“植物激素调节”实验设计的命题改编与拓展

湖北

“植物激素调节”一章中，对达尔文、拜尔、温特等科学家关于生长素发现的系列实验的复习是发展学生科学思维，提升学生科学探究品质，落实学科核心素养的重要途径。这些内容往往也是高考命题的热点，本文仅对植物激素调节中实验设计类试题的命题改编与拓展稍作整理，以供复习参考。

一、“生长素类似物促进生根的实验”命题与拓展的两个着力点：稀释法与预实验

【示例】洋葱根段在未知浓度的生长素溶液中培养36h，所得根段长度为12mm。为进一步确定该未知浓度生长素类似物溶液的浓度是相对低浓度的0.1mg·L-1还是较高浓度的10mg·L-1，请写出实验思路并预测实验结果及结论。

实验思路：将该溶液稀释一定倍数（注：稀释倍数不能超过100倍），并将所得根段长度为12mm的洋葱在相同条件下培养36h。预测结果及结论：若根段平均长度大于12mm，则该溶液的浓度为10mg·L-1；若根段平均长度小于 12mm，则该溶液的浓度为0.1mg·L-1。

【改编】在“生长素类似物促进生根实验”中，有部分用未知浓度的2，4-D溶液处理后的插条，测得其平均生根长度为4.7cm，查阅文献知与此结果对应有两个2，4-D浓度，即低浓度（α1）和高浓度（α2）。请设计实验探究实验中2，4-D溶液的真实浓度。

实验思路：将该溶液适当稀释后处理同样的插条，培养一段时间后观察、测量并记录生根情况。预期实验结果及结论：若插条生根长度明显大于4.7cm，则是高浓度（α2）；若插条生根长度明显小于4.7cm，则是低浓度（α1）。

【说明】上述实验设计试题可使学生明确实验自变量和因变量，训练其语言表述能力。预实验不仅可用于此类实验，还可用在探究最适温度、最适pH的实验中。该示例及改编试题是运用稀释法确定待测溶液浓度的具体设计实例。教师还可将教材探究性实验改为验证性实验，以训练学生规范表达等能力。

二、对“生长素的合成部位及作用”挖掘实验设计类命题，开拓思维视野

【示例】以烟草幼苗为实验材料，设计实验证明顶端优势是顶芽产生生长素运输至侧芽所致。要求写出实验思路及预期实验结果。

实验思路：将若干长势相同的烟草幼苗均分为甲、乙、丙三组，甲组不作处理；乙组去顶芽，切断处放上空白琼脂块；丙组去顶芽后在顶端放置含生长素的琼脂块（或涂抹生长素）。预期实验结果：甲组与丙组侧芽生长较慢，乙组侧芽生长较快。

【改编1】设计实验证明种子产生的生长素使子房壁发育成果实。要求写出实验思路及预期实验结果。

实验思路：将若干长势相同，自花受粉的植株均分为甲、乙、丙三组，甲组不作任何处理；乙组去雄后套袋；丙组去雄后，在雌蕊柱头上涂抹生长素后再套袋。预期实验结果：甲组结出有子果实；乙组无种子，子房脱落；丙组结出无子果实。

【改编2】设计实验证明成熟叶产生的脱落酸导致叶柄容易脱落。要求写出实验思路及预期实验结果。

实验思路：将若干长势相同的植株均分为甲、乙、丙三组，甲组植株不作处理；乙组植株去除成熟叶，在叶柄切断处放上空白琼脂块；丙组植株去除成熟叶，在叶柄切断处放上含有脱落酸的琼脂块。预期实验结果：甲、丙脱落时间基本相同，但都比乙组早。

【改编3】设计实验证明胚合成的赤霉素导致胚乳中淀粉分解。要求写出实验思路及预期实验结果。

实验思路：将若干生理状态相同的种子均分为甲、乙、丙三组，甲组种子不作处理；乙组种子去除胚，用蒸馏水处理；丙组种子去除胚，用适宜浓度的赤霉素处理。预期实验结果：甲、丙淀粉分解量接近，都比乙组多。

【说明】上述四题分别关于生长素、脱落酸和赤霉素的合成部位及作用。命题的共同点是A→B→C模式。示例中的A是顶芽，B是生长素，C是侧芽伸长。实验设计的思路运用排除法，乙组缺失A和B，丙组缺失A，然后乙组与甲组、丙组分别比较得出实验预期结论。

