与植物激素相关实验试题的例析

与植物激素相关实验试题的例析

 

与植物激素相关的实验试题在生物高考中可以说是常考不衰，试题也是常考常新。但这些试题无论如何出新，其知识及能力考查要求都在考纲规定的范围内，试题呈现的形式也有一定的规律可循。

一．实验方案的设计与完善

   [例1]（2007年四川理综）萝卜的生长发育过程受多种激素的共同调节，其中细胞分裂素起着重要作用。

    （1）细胞分裂素主要存在于     部位，其中主要生理功能是促进         和       。
    （2）研究还发现，氨基酸等营养物质可以向细胞分裂素浓度高的部位移动。为验证这一结论，有人设计了下列实验方案。请根据提供的实验材料和用具，写出第二步及以后的实验步骤，并预测实验结果。

     材料用具：生长状况相同的萝卜成熟叶片若干，适宜浓度的细胞分裂素溶液，含14C标记氨基酸的溶液（氨基酸可被叶片吸收并在叶片内移动），蒸馏水，棉签，检测放射性强度的设备等。

    实验步骤：

    第一步：取生长状况相同的萝卜成熟叶片若干，在叶片左半叶某一部位涂抹含14C标记氨基酸的溶液（如图所示）。

    第二步：

    ……

    实验结果：

解析：第（1）小题考查的是细胞分裂素的知识，细胞分裂素主要存在于正在进行细胞分裂的部分，其主要生理作用是促进细胞分裂与组织分化。

    第（2）小题是实验设计步骤的补充与完善。根据试题信息，本实验是为了验证氨基酸等营养物质可以向细胞分裂素浓度高的部位移动。显然，实验的自变量是细胞分裂素的浓度，因变量是氨基酸等营养物质的移动。根据试题提供的材料用具，有适宜浓度的细胞分裂素溶液，但并没有给出不同梯度的溶液，也不具有配制不同梯度细胞分裂素溶液的条件，因此自变量实际是控制细胞分裂素溶液的有无，实验组只需要给予适宜浓度的细胞分裂素溶液，而对照组则不施加（作为空白对照）即可。从试题给予的材料用具可知，使用的氨基酸是用14C标记的，可通过检测放射性强度的设备来检测氨基酸是否向施加细胞分裂素的部位移动。试题中实验步骤的第一步给出的是左半叶某一部位涂抹含14C标记氨基酸的溶液叶片若干，实验时可以分为两组，实验组在距离涂抹氨基酸一定部位（如右半叶某一部分）涂抹适宜浓度的细胞分裂素溶液；作为对照，在另一组叶片的相同部位涂抹蒸馏水，在相同条件下一段时间后测定涂抹细胞分裂素及蒸馏水的部位的放射性强度。实验中，除自变量外，其余可能影响实验结果的因素，如选择的叶片、涂抹的位置、涂抹溶液的量、涂抹后放置的时间与条件、测定的方法等都属于无关变量，在实验组与对照组中都必须保持一致。

    由于实验是验证某一结论，因此实验结果应该是与结论一致的，不必进行讨论。

    答案：（1）①正在进行细胞分裂   细胞分裂   组织分化 

    ②实验步骤

第二步：将叶片均分为两组，编号为a、b。

第三步：在a组叶片右半叶某一部位涂抹适宜浓度的细胞分裂素溶液，在b组叶片的相应部位涂抹等量的蒸馏水。

    第四步：在相同条件下放置一段时间后，检测a组叶片涂抹细胞分裂素部位和b组涂抹蒸馏水部位的放射性强度。

    实验结果：a组叶片涂抹细胞分裂素部位的放射性强度高于b组叶片涂抹蒸馏水部位的放射性强度。

[例2]（2007年全国理综I）为了确定生长素类似物促进扦插枝条生根的适宜浓度，某同学用两种浓度的生长素类似物分别处理扦插枝条作为两个实验组，用蒸馏水处理作为对照组进行实验，结果发现三组扦插枝条生根无差异。回答下列问题：

