和 淵 （中國人民大學(xué)附屬中學(xué) 北京 100080）

“生長素的兩重性”是必修3 中“植物生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)”的重點(diǎn)內(nèi)容。生長素的生理作用具有兩重性，具體表現(xiàn)在既能促進(jìn)生長，又能抑制生長；既能促進(jìn)發(fā)芽，又能抑制發(fā)芽； 既能防止落花落果，又能疏花疏果［1］。其兩重性與生長素的濃度、植物器官的種類和植物細(xì)胞的成熟度等方面密切相關(guān)，教材上著重介紹強(qiáng)調(diào)了生長素兩重性和其濃度的關(guān)系。

筆者在長期的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在初次學(xué)習(xí)這部分知識(shí)的時(shí)候，理解起來并未覺得有很大難度，但是做習(xí)題時(shí)總是會(huì)出錯(cuò)。在對(duì)習(xí)題進(jìn)行深入分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生看似已明白的內(nèi)容其實(shí)并沒有理解透徹，例如：生長素濃度對(duì)植物生長影響曲線的真正含義，低保高抑的兩重性怎么理解，曲線中生長素的濃度是體內(nèi)的濃度還是體外施加的濃度，曲線背后的實(shí)驗(yàn)是如何設(shè)計(jì)的（對(duì)照組是什么，實(shí)驗(yàn)組如何設(shè)計(jì)等），這些都是在教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容。通過查閱大量原始文獻(xiàn)，筆者試圖挖掘曲線背后的邏輯，用教材上一張簡單的曲線圖訓(xùn)練學(xué)生的識(shí)圖能力，訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力（對(duì)照組、自變量、因變量等）、比較歸納和總結(jié)能力，以及將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到真實(shí)場景的能力。以浙科版必修3《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第7 頁圖1－5“生長素濃度對(duì)根和莖細(xì)胞生長的影響”為引子（圖1），筆者在課堂教學(xué)中設(shè)計(jì)了十大問題，通過一步步對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，讓學(xué)生真正深入理解生長素作用兩重性的含義。

1 問題1：此圖中橫坐標(biāo)代表什么意思？ （提示：注意橫坐標(biāo)的含義、單位和刻度）

此圖中橫坐標(biāo)代表生長素的濃度。單位是g/L，由于生長素的相對(duì)分子質(zhì)量是175.19，因此橫坐標(biāo)的單位大概是在10 mmol 的數(shù)量級(jí)。橫坐標(biāo)的刻度是10－8，10－6，10－4，10－2，1，102，每個(gè)刻度之間相差100 倍。這一點(diǎn)要引起注意，刻度之間不是2倍的差距，而是100 倍的差距，相鄰刻度之間的濃度差別是非常大的。

2 問題2：橫坐標(biāo)中的“生長素濃度”指的是植物體內(nèi)濃度還是體外施加的生長素濃度？

橫坐標(biāo)中的“生長素濃度”指的是體外施加的生長素濃度。原因是：

1）根據(jù)橫坐標(biāo)可以看出，生長素濃度呈指數(shù)梯度增加，最高可以達(dá)到102g/L，而在體內(nèi)不可能達(dá)到如此高的生長素濃度水平（這一點(diǎn)學(xué)生可以根據(jù)已知的圖中信息進(jìn)行判斷）。

2）植物體內(nèi)生長素濃度是痕量的（大約是納摩爾的數(shù)量級(jí)）［2］。20 世紀(jì)90年代后科學(xué)家利用質(zhì)譜（LC－MS、HPLC）的方法對(duì)植物體內(nèi)生長素的含量進(jìn)行測定［3］（這一點(diǎn)是學(xué)生未知的知識(shí)，需教師上課補(bǔ)充）。

3）根據(jù)溫特當(dāng)年測定生長素雙重性的實(shí)驗(yàn)方法可知，本實(shí)驗(yàn)測得的是體外分別對(duì)根和莖施加的生長素的濃度（這一點(diǎn)需要查閱原始文獻(xiàn)，教師可嘗試發(fā)文獻(xiàn)讓學(xué)生閱讀）［4］。

3 問題3：此圖中縱坐標(biāo)代表什么意思？

縱坐標(biāo)代表對(duì)根或莖生長的是促進(jìn)還是抑制，0 點(diǎn)往上是促進(jìn)作用，0 點(diǎn)往下是抑制作用。

4 問題4：此圖中的原點(diǎn)（零點(diǎn)）代表什么意思？

零點(diǎn)的含義是：在無外加生長素（或在清水中）時(shí)，將植物只受自身激素的調(diào)控正常生長的量定義為零。在零點(diǎn)時(shí)植物細(xì)胞生長既不被促進(jìn)，也不被抑制。所以零點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)中的對(duì)照組，無論是促進(jìn)作用還是抑制作用都是相對(duì)于對(duì)照組而言的，圖中的下降曲線并不都代表抑制作用。

