十大提问破解“生长素的生理作用”教学难点

和 渊 （中国人民大学附属中学 北京 100080）

“生长素的两重性”是必修3 中“植物生命活动的调节”的重点内容。生长素的生理作用具有两重性，具体表现在既能促进生长，又能抑制生长；既能促进发芽，又能抑制发芽； 既能防止落花落果，又能疏花疏果［1］。其两重性与生长素的浓度、植物器官的种类和植物细胞的成熟度等方面密切相关，教材上着重介绍强调了生长素两重性和其浓度的关系。

笔者在长期的教学过程中发现，学生在初次学习这部分知识的时候，理解起来并未觉得有很大难度，但是做习题时总是会出错。在对习题进行深入分析时，发现学生看似已明白的内容其实并没有理解透彻，例如：生长素浓度对植物生长影响曲线的真正含义，低保高抑的两重性怎么理解，曲线中生长素的浓度是体内的浓度还是体外施加的浓度，曲线背后的实验是如何设计的（对照组是什么，实验组如何设计等），这些都是在教学中的重点和难点内容。通过查阅大量原始文献，笔者试图挖掘曲线背后的逻辑，用教材上一张简单的曲线图训练学生的识图能力，训练学生的实验设计能力（对照组、自变量、因变量等）、比较归纳和总结能力，以及将所学知识应用到真实场景的能力。以浙科版必修3《稳态与环境》第7 页图1－5“生长素浓度对根和茎细胞生长的影响”为引子（图1），笔者在课堂教学中设计了十大问题，通过一步步对学生进行引导，让学生真正深入理解生长素作用两重性的含义。

1 问题1：此图中横坐标代表什么意思？ （提示：注意横坐标的含义、单位和刻度）

此图中横坐标代表生长素的浓度。单位是g/L，由于生长素的相对分子质量是175.19，因此横坐标的单位大概是在10 mmol 的数量级。横坐标的刻度是10－8，10－6，10－4，10－2，1，102，每个刻度之间相差100 倍。这一点要引起注意，刻度之间不是2倍的差距，而是100 倍的差距，相邻刻度之间的浓度差别是非常大的。

2 问题2：横坐标中的“生长素浓度”指的是植物体内浓度还是体外施加的生长素浓度？

横坐标中的“生长素浓度”指的是体外施加的生长素浓度。原因是：

1）根据横坐标可以看出，生长素浓度呈指数梯度增加，最高可以达到102g/L，而在体内不可能达到如此高的生长素浓度水平（这一点学生可以根据已知的图中信息进行判断）。

2）植物体内生长素浓度是痕量的（大约是纳摩尔的数量级）［2］。20 世纪90年代后科学家利用质谱（LC－MS、HPLC）的方法对植物体内生长素的含量进行测定［3］（这一点是学生未知的知识，需教师上课补充）。

3）根据温特当年测定生长素双重性的实验方法可知，本实验测得的是体外分别对根和茎施加的生长素的浓度（这一点需要查阅原始文献，教师可尝试发文献让学生阅读）［4］。

3 问题3：此图中纵坐标代表什么意思？

纵坐标代表对根或茎生长的是促进还是抑制，0 点往上是促进作用，0 点往下是抑制作用。

4 问题4：此图中的原点（零点）代表什么意思？

零点的含义是：在无外加生长素（或在清水中）时，将植物只受自身激素的调控正常生长的量定义为零。在零点时植物细胞生长既不被促进，也不被抑制。所以零点是实验中的对照组，无论是促进作用还是抑制作用都是相对于对照组而言的，图中的下降曲线并不都代表抑制作用。

这里有一个学生经常困惑的问题，什么叫做“抑制生长”？ 抑制生长是指细胞不进行生长了吗？ 其实，抑制生长不代表细胞不生长，只是说明在某特定浓度下，植物细胞的生长量不如对照的生长量大。例如，植物原本长度为20 cm，在清水中一段时间后植物生长到28 cm（生长量为8 cm），在促进作用的情况下，植物可能生长到32 cm（生长量超过8 cm），而在抑制作用情况下植物有可能只生长到26 cm（生长量一定小于8 cm），但植物仍旧是生长的（生长量为6 cm）。

5 问题5：能否根据横坐标推测本实验的实验方案（以生根为例）？

平常对学生的训练是根据实验描述和实验设计判断实验结果，而这个训练是让学生根据实验结果倒推实验过程和实验方案，具有一定的难度，实验设计中教师要给予一定的提示和指导。从图中可作出这样的判断： 横坐标生长素浓度代表实验的自变量，纵坐标促进或抑制生长的作用代表实验的因变量。

实验方案设计如下：

1）设置生长素的浓度梯度：用容量瓶将生长素 分 别 配 成 浓 度 为10－10g/L，10－9g/L，10－8g/L，10－7g/L，10－6g/L，10－5g/L，10－4g/L，10－3g/L，10－2g/L的溶液，将等量的溶液分别放入矿泉水瓶中。再取一矿泉水瓶，加入等量的清水，作为对照，及时贴上相应标签。

2）制作插条：将准备好的枝条（月季、杨等）剪成长约5~7 cm 的插条，插条的形态学上端为平面，下端要削成斜面，这样的扦插后可增加吸收水分的面积，促进成活；每一枝条留3～4 个芽，所选枝条的条件应尽量相同。

