以生命歷程為線索進行“植物生命活動的調節(jié)”專題復習

陳月艷 劉麗華

（1 北京市第四中學 北京 100034 2 廣東省深圳市松崗中學 廣東深圳 518105）

秉持注重概念理解、聯(lián)系現(xiàn)實生活、重實踐探索、以評價促發(fā)展的課程導向和理念，在高三“植物生命活動的調節(jié)”內容的專題復習中，整合教學內容，優(yōu)化教學設計，以培養(yǎng)學生的生物學學科核心素養(yǎng)為目標，進行了有益的教學嘗試。通常情況下，教師在高二年級進行植物生命活動調節(jié)內容的教學時，往往遵循教材的知識體系，既以植物激素的種類和功能為線索組織教學內容，又引導學生分析其他因素，例如，光、溫度等對植物生命活動的調節(jié)機理。這種遵從知識體系的教學安排，使學習內容明確、清晰，便于學生梳理和掌握知識要點，符合高二學生的認知規(guī)律。在高二學習相關內容的基礎上，在高三植物生命活動調節(jié)內容的專題教學設計中，從植物生命活動內在規(guī)律性的角度，以植物的生命歷程為核心線索，以植物生長、發(fā)育歷程中面臨和需要解決的問題為出發(fā)點，聯(lián)系生活實際，引領學生分析植物生長、發(fā)育、繁殖過程中的形態(tài)建成、代謝特點、對環(huán)境的適應性變化的調控機制，促進學生理解、強化不同植物激素和環(huán)境因素共同調節(jié)植物生命活動的重要概念的同時，鍛煉、培養(yǎng)學生利用科學思維的方法分析和解決問題的能力。

本專題的學習目標：綜合應用所學知識，分析植物生命歷程各個階段的調控機制，強化“多種植物激素和環(huán)境因素綜合調控植物的生命活動”的重要概念；針對植物生命活動的某一現(xiàn)象，提出問題和假設，設計解決問題的實驗方案，分析實驗研究結果，通過邏輯推理獲得科學結論；分析植物生命活動調節(jié)理論在生產實踐中的應用實例，評價相關生產措施或提出相關建議。本專題的主要教學內容概括如圖1。

圖1 主要教學內容

1 概括植物“由種子到種子”的生命歷程，導入植物生命歷程調控的教學專題

在該教學環(huán)節(jié)中，教師首先請學生概述植物“由種子到種子”的生命歷程，提出植物生長、發(fā)育各個階段的調控問題，進而總結強調圖2所示的本專題的重要概念和考查目標，以此引入“從種子到種子”下述各個環(huán)節(jié)的植物生命歷程的調控主題。

圖2 植物生命活動調節(jié)的知識要點

2 分析相關資料，認識激素和環(huán)境因素調控種子休眠與萌發(fā)過程的機制

教師通過問題質疑、資料分析、強化概念3 個教學環(huán)節(jié)展開相關教學內容。

1）問題1：抑制種子萌發(fā)、促進休眠的主要激素是什么？

學生分析圖3所示資料，應用ABA 抑制種子萌發(fā)、促進種子成熟和休眠的知識，解釋西紅柿和玉米的ABA 突變體種子的胎萌現(xiàn)象及其危害，理解ABA 有助于種子在適宜的條件下萌發(fā)、利于植物繁衍的調控意義。

圖3 西紅柿A和玉米B突變體種子的胎萌現(xiàn)象[1-2]

“胎萌”是多種內、外環(huán)境因素綜合作用而出現(xiàn)的復雜現(xiàn)象，該教學情境也引發(fā)學生對種子休眠與萌發(fā)的更多調控機制的思考，由此過渡到探討種子萌發(fā)機理的教學環(huán)節(jié)。

