植物生长素的发现更新

大家都听过这样一首诗，是来自宋代诗人叶绍翁的，叫春色满园关不住，下一句是什么呢

一支红杏出墙来。

那从生物学的角度来看，红杏为什么会出墙呢？

我们先来看这样一段视频，请仔细观察实验中幼苗的生长情况。标题

你们观察到了什么现象？提问

幼苗会弯向光源生长。

像这种的光我们称它为什么样的光？单侧光

我们把在单侧光的照射下，植物弯向光源方向生长的现象叫作植物的向光性。

那么植物为什么会弯向光源生长呢？

植物的向光性在生活中很常见，但是科学家们注意到人们熟视无睹的现象，做了大量实验，最终发现了第一种植物激素——生长素，今天就让我们一起来重温生长素发现的过程，体验科学探究的方法。

最先研究向光性的科学家是达尔文，他所用的实验材料是胚芽鞘，它其实是长在禾本科植物外面的一层锥形套状物，对里面的胚芽起到保护作用。我们把胚芽鞘分为这样两个部分，尖端和尖端下部的伸长区。

那么我们要用这个材料去研究向光性，这个材料本身得能向光弯曲生长。

所以我们首先要研究的问题是单侧光是否会引起胚芽鞘发生向光弯曲生长？

在课前我们的学习小组利用老师提供的小麦种子已经进行了相关实验研究，下面请他们来为大家一下展示研究过程和结果:

针对这个问题，你们做出了一个什么样的假设？

你们是怎样设计实验的？

我们设计了两组实验，第一组实验是把胚芽鞘用纸箱罩住，黑暗处理，完全不受光。第二组实验是用一侧开孔的纸箱将胚芽鞘罩住，在开孔处给光源。这两组实验形成对照。

得到了什么样的实验结果？

第一组胚芽鞘直立生长不弯曲，第二组胚芽鞘向光弯曲生长

进而得出什么样的实验结论？

单侧光会引起胚芽鞘向光弯曲生长。

非常好，请回。

大家说他们的实验设计是否合理？

他们的实验设计考虑到了对照原则 实验组和对照组 和单一变量原则 黑暗处理和单侧光照。

参考他们的研究过程，我们总结实验研究的一般步骤，首先提出问题，然后作出假设，进行实验设计，观察实验结果，最后得出实验结论。

根据他们所做的实验，我们可以得到结论，胚芽鞘是具有向光性的，能够发生向光弯曲生长。可以用它作为实验材料来研究向光性。

那么接下来继续研究，我们还能提出一个什么样的问题呢？

胚芽鞘既然根据单侧光作出了相应的调节活动，首先就要有感受到光刺激的部位。

我们提出的第一个问题，胚芽鞘的感受光刺激的部位在哪里？（胚芽鞘的感光部位）

感受到单侧光之后，胚芽鞘发生了向光弯曲生长

提出第二个问题，胚芽鞘感光后，生长部位在哪里？

下次我们以小组为单位，按照我们刚才总结的研究步骤来完成导学案中的实验设计。提供的实验材料有胚芽鞘、光源、暗箱、一侧开孔的暗箱、锡箔纸、碳素笔等。

锡箔纸大家在吃烧烤的时候经常见到，是一种完全不透光的材料。

碳素笔可以将实验材料涂黑而不会影响它的生长。

其中1.2.3组完成第一个表格，4.5.6组来完成第二个表格。

现在大家开始，可以进行小组内讨论。请大家按照导学案上面的图片去画胚芽鞘，一会我分别找两个小组代表上台进行展示。5min

展示过程:

我们先来看第一个问题 胚芽鞘的感光部位在哪里？

胚芽鞘的感光部位在尖端

第一组实验用锡箔纸遮住胚芽鞘的伸长区，第二组实验用锡箔纸遮住胚芽鞘的尖端，第三组实验的胚芽鞘不做任何处理。将三个组的胚芽鞘分别用一侧开孔的暗箱罩住，在开孔处给光源。

