“植物激素調(diào)節(jié)”一章中，對達爾文、拜爾、溫特等科學(xué)家關(guān)于生長素發(fā)現(xiàn)的系列實驗的復(fù)習(xí)是發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維，提升學(xué)生科學(xué)探究品質(zhì)，落實學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑。這些內(nèi)容往往也是高考命題的熱點，本文僅對植物激素調(diào)節(jié)中實驗設(shè)計類試題的命題改編與拓展稍作整理，以供復(fù)習(xí)參考。

一、“生長素類似物促進生根的實驗”命題與拓展的兩個著力點：稀釋法與預(yù)實驗

【示例】洋蔥根段在未知濃度的生長素溶液中培養(yǎng)36h，所得根段長度為12mm。為進一步確定該未知濃度生長素類似物溶液的濃度是相對低濃度的0.1mg·L-1還是較高濃度的10mg·L-1，請寫出實驗思路并預(yù)測實驗結(jié)果及結(jié)論。

實驗思路：將該溶液稀釋一定倍數(shù)（注：稀釋倍數(shù)不能超過100倍），并將所得根段長度為12mm的洋蔥在相同條件下培養(yǎng)36h。預(yù)測結(jié)果及結(jié)論：若根段平均長度大于12mm，則該溶液的濃度為10mg·L-1；若根段平均長度小于 12mm，則該溶液的濃度為0.1mg·L-1。

【改編】在“生長素類似物促進生根實驗”中，有部分用未知濃度的2，4-D溶液處理后的插條，測得其平均生根長度為4.7cm，查閱文獻知與此結(jié)果對應(yīng)有兩個2，4-D濃度，即低濃度（α1）和高濃度（α2）。請設(shè)計實驗探究實驗中2，4-D溶液的真實濃度。

實驗思路：將該溶液適當(dāng)稀釋后處理同樣的插條，培養(yǎng)一段時間后觀察、測量并記錄生根情況。預(yù)期實驗結(jié)果及結(jié)論：若插條生根長度明顯大于4.7cm，則是高濃度（α2）；若插條生根長度明顯小于4.7cm，則是低濃度（α1）。

【說明】上述實驗設(shè)計試題可使學(xué)生明確實驗自變量和因變量，訓(xùn)練其語言表述能力。預(yù)實驗不僅可用于此類實驗，還可用在探究最適溫度、最適pH的實驗中。該示例及改編試題是運用稀釋法確定待測溶液濃度的具體設(shè)計實例。教師還可將教材探究性實驗改為驗證性實驗，以訓(xùn)練學(xué)生規(guī)范表達等能力。

二、對“生長素的合成部位及作用”挖掘?qū)嶒炘O(shè)計類命題，開拓思維視野

【示例】以煙草幼苗為實驗材料，設(shè)計實驗證明頂端優(yōu)勢是頂芽產(chǎn)生生長素運輸至側(cè)芽所致。要求寫出實驗思路及預(yù)期實驗結(jié)果。

實驗思路：將若干長勢相同的煙草幼苗均分為甲、乙、丙三組，甲組不作處理；乙組去頂芽，切斷處放上空白瓊脂塊；丙組去頂芽后在頂端放置含生長素的瓊脂塊（或涂抹生長素）。預(yù)期實驗結(jié)果：甲組與丙組側(cè)芽生長較慢，乙組側(cè)芽生長較快。

【改編1】設(shè)計實驗證明種子產(chǎn)生的生長素使子房壁發(fā)育成果實。要求寫出實驗思路及預(yù)期實驗結(jié)果。

實驗思路：將若干長勢相同，自花受粉的植株均分為甲、乙、丙三組，甲組不作任何處理；乙組去雄后套袋；丙組去雄后，在雌蕊柱頭上涂抹生長素后再套袋。預(yù)期實驗結(jié)果：甲組結(jié)出有子果實；乙組無種子，子房脫落；丙組結(jié)出無子果實。