三、对教材技能训练进行拓展，分析生长素运输途径的影响因素

【示例】利用放射性强度相同的含14C-IAA琼脂片、不含IAA的空白琼脂片、新鲜枝条等材料，探究生长素的极性运输是否受重力影响，要求简要写出实验设计、实验预期及结论。（材料充足，不考虑重力对琼脂片中IAA扩散的影响）

实验思路：取生长状态相同的枝条若干，随机分成两组。将一组枝条的形态学上端朝上垂直放置，并在上方放置一块含有14C-IAA的琼脂片，在下方放置一块空白琼脂片。将另一组枝条的形态学上端朝下垂直放置，并在下方放置一块含有14C-IAA的琼脂片，在上方放置一块空白琼脂片。一段时间后测定两组空白琼脂片的放射性。预期实验结果与结论：若两组空白琼脂片放射性相同，则生长素的极性运输不受重力影响；若两组空白琼脂片的放射性不同，则生长素的极性运输受重力的影响。

【说明】植物体内生长素的极性运输只能从形态学上端向形态学下端运输，这是遗传特性决定的主动运输。生长素的横向运输发生在尖端，往往与外界刺激的方向相同。因此，这两种运输方式的影响因素便成为相关实验设计命题的研究方向，例如：将验证性的实验设计试题增加其他内容的背景，转换为探究性的实验设计试题。

四、对教材“赤霉素的发现”进行拓展，挖掘跨章节内容之间的联系，引导学生关注问题核心信息，合理组织设计思路

【示例】以清水、赤霉菌培养基、赤霉菌、水稻幼苗等为材料，验证引起水稻患“恶苗病”的物质是赤霉菌产生的。

实验思路：将赤霉菌培养基的滤液和清水分别喷洒到没有感染赤霉菌、株高相同的水稻幼苗上，然后在适宜且相同的条件下培养，观察记录水稻幼苗的株高。预期实验结果及结论：将赤霉菌培养基的滤液喷洒到没有感染赤霉菌的水稻幼苗上，表现出“恶苗病”的症状，而喷洒清水的对照组没有类似症状，则使水稻患“恶苗病”的物质是赤霉菌产生的。

【改编1】请利用提供的材料用具设计实验，证明赤霉菌分泌的赤霉素能促进水稻的生长。材料用具：赤霉菌、培养基、足够的水稻幼苗、蒸馏水、直尺、喷雾器、无土栽培装置。

实验思路：选取若干生长状态相似的水稻幼苗平均分成A、B、C、D四组，计算株高平均值。A组幼苗喷洒培养过赤霉菌的培养基滤液；B组幼苗喷洒等量的空白培养基滤液；C组不作处理；D组喷洒等量的适宜浓度的赤霉素溶液。然后分别移栽并培养相同时间。测量株高并计算平均值。预期实验结果及结论：A组平均值明显大于B、C、D组，则证明赤霉菌分泌的赤霉素能促进水稻的生长。

【改编2】感染矮化病毒的棉花植株非常矮小。在不考虑病毒对其他植物激素影响的情况下，设计实验验证“矮化病毒能抑制赤霉素的合成”。实验材料：株高相同的健壮棉花幼苗、矮化病毒、赤霉素溶液、蒸馏水、喷壶、量尺等。

实验思路：将若干生长状态一致的幼苗平均分成甲、乙两组，同时用矮化病毒处理。甲组喷洒一定浓度的赤霉素溶液，乙组喷洒等量蒸馏水。培养相同时间后，计算甲、乙两组植株的平均高度。预测实验结果和结论:甲组植株的平均高度大于乙组，证明矮化病毒抑制赤霉素的合成。

【改编3】某种南瓜矮生突变体可分为两类：激素合成缺陷型突变体和激素不敏感型突变体。请设计实验，探究某种矮生南瓜突变体属于哪种类型。实验材料：株高相同的矮生南瓜突变体、赤霉素溶液、蒸馏水、喷壶、量尺等。

实验思路：用适宜浓度的赤霉素溶液处理矮生南瓜突变体的幼苗，一段时间后测量植株株高。预期实验结果和结论：如果激素处理突变体后，植株增高明显，说明该突变体是激素合成缺陷型突变体；如果没有任何改变，说明该突变体是激素不敏感型突变体。

