【生物】盘点实验技法，追踪生长素实验

 

与生长素相关的实验一直是高考命题者的宠儿，且该类实验又常以图表和曲线的形式呈现，故成为学生学习的瓶颈。汇总近年高考试题和模拟试题中常出现的相关试题，盘点实验技法，总结规律，点拨实验疑难点，赢在备考。

一、植物向性运动的人工实验方法归纳

    ◆技法盘点

 

◆疑难点拨

（1）实验材料的应用。云母片和玻璃片可以阻断生长素的运输；琼脂可以运输生长素，且生长素在琼脂中的运输方式为扩散；锡箔可以遮光，不会影响胚芽鞘的生长和弯曲。

（2）向性运动原因的追踪。导致向性运动的主要原因是植物在单向刺激下（如单侧光、离心力、重力），生长素发生非极性运输，导致生长素分布不均，产生的定向运动。上表中暗盒开孔、切割移植和锡箔纸遮盖胚芽鞘下部都是由于胚芽鞘尖端在单侧光照下，背光侧生长素分布多于向光侧的导致向光生长。旋转类是由于离心力使离心侧的生长素分布多于向心侧的，胚芽鞘向心生长。横置类均是由于重力使近地侧的生长素分布多于远地侧的，根向地、茎背地生长。尤其值得注意的是：感受单侧光的部位是胚芽鞘尖端，只有尖端受到单侧光照，才会导致生长素分布不均。根比茎对生长素敏感得多，根具有背光、向地等生长的特点。若没有单向刺激，生长素均匀分布，胚芽鞘则直立生长。

（3）匀速旋转器上植物向性生长方向的分析。①旋转器水平旋转：旋转产生的向心力与地心引力同时影响植物生长素的分布，又由于根对生长素的敏感度高，根将向着受到的离心力和地心引力的合力方向生长，而茎将向着向心力的方向生长。②旋转器垂直旋转(植物横置)：可抵消地心引力引起的植物向地侧生长素分布多，根向地生长，茎背地生长的效应，而是使生长素在向地侧与背地侧均匀分布，植物水平生长。

（4）解题三步法：第一步，结合题干信息确定有没有单向刺激存在；第二步，分析单向刺激作用的部分,如单侧光刺激的是否是感觉部位——尖端，重力作用的材料是否横放；第三步，综合前两步获取的信息，结合试题设问推断生长素的分布，针对不同的器官得出正确的结论。

◆学以致用

典例1  对燕麦胚芽鞘尖端进行如图所示的处理：①将尖端套上不透光的锡箔小帽；②将尖端下部用锡箔遮住；③在尖端横向插入云母片；④在尖端横向插入琼脂片；⑤切去胚芽鞘尖端。下列选项中正确的是

 

A．单侧光照，①②实验结果说明感受光刺激的部位在胚芽鞘尖端

B．给予左侧光照时，仍直立向上生长的是①③④

C．把④放在匀速转盘上，给予右侧光照，将向右弯曲生长

D．如果把放过胚芽鞘尖端的琼脂块放在⑤的一侧，则其向同侧弯曲生长

【解析】  ①胚芽鞘尖端被不透光的锡箔小帽遮盖，单侧光照，将直立生长，②胚芽鞘尖端下面一段被锡箔遮盖，单侧光照，将弯曲生长，二者对比说明感光部位在胚芽鞘尖端；③单侧光照下，由于中间横向有云母片隔断，生长素不能纵向运输，所以将不生长，④生长素能透过琼脂块，左侧光照下，右侧生长素分布多，所以将弯向左侧生长；若把④放在匀速转盘上，给予右侧光照，胚芽鞘受均匀照射，将直立生长；如果把放过胚芽鞘尖端的琼脂块放在⑤的一侧，则其将向对侧弯曲生长。 答案：A

典例2   实验中的花盆如图所示固定在直径为2 m的圆盘的边缘处，盆底与水平面成45°。旋转圆盘使花盆水平方向所受力与垂直方向相同，保持圆盘旋转的速率长时间不变，观察植物根部的生长方向。如果要证明“旋转的力量对植物根部生长的影响同重力的影响相同”时，植物根部生长的方向应当是

 

【解析】   重力影响生长素的横向运输，离心力也会影响生长素的横向运输。从力学角度对根部进行受力分析：植物根部在水平方向受力(离心力)与垂直方向受力(重力)大小相等，则其合力方向垂直于斜面，因此生长素在横、纵方向上运输的综合效应是垂直于斜面的，即植物根部生长素的运输还是极性运输，不存在生长素分布不均匀的问题，其根部生长的方向应与斜面垂直。答案：A

二、与生长素促进生长及其生理特点相关的实验

◆技法盘点

以某胚芽鞘进行实验，将数量不等的胚芽鞘尖端放在同样大小的琼脂块上，放置一段时间后，将琼脂块分别放置在去掉尖端的相同的胚芽鞘上，一段时间后，测量琼脂块上放置的尖端数量（N）与胚芽鞘弯曲程度的关系，过程如下图所示：在一定数量范围内，随着放置的尖端数量的增多，琼脂块中生长素的浓度逐渐增大，弯曲角度逐渐加大；超过最适浓度后，随着放置的尖端数量的增多，浓度增大到不变，弯曲角度变小至不变。