    （1）参考该同学的实验，在下一步实验中你应该如何改进，才能达到本实验的目的？ 请说明理论依据。

    （2）在进行扦插枝条生根实验时，一般需要剪去扦插枝条上的一部分叶片。其主要目的是为了减少________，同时还应使扦插环境保持较高的_________，避免扦插枝条干枯。

分析：该实验的目的是确定生长素类似物促进扦插枝条生根的适宜浓度，据此可判断实验的自变量是生长素类似物的浓度，原实验设置了两个浓度梯度；实验的因变量是枝条生根的情况。原实验没有达到实验的目的，其原因是什么？这是首先要分析的。只有找到实验方案中的问题所在，才能针对存在的问题采取解决的方案。两个不同浓度的实验组结果与对照组（蒸馏水）相同，也就是说这两个浓度的生长素类似物都不具有促进生根的作用。根据生长素作用的双重性，原两个浓度梯度的实验组可能的情况是：（1）两组实验的浓度均过低，不具有促进生根的作用。那么适宜的浓度一定比这两个浓度都高，解决的方法只需要设置比高浓度还要高的一组即可；（2）两个实验的浓度均过高，也不具有促进生根的作用。那么适宜的浓度就一定比这两组浓度低，只需要设置一组低于这两组浓度的浓度梯度即可；（3）这两个浓度也可能是低浓度过低，高浓度过高，因此也都不具有促进生根的作用。根据这种情况只要设置一组比低浓度高，比高浓度低的浓度梯度即可。

答案：（1）在该同学使用的两种浓度生长素类似物的基础上，分别在低于低浓度和高于高浓度的范围的增加一系列的浓度梯度以及在两浓度之间设置一组浓度梯度进行实验；取消蒸馏水的对照组。原因是生长素在一定的浓度范围可以促进扦插生根，浓度过高或过低都不能起到促进作用。   （2）扦插枝条的蒸腾作用  湿度

上面两例考查的重点都是实验方案的设计，需要形成实验设计的方法与思路。解决问题的关键在于只把握好实验中变量控制的基本原则与规律，先确定自变量，找到控制自变量的方法，然后确定因变量，根据题目给予的条件与要求，明确因变量通过哪种方法与手段进行检测，最后关注哪些是需要重点进行关注的无关变量，需要排除或平衡其对实验结果的影响。

二．实验操作的分析与评价

[例3](2010北京卷) 在验证生长素类似物A对小麦胚芽鞘（幼苗）伸长影响的实验中，将如图1所示取得的切段浸入蒸馏水中1小时后，再分别转入5种浓度的A溶液（实验组）和含糖的磷酸盐缓冲液（对照组）中。在23℃的条件下，避光振荡培养24小时后，逐一测量切段长度（取每组平均值），实验进行两次，结果见图2。 

  请分析并回答：

    (1)生长素类似物是对植物生长发育有重要              作用的一类化合物。本实验中           mg/L浓度的溶液促进切段伸长的效果最明显。

(2)振荡培养的目的是：①增加溶液中的        以满足切段细胞呼吸的需求；②使切段与溶液成分接触更        。

(3)生长素类似物A溶解于        中，以得到5种浓度的A溶液。切段浸泡在蒸馏水中的目的是减少        对实验结果的影响。

(4)图2中，对照组切段的平均长度是        mm。浓度为0.001mg/L的溶液对切段伸长       (选填“有”或“无”)促进作用；与浓度为1 mg/L的结果葙比。浓度为10mg/L的溶液对切段的影响是         。

(5)图2中，浓度为0.1mg/L时实验二所得数据与实验一偏差较大，在做原始记录时对该数据应        (选填下列选项前的字母)。

A.舍弃 B.修改 C.如实填写

为检验该浓度下相关数据的可靠性，还应          。

解析:本题既考查生长素作用的相关知识，也考查对实验结果的分析，但考查的侧重点还在于实验操作中的基本方法与技术。

第（2）小题要求分析“振荡”的目的。在生物技术中，振荡是最基本的操作之一。溶液的振荡是为了混合均匀、接触充分，在生物材料的溶液培养中，振荡还常常用于增加溶氧。在细胞培养、微生物培养中，振荡的目的大体都是如此。