【改編2】設(shè)計實驗證明成熟葉產(chǎn)生的脫落酸導(dǎo)致葉柄容易脫落。要求寫出實驗思路及預(yù)期實驗結(jié)果。

實驗思路：將若干長勢相同的植株均分為甲、乙、丙三組，甲組植株不作處理；乙組植株去除成熟葉，在葉柄切斷處放上空白瓊脂塊；丙組植株去除成熟葉，在葉柄切斷處放上含有脫落酸的瓊脂塊。預(yù)期實驗結(jié)果：甲、丙脫落時間基本相同，但都比乙組早。

【改編3】設(shè)計實驗證明胚合成的赤霉素導(dǎo)致胚乳中淀粉分解。要求寫出實驗思路及預(yù)期實驗結(jié)果。

實驗思路：將若干生理狀態(tài)相同的種子均分為甲、乙、丙三組，甲組種子不作處理；乙組種子去除胚，用蒸餾水處理；丙組種子去除胚，用適宜濃度的赤霉素處理。預(yù)期實驗結(jié)果：甲、丙淀粉分解量接近，都比乙組多。

【說明】上述四題分別關(guān)于生長素、脫落酸和赤霉素的合成部位及作用。命題的共同點是A→B→C模式。示例中的A是頂芽，B是生長素，C是側(cè)芽伸長。實驗設(shè)計的思路運用排除法，乙組缺失A和B，丙組缺失A，然后乙組與甲組、丙組分別比較得出實驗預(yù)期結(jié)論。

三、對教材技能訓(xùn)練進行拓展，分析生長素運輸途徑的影響因素

【示例】利用放射性強度相同的含14C-IAA瓊脂片、不含IAA的空白瓊脂片、新鮮枝條等材料，探究生長素的極性運輸是否受重力影響，要求簡要寫出實驗設(shè)計、實驗預(yù)期及結(jié)論。（材料充足，不考慮重力對瓊脂片中IAA擴散的影響）

實驗思路：取生長狀態(tài)相同的枝條若干，隨機分成兩組。將一組枝條的形態(tài)學(xué)上端朝上垂直放置，并在上方放置一塊含有14C-IAA的瓊脂片，在下方放置一塊空白瓊脂片。將另一組枝條的形態(tài)學(xué)上端朝下垂直放置，并在下方放置一塊含有14C-IAA的瓊脂片，在上方放置一塊空白瓊脂片。一段時間后測定兩組空白瓊脂片的放射性。預(yù)期實驗結(jié)果與結(jié)論：若兩組空白瓊脂片放射性相同，則生長素的極性運輸不受重力影響；若兩組空白瓊脂片的放射性不同，則生長素的極性運輸受重力的影響。

【說明】植物體內(nèi)生長素的極性運輸只能從形態(tài)學(xué)上端向形態(tài)學(xué)下端運輸，這是遺傳特性決定的主動運輸。生長素的橫向運輸發(fā)生在尖端，往往與外界刺激的方向相同。因此，這兩種運輸方式的影響因素便成為相關(guān)實驗設(shè)計命題的研究方向，例如：將驗證性的實驗設(shè)計試題增加其他內(nèi)容的背景，轉(zhuǎn)換為探究性的實驗設(shè)計試題。

四、對教材“赤霉素的發(fā)現(xiàn)”進行拓展，挖掘跨章節(jié)內(nèi)容之間的聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注問題核心信息，合理組織設(shè)計思路

【示例】以清水、赤霉菌培養(yǎng)基、赤霉菌、水稻幼苗等為材料，驗證引起水稻患“惡苗病”的物質(zhì)是赤霉菌產(chǎn)生的。

實驗思路：將赤霉菌培養(yǎng)基的濾液和清水分別噴灑到?jīng)]有感染赤霉菌、株高相同的水稻幼苗上，然后在適宜且相同的條件下培養(yǎng)，觀察記錄水稻幼苗的株高。預(yù)期實驗結(jié)果及結(jié)論：將赤霉菌培養(yǎng)基的濾液噴灑到?jīng)]有感染赤霉菌的水稻幼苗上，表現(xiàn)出“惡苗病”的癥狀，而噴灑清水的對照組沒有類似癥狀，則使水稻患“惡苗病”的物質(zhì)是赤霉菌產(chǎn)生的。

