“植物激素調(diào)節(jié)”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的命題改編與拓展

湖北

“植物激素調(diào)節(jié)”一章中，對(duì)達(dá)爾文、拜爾、溫特等科學(xué)家關(guān)于生長(zhǎng)素發(fā)現(xiàn)的系列實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí)是發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維，提升學(xué)生科學(xué)探究品質(zhì)，落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑。這些內(nèi)容往往也是高考命題的熱點(diǎn)，本文僅對(duì)植物激素調(diào)節(jié)中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類試題的命題改編與拓展稍作整理，以供復(fù)習(xí)參考。

一、“生長(zhǎng)素類似物促進(jìn)生根的實(shí)驗(yàn)”命題與拓展的兩個(gè)著力點(diǎn)：稀釋法與預(yù)實(shí)驗(yàn)

【示例】洋蔥根段在未知濃度的生長(zhǎng)素溶液中培養(yǎng)36h，所得根段長(zhǎng)度為12mm。為進(jìn)一步確定該未知濃度生長(zhǎng)素類似物溶液的濃度是相對(duì)低濃度的0.1mg·L-1還是較高濃度的10mg·L-1，請(qǐng)寫出實(shí)驗(yàn)思路并預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論。

實(shí)驗(yàn)思路：將該溶液稀釋一定倍數(shù)（注：稀釋倍數(shù)不能超過(guò)100倍），并將所得根段長(zhǎng)度為12mm的洋蔥在相同條件下培養(yǎng)36h。預(yù)測(cè)結(jié)果及結(jié)論：若根段平均長(zhǎng)度大于12mm，則該溶液的濃度為10mg·L-1；若根段平均長(zhǎng)度小于 12mm，則該溶液的濃度為0.1mg·L-1。

【改編】在“生長(zhǎng)素類似物促進(jìn)生根實(shí)驗(yàn)”中，有部分用未知濃度的2，4-D溶液處理后的插條，測(cè)得其平均生根長(zhǎng)度為4.7cm，查閱文獻(xiàn)知與此結(jié)果對(duì)應(yīng)有兩個(gè)2，4-D濃度，即低濃度（α1）和高濃度（α2）。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)中2，4-D溶液的真實(shí)濃度。

實(shí)驗(yàn)思路：將該溶液適當(dāng)稀釋后處理同樣的插條，培養(yǎng)一段時(shí)間后觀察、測(cè)量并記錄生根情況。預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論：若插條生根長(zhǎng)度明顯大于4.7cm，則是高濃度（α2）；若插條生根長(zhǎng)度明顯小于4.7cm，則是低濃度（α1）。

【說(shuō)明】上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)試題可使學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)自變量和因變量，訓(xùn)練其語(yǔ)言表述能力。預(yù)實(shí)驗(yàn)不僅可用于此類實(shí)驗(yàn)，還可用在探究最適溫度、最適pH的實(shí)驗(yàn)中。該示例及改編試題是運(yùn)用稀釋法確定待測(cè)溶液濃度的具體設(shè)計(jì)實(shí)例。教師還可將教材探究性實(shí)驗(yàn)改為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，以訓(xùn)練學(xué)生規(guī)范表達(dá)等能力。

二、對(duì)“生長(zhǎng)素的合成部位及作用”挖掘?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)類命題，開拓思維視野

【示例】以煙草幼苗為實(shí)驗(yàn)材料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明頂端優(yōu)勢(shì)是頂芽產(chǎn)生生長(zhǎng)素運(yùn)輸至側(cè)芽所致。要求寫出實(shí)驗(yàn)思路及預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)思路：將若干長(zhǎng)勢(shì)相同的煙草幼苗均分為甲、乙、丙三組，甲組不作處理；乙組去頂芽，切斷處放上空白瓊脂塊；丙組去頂芽后在頂端放置含生長(zhǎng)素的瓊脂塊（或涂抹生長(zhǎng)素）。預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：甲組與丙組側(cè)芽生長(zhǎng)較慢，乙組側(cè)芽生長(zhǎng)較快。

【改編1】設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明種子產(chǎn)生的生長(zhǎng)素使子房壁發(fā)育成果實(shí)。要求寫出實(shí)驗(yàn)思路及預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)思路：將若干長(zhǎng)勢(shì)相同，自花受粉的植株均分為甲、乙、丙三組，甲組不作任何處理；乙組去雄后套袋；丙組去雄后，在雌蕊柱頭上涂抹生長(zhǎng)素后再套袋。預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：甲組結(jié)出有子果實(shí)；乙組無(wú)種子，子房脫落；丙組結(jié)出無(wú)子果實(shí)。