 

另外，若用人工配制的不同浓度的生长素溶液分别浸泡琼脂块，获得含有不同浓度生长素的琼脂块，将含有不同浓度生长素的琼脂块放置在去掉尖端的相同的胚芽鞘上，一段时间后，测得不同浓度的生长素与胚芽鞘弯曲程度的关系，结果如下图所示：在一定数量范围内，琼脂块中生长素的浓度逐渐增大，弯曲角度逐渐加大；超过最适浓度后，随着生长素浓度增大弯曲角度逐渐变小，至不弯曲。

 

◆疑难点拨

（1）生长素从胚芽鞘尖端通过扩散作用进入琼脂块，随着放置的尖端数量的增多，琼脂块中生长素的浓度逐渐增大，至最大值后，生长素浓度不再随尖端数量的增加而改变，如图所示。

（2）生长素的双重作用曲线分析：

①C点表示促进生长的“阈值”，即大于C处的生长素浓度，将会使生长受到抑制。当生长素浓度小于i时均为“低浓度”，高于i时才会抑制植物生长，称为“高浓度”，i时既不促进，也不抑制。



②曲线中H点表示促进生长的最适浓度为g，在OH段随生长素浓度的增高，促进作用增强；而HC段随生长素浓度的增高，促进作用减弱（但仍为促进作用）

③若植物幼苗出现向光性，且测得向光侧生长素浓度为m，则其背光侧生长素浓度范围应为：大于m小于2m。

④若植物水平放置，表现出根的向地性、茎的背地性，且测得其茎的近地侧生长素浓度为m，则茎的远地侧浓度范围应为小于m。

（3）解题三步法：第一步，解此类试题要明确琼脂块中生长素的来源，是来源于胚芽鞘尖端，还是人工配制的不同浓度的生长素，还要知道最高浓度会不会超过促进生长的“阈值”，若琼脂块中的生长素来源于胚芽鞘尖端，则琼脂块中的生长素浓度就不会超过促进生长的“阈值”；第二步，审清题干中测定的角度是胚芽鞘弯曲的角度，还是弯曲角度的余角；第三步，若试题以曲线呈现实验结果，要读懂曲线中的因果关系，再结合题干信息作出正确推断。

◆学以致用

    【典例3】  （2011·江苏徐州第三次调研）回答下列有关生长素的问题：

    （1）植物出现顶端优势时顶芽产生的生长素运到相邻侧芽___________________(需要、不需要)消耗ATP。

 

   （2）某研究小组探究避光条件下生长素浓度对燕麦胚芽鞘生长的影响。胚芽鞘去顶静置一段时间后，将含有不同浓度生长素的琼脂块分别放置在不同的去顶胚芽鞘一侧，一段时间后测量并记录弯曲角度（α）。如图为实验示意图。

    ①α的范围为___________________ (180°≥α>0°、180°≥α≥90°、90°≥α>0°)。

    ②在两组实验中若α相同，则琼脂块中含有生长素的浓度___________________（一定、不一定）相同。

    ③若想在细胞水平上证明生长素对胚芽鞘生长的影响，可以取弯曲处作___________________ (横切、纵切)片制成装片，用显微镜观察、测量两侧细胞平均长度，作出比较。

 

   （3）如图是根、茎对生长素作用的反应曲线，图示字母中表示根近地侧的是___________________、茎远地侧的是___________________。

   （4）有科学家认为根的向地生长不仅与生长素有关，还与乙烯的作用有关。为了研究二者的关系，做了这样的实验：将某种开花植物的根尖放在含不同浓度生长素的培养液中，并加入少量蔗糖作为能源。发现在这些培养液中出现了乙烯，且生长素浓度越高，培养液中乙烯的浓度也越高，根尖生长所受的抑制也越强。

    ①该实验的自变量是___________________，因变量是___________________。

    ②为使实验更严谨，还需将另一些等量的根尖放在___________________中，作为对照组。

    ③据此实验结果，可推知水平放置的植物根向重力生长的原因是___________________。

【解析】  （1）由于生长素的运输是极性运输，只能从形态学上端向下端运输，因此植物出现顶端优势时顶芽产生的生长素运到相邻侧芽需要消耗ATP。（2）由于生长素具有促进生长的作用，导致去顶胚芽鞘弯曲，α的范围为90°≥α>0°；由于生长素作用的两重性，在两组实验中若α相同，则琼脂块中含有生长素的浓度不一定相同；用显微镜观察、测量两侧细胞平均长度，应取弯曲处进行纵切。（3）根、茎对生长素作用的反应中，根向下弯曲，茎向上弯曲，其中，生长素对根的近地侧表现为抑制作用，对根的远地侧和茎的近地侧及远地侧都表现为促进作用，但促进程度不同，茎的近地侧促进程度大于远地侧。从图中可以看出，生长单位长度所需时间B最长，表示根的近地侧，则A表示根的远地侧，C表示茎的远地侧,D表示茎的近地侧。（4）根据题意，该实验的自变量是生长素浓度，因变量是乙烯浓度。为使实验更严谨，还需设置空白对照组。据此实验结果，可推知水平放置的植物根向重力生长的原因应与乙烯的抑制作用有关。