第（3）小题考查的是通过无关变量的控制，以减少实验的误差。根据本实验的操作可知实验的自变量是生长素类似物的浓度，而含糖的磷酸盐缓冲液属于无关变量，无论实验组与对照组都应该是相同的。如果将生长素类似物溶于蒸馏水中，则含糖磷酸盐缓冲液在实验组与对照组中就有了区别，生长素类似物就不再是单一变量。所以，实验组的生长素类似物A必须溶解于与对照组相同的含糖磷酸盐缓冲液中。切段浸泡在蒸馏水中的目的是什么呢？试题提示是为了减少对实验结果的影响，而本实验是为了说明外源的生长素类似物A对切段的影响的，因此最可能是为了溶解内源性的生长素，以排除内源激素对实验结果的干扰。

第（5）小题涉及对实验数据的处理。在实验数据面临明显误差的情况下如何处理数据，如实填写记录原始数据是科学的对待态度。要检验某一实验数据的可靠性，重复进行操作或增加实验组数，是最基本的方法。

答案:（1）调节  （2）① 氧气   ② 均匀   （3）含糖的磷酸盐冲夜   切段中内源激素（4）7.0    有   促进伸长的作用减弱   （5）C   重复试验

本题考查的重点不在于实验设计的思路与方法，而是实验操作的分析、处理以及对待实验数据的科学态度。这就要求我们在平时的学习及复习过程，不仅应该注重实验设计的方法与思路，还应该关注操作技术中的细节，明确每一操作的作用及对实验结果带来的影响，并学会将方法与技术进行迁移与运用。

    三．实验结果的分析与预期

[例4](2010年全国卷Ⅰ)从某植物长势一致的黄化苗上切取等长幼茎段（无叶和侧芽）。自茎段顶端向下对称纵切至约3/4处。将切开的茎段浸没在蒸馏水中。一段时间后，观察到半边茎向外弯曲生长，如图所示。若上述黄化苗茎段中的生长素浓度是促进生长的，放入水中后半边茎内、外两侧细胞中的生长素浓度都不会升高。请仅根据生长素的作用特点分析半边茎向外弯曲生长这一现象，推测出现该现象的两种可能原因。

原因1是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

原因2是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

解析：本题给出了实验的现象，要求对产生现象的原因作出分析。考查考生利用所学知识进行推理分析的能力。

    半边茎向外侧弯曲，如果仅从现象作逻辑推理，这种现象的产生一定是半边茎的内侧生长快于外侧，其原因可能与生长素的作用相关，也可能与两侧细胞的吸水差异等相关，但试题条件限定了只需从生长素的作用去作分析，因此不必考虑其它的可能影响因素。当考虑生长素的作用时，推测可能是生长素分布不均导致的，如果内侧生长素分布多于外侧，内侧细胞生长快于外侧，现象得以解释；如果是外侧生长素多于内侧，而外侧因生长素浓度过高而抑制生长，解释也成立。但试题了限定了生长素浓度是促进生长的，因此不必考虑浓度高抑制生长的可能因素。前面的解释是基于生长素在半边茎内外两侧分析不均匀而作出的，如果生长素的分而是均匀的，有没有可能对此现象也作出推理解释呢？激素作为了一种信号分子，细胞能对此作出反应是因为感应的细胞具有相应的受体，如果细胞对于激素的敏感性存在差异，那么即使半边茎两侧生长素浓度相等，依然可能出现细胞生长的差异。当内侧细胞对生长素的敏感性强于外侧的时候，内侧细胞生长快于外侧就会出现实验所示的结果，这样本题的实验现象就有了第二种解释。

