植物的根也有向光性嗎

張平柯" 湖南第一師范學(xué)院教授、湖南省青少年科技教育協(xié)會常務(wù)副理事長、中國發(fā)明協(xié)會中小學(xué)創(chuàng)造教育分會副會長、中國青少年科技教育工作者協(xié)會教師教育專業(yè)委員會委員、中國教育學(xué)會科學(xué)教育分會理事。

一、研究背景

向光性是指植物生長器官受單方向光照射而引起生長彎曲的現(xiàn)象。植物的莖具有向光性，植物的根長期在地下生長，是否也具有向光性呢？在好奇心的驅(qū)使下，我先后設(shè)計了“探究大蒜的根是否具有向光性”和“探究大蒜根的感光部位”兩個實驗并進行探究。

二、探究過程

通過查閱資料和請教老師，我發(fā)現(xiàn)植物的莖具有向光性的原因主要包括：植物胚芽鞘尖端能產(chǎn)生生長素并向下運輸，促進尖端生長；在單側(cè)光的作用下，胚芽鞘尖端向光一側(cè)的生長素會向背光一側(cè)移動，導(dǎo)致背光一側(cè)的生長素多于向光一側(cè)；背光一側(cè)的生長素含量高，植物生長的促進作用強，向光一側(cè)的生長素含量低，植物生長的促進作用弱，因此背光一側(cè)相比向光一側(cè)生長較快，導(dǎo)致胚芽向光一側(cè)彎曲生長。

（一）探究大蒜的根是否具有向光性

1.實驗猜想

大蒜的根具有向光性，主要原因為：大蒜的根雖然長在地下，但根尖結(jié)構(gòu)與莖尖相似，因此根尖也能產(chǎn)生生長素；查閱資料獲知，植物的根具有向地性、向水性、向肥性等，推測其也具有向光性；光線會影響生長素的分布，進而對植物根的生長產(chǎn)生影響。

2.實驗材料

大蒜子若干、小燒杯3個、錫箔紙或黑色吸光紙、膠帶、刻度尺、量角器。

3.實驗過程

將大蒜子置于室溫、正常光照的條件下培育一段時間。分別取根的數(shù)量、長勢相同的若干蒜瓣，均分為3組，依次編號為A組、B組、C組，放入燒杯中，并用膠帶固定，使每組大蒜都在燒杯中的相同位置。A組不作處理；B組用黑色吸光紙圍住，在燒杯一側(cè)留出約1 cm寬的空隙，將空隙對準光源；C組用由黑色吸光紙做成的罩子罩住。在適宜的條件下培養(yǎng)觀察，用量角器于每天18點測量大蒜的根與豎直方向的夾角，記錄各組數(shù)據(jù)。

4.實驗結(jié)果和結(jié)論

A組和C組的根呈散亂分布，且長勢相似。B組的根呈避光生長趨勢，且在4天內(nèi)，隨著時間的延長，大蒜根尖避光生長偏轉(zhuǎn)角度不斷加大（實驗數(shù)據(jù)如圖1），可見大蒜根尖具有背光生長的特性。

大蒜的根為什么沒有像大蒜的莖一樣向光生長，而是背光生長呢？帶著這個問題，我在老師的幫助下查閱了相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)生長素的生理功能具有“低濃度促進生長，高濃度抑制生長”的特點。當單側(cè)光照使根尖生長素背光側(cè)多、向光側(cè)少，由于根尖對生長素的敏感性強，背光側(cè)生長素濃度高，抑制了大蒜生長，而向光側(cè)生長素濃度低，促進了大蒜生長，從而出現(xiàn)在單側(cè)光照射下大蒜根尖背光生長。

大蒜的根是不是也像人類一樣，有一對感知光照的“眼睛”呢？為進一步探究植物根部感知光照的“眼睛”的位置，我設(shè)計了“探究大蒜根的感光部位”實驗。

（二）探究大蒜根的感光部位

1.實驗猜想

大蒜的根出現(xiàn)背光生長現(xiàn)象，推測大蒜的根具有感光部位；查閱資料發(fā)現(xiàn)，植物胚芽鞘的感光部位在胚芽鞘尖端，推測根的感光部位在幼根的尖端（即根尖部位）。

