“生长素的极性运输”开放性实验探究和改进

梁玮

1问题的提出

生长素是一类重要的植物激素，能从产生部位运送到作用部位而发挥作用。研究表明，在胚芽鞘、芽、幼叶和幼根中，生长素只能从形态学上端运输到形态学下端，而不能反过来运输，也就是只能单方向地运输，称为极性运输。如何证明生长素的极性运输呢？人教版教材必修三第三章第一节的技能训练侧重于训练学生依据科学实验的要素分析其实验设计的严密性，提出改进意见。同时，它也有助于学生理解生长素的极性运输。

[例]取一段玉米胚芽鞘，切去顶端2mm，使胚芽鞘不再产生生长素。在上端放一块有生长素的琼脂，下端放一块不含有生长素的琼脂（图1A，胚芽鞘形态学上端朝上）。过一段时间检测，发现下端的琼脂块逐渐有了生长素（图1B）。

结论：

①下端琼脂块上的生长素来自上端的琼脂块。

②生长素在胚芽鞘内只能从形态学的上端运输到形态学的下端。

讨论：

①这个实验的设计是否严密？

②从实验结果到结论之间的逻辑推理是否严谨？

③如果要验证上述结论是否正确，应该对实验方案如何进行改进？

2探究讨论，得出结论

在“植物生长素的发现”这一节的内容中，除了要求学生概述植物生长素的发现过程，体验发现生长素的过程和方法之外，另一个重要的教学目标就是评价实验设计和结论，训练逻辑思维的严密性。在课堂教学过程中，采用的教学方式是先组织学生思考、讨论，找出实验设计中的问题和不足，然后由其他学生和教师共同评价、修正并完善。大多数学生可以从实验结果推出结论①下端琼脂块上的生长素来自上端的琼脂块，而结论②的逻辑推理不严谨，即不能够证明生长素在胚芽鞘内“只能”由形态学的上端运输到形态学的下端。学生能够提出实验的改进意见：增加一组胚芽鞘形态学上端朝下的实验，来研究生长素能否从形态学下端运输到形态学上端，如果位于形态学上端的空白琼脂块中没有收集到生长素，即可证明生长素的极性运输是单方向的。

上述实验方案的改进似乎非常合理，并且教师教学用书上也是这个改进方案。通常课堂上，学生讨论出这个结果之后，教师就会结束对这个实验设计的探究。但是，根据这两个实验就可以完全得出这两个结论了吗？有没有什么问题？还有没有其他的实验设计思路？在学生继续讨论后，有学生提出结论①也不能得出，因为将胚芽鞘尖端切除之后，尖端以下部位还会有残留的生长素，而这部分生长素也可能运输到下端的琼脂块。所以下端琼脂块上的生长素来源可能有两方面：①来自外源性生长素（上端的琼脂块）；②来自内源性生长素（尖端以下部位残留的）。

3实验再探究，提出改进方案

从实验的严谨性出发，教师进一步启发学生思考改进实验。学生提出方案，在教材中所给的实验组的基础上，应该增加一组空白对照（图2）：在切去尖端的胚芽鞘的上下两端都放置空白琼脂块，一段时间之后检测两个琼脂块中的生长素。形态学下端的琼脂块可以放在切去尖端的胚芽鞘上来检测（图3），如果胚芽鞘几乎不生长，或者下端的琼脂块中生长素的含量远远小于实验组，那么内源性生长素的含量可以忽略不计。还有学生提出，可以用同位素标记实验组上端琼脂块中的生长素，然后检测下端琼脂块中生长素带标记和不带标记的含量之比。此时，要验证结论②的正确性，应该再增加一组实验：将胚芽鞘倒过来放置，如果在形态学上端的琼脂块中检测不到生长素，就可以说明在胚芽鞘中生长素的极性运输只能从形态学上端运输到下端。

4大胆质疑，实验优化设计

如果胚芽鞘不颠倒，而把上下两块琼脂块颠倒，这样的实验设计是否可行呢？有学生课堂上提出了不同的实验设计，当出现“意外”的设计方案，学生的思维和兴趣会被激发。因为本实验探究生长素的极性运输，并不清楚极性运输的单方向性是否与重力有关，所以在设计实验时应尽可能排除重力的影响，而如图4的实验组与教材中的实验组，两组实验的结果均可能有两方面的因素：①重力的原因；②生长素单方向极性运输的原因，仍然不能排除重力的作用，因此这个实验设计不妥。

那么，在这个实验设计的基础上如何进行改进呢？此时，教师可以再加一组胚芽鞘形态学下端朝上的实验（图5），如果位于形态学上端的琼脂块没有生长素（图5a），而形态学下端的琼脂块中收集到生长素（图5b），即可以证明生长素的极性运输不受重力的影响，能够逆重力从形态学上端运输到下端而不能倒置。

为了排除重力对极性运输的影响，还能怎样设计实验呢？教师可以选择两组水平放置的胚芽鞘（图6）：第一组，带有生长素的琼脂块放在胚芽鞘形态学下端，无生长素的琼脂块放在形態学上端；第二组，带有生长素的琼脂块放在胚芽鞘形态学上端，无生长素的琼脂块放在形态学下端。过一段时间检测，发现第一组未接收到生长素，第二组接收到生长素，说明生长素只能由形态学上端运输到形态学下端，而不能颠倒，即证明极性运输的单方向性，因为该实验中重力的方向与生长素极性运输的方向垂直，即重力没有发挥作用，同时也排除了重力对极性运输的影响。

5总结与启示

在高中生物课堂教学中，教师要充分挖掘教材中的探究性素材，激发学生的探究欲望，放手让学生主动思考、充分讨论，营造一个积极钻研的课堂氛围，发掘学生思维的闪光点，捕捉课堂的生成性资源，从而有意识地培养学生严谨条理的思维习惯，以及理性思维能力和创新意识。