3）分组处理：将制作好的插条，分成10 组（每组不少于3 个枝条），分别将其基部浸泡在盛有清水的和浓度为10－10g/L，10－9g/L，10－8g/L，10－7g/L，10－6g/L，10－5g/L，10－4g/L，10－3g/L，10－2g/L 溶液的矿泉水瓶中，处理几小时至24 h（每组要保证处理相同的时间）。

4）枝条培养：设置10 个相同的水培装置，加入等量的完全营养液，在相同的外界条件下，分别培养经不同浓度生长素及清水处理过的插条，注意保持温度为25～30℃。

5）记录结果：定期观察每组实验材料的生根状况，并记录结果如下。

表1 探究促进植物生根的生长素浓度实验设计方案

6 问题6：图中“根”的这条曲线是什么含义？（注意：极值点和交点）

生长素的浓度对于根的作用呈现出随着低浓度到高浓度先促进后抑制的作用。在生长素浓度为10－9g/L～10－5g/L 浓度时，生长素对根的生长起促进作用，其中，在10－9g/L～10－7g/L 浓度下，生长素对根的促进作用增强；10－7g/L～10－5g/L，浓度下，生长素对根的促进作用减弱。生长素浓度大于10－5g/L 对根起抑制作用。

高考中经常对曲线进行考查，其中极值点（或称为拐点）、 交点、 顶点等是要引起十分重视的。极值点10－7g/L 代表生长素浓度的促进作用由强变弱，而并不代表生长素的作用从促进作用变成抑制作用，而交点10－5g/L 才是从促进作用转变为抑制作用的点，在此点时既不促进也不抑制。

7 问题7：图中“茎”的这条曲线是什么含义？（注意：极值点和交点）

生长素的浓度对于茎的作用呈现出随着低浓度到高浓度先促进后抑制的作用。在生长素浓度为10－6g/L 浓度时，生长素对茎的生长起促进作用，其中，在10－6g/L～10－2g/L 浓度下，生长素对茎的促进作用增强；10－2g/L～1 g/L 浓度下，生长素对茎的促进作用减弱。生长素浓度大于1 g/L时对茎起抑制作用。

8 问题8：根和茎的这2 条曲线有什么相同点？（注意：曲线的走势）

生长素对于根和茎的生长，都是在低浓度下促进生长，在高浓度下抑制生长，这体现了生长素作用的两重性。

9 问题9：根和茎的这2 条曲线有什么不同点？（注意：曲线横坐标的范围）

促进茎细胞生长的浓度却抑制根细胞的生长，而促进根细胞生长的浓度则对茎细胞毫无作用，这说明植物的不同部位对同样浓度的生长素有不一样的反应：根的总体感受浓度比茎要低，因此根对生长素的作用比茎更加敏感一些。

10 问题10：生长素两重性在实际生产中有什么应用？

在农业生产中，单子叶作用的农田中常会生长一些双子叶杂草，它们会影响农作物的生长，使粮食减产。在实际生产中，农户常用一定浓度的生长素类似物除去与单子叶农作物混生的双子叶杂草。图2表示不同浓度的生长素类似物对单子叶植物和双子叶植物的影响，请据图分析回答：

1）图中代表单子叶农作物的曲线是________（填序号），原因是__________。

2）除草时所用的生长素类似的浓度最好在图中______ 左右（用字母表示），原因是_________。

回答：1）②，农户用一定浓度的生长素类似物除去与单子叶农作物混生的双子叶杂草，可确定此浓度对双子叶杂草的生长起抑制作用，对单子叶农作物不起作用或促进生长的作用，因此曲线①表示双子叶杂草，②表示单子叶农作物。

2）D，由图可得，A、B 2 点对2 种植物的生长都起促进作用，C 点对双子叶杂草无影响，对单子叶农作物起促进生长的作用，因此除草时所用的生长素类似物的浓度最好在图中D 点左右。

在这10 个问题中，第1 个、第2 个问题涉及横坐标的问题，让学生深刻理解实验中的自变量；第3 个、第4 个问题涉及纵坐标和原点的问题，让学生深刻理解实验中的因变量。在实验的自变量和因变量确认之后，通过第5 个问题倒推实验操作步骤和方案，以更进一步理解曲线的由来。在实验设计完成后，对实验结果进行分析，先各自分析每一条曲线的走势、极值点和交点（第6 个、第7个问题），再将2 条曲线进行比较分析，总结归纳2 条曲线的相同点和不同点（第8 个、第9 个问题），通过这些分析、比较、总结让学生自己一步步得出生长素具有两重性作用的结论。之后，通过第10 个问题，让学生将学习的知识点应用在实际生活的实例中，起到了对知识的升华作用。通过对这10 个问题的深入理解和分析，比较容易地突破了教学中的重、难点，使得学生对生长素两重性的认识不只是停留在曲线的表面，而是透过曲线本身认知其背后的实验设计和思维逻辑。学生通过对这些问题的分析不仅知其然更知其所以然，形成了对类似问题的结构思维模式，在遇到类似的问题时能轻而易举地作出分析，在一些易错题中的出错概率明显降低，例如：学生认识到在曲线的下降段并不一定代表抑制作用； 认识到实验中要排除内源激素的干扰等。学生的这些变化说明了教学难点的落实确实比较到位，学生真正掌握了生长素具有两重性的生理作用。