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生长素类似物对植物影响的实验探究

来源:用户上传      作者: 陈英水

  一、 问题的提出
  “2,4-D对插枝生根的作用”是高中生物人教版必修3的一个实验探究,该实验对采用何种枝条、何种浓度范围、外界条件如何控制等没有描述,而有关报道不尽相同。例如有人认为20~25mg/L处理插穗容易生根,但是在高中生物人教版必修3上,这既不是根的最适宜浓度,也不是茎的最适宜浓度。且有资料表明,不同的处理方法如喷洒、浸泡、蘸取、涂抹所需的浓度差别很大。另外学生对生长素的浓度促进植物生长的影响,只停留在书本知识,没有具体操作,缺乏感性认识。为弄清上述问题,进一步培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力。笔者组织16个学生,平均分为4组探究相关的两个课题:探究2,4-D的浓度对插枝生根的影响;探究2,4-D的浓度对植物生长的影响.
  1. 选择什么生长素类似物?
  学生通过上网查资料的形式知道:常用的生长素类似物有IPA、IBA、NAA、2,4-D等。其中IBA诱发根的生长作用强烈,但价格较贵,2,4-D可促进插枝生根,化学性质稳定,使用安全,价格便宜。
  2. 如何使用生长素类似物?
  A. 喷洒:将水溶液均匀喷洒到处理部位;B. 浸泡:将需处理的部位浸泡在水溶液中;C. 蘸取:将需处理的部位如枝条基部蘸上粉剂;D. 涂抹:制成羊毛脂软膏涂抹在处理部位[1]。学生通过查找资料和讨论后认为采取浸泡方法较适宜,这样更容易控制变量。
  3. 怎样配置生长素类似物?选择生长素浓度的范围是多少?
  市场上的2,4-D常为粉剂,由于2,4-D是有机物,要制成溶液应先溶于酒精,再用蒸馏水稀释成不同浓度的溶液。生长素浓度的范围怎么选择?学生有的提议设置在根的最适宜浓度(10-7g/L)左右,有的提议设置在茎的最适宜浓度(10-2g/L)左右。最后实验配置的浓度为2.55×10-7g/L,2.55×10-5g/L,2.55×10-3g/L,2.55×10-1g/L,2.55g/L,既有根的最适宜浓度,也有茎的最适宜浓度。
  4. 选择什么作为实验材料?怎么处理实验材料?
  教师首先告知学生取材原则:取材方便,操作简便,效果明显。激发学生用多种材料探究比较。例如,探究①:学生可以选取迎春、青梅、柳树等不同植物进行探究。学生认为这些植物的形成层分裂能力强、发育快、易成活;处理:去掉叶,留两个芽,长15cm,枝条下端切成斜面,这样扦插后能增加吸水和生根的面积,促进成活[2]。探究②:学生选择黄豆、赤豆、玉米、蚕豆等不同植物种子进行探究;处理:浸泡12小时后放在容器中,当其胚轴突破种皮后待用,此时豆芽的生长速度快,且易培养。
  5. 如何培养植物?
  学生提出了很多方法如水培、沙培、土培等。讨论后认为沙培更容易生根。对种子的培养,学生采用培养皿,培养皿上垫上滤纸可保持水分。
  6. 准备什么实验器具?
  烧杯、天平、滴管、花盆、直尺、培养皿等。
  二、 作出假设
  如低浓度的生长素促进插枝生根,高浓度的生长素抑制生根;低浓度的生长素促进生长,高浓度的生长素抑制生长。
  三、 设计实验方案
  1. 探究2,4-D的浓度对插枝生根的影响
  实验目的:通过实验找出一种对迎春、青梅生根促进作用显著的2,4-D浓度。确定3月初在本地扦插迎春、青梅的可行性。
  实验步骤:
  ①分别取60枝枝长、留芽情况大致相同的迎春和30株青梅的枝条,分别分成六组,取12个烧杯分别标上1、2、3、4、5、6号,里面装上等量的河沙。
  ②把这些枝条分别浸泡清水和等量的2.55×10-7g/L,2.55×10-5g/L,2.55×10-3g/L,2.55×10-1g/L,2.55g/L的2,4-D溶液中24小时。
  ③把处理好的枝条插入沙中2~3cm,放在光照较弱处,定时浇水,25天后观察根的情况和生长状况。
  2. 探究2,4-D的浓度对植物生长的影响
  实验目的:通过实验,找出对黄豆芽、赤豆芽生长的较适宜的2,4-D浓度。
  实验步骤:
  ①取60颗刚萌发的黄豆芽、90颗赤豆芽分别分成7组。测量胚轴的长度。取12个培养皿,编号1、2、3、4、5、6。
  ②在1号培养皿中加适量的清水,2~6号加等量的2.55×10-7g/L,2.55×10-5g/L,2.55×10-3g/L,2.55×10-1g/L,2.55g/L的2,4- D溶液。
  ③放在阴暗处培养,定时加等量的培养液,若干天后测量胚轴的长度。
  四、 实施实验步骤
  实验分为四组。两组探究①,两组探究②,每组采用不同的实验材料。第1、2组用时30天,第3、4组用时5天。
  五、 结果及分析
  1. 探究1 2,4-D对插枝生根的影响
  失败原因分析:
  ①培养时间不够。从开始实验到实验结束,总共用时30天,两种植物都未长根,但除了最高浓度的生长素处理的插枝有死亡外,其他都存活,可考虑延长实验时间。若要缩短实验时间,可以考虑用秋海棠、吊兰等生长速度快、易生根的植物,采用水培法。
  ②实验时间的选择不恰当,3月平均气温16℃左右,最低气温7℃,且连日阴雨天。建议选择4月底5月初为实验时间。
  ③河沙湿度偏高,不利于根的生长;河沙也未经消毒,扦插后部分插枝长出的根发霉。建议采用沙壤土。
  实验结论:
  ①2,4-D浓度较高时,可以杀死植物。
  ②3月初气温较低,扦插枝条时间还太早。
  ③扦插时间至少要一个月以上。
  2. 探究2 2,4-D的浓度对植物胚轴生长的作用
  A. 黄豆芽的胚轴生长情况
  B. 赤豆的胚轴生长情况
  结果分析:
  ①用不同浓度的生长素处理黄豆芽现象明显。从2.55×10-7~2.55×10-3g/L具有明显的促进作用,其中2.55×10-5g/L的促进作用最强。2.55×10-1g/L起抑制作用,对照组相比,根有明显的增粗。2.55g/L的生长素抑制、使豆芽变黄甚至杀死豆芽,实验经过五天时有一颗豆芽死亡,其他豆芽的胚轴萎缩,其他浓度处理的黄豆芽全都存活。