【改編1】請利用提供的材料用具設(shè)計實驗，證明赤霉菌分泌的赤霉素能促進水稻的生長。材料用具：赤霉菌、培養(yǎng)基、足夠的水稻幼苗、蒸餾水、直尺、噴霧器、無土栽培裝置。

實驗思路：選取若干生長狀態(tài)相似的水稻幼苗平均分成A、B、C、D四組，計算株高平均值。A組幼苗噴灑培養(yǎng)過赤霉菌的培養(yǎng)基濾液；B組幼苗噴灑等量的空白培養(yǎng)基濾液；C組不作處理；D組噴灑等量的適宜濃度的赤霉素溶液。然后分別移栽并培養(yǎng)相同時間。測量株高并計算平均值。預(yù)期實驗結(jié)果及結(jié)論：A組平均值明顯大于B、C、D組，則證明赤霉菌分泌的赤霉素能促進水稻的生長。

【改編2】感染矮化病毒的棉花植株非常矮小。在不考慮病毒對其他植物激素影響的情況下，設(shè)計實驗驗證“矮化病毒能抑制赤霉素的合成”。實驗材料：株高相同的健壯棉花幼苗、矮化病毒、赤霉素溶液、蒸餾水、噴壺、量尺等。

實驗思路：將若干生長狀態(tài)一致的幼苗平均分成甲、乙兩組，同時用矮化病毒處理。甲組噴灑一定濃度的赤霉素溶液，乙組噴灑等量蒸餾水。培養(yǎng)相同時間后，計算甲、乙兩組植株的平均高度。預(yù)測實驗結(jié)果和結(jié)論:甲組植株的平均高度大于乙組，證明矮化病毒抑制赤霉素的合成。

【改編3】某種南瓜矮生突變體可分為兩類：激素合成缺陷型突變體和激素不敏感型突變體。請設(shè)計實驗，探究某種矮生南瓜突變體屬于哪種類型。實驗材料：株高相同的矮生南瓜突變體、赤霉素溶液、蒸餾水、噴壺、量尺等。

實驗思路：用適宜濃度的赤霉素溶液處理矮生南瓜突變體的幼苗，一段時間后測量植株株高。預(yù)期實驗結(jié)果和結(jié)論：如果激素處理突變體后，植株增高明顯，說明該突變體是激素合成缺陷型突變體；如果沒有任何改變，說明該突變體是激素不敏感型突變體。

【拓展】以上四個實驗設(shè)計題的問題指向各有區(qū)別。示例中問題的核心信息是如何通過實驗現(xiàn)象確定赤霉素是赤霉菌分泌的。改編1問題的核心信息是如何通過實驗現(xiàn)象說明赤霉菌分泌的赤霉素促進植株生長，二者問題角度不同，實驗預(yù)期結(jié)果的表述便不同。改編2問題的核心信息是如何通過實驗現(xiàn)象表明病毒抑制赤霉素的合成，本實驗需要設(shè)置對照實驗，一組使其感染矮化病毒，且不作任何處理；另一組使其感染矮化病毒，定期補充一定濃度的赤霉素。改編3問題的核心信息是如何通過實驗現(xiàn)象確定突變體的類型，該實驗的自變量是有無噴灑赤霉素，因變量是植株高度，其他條件實驗組和對照組應(yīng)相同且適宜。改編3將赤霉素與信息傳遞、遺傳變異的內(nèi)容聯(lián)系起來，使學(xué)生構(gòu)建跨章節(jié)內(nèi)容間的整合。