2.實驗過程

將大蒜子置于室溫、正常光照的條件下培養(yǎng)2天，使其長出幼根。取長勢相同的大蒜平均分成6組，編號A、B、C、D、E、F。A組為全光照組；F組為全黑暗組；B、C、D、E組分別用黑色吸光紙圍住，在燒杯同一側(cè)留出1 cm寬的空隙。其中，B組根尖不作處理，C組切除根尖（在距根尖1 mm的位置），D組對根尖進行遮光處理，E組除根尖外，對其他部位進行遮光處理。所有實驗組均在適宜條件下培養(yǎng)，并于每天18點測量大蒜的根與豎直方向的夾角，記錄當天數(shù)據(jù)的平均值。

3.實驗結(jié)果和結(jié)論

A組、D組和F組大蒜的根呈散亂生長趨勢，B組和E組大蒜的根呈背光偏轉(zhuǎn)生長趨勢，C組大蒜在根尖被切除后生長非常緩慢，實驗數(shù)據(jù)見表1（說明：每組有6個平行實驗，表中數(shù)據(jù)為平行實驗數(shù)據(jù)取平均值后的整數(shù)）。

結(jié)果分析如下：

A組、D組和F組大蒜根的偏轉(zhuǎn)角度波動范圍相似，且偏角的趨勢也相似，可知A組、D組和F組的處理方式對根生長的偏轉(zhuǎn)角度影響基本相同；

B組和E組大蒜的根尖部位均能受到單側(cè)光影響，兩組均呈背光偏轉(zhuǎn)生長，且偏轉(zhuǎn)角度相似，這可能與單側(cè)光照射使根尖生長素分布不均有關(guān)；

D組和E組遮光部位不同，E組明顯表現(xiàn)出背光生長特性，再結(jié)合C組出現(xiàn)的現(xiàn)象，可初步推斷根尖是植物根的感光部位；

對比B組和C組可知，在共同培養(yǎng)一天再切去根尖后，C組根的偏轉(zhuǎn)角度和根的偏轉(zhuǎn)生長趨勢明顯低于B組，推知根尖的缺失可減弱單側(cè)光照對根背光偏轉(zhuǎn)生長的促進作用，進一步推測根尖是植物根的感光部位。

綜上所述，結(jié)合不完全歸納法推斷，可以得出“根尖是植物根的感光部位”的結(jié)論。

三、收獲與體會

在實驗之前，我查閱了大量資料，不僅學(xué)到了植物向性運動的知識，也掌握了查找資料的基本方法。實驗過程中，我注重變量的控制和分析，關(guān)注實驗操作的科學(xué)性、可行性和嚴謹性，不僅增強了實驗設(shè)計的基本能力，也為今后的實踐探究、跨學(xué)科學(xué)習(xí)奠定了一定基礎(chǔ)。在本次實驗的基礎(chǔ)上，我還將繼續(xù)開展“光照強度對根的偏轉(zhuǎn)生長的影響”“光質(zhì)對根的偏轉(zhuǎn)生長的影響”等實驗。（指導(dǎo)老師：王小鳳）

專家點評

傳統(tǒng)的觀點認為植物的根沒有向光性，且近年的研究表明，植物的根會表現(xiàn)出負向光性的特性，即植物的根會避開光源生長。作者在不了解植物的根是否具有向光性的情況下，提出猜想，并付諸實踐，體現(xiàn)了作者的創(chuàng)新思維和實證精神，值得肯定。

作者針對實驗中得出的大蒜的根具有負向光性的結(jié)論，進一步提出尋找大蒜根的感光部位的研究課題，并通過科學(xué)猜想、實驗研究、實驗結(jié)果分析等科學(xué)研究的步驟，得出“根尖是植物根的感光部位”的結(jié)論，這一點也值得肯定。

需要注意的是，不完全歸納法需要對大量的案例進行研究，因此作者的研究結(jié)論并沒有達到不完全歸納法的要求，嚴格來說，只是通過對個案的研究，得出了“根尖是植物根的感光部位”的合理猜想。