這里有一個(gè)學(xué)生經(jīng)常困惑的問題，什么叫做“抑制生長”？ 抑制生長是指細(xì)胞不進(jìn)行生長了嗎？ 其實(shí)，抑制生長不代表細(xì)胞不生長，只是說明在某特定濃度下，植物細(xì)胞的生長量不如對(duì)照的生長量大。例如，植物原本長度為20 cm，在清水中一段時(shí)間后植物生長到28 cm（生長量為8 cm），在促進(jìn)作用的情況下，植物可能生長到32 cm（生長量超過8 cm），而在抑制作用情況下植物有可能只生長到26 cm（生長量一定小于8 cm），但植物仍舊是生長的（生長量為6 cm）。

5 問題5：能否根據(jù)橫坐標(biāo)推測本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方案（以生根為例）？

平常對(duì)學(xué)生的訓(xùn)練是根據(jù)實(shí)驗(yàn)描述和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)判斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而這個(gè)訓(xùn)練是讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果倒推實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)方案，具有一定的難度，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中教師要給予一定的提示和指導(dǎo)。從圖中可作出這樣的判斷： 橫坐標(biāo)生長素濃度代表實(shí)驗(yàn)的自變量，縱坐標(biāo)促進(jìn)或抑制生長的作用代表實(shí)驗(yàn)的因變量。

實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)如下：

1）設(shè)置生長素的濃度梯度：用容量瓶將生長素 分 別 配 成 濃 度 為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，將等量的溶液分別放入礦泉水瓶中。再取一礦泉水瓶，加入等量的清水，作為對(duì)照，及時(shí)貼上相應(yīng)標(biāo)簽。

2）制作插條：將準(zhǔn)備好的枝條（月季、楊等）剪成長約5~7 cm 的插條，插條的形態(tài)學(xué)上端為平面，下端要削成斜面，這樣的扦插后可增加吸收水分的面積，促進(jìn)成活；每一枝條留3～4 個(gè)芽，所選枝條的條件應(yīng)盡量相同。

3）分組處理：將制作好的插條，分成10 組（每組不少于3 個(gè)枝條），分別將其基部浸泡在盛有清水的和濃度為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 溶液的礦泉水瓶中，處理幾小時(shí)至24 h（每組要保證處理相同的時(shí)間）。

4）枝條培養(yǎng)：設(shè)置10 個(gè)相同的水培裝置，加入等量的完全營養(yǎng)液，在相同的外界條件下，分別培養(yǎng)經(jīng)不同濃度生長素及清水處理過的插條，注意保持溫度為25～30℃。

5）記錄結(jié)果：定期觀察每組實(shí)驗(yàn)材料的生根狀況，并記錄結(jié)果如下。

表1 探究促進(jìn)植物生根的生長素濃度實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

6 問題6：圖中“根”的這條曲線是什么含義？（注意：極值點(diǎn)和交點(diǎn)）

生長素的濃度對(duì)于根的作用呈現(xiàn)出隨著低濃度到高濃度先促進(jìn)后抑制的作用。在生長素濃度為10－9g/L～10－5g/L 濃度時(shí)，生長素對(duì)根的生長起促進(jìn)作用，其中，在10－9g/L～10－7g/L 濃度下，生長素對(duì)根的促進(jìn)作用增強(qiáng)；10－7g/L～10－5g/L，濃度下，生長素對(duì)根的促進(jìn)作用減弱。生長素濃度大于10－5g/L 對(duì)根起抑制作用。

高考中經(jīng)常對(duì)曲線進(jìn)行考查，其中極值點(diǎn)（或稱為拐點(diǎn)）、 交點(diǎn)、 頂點(diǎn)等是要引起十分重視的。極值點(diǎn)10－7g/L 代表生長素濃度的促進(jìn)作用由強(qiáng)變?nèi)?，而并不代表生長素的作用從促進(jìn)作用變成抑制作用，而交點(diǎn)10－5g/L 才是從促進(jìn)作用轉(zhuǎn)變?yōu)橐种谱饔玫狞c(diǎn)，在此點(diǎn)時(shí)既不促進(jìn)也不抑制。

7 問題7：圖中“莖”的這條曲線是什么含義？（注意：極值點(diǎn)和交點(diǎn)）

生長素的濃度對(duì)于莖的作用呈現(xiàn)出隨著低濃度到高濃度先促進(jìn)后抑制的作用。在生長素濃度為10－6g/L 濃度時(shí)，生長素對(duì)莖的生長起促進(jìn)作用，其中，在10－6g/L～10－2g/L 濃度下，生長素對(duì)莖的促進(jìn)作用增強(qiáng)；10－2g/L～1 g/L 濃度下，生長素對(duì)莖的促進(jìn)作用減弱。生長素濃度大于1 g/L時(shí)對(duì)莖起抑制作用。