预期实验结果:第一组胚芽鞘向光弯曲生长，第二组胚芽鞘直立生长不弯曲，第三组胚芽鞘向光弯曲生长。

得出结论:感光部位是在尖端。

非常好，他们组的实验设计合理吗？还有没有其他假设？大家假设的感光部位都是在尖端吗？

另一种假设 感光部位是在伸长区

可不可以这样假设？假设是没有对错之分的，到底实验结果什么样，我们得通过真正的实验才能得出结论。

第二个问题 生长部位在哪里？

假设生长部位在伸长区

碳素笔全部涂黑（涂一竖条），发生生长的部位碳素笔的痕迹会断开，断开的部位就是生长部位。

真正的实验结果到底是怎样的？我们一起来看一看几个动画。

首先第一个实验，探究胚芽鞘的感光部位。我们来看一下，实验结果？

遮住尖端的胚芽鞘怎么生长（直立生长），遮住伸长区的胚芽鞘向光弯曲生长

谁的预期实验结果是与它一致的？

说明感光部位在尖端。

第二个实验，探究胚芽鞘的生长部位。

用碳素笔将胚芽鞘全部涂黑，一段时间之后，我们发现伸长区黑色条带断裂。

另外一种方法，划线法，依然是在伸长区，碳素笔的痕迹断裂。

所以我们得出这样的实验结论，胚芽鞘的生长部位在伸长区。5min

以上这些实验，也是达尔文当年研究所进行的。他在研究感光性的时候，还设计了这样一组实验，我们继续看一下导学案第二页的问题3，把切掉尖端的胚芽鞘和正常胚芽鞘分别放在单侧光照下培养，最后得到的实验结果，切掉尖端的胚芽鞘既不生长也不弯曲。

这个实验证明了什么？是否能直接证明胚芽鞘的感光部位在尖端？

不能（单纯通过这个实验，也有可能尖端是生长部位，切掉尖端它不生长）

这个实验能得出什么结论？

只能说明胚芽鞘的向光弯曲生长与尖端有关。

根据以上研究，我们知道了胚芽鞘的感光部位是在尖端，而执行生长效应的部位是在伸长区。

为什么是尖端感受到光刺激，而伸长区发生弯曲生长呢？他俩之间是不是有某种联系，请大家看一下导学案中的问题4，我们一起来推测一下尖端与伸长区之间有什么样的关系。

我们能否推测一下尖端与伸长区之间的关系，再根据这个推测来解释胚芽鞘向光性呢。

给大家几分钟时间讨论一下

分析：

胚芽鞘出现向光弯曲生长的现象，说明伸长区两侧生长是否均匀？

不均匀

哪一侧长得块？背光一侧还是向光一侧

背光一侧

首先胚芽鞘尖端感受到单侧光刺激之后，他要去“告诉”伸长区你该向光弯曲生长了，怎么告诉的呢

我们推测它向下传递了某种影响，至于这种影响是什么，我们还不知道。

那么这种影响就导致了伸长区背光面比向光面长得快，因而胚芽鞘出现向光弯曲生长。

达尔文也是这样推测的。

这个推测有没有完全解释清楚向光性的原因？

根据这个推测我们还可以提出问题：

他说尖端可以向伸长区传递某种影响，这种影响到底是什么？又是怎样传递的呢？

这种影响是怎么使背光面比向光面长得快的呢？

我们得继续通过实验来研究这些问题。

1.影响是怎样从尖端传递到伸长区的呢？

要想解决这个问题，我们首先要知道，细胞与细胞之间进行信息传递有几种方式呢？

可以通过接触传递，比如精子和卵细胞

也可以通过物质传递，比如内分泌细胞分泌的激素可以作为一种信息分子，通过血液运输给靶细胞

究竟这种影响是通过直接的接触传递，还是通过间接的物质传递呢？

阅读1910年鲍森.詹森做的实验，并参考导学案上的相关链接，回答相关问题。

答案:

影响可以透过琼脂片传递给下部。

用琼脂片把尖端和伸长区隔断，胚芽鞘依然能够发生向光弯曲生长。说明影响可以透过琼脂片传递给下部。

这个是我们刚才说的哪个传递方式？

物质传递

（尖端和伸长区之间有没有发生直接接触？没有，影响依然可以向下传递）

我们初步推测，这种影响应该是类似于动物激素那种化学物质。

下一个问题，鲍森.詹森设计的一组实验，有没有什么不严谨的地方？

没有满足单一变量原则

①这个实验既没有琼脂块也没有尖端，②这个实验琼脂块和尖端都有，有无琼脂块和有无尖端属于两个变量，没有满足单一变量原则。

怎么改进？

在①这个实验添加一个空白琼脂块，排除琼脂块自身对于实验结果的干扰。

2.这种影响为什么会使背光面比向光面长得快的呢？

我们能提出一个怎样的假说？

我们通过达尔文的实验知道:

当胚芽鞘有尖端，能产生影响的时候，他就能够生长

当胚芽鞘去掉尖端，不能产生影响的时候，他就无法生长

说明影响的作用是什么 就是促进伸长区生长的。

影响多就长得快，影响少就长得慢

按照这个道理

所以背光面比向光面长得快就是背光一侧的影响多于向光一侧

我们得到的假设:这种生长不均匀，是由于影响分布不均匀引起的。

这是我们通过之前的实验初步推断，能够得到这样的预设

怎么去做实验检验这个假设是否正确呢？

可不可以人为地让这个影响分布不均匀呢？

下面阅读1914年拜尔的实验，回答导学案上的相关问题。

答案:确实是影响分布不均匀造成了胚芽鞘的向光弯曲生长。

（在黑暗条件下，切下尖端并放在伸长区的一侧，结果发现胚芽鞘向对侧弯曲生长。说明接受影响，影响分布多的一侧长得更快。）

排除光的影响

外因:单侧光

内因:影响分布不均

外因一定得通过内因去起作用，那这种影响它到底是什么呢，刚才我们通过鲍森.詹森的实验已经猜测它可能是类似于动物激素那样的一种化学物质。

怎么去通过实验来验证它就是一种化学物质呢

如果是一种物质，我是不是可以把它收集、提取出来。用什么收集（琼脂），然后我再用收集到的物质去证明它是否会使胚芽鞘发生弯曲生长

好，通过老师的提示，你们能不能尝试设计这样一个实验呢，说出这个实验的设计思路就行，小组讨论一下。

答案:教材47页

设计两组实验

切下胚芽鞘尖端放在琼脂块上，几小时后移去尖端。再将处理过的琼脂块放在切去尖端的胚芽鞘一侧。

预测实验结果:（如果影响是一种化学物质，琼脂块就可以收集到影响）那么胚芽鞘会朝对侧弯曲生长。

遵循我们生物实验的对照性原则，如何设置对照组？

在切去尖端的胚芽鞘一侧放上空白琼脂块

预测实验结果:胚芽鞘既不生长也不弯曲。

非常好，那么在1928年温特做的就是这样一个实验，我们看有没有得到预期的实验结果？

得到了

说明胚芽鞘尖端产生的影响是一种化学物质，它分布不均导致胚芽鞘发生弯曲生长，温特把它命名为生长素。

到此，就出现了生长素这个名词。那么我们的科学研究就到此结束了吗？

没有，还能提出什么问题

我们知道是生长素分布不均导致的弯曲生长，那么生长素是怎么发生分布不均的呢？

有很多种可能:

有没有可能是生长素发生了移动

有没有可能是背光一侧合成的生长素多或者向光一侧产生的生长素少了呢

合成含量上存在差异

给大家几分钟时间阅读拓展实验，回答问题

答案:

通过A.B这两组实验你能得到什么结论

（自变量:有无单侧光）光对生长素的生成没有影响。

通过C.D这两组实验你能得到什么结论

胚芽鞘尖端两侧（背光一侧和向光一侧）合成的生长素相同

（C组的尖端用云母片 不透物质和水 将左右两侧完全隔开，两侧的琼脂块内收集到的生长素含量相同）

D组的尖端两侧并没有完全隔开，在单侧光下，背光一侧收集到的生长素含量多

说明，单侧光刺激生长素从向光一侧移向背光一侧。

这种运输方式我们叫它横向运输。

原因:单侧光照刺激生长素从向光一侧向背光一侧横向运输。

1931年，科学家从人尿中分离出具有生长素效应的化学物质，化学本质是吲哚乙酸。

1946年，人们从植物体内分离出生长素，确认它就是吲哚乙酸。

到此，就是植物生长素的整个发现历程，其实在这个历程中我们始终围绕着一个核心问题，植物为什么会向光弯曲生长

那么我们现在一起来归纳总结胚芽鞘向光弯曲生长的原因。

我们刚才重温了整个生长素发现的过程，从1880达尔文提出植物为什么具有向光性开始，到1846年科学家最终从植物体内分离出生长素为止，多长时间？

66年，经过了一代又一代人的努力，半个多世纪的时间最终才发现了生长素。说明科学研究的过程是很漫长并且是很艰辛的。

那么关于生长素的研究就到此为止了吗？

材料

那么有关植物向光性的探究还在继续，说明科学探究是永无止境的！

所以我们要在学好科学知识的同时掌握科学探究的方法，将来为国家的科学发展做出很大的贡献！