    答案：原因 1:内侧细胞中的生长素浓度比外侧高，所以内侧细胞生长较快。原因2:内外两侧细胞中的生长素浓度相同，但内外侧细胞对生长素敏感性不同，该浓度的生长素更有利于内侧细胞的生长。

    [例5]（2010年理综新课程卷）从某植物长势一致的黄化苗上切取等长幼茎段(无叶和侧芽)，将茎段自顶端向下对称纵切至约3／4处后，浸没在不同浓度的生长素溶液中，一段时间后，茎段的半边茎会向切面侧弯曲生长形成弯曲角度(α)如图甲，。与生长浓度的关系如图乙。请回答：  

    (1)从图乙可知，在两个不同浓度的生长素溶液中，茎段半边茎生长产生的弯曲角度可以相同，请根据生长素作用的特性，解释产生这种结果的原因，原因是__          __。

    (2)将切割后的茎段浸没在一未知浓度的生长素溶液中，测得其半边茎的弯曲角度α1，从图乙中可查到与α1对应的两个生长素浓度，即低浓度(A)和高浓度(B)。为进一步确定待测溶液中生长素的真实浓度，有人将待测溶液稀释至原浓度的80％，另取切割后的茎段浸没在其中，一段时间后测量半边茎的弯曲角度将得到α2。请预测α2与α1相比较的可能结果，并得出相应的结论：_    __                _。

解析 :与例4类似，本题有关植物半边茎弯曲生长的问题。第（1）小题仍然是要求解释实验的现象，但不是要求解释半边茎弯曲的原因，而要求解释两个不同浓度的生长素溶液使半边茎的弯曲产生了相同的效应的原因。根据图乙及生长素作用具有双重性的特点，不难看出，低于或高于最适应生长素浓度，可以有相同的作用效应。第（2）小题中A与B就分别应该是低于与高于最适生长素浓度而又具有相同作用效应的两个不同浓度。

第（2）小题中，某未知浓度的生长素溶液所对应的生长效应可以有两个浓度，即A（低浓度）与B（高浓度），但具体是哪一个不清楚。现将待测溶液稀释至原浓度的80%，假设原溶液是低浓度（A），则稀释后，其促进生长作用将减弱，那么α2将小于α1；假设原溶液是高浓度（B），则原浓度是因为浓度过高而使其促进作用减弱的，浓度稀释80%后，其作用将趋近最适浓度，其促进作用得到加强，其结果将是α2将大于α1。

需要注意的是，上面的分析是根据假设而推测实验结果的，试题要求是预测结果并得出结论，回答的时候应该从预测的结果出发，然后得出相应的结论。从假设到结果是推测思考的方式，从结果到结论是回答问题的要求，两者不可混为一谈。

答案：（1）生长素的生理作用具有双重性，最适生长素浓度产生最大α值，高于最适浓度时有可能出现与低于最适浓度相同的弯曲生长，从而产生相同的α值。（2）若α2小于α1，则该溶液的生长素浓度为A；若α2大于α1，则该溶液的生长素浓度为B。

分析解释实验现象或预测实验结果得出实验结论，是实验探究中的基本要求。从现象入手分析原因属于由果推因，这种推测通常需要运用所学的知识，同时要注意试题条件与要求对推理过程的限制。需知，仅就某一现象来分析，形成的原因可能是多种多样的，试题必然需要通过条件与要求，限定形成原因的可能性，否则就会导致答案过多过于开放的情况。预期实验结果并得出结论的类型属于由因推果。在实验探究过程中，实验的结果是通过实验操作观察得到的，然后根据观察到的结果来分析得出结论。但在面书考试中，实验的结果如果没有结予，我们只能依据假设推测得出，然后根据推测的结果分析假设是否成立，也即得出结论。

从本文提供的实例分析中，我们可以看到，与植物生长素相关的实验试题，其知识要求并不高，或者说相关植物激素的知识只是实验的背景，考查的重点在于分析推理的能力以及实验探究的方法与思路的把握，也就是考查的能力与方法。