生長素作用兩重性的微專題突破郭又來

龔榮瑤

摘 要 采用微專題方式，分別從兩重性曲線中點(diǎn)和線的數(shù)學(xué)含義、兩重性曲線的實(shí)驗(yàn)測定、縱坐標(biāo)中促進(jìn)和抑制的界定、橫坐標(biāo)的考查、不同層次的兩重性以及兩重性的實(shí)例體現(xiàn)等多角度進(jìn)行突破。

關(guān)鍵詞 生長素 兩重性 微專題

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

植物生長素具有多種生理作用，其作用往往表現(xiàn)出兩重性，即低濃度起促進(jìn)作用，高濃度起抑制作用。這一考點(diǎn)頻繁出現(xiàn)在高考試題中，且試題難度較大，如2007年全國卷Ⅰ第30題第Ⅱ題（參見例1）難度系數(shù)為0.21；2010年全國卷Ⅰ第31題（參見例3）難度系數(shù)為0.03。針對這一考試難點(diǎn)，筆者以此設(shè)立微專題，嘗試從多角度進(jìn)行突破，取得了較好的效果。

1 兩重性曲線中點(diǎn)和線的數(shù)學(xué)含義

生長素的作用表現(xiàn)出兩重性，用曲線可以表示如圖1所示。

從數(shù)學(xué)的角度來看，該曲線是一個(gè)函數(shù)圖像，圖像中的點(diǎn)和線具有特定的數(shù)學(xué)含義。A點(diǎn)表示促進(jìn)生長；B點(diǎn)表示最適濃度下促進(jìn)作用最強(qiáng)；C點(diǎn)表示既不促進(jìn)也不抑制；D點(diǎn)表示抑制生長。AB段表示隨生長素濃度增大促進(jìn)作用增強(qiáng)；BC段表示隨生長素濃度增大促進(jìn)作用減弱；CD段表示隨生長素濃度增大抑制作用增強(qiáng)。

2 兩重性曲線的實(shí)驗(yàn)測定

關(guān)于兩重性曲線的測定，可以胚芽鞘切段為實(shí)驗(yàn)材料，設(shè)置一系列濃度梯度的生長素溶液（如0、10-10 mol/L、10-9 mol/L、10-8 mol/L……），分別處理胚芽鞘切段，一段時(shí)間后測定各組胚芽鞘切段長度。

該實(shí)驗(yàn)方案中，對照的設(shè)置：

① 設(shè)置濃度為0的空白對照，它可用于生長素作用效果是促進(jìn)還是抑制的界定；

② 設(shè)置一系列濃度梯度生長素之間的相互對照，用于比較不同濃度生長素作用效果的差異，亦可用于確定生長素作用的最適濃度。

由該實(shí)驗(yàn)延伸出來2個(gè)值得注意的問題：最適濃度測定和預(yù)實(shí)驗(yàn)思想的體現(xiàn)。若要測定最適濃度，可沿用如下思路：在一定范圍內(nèi)設(shè)置一系列濃度梯度的生長素溶液，分別處理胚芽鞘切段，一段時(shí)間后測定各組長度。若所測得的數(shù)據(jù)出現(xiàn)峰值，則峰值所對應(yīng)的濃度即為生長素作用的最適濃度。否則，擴(kuò)大濃度范圍，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，直到出現(xiàn)峰值。該實(shí)驗(yàn)思路不僅可用于最適濃度的測定，它對最適問題測定具有一定的普適性，如酶作用的最適溫度測定、最適pH測定……

【例1】 （2007年全國卷Ⅰ，有刪減）為了確定生長素類似物促進(jìn)扦插枝條生根的適宜濃度，某同學(xué)用兩種濃度的生長素類似物分別處理扦插枝條作為兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組，用蒸餾水處理作為對照組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)三組扦插枝條生根無差異。回答下列問題：

參考該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)，在下一步實(shí)驗(yàn)中你應(yīng)該如何改進(jìn)，才能達(dá)到本實(shí)驗(yàn)的目的？請說明理論依據(jù)

