“植物的激素調節”復習課教學*

姚亭秀 白建秀 趙 越

（1 北京市第八十中學 北京 100102 2 北京市朝陽區教育研究中心 北京 100102）

“植物的激素調節”是人教版高中生物學必修3 第3 章的內容。該部分內容屬于個體水平的穩態調節，揭示了植物適應環境的重要途徑，反映了植物和動物生命活動調節的差異,對學生認識生命系統的整體性和穩態,以及穩態與環境的關系十分重要。學生在復習本部分知識時，常出現知其然、不知其所以然的情況，即學生對于理解個體水平的穩態調節并不困難，但激素調節機制卻是分子水平，內容微觀、抽象，導致學生在學習時容易浮于表面、沉于記憶、難得要領，對“激素可通過協同、拮抗等方式共同實現對植物生命活動的調節”“植物的生長發育過程，在根本上是基因組在一定時間和空間上程序性表達的結果”及“其他因素參與植物生命活動的調節”等核心概念的形成造成阻礙。為切實提高復習效率、調動學生學習的興趣和積極性，突出重點、突破難點，教師將真實科研素材引入課堂，采用“任務驅動，問題解決”的方法，發揮學生的主體地位，培養學生的科學思維和科學探究能力。

1 教學目標

1）從穩態與平衡、適應與進化的觀點，簡述植物激素在調控種子萌發過程中量的變化及其意義。

2）通過邏輯推理闡明個人觀點；基于事實和證據，采用圖示、模型等方式歸納、闡明植物激素調節的內涵及規律。

3）基于給定的條件，設計探究脫落酸生理功能的實驗。

4）結合植物激素和其他因素對植物生命活動的調節，嘗試提出指導生產實踐的方案。

2 教學重、難點

1）重點：植物激素通過協同、拮抗等方式共同實現對植物生命活動的調節。

2）難點：植物激素對生命活動的調節，是基因組在時間、空間上的程序性表達。

3 教學過程

3.1 用經典小詩引出課題 教師借達爾文《自然的圣殿》中的小詩“泥漿里行走，水波中穿梭；代代興茂，獲取嶄新力量，無盡的植物萌發，開啟鰭、足、翼的疆界”［1］。提問：本段小詩描述了一個怎樣的生命過程？該生命過程的意義是什么？利用學生的回答，導出本節課的研究課題——植物的激素調節，并以種子萌發的調控切入。

3.2 以模式植物揭示本質

環節1：觀察現象，回顧基礎知識。教師提供本節復習課所選擇的實驗材料擬南芥，并對其進行簡要介紹。之后提供培養皿甲（圖1），提出一系列問題：如此復雜卻有序的過程由何種物質調控？你能否用比較規范的語言描述何為植物激素？NAA 是否屬于植物激素，為什么？回顧已學習的植物激素，它們主要的生理作用是什么？引導學生回顧基礎知識,并以任務1（圖2）檢測學生對相關知識的掌握情況。

圖1 野生型擬南芥種子播種在MS 培養基上第3 天、第5 天的萌發情況

圖2 連線任務

擬南芥是現代生物學研究最常用的模式植物之一。學生后續所做的以其為研究對象的實驗探究題、遺傳題數不勝數，因此，對擬南芥進行感性和理性2 個角度的初步認識，有利于學生減弱解題時因對材料陌生而產生的畏懼，也為本節后續內容的分析討論奠定基礎。教師通過有效的設問及任務設計，幫助學生鞏固知識、掃清迷思、建立知識之間的聯系，化繁為簡。

環節2：設計實驗，訓練關鍵能力。利用任務1鞏固基礎知識后，教師提問：你認為哪些植物激素參與種子萌發的調控？學生在認同生長素、細胞分裂素、赤霉素參與種子萌發調控的同時，疑惑乙烯和脫落酸是否也參與了種子萌發的調控。教師適時提出任務2：聚焦脫落酸（ABA），以小組為單位設計實驗，探究ABA 是否參與種子萌發的調控（寫出實驗思路，預期實驗結果，得出實驗結論）。學生通過討論，從檢測內源（圖3 方案1）和改變外源（圖3 方案2）2 個角度設計了探究實驗。

圖3 學生設計方案

教師引導學生從設計思路、組別設置、變量控制、檢測指標選擇、預期結果分析等角度，對設計的探究實驗進行評價與完善。師生達成共識后，教師出示真實檢測結果及培養皿乙、丙（圖4）。

圖4 ABA 對擬南芥種子萌發的影響

學生基于事實和證據說出：ABA 參與種子調節過程，且對種子萌發起抑制作用。教師追問：種子萌發是植物周而復始延續生命的基礎，種子中為何會存在抑制種子萌發的激素？學生闡述：像ABA 這樣促進種子休眠的激素，利于植物在惡劣環境下不萌發，是植物適應性的體現，是植物長期進化的結果。