   【答案】  （1）需要  （2）①90°≥α>0° ②不一定 ③纵切 （3）B C （4）①生长素浓度 乙烯浓度 ②含等量蔗糖但不含生长素的培养液 ③高浓度的生长素诱导根细胞合成了乙烯，乙烯抑制了根近地侧的生长

    三、探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度实验

    ◆技法盘点

    该实验属于变量梯度设置的实验应用，即对自变量设置一系列变化梯度的数值，观察自变量在不同变化梯度下实验结果的差异，确定反应所需的最佳自变量的数值。如在探究促进月季插条生根的最适生长素类似物浓度的实验中：

(1)配制一系列浓度梯度较大的生长素类似物溶液，分别为10^－2mol/L、10^－4mol/L、10^－6mol/L、10^-8mol/L、10^-10mol/L 、10^-12 mol/L。

    (2)取长势、粗细、长度相同的月季30枝，随机均分成5组，分别编号为A、B、C、D、E。

    (3)将5组枝条下部分别在5种生长素类似物溶液中浸泡10小时。

(4)将5组浸泡好的枝条分别扦插至相同的土壤中，适宜条件下培养10天。

(5)测量并比较5组中插条平均生根数量，若生根数量在生长素类似物为10^-8～10^-12mol/L浓度范围内较多，则再进行进一步的实验，设置10^-8mol/L、10^-9mol/L、10^-10 mol/L、10^-11 mol/L、10^-12mol/L的浓度，具体实验步骤同预实验。

   实验结论：生根数量最多的组对应的生长素浓度即促进月季插条生根的最适浓度。

   ◆疑难点拨

   (1)植物的生长素是由发育中的种子、幼叶、芽、叶原基等部位合成的，故带有芽和幼叶的枝条容易生根。

  （2）该实验中对变量的处理就是设置变量梯度(浓度梯度)，实验中除生长素浓度这一变量之外，其他因素都是相同的、最适的，要保证单一变量。此实验不需要蒸馏水处理的对照组。

  （3）设置变量梯度时需注意：自变量应在它能发挥作用的范围内取值，且梯度大小设置要适宜。若进行定性分析，梯度设置可稍大些；若进行定量分析，梯度设置应小一些。为了使结果更准确，有时要做预实验。

  （4）检验实验结果时，统计的是生根的数量而不是根的平均长度。

   ◆学以致用

   【典例4】  （2011·湖南八校联考）为了证明吲哚乙酸对小麦根生长的影响。进行以下实验：

第1步：取干燥小麦种子若干，放在垫有两张滤纸的培养皿中，暗室培养，待小麦胚芽长到约30 mm时，取出备用。

第2步：取出培养好的小麦胚芽60个，切去胚芽鞘尖端3 mm，再切取下面5 mm。

第3步：将5 mm切段放在蒸馏水中浸洗2~3小时。

第4步：将6个锥形瓶分别标号为A、B、C、D、E、F，在A中加入蒸馏水50 mL，B～F[JP]中依次加入浓度为10^-10mol/L 、10^-9mol/L、10^-8mol/L、10^-7mol/L、10^-6mol/L等量的吲哚乙酸溶液。

第5步：胚芽鞘切段浸洗后，用滤纸将切段表面的水分吸干，平均分装到上述6个锥形瓶中，注意使胚芽鞘切段完全浸没在溶液中。然后将锥形瓶置于旋转器上，在暗室中培养。

第6步：24小时后，用镊子取出胚芽鞘切段，测量并记录长度。

    请分析并回答下列问题：

    (1)将用作实验材料的胚芽鞘切段放在蒸馏水中浸洗2～3小时，目的是___________________。

(2)将胚芽鞘切段浸没在吲哚乙酸溶液中培养，需要在暗室中的旋转器上进行，目的主要是___________________。

    (3)某学生的实验记录结果见下表，请根据表中的数据，以胚芽鞘切段增长百分数为纵坐标，吲哚乙酸的浓度为横坐标，作出曲线并加以分析。

胚芽鞘切段增长百分数=（处理长度－对照长度）/原来长度×100％

 

【解析】 实验过程涉及材料的选择，吲哚乙酸溶液浓度的设置，实验过程，实验结果的分析方法等。实验过程中，将用作实验材料的胚芽鞘切段放在蒸馏水中浸洗2～3小时，目的就是把胚芽鞘中原来的吲哚乙酸洗掉，这样实验结果更具说服力。将胚芽鞘切段在暗室中的旋转器上进行培养，其目的主要是避免光照或重力对实验结果的影响。绘制曲线时一定要描点准确，横、纵坐标标注明确，连线圆滑。曲线的最高点表明在该浓度下，胚芽鞘切段生长最快，则该浓度是促进根生长的最适浓度。