。

參考答案：改進(jìn)方法：在某同學(xué)使用的兩種濃度生長素類似物的基礎(chǔ)上，分別在低于低濃度的范圍設(shè)置一組濃度梯度、高于高濃度的范圍設(shè)置一組濃度梯度，以及兩濃度之間設(shè)置一組濃度梯度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而找到促進(jìn)枝條生根的適宜濃度。理論依據(jù)：生長素促進(jìn)生根的濃度范圍是一定的，濃度過高或過低都不能促進(jìn)生根。

評析：這是一道有關(guān)實(shí)驗(yàn)評價(jià)與修改的試題，解答這類題目需要考生首先在自己頭腦里形成一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，然后把自己的方案與題目提供的方案進(jìn)行比較，之后提出自己的觀點(diǎn)和想法。根據(jù)這一解題思路，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖谴_定生長素類似物促進(jìn)扦插枝條生根的適宜濃度，需要設(shè)計(jì)一系列濃度梯度的生長素類似物處理插條，觀察其生根狀況。與試題給定的方案對比，不難發(fā)現(xiàn)方案中實(shí)驗(yàn)組的組數(shù)不夠，也就抓住了問題的主要矛盾。

3 縱坐標(biāo)中促進(jìn)和抑制的界定

關(guān)于促進(jìn)和抑制的界定，它是與空白對照組（外源生長素濃度為0）對比，只要生長速率比空白對照組快，即表現(xiàn)為促進(jìn)作用；只要生長速率比空白對照組慢，即表現(xiàn)為抑制作用。抑制生長不等于不生長，只是生長速率較空白對照組慢而已，只有當(dāng)抑制作用達(dá)到一定程度時(shí)，才會停止生長。

【例2】 （2014年北京卷，有刪減）為研究赤霉素（GA3）和生長素（IAA）對植物生長的影響，切取菟絲子莖頂端2.5 cm長的部分（莖芽），置于培養(yǎng)液中無菌培養(yǎng)（圖2）。實(shí)驗(yàn)分為A、B、C三組，分別培養(yǎng)至第1、8、15 d，每組再用適宜濃度的激素處理30 d，測量莖芽長度，結(jié)果見圖3。

從圖3中B組的數(shù)據(jù)可知，兩種激素聯(lián)合處理對莖芽伸長生長的促進(jìn)作用是GA3單獨(dú)處理的 倍、IAA單獨(dú)處理的 倍，由此可推測GA3和IAA在對莖芽伸長生長的作用上存在 的關(guān)系。

參考答案：3.6 18 協(xié)同

評析：本題主要考查考生對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理能力，要正確處理數(shù)據(jù)，首先要對“激素處理對莖芽伸長生長的促進(jìn)作用”進(jìn)行界定。促進(jìn)作用是與不加激素處理對照，兩種激素聯(lián)合處理促進(jìn)生長量為（13.0-4.0），GA3單獨(dú)處理促進(jìn)生長量為（6.5-4.0），二者相比為3.6倍。同理可計(jì)算出后一空的答案。

4 橫坐標(biāo)的考查

橫坐標(biāo)表示的是生長素的濃度，學(xué)生認(rèn)為考查橫坐標(biāo)最沒有難度，但事實(shí)剛好相反。筆者在教學(xué)中以生長素發(fā)現(xiàn)中的溫特實(shí)驗(yàn)（圖4）為載體，進(jìn)行設(shè)問：若增加瓊脂塊上放置的胚芽鞘尖端的數(shù)目，則彎曲角度與尖端數(shù)目之間的關(guān)系是怎樣的？

學(xué)生很快地畫出了生長素作用兩重性曲線圖，認(rèn)為隨放置的尖端數(shù)目增加，瓊脂中生長素濃度越大，彎曲角度增加，當(dāng)超過最適濃度時(shí)，彎曲角度變小。問題在于放置尖端數(shù)目增加，瓊脂中生長素濃度范圍不能完全達(dá)到兩重性曲線中的取值范圍，也就是說，兩者的橫坐標(biāo)不能等同。胚芽鞘尖端能產(chǎn)生生長素，在尖端內(nèi)是以主動運(yùn)輸?shù)姆绞竭M(jìn)行極性運(yùn)輸，但由胚芽鞘尖端切面向瓊脂中運(yùn)輸方式是擴(kuò)散作用，由高濃度向低濃度擴(kuò)散，因此，無論瓊脂上放置多少個(gè)胚芽鞘尖端，瓊脂中的生長素濃度始終小于或等于胚芽鞘尖端中生長素濃度，而這一濃度對自然生長的胚芽鞘來說，還屬于低濃度范圍（見圖5，圖中數(shù)據(jù)為科學(xué)家實(shí)測數(shù)據(jù)）。