2）問題2：種子萌發(fā)過程中水解酶基因的表達如何調控？

首先，呈現(xiàn)圖4研究結果，請學生應用所學知識分析豌豆種子萌發(fā)過程中α-淀粉酶活性逐漸增強的意義：種子萌發(fā)是一個異養(yǎng)過程，淀粉酶等水解酶將種子中儲存的不溶于水的大分子物質水解成小分子物質，從而為細胞提供可利用的物質和能量，這是種子萌發(fā)的基礎。

圖4 豌豆種子萌發(fā)過程中α-淀粉酶活性的變化[3]

淀粉酶等水解酶的合成或活性的調控方式是怎樣的？在學生嘗試回答該問題基礎上，為學生提供圖5所示的GA（赤霉素）促進α-淀粉酶基因表達的資料。

圖5所示的結構和過程較為復雜，教師要求學生閱讀圖示信息后，嘗試用簡單的流程圖加以概括，以提升加工、獲取信息的能力。

圖5 大麥種子胚中產生的GA 促進α-淀粉酶的合成[2]

GA 如何調控、促進α-淀粉酶的合成？教師請學生閱讀圖6資料，獲取信息，拓展新知，認識GA 的調控機理，即GA 能通過調控種子中α-淀粉酶基因的表達，促進種子萌發(fā)。

圖6 赤霉素誘導α-淀粉酶基因的表達[4]

3）問題3:細胞分裂素、生長素等植物激素是否參與調控種子萌發(fā)過程?

該教學環(huán)節(jié)中，學生能應用“不同植物激素和環(huán)境因素共同調節(jié)植物生命活動”的概念，闡明細胞分裂素、生長素能通過調控細胞的分裂與分化，參與調控種子萌發(fā)。

4）問題4：黑暗條件下，為什么種子萌發(fā)而成的黃化幼苗生長速度快、幼葉不展開且頂端成彎鉤狀？

教師展示圖7所示的實驗觀察結果，請學生比較、描述黑暗和光照條件下，豌豆種子萌發(fā)后生長而成的幼苗形態(tài)，并嘗試分析幼苗形態(tài)差異的適應意義：自然狀態(tài)下，種子萌發(fā)后未見光前，幼苗生長速度快，利于其突破土層。出土前，葉片不伸展，頂芽成彎鉤狀，利于保護頂芽使其在突破土壤而生長的過程中不受磨損；光調控了幼苗的形態(tài)建成，幼苗突破土壤后接受光照，彎鉤直立，幼葉伸展，葉綠素合成，利于其充分接受光能，進行光合作用。

圖7 光影響豌豆幼苗的形態(tài)建成

教師引導學生通過以上4 個問題的解析，強化了環(huán)境因素和多種激素共同調控種子萌發(fā)，以及激素能通過調控基因的表達調控生命活動的已有概念，進而，教師引領學生進一步分析種子萌發(fā)后植物營養(yǎng)生長的相關調控機制。

3 解釋幼苗營養(yǎng)生長過程中的向性運動、頂端優(yōu)勢及抗逆性的調控機制

在該教學環(huán)節(jié)中，教師既引導學生應用所學知識、分析解釋植物營養(yǎng)生長過程中的向性運動、頂端優(yōu)勢及抗逆性等生命活動表現(xiàn)，又提供新情境素材，引發(fā)學生大膽質疑，積極思考，拓展、探索新知。

1）有關植物向性生長的教學內容和策略。

①請學生應用光影響生長素分布的理論初步解釋植物地上部分的向光性，說明該調控機制的生理意義。

②請學生應用重力影響生長素的分布及不同器官對生長素的敏感度不同的理論，解釋植株地上部分的負向地性和地下部分的正向地性，說明該調控機制的生理意義。

③學生應用所學知識分析新情境資料1～4，回答相關問題。

資料1：達爾文將萌發(fā)的蠶豆種子均分為2 組，一組的根未做處理，另一組用硝酸銀灼燒處理根尖，然后將2 組材料均用大頭針橫向固定了23.5 h，結果如圖8。達爾文的實驗研究的結論是什么？