【改編2】設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明成熟葉產(chǎn)生的脫落酸導(dǎo)致葉柄容易脫落。要求寫出實(shí)驗(yàn)思路及預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)思路：將若干長(zhǎng)勢(shì)相同的植株均分為甲、乙、丙三組，甲組植株不作處理；乙組植株去除成熟葉，在葉柄切斷處放上空白瓊脂塊；丙組植株去除成熟葉，在葉柄切斷處放上含有脫落酸的瓊脂塊。預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：甲、丙脫落時(shí)間基本相同，但都比乙組早。

【改編3】設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明胚合成的赤霉素導(dǎo)致胚乳中淀粉分解。要求寫出實(shí)驗(yàn)思路及預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)思路：將若干生理狀態(tài)相同的種子均分為甲、乙、丙三組，甲組種子不作處理；乙組種子去除胚，用蒸餾水處理；丙組種子去除胚，用適宜濃度的赤霉素處理。預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：甲、丙淀粉分解量接近，都比乙組多。

【說(shuō)明】上述四題分別關(guān)于生長(zhǎng)素、脫落酸和赤霉素的合成部位及作用。命題的共同點(diǎn)是A→B→C模式。示例中的A是頂芽，B是生長(zhǎng)素，C是側(cè)芽伸長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路運(yùn)用排除法，乙組缺失A和B，丙組缺失A，然后乙組與甲組、丙組分別比較得出實(shí)驗(yàn)預(yù)期結(jié)論。

三、對(duì)教材技能訓(xùn)練進(jìn)行拓展，分析生長(zhǎng)素運(yùn)輸途徑的影響因素

【示例】利用放射性強(qiáng)度相同的含14C-IAA瓊脂片、不含IAA的空白瓊脂片、新鮮枝條等材料，探究生長(zhǎng)素的極性運(yùn)輸是否受重力影響，要求簡(jiǎn)要寫出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)預(yù)期及結(jié)論。（材料充足，不考慮重力對(duì)瓊脂片中IAA擴(kuò)散的影響）

實(shí)驗(yàn)思路：取生長(zhǎng)狀態(tài)相同的枝條若干，隨機(jī)分成兩組。將一組枝條的形態(tài)學(xué)上端朝上垂直放置，并在上方放置一塊含有14C-IAA的瓊脂片，在下方放置一塊空白瓊脂片。將另一組枝條的形態(tài)學(xué)上端朝下垂直放置，并在下方放置一塊含有14C-IAA的瓊脂片，在上方放置一塊空白瓊脂片。一段時(shí)間后測(cè)定兩組空白瓊脂片的放射性。預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論：若兩組空白瓊脂片放射性相同，則生長(zhǎng)素的極性運(yùn)輸不受重力影響；若兩組空白瓊脂片的放射性不同，則生長(zhǎng)素的極性運(yùn)輸受重力的影響。

【說(shuō)明】植物體內(nèi)生長(zhǎng)素的極性運(yùn)輸只能從形態(tài)學(xué)上端向形態(tài)學(xué)下端運(yùn)輸，這是遺傳特性決定的主動(dòng)運(yùn)輸。生長(zhǎng)素的橫向運(yùn)輸發(fā)生在尖端，往往與外界刺激的方向相同。因此，這兩種運(yùn)輸方式的影響因素便成為相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)命題的研究方向，例如：將驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)試題增加其他內(nèi)容的背景，轉(zhuǎn)換為探究性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)試題。

四、對(duì)教材“赤霉素的發(fā)現(xiàn)”進(jìn)行拓展，挖掘跨章節(jié)內(nèi)容之間的聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注問(wèn)題核心信息，合理組織設(shè)計(jì)思路

【示例】以清水、赤霉菌培養(yǎng)基、赤霉菌、水稻幼苗等為材料，驗(yàn)證引起水稻患“惡苗病”的物質(zhì)是赤霉菌產(chǎn)生的。

實(shí)驗(yàn)思路：將赤霉菌培養(yǎng)基的濾液和清水分別噴灑到?jīng)]有感染赤霉菌、株高相同的水稻幼苗上，然后在適宜且相同的條件下培養(yǎng)，觀察記錄水稻幼苗的株高。預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論：將赤霉菌培養(yǎng)基的濾液噴灑到?jīng)]有感染赤霉菌的水稻幼苗上，表現(xiàn)出“惡苗病”的癥狀，而噴灑清水的對(duì)照組沒(méi)有類似癥狀，則使水稻患“惡苗病”的物質(zhì)是赤霉菌產(chǎn)生的。