五、挖掘植物激素之間的相互作用，思考探究激素關(guān)系的實驗設(shè)計，分析確定具體關(guān)系所對應(yīng)的預(yù)期現(xiàn)象

【示例】生長素（吲哚乙酸）在植物體內(nèi)的代謝過程如圖1所示，吲哚乙酸氧化酶是一種含鐵蛋白。已知促進吲哚乙酸的合成和抑制吲哚乙酸的分解均能使生長素的含量增加。赤霉素通過提高生長素含量間接促進植物生長。假設(shè)，赤霉素不會既促進生長素合成，又抑制生長素分解。請利用圖2所示的比較胚芽鞘尖端生長素含量的方法，利用燕麥幼苗、完全培養(yǎng)液、缺鐵培養(yǎng)液、赤霉素溶液（以上溶液濃度均適宜）、蒸餾水和瓊脂塊等材料，設(shè)計實驗，探究赤霉素提高生長素含量的機理。請簡要寫出實驗設(shè)計思路、預(yù)期實驗結(jié)果及結(jié)論（提示：培養(yǎng)實驗包括1、2、3、4四個組別，比較含量實驗分甲、乙兩個組別）。

圖 1

圖 2

實驗思路：培養(yǎng)實驗分四個組別。第1組和第2組將數(shù)量、生長狀況相同的燕麥幼苗放入等量且適量的完全培養(yǎng)液中；第3組和第4組將數(shù)量、生長狀況相同的燕麥幼苗放入等量且適量的缺鐵培養(yǎng)液中。第1組和第3組幼苗噴灑適量蒸餾水，第2組和第4組幼苗噴灑等量赤霉素溶液。培養(yǎng)一段時間后，進行如圖2所示的比較胚芽鞘尖端生長素含量的處理，其中比較1組和2組幼苗的實驗為甲組，比較3組和4組幼苗的實驗為乙組。觀察甲、乙兩組去尖端胚芽鞘彎曲的情況。預(yù)期實驗結(jié)果及結(jié)論：若甲組去尖端胚芽鞘彎向1組對應(yīng)一側(cè)，乙組去尖端胚芽鞘直立生長，則赤霉素通過抑制生長素的分解間接促進生長。若甲組去尖端胚芽鞘彎向1組對應(yīng)一側(cè)，乙組去尖端胚芽鞘彎向3組對應(yīng)一側(cè)，則赤霉素通過促進生長素合成間接促進生長。

【拓展】抓住題目信息“赤霉素在植物體內(nèi)不會既促進生長素合成，又抑制生長素分解”，所以實驗應(yīng)分兩個目的，分別設(shè)置對照實驗：一組對照實驗證明赤霉素單獨促進生長素合成（實驗組噴灑赤霉素溶液，對照組噴灑等量蒸餾水）；另一組對照實驗證明赤霉素單獨抑制生長素分解（實驗組是在缺鐵的培養(yǎng)液中，對照組是在完全培養(yǎng)液中）。

總結(jié)探究植物激素之間關(guān)系的一般實驗設(shè)計（4組）：設(shè)置空白（加入等量蒸餾水處理）對照組，單獨使用激素A，單獨使用激素B，共同使用激素A、B的實驗組。實驗預(yù)期結(jié)果與結(jié)論：與對照組相比，若生長狀況更好，則表明該激素具有促進作用；若生長狀況差于對照組，則表明該激素具有抑制作用。與“單獨使用”組比較，若“共同使用”時比“單獨使用”更好，則表明A與B關(guān)系表現(xiàn)為協(xié)同作用；若“共同使用”時效果差于“單獨使用”（如何通過數(shù)據(jù)體現(xiàn)以上“作用”，可留給學(xué)生討論），則A、B關(guān)系表現(xiàn)為拮抗作用。

以實驗設(shè)計為命題情境可訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維，激發(fā)學(xué)生探索實驗設(shè)計試題的解答規(guī)律，是落實高考命題能力考查要求、提高復(fù)習(xí)效益的重要途徑。教師不應(yīng)滿足于教材實驗的復(fù)習(xí)，也不應(yīng)止步于常規(guī)實驗方法和技術(shù)的傳授，應(yīng)該推動學(xué)生挑戰(zhàn)實驗設(shè)計類試題。植物激素專題復(fù)習(xí)內(nèi)容是實驗設(shè)計命題的重要素材，學(xué)生需關(guān)注問題的核心信息，仔細(xì)審題，堅持實驗設(shè)計組織思路的方向（先假設(shè)后推導(dǎo)），以防止審題偏差和出現(xiàn)低級失誤。