5 不同層次的兩重性

生長素所發(fā)揮作用，除因生長素濃度不同而有較大差異外，還與其作用的對象有關(guān)。用生長素處理不同的對象（甲、乙），其表現(xiàn)出來的兩重性也存在差異如圖6所示，圖中甲、乙可以代表不同層次的對象（表1）。

【例3】 （2010年全國卷Ⅰ）從某植物長勢一致的黃化苗上切取等長幼莖段（無葉和側(cè)芽），自莖段頂端向下對稱縱切至約3/4處。將切開的莖段浸沒在蒸餾水中。一段時(shí)間后，觀察到半邊莖向外彎曲生長，如圖所示。若上述黃化苗莖段中的生長素濃度是促進(jìn)生長的，放入水中后半邊莖內(nèi)、外兩側(cè)細(xì)胞中的生長素濃度都不會升高。請僅根據(jù)生長素的作用特點(diǎn)分析半邊莖向外彎曲生長這一現(xiàn)象，推測出現(xiàn)該現(xiàn)象的兩種可能原因。

原因1是

。

原因2是

。

參考答案：（1） 內(nèi)側(cè)細(xì)胞中的生長素較外側(cè)細(xì)胞中的高，所以內(nèi)側(cè)細(xì)胞生長較快

（2） 內(nèi)外兩側(cè)細(xì)胞中的生長素濃度相同，但該濃度更有利于內(nèi)側(cè)細(xì)胞的生長

評析：本題重在考查考生提出假說的能力，合理的假說是建立在一定的理論基礎(chǔ)之上，而非主觀臆斷。題目要求僅根據(jù)生長素的作用特點(diǎn)分析，這既是對答題角度的限定，同時(shí)又是對考生解題的提示。生長素作用的兩重性與其作用的濃度有關(guān)，也與其作用的對象有關(guān)，因此，可以從濃度不同、作用對象不同兩個(gè)方面提出假說，即內(nèi)外側(cè)濃度不同，內(nèi)側(cè)生長素濃度較高細(xì)胞生長快；以及內(nèi)外側(cè)細(xì)胞對生長素敏感度不同，內(nèi)側(cè)細(xì)胞更敏感生長快。

6 生長素作用兩重性的實(shí)例體現(xiàn)

生長素分布不均勻會引起不同部位生長快慢存在差異，從而產(chǎn)生特定的生理現(xiàn)象。常見的生理現(xiàn)象中莖的向光生長、根的背光生長、莖的背地生長、根的向地生長、頂端優(yōu)勢……哪些實(shí)例是生長素作用兩重性的體現(xiàn)？在單側(cè)光的照射下，引起生長素分布不均勻，背光側(cè)多向光側(cè)少，莖對生長素不敏感，生長素起促進(jìn)作用，背光側(cè)生長快，莖向光彎曲；而根對生長素敏感，背光側(cè)處于抵制狀態(tài)生長慢，根背光生長。由此可見，莖的向光生長中未出現(xiàn)抑制狀態(tài)，不能體現(xiàn)生長素作用的兩重性；根的背光生長出現(xiàn)了抑制狀態(tài)，體現(xiàn)了生長素作用的兩重性。同樣可以分析莖的背地生長也未體現(xiàn)生長素作用的兩重性，而根的向地生長體現(xiàn)了兩重性。頂端優(yōu)勢是由于頂芽產(chǎn)生的生長素運(yùn)輸?shù)絺?cè)芽，導(dǎo)致側(cè)芽部位生長素濃度過高抑制其生長，也體現(xiàn)了生長素作用的兩重性。

通過上述實(shí)例分析，可以發(fā)現(xiàn)，由于莖對生長素不敏感，達(dá)到抑制程度的生長素濃度較高，而在自然狀態(tài)下，植物體內(nèi)生長素濃度不易達(dá)到抑制程度，難以體現(xiàn)生長素的兩重性；而根則剛好相反。