1、第 3 章 植物的激素调节第 1 节 植物生长素的发现教学建议(一)巧妙设疑,层层探究引入本章时,可尝试这样做:在第 2 章中已经认识到激素可随着血液流到人体和动物体全身,传递着各种信息,那么,植物体能不能对自身的生命活动进行调节呢?教师可以引导学生观察本章的章首页,感悟诗的意境,进入问题情境。并借助“问题探讨”栏目,引出问题,接近要点。在“生长素的发现过程”的教学中,要充分利用教材正栏和旁栏中所列出的问题串,层层深入地进行。(二)指导预习,领略在生长素发现过程中科学家创造性的思维方式和严谨的科学方 法方法 1:和达尔文一起“思考”,与詹森、拜尔同感“刺激”,随温特揭示生长素的奥秘。由于高中学
2、生的思维水平、学习能力已经发展到较高阶段,所以可以采取小组合作交流的形式,让学生选择不同方式展示本小组对“生长素发现过程”的理解。如果教师对学生课前预习指导投入较多,不妨提议学生代表提前制作演示文稿以备上课时用。利用此内容,为学生创造自主学习、合作学习、探究学习的环境和条件,引导学生主动地参与。改变过去教师一人提前备好演示文稿,上课一人演示、学生被动学习的教学方式。可以让甲、乙、丙、丁四名同学分别阐述和分析达尔文、詹森、拜尔和温特的实验和结论。教师要在学生发言时和发言后,及时地评价学生对科学发现过程的理解和认识。教学过程中需要把握以下几点。(1)达尔文设计实验的要点。结合旁栏思考题,确认实验条
3、件有单侧光照射、胚芽鞘、胚芽鞘顶尖与锡箔罩、胚芽鞘顶尖下面的一段与锡箔罩等。结论:单侧光照射使胚芽鞘的尖端产生某种刺激,这种刺激向下传递,造成背光面比向光面生长快。设计巧妙:达尔文的实验,设计看似简单,但其注意到人们熟视无睹的植物向光性现象,并设计实验来研究,这既需要细致的观察,也 需要创造性思维,更要有尊重事实的精神。(2)强化生长素的发现是多位科学家不断探索的过程,呈现科学发现的艰 辛和科学家不懈的探索精神。詹森选择实验材料“琼脂片”证明“刺激”向下传递;拜尔选择黑暗环境证明胚芽鞘的弯曲生长,是尖端“刺激”向下传递分布不均匀所致。“刺激”是什么?科学家推测可能是一种化学物质。进一步探索的结
4、果是什么?教师可以层层设置问题,揭开生长素的谜底。用幻灯片、动画、图片、黑板画等形式,展示温特的实验,以证明造成胚芽鞘弯曲的刺激确实是一种化学物质即生长素。科学的发现是承前启后,继往开来的。从 19 世纪末达尔文注意到植物的向光性,设计实验探索其中的原因,到 1942 年分离出具有生长素效应的化学物质并确认为吲哚乙酸的过程,经历了近 50年。学生通过体验生长素的发现过程,可以加深对有关概念的理解,领悟科学研究的方法,其情感态度、价值观方面也得到发展。方法 2:教师引领,步步为营,寻根问底。此方法是教学中比较常用的问题 教学模式之一,它的特点是以问题为中心,以思维训练为基准,以科学史实为背景,以
5、生动形象的语言和逻辑推理为手段,并配合以图片、动画。(三)重放或整理“生长素的发现过程”,再次感受众多科学家的贡献建议教师借助教材中的总结:“人类的许多科学发现,就是像这样经过一代又一代人的探索,才一步一步地接近事实的真相。每一位科学家所取得的进展可能只是一小步,众多的一小步终将汇合成科学前进的一大步。”让学生整理,理出课文内容是如何体现这个总结所表达的含义的,也可以进一步查找资料,作补充说明。教材中的“楷体字”部分是对学生 进行辩证唯物主义自然观教育和科学发展史教育的好材料,教师可以提示学生注意对植物向光性的解释和争议,启发学生关注和认识植物向光性的研究并没有终结,而是在继续探索和发展。本节
6、的技能训练“评价实验设计和结论”,侧重于训练学生“根据已知的知识和题目给定的事实和条件,归纳相关信息,对自然科学问题进行逻辑推理和论证, 得出正确的结论 或作出正确的判断,并能把推理过程正确地表达出来”的推理能力。同时依据科学实验的要素分析其实验设计的严密性,提出改进意见等。关于实验设计的改进,应鼓励学生开放思路,不搞唯一答案和“一刀切”。参考资料植物生长素的作用机理目前对激素作用的机理有各种解释,可以归纳为两点:一是认为激素作用于核酸代谢,可能是在 DNA 转录水平上。它使某些基因活化,形成一些新的mRNA、新的蛋白质(主要是酶),进而影响细胞内的代谢,引起生长发育的变化。二是认为激素作用于