圖8 達爾文對根向地性的實驗研究示意圖[5]

學生熟知達爾文關于植物向光性的實驗研究，達爾文如何進行根的向地性研究？教師以達爾文的研究為情境，在激發(fā)興趣的同時，訓練學生的實驗探究能力。

資料2：為研究重力對生長素分布的影響，科研人員進行如下實驗：將切取的胚芽鞘尖端水平貼放于上下垛疊的2 個瓊脂塊上。一段時間后，將瓊脂塊分別置于切除尖端的直立生長的胚芽鞘一側。一段時間后觀察胚芽鞘的彎曲生長現(xiàn)象，結果如圖9所示。請解釋該實驗現(xiàn)象。

圖9 重力對胚芽鞘尖端生長素分布的實驗研究[2]

資料3：某學生為研究植物根的向地生長原理，剪取直立生長的根進行實驗：將經過不同程度切除根冠的根，垂直（A、B、C 組）或水平（D、E組）方向放置，在適宜的條件下進行培養(yǎng)，一段時間后，根端生長方向如圖10。

圖10 植物根向重力性機理的相關研究示意圖[2]

各組實驗設計的意義是什么？該實驗研究的結論是什么？

資料4：為研究根的向地性機理，研究人員提出了根向地性機理假說（圖11）。該假說的主要觀點是什么？

圖11 玉米根向重力生長時生長素的分布模型[2]

在師生分析資料4 的基礎上,提供如圖12所示支持向地性機理假說的證據(jù)。

圖12 重力刺激使生長素在根冠中的不對稱積累[2]

資料1～4 中的素材均為實驗研究結果，體現(xiàn)由宏觀到微觀對向重力性機制研究不斷深入的過程。這4 個資料的問題邏輯是：植物感受重力的部位在哪里？根尖端感知重力的機制與生長素的分布是否有關？根尖端的什么結構導致生長素分布不均勻？重力對根冠細胞的影響是什么？教師選取加工這些科研素材設置問題，從多個角度考查學生應用所學知識進行分析推理的能力。

2）有關植物頂端優(yōu)勢的教學內容和策略。頂端優(yōu)勢的原理在生產和生活中應用廣泛，故教師以生活中的應用實例為情境，讓學生分析其生物學道理，達到理解、鞏固、應用相關知識的目的。

①解釋豌豆芽苗菜可收獲若干茬的原因。

教師展示如圖13的芽苗菜培育和收獲過程，提出如下問題：第1茬和第2茬芽苗的來源有何不同（第1茬芽苗是由頂芽發(fā)育來的，第2茬芽苗是由側芽發(fā)育來的）？為什么豌豆可多次長出芽苗？第1 次收獲時，殘留部分應該保留什么結構（摘除頂芽后，解除了頂端優(yōu)勢，側芽繼續(xù)發(fā)育為芽苗。收獲第1茬時，殘余部分基部至少保留一個節(jié)，即葉片著生部位的芽生長點）？水培的芽苗菜是否可一直不斷多次收獲？為什么（不能，因為水中缺少豌豆苗生長的無機鹽，根系缺氧腐爛等）？

圖13 水培的豌豆芽苗菜可收獲多茬

②分析激素間相互作用調控植物頂端優(yōu)勢的資料。

頂端優(yōu)勢的機理是一個有不同觀點的有爭議的問題，教師提供如下資料培養(yǎng)學生獲取信息的能力，同時感悟科學理論可能會被新的實證不斷修正的過程。

圖14表示說明頂端優(yōu)勢機理的一種觀點，該觀點認為：來自于頂芽的生長素通過抑制細胞分裂素合成基因（IPT基因）的表達和促進細胞分裂素氧化酶基因（CKX基因）的表達而抑制側芽細胞分裂素的水平，從而抑制了側芽的生長。該觀點與你已學過的有關頂端優(yōu)勢機理的觀點有何不同？請設計一個能為該觀點提供證據(jù)的實驗方案。