8 問題8：根和莖的這2 條曲線有什么相同點(diǎn)？（注意：曲線的走勢(shì)）

生長素對(duì)于根和莖的生長，都是在低濃度下促進(jìn)生長，在高濃度下抑制生長，這體現(xiàn)了生長素作用的兩重性。

9 問題9：根和莖的這2 條曲線有什么不同點(diǎn)？（注意：曲線橫坐標(biāo)的范圍）

促進(jìn)莖細(xì)胞生長的濃度卻抑制根細(xì)胞的生長，而促進(jìn)根細(xì)胞生長的濃度則對(duì)莖細(xì)胞毫無作用，這說明植物的不同部位對(duì)同樣濃度的生長素有不一樣的反應(yīng)：根的總體感受濃度比莖要低，因此根對(duì)生長素的作用比莖更加敏感一些。

10 問題10：生長素兩重性在實(shí)際生產(chǎn)中有什么應(yīng)用？

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，單子葉作用的農(nóng)田中常會(huì)生長一些雙子葉雜草，它們會(huì)影響農(nóng)作物的生長，使糧食減產(chǎn)。在實(shí)際生產(chǎn)中，農(nóng)戶常用一定濃度的生長素類似物除去與單子葉農(nóng)作物混生的雙子葉雜草。圖2表示不同濃度的生長素類似物對(duì)單子葉植物和雙子葉植物的影響，請(qǐng)據(jù)圖分析回答：

1）圖中代表單子葉農(nóng)作物的曲線是________（填序號(hào)），原因是__________。

2）除草時(shí)所用的生長素類似的濃度最好在圖中______ 左右（用字母表示），原因是_________。

回答：1）②，農(nóng)戶用一定濃度的生長素類似物除去與單子葉農(nóng)作物混生的雙子葉雜草，可確定此濃度對(duì)雙子葉雜草的生長起抑制作用，對(duì)單子葉農(nóng)作物不起作用或促進(jìn)生長的作用，因此曲線①表示雙子葉雜草，②表示單子葉農(nóng)作物。

2）D，由圖可得，A、B 2 點(diǎn)對(duì)2 種植物的生長都起促進(jìn)作用，C 點(diǎn)對(duì)雙子葉雜草無影響，對(duì)單子葉農(nóng)作物起促進(jìn)生長的作用，因此除草時(shí)所用的生長素類似物的濃度最好在圖中D 點(diǎn)左右。

在這10 個(gè)問題中，第1 個(gè)、第2 個(gè)問題涉及橫坐標(biāo)的問題，讓學(xué)生深刻理解實(shí)驗(yàn)中的自變量；第3 個(gè)、第4 個(gè)問題涉及縱坐標(biāo)和原點(diǎn)的問題，讓學(xué)生深刻理解實(shí)驗(yàn)中的因變量。在實(shí)驗(yàn)的自變量和因變量確認(rèn)之后，通過第5 個(gè)問題倒推實(shí)驗(yàn)操作步驟和方案，以更進(jìn)一步理解曲線的由來。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)完成后，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，先各自分析每一條曲線的走勢(shì)、極值點(diǎn)和交點(diǎn)（第6 個(gè)、第7個(gè)問題），再將2 條曲線進(jìn)行比較分析，總結(jié)歸納2 條曲線的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)（第8 個(gè)、第9 個(gè)問題），通過這些分析、比較、總結(jié)讓學(xué)生自己一步步得出生長素具有兩重性作用的結(jié)論。之后，通過第10 個(gè)問題，讓學(xué)生將學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用在實(shí)際生活的實(shí)例中，起到了對(duì)知識(shí)的升華作用。通過對(duì)這10 個(gè)問題的深入理解和分析，比較容易地突破了教學(xué)中的重、難點(diǎn)，使得學(xué)生對(duì)生長素兩重性的認(rèn)識(shí)不只是停留在曲線的表面，而是透過曲線本身認(rèn)知其背后的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和思維邏輯。學(xué)生通過對(duì)這些問題的分析不僅知其然更知其所以然，形成了對(duì)類似問題的結(jié)構(gòu)思維模式，在遇到類似的問題時(shí)能輕而易舉地作出分析，在一些易錯(cuò)題中的出錯(cuò)概率明顯降低，例如：學(xué)生認(rèn)識(shí)到在曲線的下降段并不一定代表抑制作用； 認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)中要排除內(nèi)源激素的干擾等。學(xué)生的這些變化說明了教學(xué)難點(diǎn)的落實(shí)確實(shí)比較到位，學(xué)生真正掌握了生長素具有兩重性的生理作用。