7、细胞膜,即质膜首先受激素的影响,发生一系列膜结构与功能的变化,使许多依附在一定的细胞器或质膜上的酶或酶原发生相应的变化 ,或者失活或者活化。酶系统的变化使新陈代谢和整个细胞的生长发育也随之发生变化。此外,还有人认为激素对核和质膜都有影响;或认为激素的效应先从质膜再经过细胞质,最后传到核中。虽然对激素作用机理有不同的解释,但是,无论哪一种解释都认为,激素必须首先与细胞内某种物质特异地结合,才能产生有效的调节作用,这种物质就是激素的受体。植物激素受体是指能与植物激素专一地结合的物质。这种物质能和相应的物质结合,识别激素信号,并将信号转化为一系列的生理生化反应,最终表现出不同的生物学效应。受体是激素
8、初始作用发生的位点,所以,了解激素受体的性质及其在细胞内的存在位置,是研究激素作用机理的重要内容之一。激素受体是一种蛋白质,它们可能定位于细胞质膜,也可能定位于细胞核或细胞质。由于植物体内具有多种激素,因此,必然可能有多种激素受体,并存在于细胞的不同部位。生长素最基本的作用是促进细胞的伸长生长,这种促进作用,在一些离体器官如胚芽鞘或黄化茎切段中尤为明显。生长素为什么能促进细胞的伸长生长,又是以什么方式起作用的呢?植物细胞的最外部是细胞壁,细胞若要伸长生长即增加其体积,细胞壁就必须相应扩大。细胞壁要扩大,就首先需要软化和松弛,使细胞壁可塑性加大,同时合成新的细胞壁物质,并增加原生质。实验证明,用
9、生长素处理燕麦胚芽鞘,可增加细胞壁可塑性,而且在不同 浓度的生长素影响下,其可塑性变化和生长的增加幅度很接近,这说明生长素所诱导的生长是通过增加细胞壁的可塑性而实现的。生长素对死细胞 的可塑性变化无效;在缺氧或呼吸抑制剂存在的条件下,生长素诱导细胞壁可塑性的变化受到抑制。因此生长素促进细胞壁可塑性增加,并非单纯的物理变化,而是代谢的结果。植物的向光性植物的向光性是植物向性运动之一。植物器官的向光性又分为正向光性、负向光性、横向光性(指器官与射来的光线垂直的特性),但一般植物的茎向光弯曲,呈正向光性。实验证明,正向光性运动与生长素分布有关,光线能使生长素在背光一侧比向光一侧分布多,因此,背光侧比
10、向光侧生长得快,使植物的茎显示 出向光性。但是,对于光是如何造成生长素分布不均匀的,至今尚无定论。目前主要有以下几种观点:(1)侧向运输观点。在单侧光照作用下,生长素自茎的顶端向背光 面侧向沿薄壁组织向下运输,背光侧的生长素浓度高于向光侧,背光侧的细胞生长快于向光的一侧,这一生长差异引起植物的茎向光弯曲。Went(1928 年)证明燕麦胚芽鞘经单侧光照后,背光一侧从胚芽鞘尖端扩散到琼脂的生长素含量差不多等于向光一侧的 2 倍。并推测,生长素移动是由于单侧光导致胚芽鞘尖端不同部位 产生电势差,向光的一侧带负电荷,背光的一侧带正电荷,吲哚乙酸呈弱酸性,其阴离子向背光一侧移动,使背光侧生长素含量高,
11、生长较快,植株就呈现向光性生长。但这一途径至今还没有被证实。(2)横向转移观点。W.Briggs 和他的同事们用玉米胚芽鞘做实验,结果证明,在单侧光照下,生长素从向光一侧向背光侧移动。换言之,单侧光照对生长素的分布影响在于其能促进生长素沿薄壁组织从向光一侧转移到背光一侧,结果背光侧的生长素比向光侧的多。(3)生长抑制剂作用观点。Hasegawa 等(1975 年)提出了不同的看法。他们重复了 Went 的实验,结果证明,用生物测定法测出燕麦胚芽鞘背光一侧扩散的生长素确实多于向光一侧,两者相对活性与 Went 的数据相同,但用物理化学法测定两侧扩散的生长素含量并没有区别。经过层析分析,发现琼脂块
12、中至少有两种抑制物,向光一侧的抑制物活性高于背光一侧的。因此,他们认为,燕麦胚芽鞘在单侧光照射后向 光弯曲,并不是因背光一侧生长素含量大于向光一侧,而是由于向光一侧的生长抑制物比背光一侧的多,造成生长速度差异而引起向光弯曲。近年来,一些科学家提出,这些抑制物质主要是萝卜宁、萝卜酰胺、黄质醛等。(4)其他观点。也有人认为,向光性产生的原因是在单侧光刺激下,生长素在向光侧和背光侧的不对称运输及向光侧生长抑制物质活性增强两种现象同时存在,造成了茎的向光侧生长较慢。也就是说,植物的向光性不纯粹是生长素的作用,而是生长促进物和生长抑制物两种化合物作用的总反应。LamS.L和 A.C.Leopld 通过研究向日葵绿色幼苗的向光性后提出了绿叶调节向光性的观点。他们认为,在绿色幼苗中向光弯曲主要是由叶片提供的极性运输的生长素所调节的,而不需要侧向的生长素运输。上述几种观点都能在一定程度上对植物的向光性作出解释,但都缺乏更有说服力的证据。目前,向光性产生的机理仍在研究之中。
