通過開放性實驗探究影響植物頂端優勢的因素

莫增忠

一、提出問題

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

二、探究方式及目的

嘗試科學探究的實驗方法，采用“發現、提出問題→作出假設→設計探究方案→完成探究→得到結果、分析所得結果→得出結論及體會”的科學探究模式。同時運用教育信息理論的相關原理，對實驗內容進行優化。

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勢的因素。

三、實驗原理

生長素是植物特定部位產生的一種植物激素，有調節植物生長的作用，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境的不同植物，有的組選擇觀察生長在不同環境的同種植物，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，又在教材的基礎上有大膽創新和超越。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、實驗現象分析

第一組：

未修剪過的光葉海桐其頂端優勢強，修剪過的光葉海桐頂端優勢消失。

未修剪過的光葉海桐其頂芽產生并極性向下運輸的生長素，它直接或間接地調節著其他激素、營養物質的合成、運輸與分配，從而促進頂端生長而抑制側芽的生長。修剪過的光葉海桐由于其頂芽被剪除，側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，從而促進側芽生長。

第二組：

生長在相同環境的南洋杉其頂端優勢強于桃。

南洋杉頂芽保持旺盛生長，其頂芽產生并極性向下運輸生長素，導致側芽處的生長素濃度過高而抑制其生長；桃有“自剪”現象，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，其頂芽產生并極性向下運輸生長素，導致側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，產生并極性向下運輸的生長素少，側芽處的生長素濃度適宜，從而促進側芽生長

第四組：

生長在密林中的馬尾松其頂端優勢強于生長在環境開闊、光照充足的馬尾松。

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

六、實驗結論

植物頂端優勢強弱取決于其遺傳物質以及不同生長階段基因的選擇性表達；頂端優勢的強弱能隨環境而變化，可使植物按照水分與營養的供應情況來調節分枝數，是植物調節自身的生長量的主要環節。

七、體會

1.小組成員的團結協作，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現問題、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、啟發的作用，學生的創新意識、創新思維得到了發展。