科研人員對每一植物生理過程的調控機理研究，都需要通過實驗的設計、實施、分析等一系列科學探究過程。因此，引導學生設計實驗，既是希望學生從思維層面“親歷科研”，理解科學的本質和科學研究方法，又力爭訓練學生的科學探究能力，培養學生的思辨能力和創新能力等科學思維能力。同時，師生共同對學生設計的實驗方案進行評價，既實現了對學生的過程性評價，又調動了學生的參與度，激發了學生學習的積極性和熱情。

環節3：任務驅動，落實生命觀念。在學生明確ABA 抑制種子萌發后，教師進一步提問：ABA是否直接抑制種子萌發？怎樣進一步研究ABA 是如何調控種子萌發過程的？學生提出：尋找ABA合成異常的突變體或萌發時對外源ABA“感受”異常的突變體開展研究，探究ABA 調控種子萌發的信號通路。此時，教師介紹擬南芥缺失突變體pyr1和abi1［3］，并展示相關種子萌發實驗（圖5），要求學生“用準確語言描述培養皿丁、戊中野生型、突變體pyr1、突變體abi1種子的萌發情況。”

圖5 擬南芥突變體abi1 和pyr1 種子萌發對ABA 的響應情況

學生基于對實驗結果的觀察，描述實驗現象、分析實驗結果，推測并解釋相關生命現象：PYR1蛋白和ABI1 蛋白缺失，會導致2 類突變體的種子無法“感受”到外源高濃度ABA 而正常萌發，即PYR1 和ABI1 是ABA 調控種子萌發信號通路中的重要信號因子。在此基礎上，教師出示資料1、資料2［4-7］及任務3、任務4。

資料1：已有研究表明：脫落酸（ABA）抑制種子的萌發起始于ABA 受體對ABA 信號的感知，PYR1 蛋白是一種細胞質內ABA 受體。在有ABA存在的情況下，PYR1 與ABA 結合，并通過與ABI1 蛋白的直接相互作用，抑制ABI1 的活性，從而解除ABI1 對其下游SnRK 蛋白的抑制，使SnRk 發生磷酸化，進一步磷酸化細胞核內的蛋白質ABI5、RAV1，激活的RAV1 直接結合在ABI3基因的啟動子上，并抑制該基因的表達。胚發育相關基因FUS3 的表達，可調控ABI3 的表達，抑制種子萌發。

任務3：嘗試繪制種子萌發過程中ABI1、PYR1等蛋白因子參與的脫落酸調控路徑。

圖6 脫落酸調控種子萌發路徑圖

資料2：研究表明，低溫和光均可提高細胞內赤霉素的濃度，促進種子萌發；胚發育相關基因FUS3的表達抑制赤霉素合成。生長素調控ARF蛋白的表達，進而促進ABI3 的轉錄，促進種子萌發。乙烯可通過降低細胞內部分ABA 信號通路促進種子萌發。細胞分裂素可影響胚中赤霉素的釋放，促進種子萌發。

任務4：結合資料2，進一步完善任務3 中的路徑。學生借助自繪的信號通路圖（圖7）總結概括：①植物的生長發育和對環境變化的適應，是多種激素共同調節的結果；②激素可通過協同、拮抗等方式共同實現對植物生命活動的調節；③植物的生長發育過程，在根本上是基因組在一定時間和空間上程序性表達的結果；④其他因素（例如光、溫度等）也參與植物生命活動的調節；⑤植物激素調節貫穿整個植物的生命過程。

圖7 學生繪制的信號通路圖

本環節通過引導學生對實驗現象觀察和分析、文本資料閱讀和提煉、信號通路繪制和完善，促使其對認知結構中的知識進行主動綜合和延伸，進而形成清晰的知識脈絡，最終自主揭示“植物的激素調節”的本質。

3.3 應用于實踐激發責任 教師提供真實生產實踐所面臨的問題“2017年8月，長江上游地區雨水偏多，特別是晚上下雨、白天晴天，導致高溫、高濕，很多即將成熟的品種在稻穗上發芽了”，引導學生應用知識，解決問題，激發其社會責任意識。

4 教學反思

本教學設計以學生為主體，以擬南芥種子萌發實驗為素材支持，在夯實基礎知識的同時，利用學習任務引導學生對知識進行重組，并通過設計實驗和實驗結果分析，培養學生結合所學知識設計實驗、分析問題、推知結論的科學思維和科學探究能力，同時關注學生相關生命觀念的形成和社會責任意識的樹立。此外，作為復習課，從嚴謹、科學、簡短、規范等角度規范學生的語言表述和書面表述，對學生的閱讀理解和表述能力進行有效訓練，充分提高復習效率。最終促使學生記得住、說得準、寫得出、理得清、思得深、用得上，發展學生生物學學科核心素養。