圖14 生長素和細胞分裂素在調控側芽分枝過程中的相互作用[2]

③分析通過剪枝控制月季枝條的生長及激素應用于月季組織培養(yǎng)的機理。

適宜條件下，月季四季開花不斷。如圖15所示，請學生分析月季花落修剪后再萌芽的機理及剪枝時需要注意的事項（例如，考慮剪枝后預留芽點的位置和生長方向，使之形成減少各枝條對光的競爭、造型美觀的合理株型），同時思考如下問題：自然狀態(tài)下不修剪主枝，側芽是否還會萌發(fā)？為什么（會，因為花落或果實成熟后，不再對側芽有抑制作用，側芽萌發(fā)。但若等花果成熟后側芽再萌發(fā)，則需要較長的時間長，且枝條分布不合理，不利于側枝的生長和觀賞）？

圖15 剪枝促進月季側芽的萌發(fā)

修剪后的枝條可用于扦插,也可作為外植體進行組織培養(yǎng)，進而進行無性繁殖。如圖16所示,為學生展示利用剪下的枝條莖段進行組培的操作和結果，請學生思考如下問題：在誘導莖段萌芽時，應該如何設計培養(yǎng)基的激素比例？利用莖段作為外植體進行組培，又稱微型扦插，但與普通的扦插繁殖相比，其優(yōu)勢在于一個莖段上的側芽萌發(fā)后，可形成叢生芽，導致形成叢生芽的原因是什么？若要通過轉接使試管苗繼續(xù)生根，對更換的新培養(yǎng)基的激素比例要求是什么？

圖16 月季莖段的組織培養(yǎng)及試管苗的移栽

3）植物激素影響營養(yǎng)物質運輸和分配的實驗分析。

植物激素能通過影響營養(yǎng)物質的分配而影響植物的生長。師生共同分析如圖17的實驗結果，獲得正確結論：營養(yǎng)物質優(yōu)先運輸并積累于細胞分裂素所在部位。由此，學生理解細胞分裂素調控了營養(yǎng)物質的分配，從而調控了生長。

圖17 黃瓜幼苗中細胞分裂素誘導氨基酸遷移的實驗[2]

4）植物處于逆境下的調控實例分析。

在該教學環(huán)節(jié)中，教師為學生提供相關情境素材，說明植物可通過一定的調控機制應對逆境條件，同時讓學生感受植物生命活動調節(jié)機制的復雜性。例如，針對圖18呈現(xiàn)的現(xiàn)象，引導學生討論下列問題：從生態(tài)學角度，番茄與天蛾幼蟲、天蛾幼蟲與寄生蜂是什么關系？植物沒有神經系統(tǒng)，不能通過運動等方式躲避天敵，植物是否只是被動承受傷害？提出問題后，請學生分析圖19資料，深刻認識植物通過釋放化學信息，調節(jié)種間關系的防御機制。

圖18 寄生于番茄天蛾幼蟲身體上的寄生蜂[6]

如圖19所示,當黏蟲取食玉米時，其唾液中的誘導物質V，誘發(fā)玉米“免疫應答”，使玉米產生吸引盤絨繭蜂的揮發(fā)性物質J，盤絨繭蜂在蟲體上產卵。

圖19 玉米被昆蟲取食時的“免疫應答”[6]

上述教學環(huán)節(jié)主要涉及植物的營養(yǎng)生長生理及調控機制，植物生殖生長的現(xiàn)象也是學生分析、認識植物生命活動調控機制的理想素材。