【改編1】請(qǐng)利用提供的材料用具設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，證明赤霉菌分泌的赤霉素能促進(jìn)水稻的生長(zhǎng)。材料用具：赤霉菌、培養(yǎng)基、足夠的水稻幼苗、蒸餾水、直尺、噴霧器、無(wú)土栽培裝置。

實(shí)驗(yàn)思路：選取若干生長(zhǎng)狀態(tài)相似的水稻幼苗平均分成A、B、C、D四組，計(jì)算株高平均值。A組幼苗噴灑培養(yǎng)過(guò)赤霉菌的培養(yǎng)基濾液；B組幼苗噴灑等量的空白培養(yǎng)基濾液；C組不作處理；D組噴灑等量的適宜濃度的赤霉素溶液。然后分別移栽并培養(yǎng)相同時(shí)間。測(cè)量株高并計(jì)算平均值。預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論：A組平均值明顯大于B、C、D組，則證明赤霉菌分泌的赤霉素能促進(jìn)水稻的生長(zhǎng)。

【改編2】感染矮化病毒的棉花植株非常矮小。在不考慮病毒對(duì)其他植物激素影響的情況下，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證“矮化病毒能抑制赤霉素的合成”。實(shí)驗(yàn)材料：株高相同的健壯棉花幼苗、矮化病毒、赤霉素溶液、蒸餾水、噴壺、量尺等。

實(shí)驗(yàn)思路：將若干生長(zhǎng)狀態(tài)一致的幼苗平均分成甲、乙兩組，同時(shí)用矮化病毒處理。甲組噴灑一定濃度的赤霉素溶液，乙組噴灑等量蒸餾水。培養(yǎng)相同時(shí)間后，計(jì)算甲、乙兩組植株的平均高度。預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論:甲組植株的平均高度大于乙組，證明矮化病毒抑制赤霉素的合成。

【改編3】某種南瓜矮生突變體可分為兩類：激素合成缺陷型突變體和激素不敏感型突變體。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究某種矮生南瓜突變體屬于哪種類型。實(shí)驗(yàn)材料：株高相同的矮生南瓜突變體、赤霉素溶液、蒸餾水、噴壺、量尺等。

實(shí)驗(yàn)思路：用適宜濃度的赤霉素溶液處理矮生南瓜突變體的幼苗，一段時(shí)間后測(cè)量植株株高。預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論：如果激素處理突變體后，植株增高明顯，說(shuō)明該突變體是激素合成缺陷型突變體；如果沒(méi)有任何改變，說(shuō)明該突變體是激素不敏感型突變體。

【拓展】以上四個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的問(wèn)題指向各有區(qū)別。示例中問(wèn)題的核心信息是如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象確定赤霉素是赤霉菌分泌的。改編1問(wèn)題的核心信息是如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明赤霉菌分泌的赤霉素促進(jìn)植株生長(zhǎng)，二者問(wèn)題角度不同，實(shí)驗(yàn)預(yù)期結(jié)果的表述便不同。改編2問(wèn)題的核心信息是如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明病毒抑制赤霉素的合成，本實(shí)驗(yàn)需要設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)，一組使其感染矮化病毒，且不作任何處理；另一組使其感染矮化病毒，定期補(bǔ)充一定濃度的赤霉素。改編3問(wèn)題的核心信息是如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象確定突變體的類型，該實(shí)驗(yàn)的自變量是有無(wú)噴灑赤霉素，因變量是植株高度，其他條件實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組應(yīng)相同且適宜。改編3將赤霉素與信息傳遞、遺傳變異的內(nèi)容聯(lián)系起來(lái)，使學(xué)生構(gòu)建跨章節(jié)內(nèi)容間的整合。

五、挖掘植物激素之間的相互作用，思考探究激素關(guān)系的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，分析確定具體關(guān)系所對(duì)應(yīng)的預(yù)期現(xiàn)象

【示例】生長(zhǎng)素（吲哚乙酸）在植物體內(nèi)的代謝過(guò)程如圖1所示，吲哚乙酸氧化酶是一種含鐵蛋白。已知促進(jìn)吲哚乙酸的合成和抑制吲哚乙酸的分解均能使生長(zhǎng)素的含量增加。赤霉素通過(guò)提高生長(zhǎng)素含量間接促進(jìn)植物生長(zhǎng)。假設(shè)，赤霉素不會(huì)既促進(jìn)生長(zhǎng)素合成，又抑制生長(zhǎng)素分解。請(qǐng)利用圖2所示的比較胚芽鞘尖端生長(zhǎng)素含量的方法，利用燕麥幼苗、完全培養(yǎng)液、缺鐵培養(yǎng)液、赤霉素溶液（以上溶液濃度均適宜）、蒸餾水和瓊脂塊等材料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究赤霉素提高生長(zhǎng)素含量的機(jī)理。請(qǐng)簡(jiǎn)要寫出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路、預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論（提示：培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)包括1、2、3、4四個(gè)組別，比較含量實(shí)驗(yàn)分甲、乙兩個(gè)組別）。

