通過開放性實驗探究影響植物頂端優(yōu)勢的因素

莫增忠

一、提出問題

在高中生物教材中，對植物的頂端優(yōu)勢是這樣解釋的：頂芽產(chǎn)生的生長素向下運輸，大量積累在側(cè)芽部位，使側(cè)芽的生長受到抑制。植物在生長發(fā)育過程中，頂芽和側(cè)芽之間有著密切的關系。頂芽旺盛生長時，會抑制側(cè)芽生長。如果由于某種原因頂芽停止生長，一些側(cè)芽就會迅速生長。自然界中，不同植物之間、同種植物生長在不同的環(huán)境以及在不同的生長階段，均表現(xiàn)出不同的頂端優(yōu)勢現(xiàn)象。那么，影響植物頂端優(yōu)勢的因素有哪些呢？

二、探究方式及目的

嘗試科學探究的實驗方法，采用“發(fā)現(xiàn)、提出問題→作出假設→設計探究方案→完成探究→得到結(jié)果、分析所得結(jié)果→得出結(jié)論及體會”的科學探究模式。同時運用教育信息理論的相關原理，對實驗內(nèi)容進行優(yōu)化。

通過觀察自然界中的植物生長狀況來探究影響植物頂端優(yōu)勢的因素。

三、實驗原理

生長素是植物特定部位產(chǎn)生的一種植物激素，有調(diào)節(jié)植物生長的作用，該激素對植物生長作用具有兩重性——既能促進植物生長，又能抑制植物生長。課本對其解釋是低濃度時促進生長，高濃度時抑制生長。

四、設計實驗方案

該探究活動在高二年級（2）班（理科重點班）和（9）班（理科普通班）進行，讓學生分組討論，然后團結(jié)合作共同設計實驗方案。在選材上，有的組選擇觀察生長在相同環(huán)境的不同植物，有的組選擇觀察生長在不同環(huán)境的同種植物，有的組選擇觀察不同生長階段的同種植物。在方法設計上，既受到教材的啟發(fā)，又在教材的基礎上有大膽創(chuàng)新和超越。通過橫向交流、集思廣益，學生初步設計出實驗方案，教師再幫助補充、完善，使實驗方案科學、可行性強。學生設計的實驗方案如下。

第一組：觀察對象——光葉海桐

對修剪過的光葉海桐和未修剪過的光葉海桐進行觀察和比較。

第二組：觀察對象——南洋杉、桃

對生長在相同環(huán)境的南洋杉、桃進行觀察和比較。

第三組：觀察對象——泡桐

對泡桐樹苗和成年開花的泡桐樹進行觀察和比較。

第四組：觀察對象——馬尾松

對生長在環(huán)境開闊、光照充足的馬尾松和生長在密林中的馬尾松進行觀察和比較。

五、實驗現(xiàn)象分析

第一組：

未修剪過的光葉海桐其頂端優(yōu)勢強，修剪過的光葉海桐頂端優(yōu)勢消失。

未修剪過的光葉海桐其頂芽產(chǎn)生并極性向下運輸?shù)纳L素，它直接或間接地調(diào)節(jié)著其他激素、營養(yǎng)物質(zhì)的合成、運輸與分配，從而促進頂端生長而抑制側(cè)芽的生長。修剪過的光葉海桐由于其頂芽被剪除，側(cè)芽處的生長素因極性向下運輸而逐漸降低到芽生長的適宜濃度，從而促進側(cè)芽生長。

第二組：

生長在相同環(huán)境的南洋杉其頂端優(yōu)勢強于桃。

南洋杉頂芽保持旺盛生長，其頂芽產(chǎn)生并極性向下運輸生長素，導致側(cè)芽處的生長素濃度過高而抑制其生長；桃有“自剪”現(xiàn)象，即成熟果樹的頂芽在冬季休眠期間自然死亡。

第三組：

泡桐樹苗其頂端優(yōu)勢強于成年開花的泡桐樹。

泡桐樹苗頂芽生長旺盛，其頂芽產(chǎn)生并極性向下運輸生長素，導致側(cè)芽處的生長素濃度過高而抑制其生長。成熟泡桐樹頂生圓錐花序，產(chǎn)生并極性向下運輸?shù)纳L素少，側(cè)芽處的生長素濃度適宜，從而促進側(cè)芽生長

第四組：

生長在密林中的馬尾松其頂端優(yōu)勢強于生長在環(huán)境開闊、光照充足的馬尾松。

戈貝爾（K.Goebel，1900）提出的營養(yǎng)學說認為，頂芽是一個營養(yǎng)庫，它在胚中就形成，發(fā)育早，輸導組織也較發(fā)達，能優(yōu)先獲得營養(yǎng)而生長，側(cè)芽則由于養(yǎng)分缺乏而被抑制。這種情況在營養(yǎng)缺乏時表現(xiàn)更為明顯。生長在密林中的馬尾松由于生存斗爭激烈導致營養(yǎng)缺乏，側(cè)芽生長被抑制，而生長在環(huán)境開闊、光照充足的馬尾松營養(yǎng)充足側(cè)芽可以生長。

六、實驗結(jié)論

植物頂端優(yōu)勢強弱取決于其遺傳物質(zhì)以及不同生長階段基因的選擇性表達；頂端優(yōu)勢的強弱能隨環(huán)境而變化，可使植物按照水分與營養(yǎng)的供應情況來調(diào)節(jié)分枝數(shù)，是植物調(diào)節(jié)自身的生長量的主要環(huán)節(jié)。

七、體會

1.小組成員的團結(jié)協(xié)作，可以增進學生間的友誼。

2.這個實驗是學生通過對自然界植物的考察去發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，然后運用所學的知識來分析問題、解決問題，提高了學生的分析能力以及認識自然和改造自然的能力。

3.通過這個實驗，學生更加深刻懂得了集集體的智慧為一體，可以大大提高成功的幾率。

4.這次探究性實驗，完全是以學生為主體，學生提出探究問題，學生自己設計實驗，教師只起到引導、輔助、啟發(fā)的作用，學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維得到了發(fā)展。