  ②用不同浓度的生长素处理赤豆芽现象不明显。因为其生长速度较慢,根较细,测量有一定难度。 在这一组浓度中促进作用最大的为2.55×10-3g/L,2.55g/L的浓度对赤豆的生长有抑制作用但不能杀死,与黄豆芽有区别,说明同一浓度的生长素对不同植物影响不同。
  ③实验时我们还用了玉米种子、蚕豆作实验材料,但玉米种子萌发时间长,需15天左右。蚕豆的胚轴生长速度过慢。
  ④实验得到的豆芽胚轴弯曲,难以测量,可用线测或考虑让豆芽固定直立生长,以便测量结果。
  结论:
  ①低浓度的2,4-D促进植物生长,高浓度的2,4-D抑制或杀死植物。②不同植物的最适宜浓度不同。
  六、 反思
  1. 通过这次实践活动,调动了学生学习生物的积极性
  学生从接到课题之初,就为实验各个环节的设计和操作展开激烈的讨论,并设计了多组实验进行探究,也通过网上查询的方式查阅了大量资料。更重要的是,学生在这30天的实践活动中,不仅提高了动手能力,而且增强了团队合作意识。
  2. 通过这次实验学生学会了如何书写对照实验三步骤
  在实验的设计过程知道自变量、无关变量的控制,因变量的检测方法。在实践中学会应用,如对插枝的处理基本做到长度、留芽数相同。并且在二十多天的培养植物中浇等量的水,给予相同的光照等等都体现了对无关变量的等量处理。
  3. 在结果的展示环节,学会了设计简单的表格,提高学生语言的精确度
  如学生往往遗漏了生长素处理前胚轴平均长度的设计,有的学生把胚轴的平均长度描述成胚轴的长度。学会了表格和曲线图的相互转换,实际是自变量和因变量关系形式的改变。
  4. 提高了分析问题的能力,改进实验方案的能力
  在2,4-D的浓度对插枝影响的实验中,对生根所需时间很多参考文献提到了不同的数据。当实验用时30天未长根时,学生从时间、温度、湿度、光照、植物种类等各个方面提出了自己的看法,设计了各种改进方案。
  5. 教师在实验前对学生进行基本技能的培训和指导
  如植物培养方法的指导,包括培养器皿的选择、培养形式、外界条件的控制等。在实验中对学生严密监控,包括处理意外情况,协助更改方案。实验后指导分析实验数据和撰写论文。
  参考文献:
  [1] 宋建陵. “植物向性运动”和“植物生长调节剂对植物生长发育的影响”的实验设计[J]. 生物学通报,2003(4).
  [2] 陈维. 三种生长素类似物对月季和蔷薇扦插生根的影响[J]. 生物学通报,2004(11).


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