圖 1

圖 2

實(shí)驗(yàn)思路：培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)分四個(gè)組別。第1組和第2組將數(shù)量、生長(zhǎng)狀況相同的燕麥幼苗放入等量且適量的完全培養(yǎng)液中；第3組和第4組將數(shù)量、生長(zhǎng)狀況相同的燕麥幼苗放入等量且適量的缺鐵培養(yǎng)液中。第1組和第3組幼苗噴灑適量蒸餾水，第2組和第4組幼苗噴灑等量赤霉素溶液。培養(yǎng)一段時(shí)間后，進(jìn)行如圖2所示的比較胚芽鞘尖端生長(zhǎng)素含量的處理，其中比較1組和2組幼苗的實(shí)驗(yàn)為甲組，比較3組和4組幼苗的實(shí)驗(yàn)為乙組。觀察甲、乙兩組去尖端胚芽鞘彎曲的情況。預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論：若甲組去尖端胚芽鞘彎向1組對(duì)應(yīng)一側(cè)，乙組去尖端胚芽鞘直立生長(zhǎng)，則赤霉素通過(guò)抑制生長(zhǎng)素的分解間接促進(jìn)生長(zhǎng)。若甲組去尖端胚芽鞘彎向1組對(duì)應(yīng)一側(cè)，乙組去尖端胚芽鞘彎向3組對(duì)應(yīng)一側(cè)，則赤霉素通過(guò)促進(jìn)生長(zhǎng)素合成間接促進(jìn)生長(zhǎng)。

【拓展】抓住題目信息“赤霉素在植物體內(nèi)不會(huì)既促進(jìn)生長(zhǎng)素合成，又抑制生長(zhǎng)素分解”，所以實(shí)驗(yàn)應(yīng)分兩個(gè)目的，分別設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)：一組對(duì)照實(shí)驗(yàn)證明赤霉素單獨(dú)促進(jìn)生長(zhǎng)素合成（實(shí)驗(yàn)組噴灑赤霉素溶液，對(duì)照組噴灑等量蒸餾水）；另一組對(duì)照實(shí)驗(yàn)證明赤霉素單獨(dú)抑制生長(zhǎng)素分解（實(shí)驗(yàn)組是在缺鐵的培養(yǎng)液中，對(duì)照組是在完全培養(yǎng)液中）。

總結(jié)探究植物激素之間關(guān)系的一般實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（4組）：設(shè)置空白（加入等量蒸餾水處理）對(duì)照組，單獨(dú)使用激素A，單獨(dú)使用激素B，共同使用激素A、B的實(shí)驗(yàn)組。實(shí)驗(yàn)預(yù)期結(jié)果與結(jié)論：與對(duì)照組相比，若生長(zhǎng)狀況更好，則表明該激素具有促進(jìn)作用；若生長(zhǎng)狀況差于對(duì)照組，則表明該激素具有抑制作用。與“單獨(dú)使用”組比較，若“共同使用”時(shí)比“單獨(dú)使用”更好，則表明A與B關(guān)系表現(xiàn)為協(xié)同作用；若“共同使用”時(shí)效果差于“單獨(dú)使用”（如何通過(guò)數(shù)據(jù)體現(xiàn)以上“作用”，可留給學(xué)生討論），則A、B關(guān)系表現(xiàn)為拮抗作用。

以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為命題情境可訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維，激發(fā)學(xué)生探索實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)試題的解答規(guī)律，是落實(shí)高考命題能力考查要求、提高復(fù)習(xí)效益的重要途徑。教師不應(yīng)滿足于教材實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí)，也不應(yīng)止步于常規(guī)實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)的傳授，應(yīng)該推動(dòng)學(xué)生挑戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類試題。植物激素專題復(fù)習(xí)內(nèi)容是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)命題的重要素材，學(xué)生需關(guān)注問(wèn)題的核心信息，仔細(xì)審題，堅(jiān)持實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)組織思路的方向（先假設(shè)后推導(dǎo)），以防止審題偏差和出現(xiàn)低級(jí)失誤。