3 植物開花、結實、衰落與脫落的調控機制的問題解析

本教學環(huán)節(jié)中，教師主要通過讓學生分析作答教師編制的新情境試題或資料，引導學生利用所學知識分析、解釋生活實際問題，體會生物學的價值。

1）請學生闡述培育無籽果實和果實催熟的原理，強化生長素與赤霉素促進果實發(fā)育、乙烯促進果實成熟的知識要點。

2）請學生閱讀相關資料，嘗試設計實驗，研究光周期對植物開花的影響。

1906年，美國馬里蘭州煙農注意到一個新品系煙草，它可長到15 foot 高，生出近百枚葉子。對煙農而言，這種不斷生長的健壯煙草是天賜良種，被稱為“馬里蘭猛犸”。遺憾的是該品系煙草很少開花，無法收獲種子。科學家推測，煙草不開花的原因可能和當?shù)叵奶炻L的日照條件有關。請你設計實驗方案，檢驗科學家的假設是否正確，請描述支持科學家的假設的實驗結果。針對該結果得出的結論，你還能提出哪些新問題？

在學生設計和分析實驗的基礎上，教師可呈現(xiàn)圖20的實驗現(xiàn)象，激發(fā)興趣，理解光周期現(xiàn)象。

圖20 馬里蘭巨大的煙草突變體（右）與野生型煙草（左）[2]

3）分析校園中學生種植的冬小麥秋播、夏收的原理。

為了說明氣候對植物品種分布的影響，地理學教師帶領一些學生在校園里種植冬小麥，教師在不同時間拍攝冬小麥的生長狀況，例如，秋天播種后幼苗的生長、落雪后地上部分的死亡、春天幼苗的返青，夏季麥穗的孕育和成熟，提出如下討論問題：①冬小麥需經過一段時間的低溫處理后才能形成花芽，其意義是什么？②若要冬小麥當年種植，當年開花結實，應采取怎樣的措施？在本教學環(huán)節(jié)中，教師通過對真實情境的生物學現(xiàn)象分析，讓學生理解環(huán)境溫度對植物營養(yǎng)生長和生殖生長的調控，以及長期的自然選擇而形成的植物對環(huán)境的適應性。

4）觀察、分析玉米生殖器官分化的不正常變異現(xiàn)象，探討其可能的原因。

教師在家鄉(xiāng)田間，觀察到了如圖21所示的玉米雄花序上結出籽粒的奇怪現(xiàn)象，同時關注了當?shù)刂参锷L調節(jié)劑的促銷廣告內容：“不管風多大，玉米用玉婷（40%羥烯腺·乙烯利）”。針對該現(xiàn)象，師生主要針對如下2 個課題展開討論。該教學環(huán)節(jié)有利于培養(yǎng)學生觀察、發(fā)現(xiàn)和提出問題及設計實驗解決問題的科學探究能力。

圖21 玉米雄花序上結出籽粒

①玉米雄花序上結出玉米籽粒的性狀是基因突變還是環(huán)境因素的影響？設計實驗研究該問題。

②已知乙烯有促進黃瓜多開雌花的作用，玉米雄花序上結出玉米籽粒與農民噴施含乙烯利的“玉婷”是否有關？提出研究該問題的實驗設計思路。

4 教學反思

高三學生已基本完成高中學段生物學課程的學習，進行高考復習應考是學生的主要任務。正因如此，高三教師的教學容易陷入知識內容的不斷重復學習和應試的題海戰(zhàn)術中，學生的學習過程單調而辛苦，教師的教學工作重復而無獲。如此高三教學，不利于達成通過高三復習拓寬視野、提升認識、提高思維品質的目標。

通過精心的教學設計，使高三的學習不是簡單的知識重復，而是學習和問題探討的延續(xù)。故本專題教學設計中，教師努力為學生提供多種形式來源于生產、生活實踐的新問題情境，從不同的角度和邏輯體系整合待解決的問題，促進學生識圖分析、應用概念進行邏輯論證、設計研究方案等學習行為，實現(xiàn)對所學知識在新角度的再認識，同時幫助學生拓寬科技視野，認同生物學的價值，產生學有所用的充實感。