通过开放性实验探究影响植物顶端优势的因素

莫增忠

一、提出问题

在高中生物教材中，对植物的顶端优势是这样解释的：顶芽产生的生长素向下运输，大量积累在侧芽部位，使侧芽的生长受到抑制。植物在生长发育过程中，顶芽和侧芽之间有着密切的关系。顶芽旺盛生长时，会抑制侧芽生长。如果由于某种原因顶芽停止生长，一些侧芽就会迅速生长。自然界中，不同植物之间、同种植物生长在不同的环境以及在不同的生长阶段，均表现出不同的顶端优势现象。那么，影响植物顶端优势的因素有哪些呢？

二、探究方式及目的

尝试科学探究的实验方法，采用“发现、提出问题→作出假设→设计探究方案→完成探究→得到结果、分析所得结果→得出结论及体会”的科学探究模式。同时运用教育信息理论的相关原理，对实验内容进行优化。

通过观察自然界中的植物生长状况来探究影响植物顶端优势的因素。

三、实验原理

生长素是植物特定部位产生的一种植物激素，有调节植物生长的作用，该激素对植物生长作用具有两重性——既能促进植物生长，又能抑制植物生长。课本对其解释是低浓度时促进生长，高浓度时抑制生长。

四、设计实验方案

该探究活动在高二年级（2）班（理科重点班）和（9）班（理科普通班）进行，让学生分组讨论，然后团结合作共同设计实验方案。在选材上，有的组选择观察生长在相同环境的不同植物，有的组选择观察生长在不同环境的同种植物，有的组选择观察不同生长阶段的同种植物。在方法设计上，既受到教材的启发，又在教材的基础上有大胆创新和超越。通过横向交流、集思广益，学生初步设计出实验方案，教师再帮助补充、完善，使实验方案科学、可行性强。学生设计的实验方案如下。

第一组：观察对象——光叶海桐

对修剪过的光叶海桐和未修剪过的光叶海桐进行观察和比较。

第二组：观察对象——南洋杉、桃

对生长在相同环境的南洋杉、桃进行观察和比较。

第三组：观察对象——泡桐

对泡桐树苗和成年开花的泡桐树进行观察和比较。

第四组：观察对象——马尾松

对生长在环境开阔、光照充足的马尾松和生长在密林中的马尾松进行观察和比较。

五、实验现象分析

第一组：

未修剪过的光叶海桐其顶端优势强，修剪过的光叶海桐顶端优势消失。

未修剪过的光叶海桐其顶芽产生并极性向下运输的生长素，它直接或间接地调节着其他激素、营养物质的合成、运输与分配，从而促进顶端生长而抑制侧芽的生长。修剪过的光叶海桐由于其顶芽被剪除，侧芽处的生长素因极性向下运输而逐渐降低到芽生长的适宜浓度，从而促进侧芽生长。

第二组：

生长在相同环境的南洋杉其顶端优势强于桃。

南洋杉顶芽保持旺盛生长，其顶芽产生并极性向下运输生长素，导致侧芽处的生长素浓度过高而抑制其生长；桃有“自剪”现象，即成熟果树的顶芽在冬季休眠期间自然死亡。

第三组：

泡桐树苗其顶端优势强于成年开花的泡桐树。

泡桐树苗顶芽生长旺盛，其顶芽产生并极性向下运输生长素，导致侧芽处的生长素浓度过高而抑制其生长。成熟泡桐树顶生圆锥花序，产生并极性向下运输的生长素少，侧芽处的生长素浓度适宜，从而促进侧芽生长

第四组：

生长在密林中的马尾松其顶端优势强于生长在环境开阔、光照充足的马尾松。

戈贝尔（K.Goebel，1900）提出的营养学说认为，顶芽是一个营养库，它在胚中就形成，发育早，输导组织也较发达，能优先获得营养而生长，侧芽则由于养分缺乏而被抑制。这种情况在营养缺乏时表现更为明显。生长在密林中的马尾松由于生存斗争激烈导致营养缺乏，侧芽生长被抑制，而生长在环境开阔、光照充足的马尾松营养充足侧芽可以生长。

六、实验结论

植物顶端优势强弱取决于其遗传物质以及不同生长阶段基因的选择性表达；顶端优势的强弱能随环境而变化，可使植物按照水分与营养的供应情况来调节分枝数，是植物调节自身的生长量的主要环节。

七、体会

1.小组成员的团结协作，可以增进学生间的友谊。

2.这个实验是学生通过对自然界植物的考察去发现问题、提出问题，然后运用所学的知识来分析问题、解决问题，提高了学生的分析能力以及认识自然和改造自然的能力。

3.通过这个实验，学生更加深刻懂得了集集体的智慧为一体，可以大大提高成功的几率。

4.这次探究性实验，完全是以学生为主体，学生提出探究问题，学生自己设计实验，教师只起到引导、辅助、启发的作用，学生的创新意识、创新思维得到了发展。