【拓展】以上四个实验设计题的问题指向各有区别。示例中问题的核心信息是如何通过实验现象确定赤霉素是赤霉菌分泌的。改编1问题的核心信息是如何通过实验现象说明赤霉菌分泌的赤霉素促进植株生长，二者问题角度不同，实验预期结果的表述便不同。改编2问题的核心信息是如何通过实验现象表明病毒抑制赤霉素的合成，本实验需要设置对照实验，一组使其感染矮化病毒，且不作任何处理；另一组使其感染矮化病毒，定期补充一定浓度的赤霉素。改编3问题的核心信息是如何通过实验现象确定突变体的类型，该实验的自变量是有无喷洒赤霉素，因变量是植株高度，其他条件实验组和对照组应相同且适宜。改编3将赤霉素与信息传递、遗传变异的内容联系起来，使学生构建跨章节内容间的整合。

五、挖掘植物激素之间的相互作用，思考探究激素关系的实验设计，分析确定具体关系所对应的预期现象

【示例】生长素（吲哚乙酸）在植物体内的代谢过程如图1所示，吲哚乙酸氧化酶是一种含铁蛋白。已知促进吲哚乙酸的合成和抑制吲哚乙酸的分解均能使生长素的含量增加。赤霉素通过提高生长素含量间接促进植物生长。假设，赤霉素不会既促进生长素合成，又抑制生长素分解。请利用图2所示的比较胚芽鞘尖端生长素含量的方法，利用燕麦幼苗、完全培养液、缺铁培养液、赤霉素溶液（以上溶液浓度均适宜）、蒸馏水和琼脂块等材料，设计实验，探究赤霉素提高生长素含量的机理。请简要写出实验设计思路、预期实验结果及结论（提示：培养实验包括1、2、3、4四个组别，比较含量实验分甲、乙两个组别）。

图 1

图 2

实验思路：培养实验分四个组别。第1组和第2组将数量、生长状况相同的燕麦幼苗放入等量且适量的完全培养液中；第3组和第4组将数量、生长状况相同的燕麦幼苗放入等量且适量的缺铁培养液中。第1组和第3组幼苗喷洒适量蒸馏水，第2组和第4组幼苗喷洒等量赤霉素溶液。培养一段时间后，进行如图2所示的比较胚芽鞘尖端生长素含量的处理，其中比较1组和2组幼苗的实验为甲组，比较3组和4组幼苗的实验为乙组。观察甲、乙两组去尖端胚芽鞘弯曲的情况。预期实验结果及结论：若甲组去尖端胚芽鞘弯向1组对应一侧，乙组去尖端胚芽鞘直立生长，则赤霉素通过抑制生长素的分解间接促进生长。若甲组去尖端胚芽鞘弯向1组对应一侧，乙组去尖端胚芽鞘弯向3组对应一侧，则赤霉素通过促进生长素合成间接促进生长。

【拓展】抓住题目信息“赤霉素在植物体内不会既促进生长素合成，又抑制生长素分解”，所以实验应分两个目的，分别设置对照实验：一组对照实验证明赤霉素单独促进生长素合成（实验组喷洒赤霉素溶液，对照组喷洒等量蒸馏水）；另一组对照实验证明赤霉素单独抑制生长素分解（实验组是在缺铁的培养液中，对照组是在完全培养液中）。

总结探究植物激素之间关系的一般实验设计（4组）：设置空白（加入等量蒸馏水处理）对照组，单独使用激素A，单独使用激素B，共同使用激素A、B的实验组。实验预期结果与结论：与对照组相比，若生长状况更好，则表明该激素具有促进作用；若生长状况差于对照组，则表明该激素具有抑制作用。与“单独使用”组比较，若“共同使用”时比“单独使用”更好，则表明A与B关系表现为协同作用；若“共同使用”时效果差于“单独使用”（如何通过数据体现以上“作用”，可留给学生讨论），则A、B关系表现为拮抗作用。

以实验设计为命题情境可训练学生的科学思维，激发学生探索实验设计试题的解答规律，是落实高考命题能力考查要求、提高复习效益的重要途径。教师不应满足于教材实验的复习，也不应止步于常规实验方法和技术的传授，应该推动学生挑战实验设计类试题。植物激素专题复习内容是实验设计命题的重要素材，学生需关注问题的核心信息，仔细审题，坚持实验设计组织思路的方向（先假设后推导），以防止审题偏差和出现低级失误。