探究單色光對小麥胚芽鞘向光彎曲生長的影響

馬彩霞 馬小明 何通彥

摘要：為切實(shí)提升學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)，組織學(xué)生開展探究單色光對小麥胚芽鞘向光彎曲生長的影響。從課題的提出到方案設(shè)計、實(shí)驗操作，以及數(shù)據(jù)記錄和分析探討等，都由學(xué)生親手設(shè)計與操作，由學(xué)生深入分析與探討。對學(xué)生提出問題、設(shè)計并實(shí)施方案、創(chuàng)造性的分析實(shí)驗等較高水平科學(xué)探究素養(yǎng)有積極的作用。

關(guān)鍵詞：單色光;小麥胚芽鞘;向光性;探究

中圖分類號：0-331 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

1實(shí)驗背景

生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任。其中，提升學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的重要手段就是實(shí)驗教學(xué)。雖然中學(xué)生物學(xué)教材提供了很多的學(xué)生實(shí)驗、演示實(shí)驗等，但這些實(shí)驗只能在一定程度上提升學(xué)生使用實(shí)驗器具、記錄并分析實(shí)驗數(shù)據(jù)等較低水平的科學(xué)探究素養(yǎng)，在提升學(xué)生提出可探究的生物學(xué)問題、設(shè)計并實(shí)施實(shí)驗方案、創(chuàng)造性的分析實(shí)驗結(jié)果等較高水平科學(xué)探究素養(yǎng)方面，這些實(shí)驗內(nèi)容并不能提到大的效果。欲達(dá)成高水平科學(xué)探究核心素養(yǎng)的提升，課后組織和鼓勵學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)驗是不錯且有效的選擇。

人教版高中生物《必修1.分子與細(xì)胞》光合作用的內(nèi)容提及兩個現(xiàn)象：①光合色素對不同顏色（波長）的光的利用率有差異，其中對紅光和藍(lán)紫光的利用率較高，而對綠光的利用率很低。②禾本科植物胚芽鞘生長具有向光性。那么，不同顏色的光對于胚芽鞘向光性生長有沒有影響？教師鼓勵和組織學(xué)生以此為研究主題進(jìn)行探究性實(shí)驗，以切實(shí)提升學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)。

2實(shí)驗?zāi)康?/p>

①探究不同單色光對小麥胚芽鞘的向光性生長的影響;

②提升實(shí)驗設(shè)計、實(shí)施以及分析能力。

3實(shí)驗思路

設(shè)計紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫7種單色光和無光、白色9組實(shí)驗，其中無光和白光為對照組。將剛長出胚芽鞘且長勢相同的小麥種子平均分為9組，每組3個重復(fù)，每個重復(fù)10粒種子。準(zhǔn)備9個暗盒，每個暗盒一側(cè)開口并放置不同濾光片。將每組3個重復(fù)一同放入對應(yīng)暗盒，并在有光條件下培養(yǎng)。一段時間后同時取出，測量每組種子胚芽鞘彎曲程度，并分析不同色光對胚芽鞘彎曲生長的影響。

4實(shí)驗材料用具

4.1實(shí)驗材料

大小相對接近的小麥種子。

4.2實(shí)驗器材

暗盒，紗布，培養(yǎng)皿，單色濾光片（紅色、橙色、黃色、綠色、青色、藍(lán)色、紫色以及黑色和白色）。

5實(shí)驗過程

5.1種子篩選及處理

①種子的初選及培養(yǎng)。將破損的、發(fā)育不良的或霉變的小麥種子剔除。選出大小一致、籽粒飽滿的作為供試材料。用蒸餾水將選好的種子浸泡3h。將浸泡之后的種子統(tǒng)一放置于培養(yǎng)皿，在無光、30℃條件下培養(yǎng)2d左右，胚芽鞘大致有2cm長。統(tǒng)一培養(yǎng)至2cm目的是排除單色光對種子萌發(fā)的影響。

②將培養(yǎng)的已經(jīng)長出2cm長胚芽鞘的種子進(jìn)一步篩選。選擇胚芽鞘長度一致、粗細(xì)相當(dāng)?shù)?35粒種子。

③將135粒種子平均分為27組，每組5粒種子。準(zhǔn)備27套潔凈的培養(yǎng)皿，在每個培養(yǎng)皿底部各鋪6層紗布，并在每個培養(yǎng)皿中滴加10mL蒸餾水。將每組5粒種子在培養(yǎng)皿中央按“一”字整體排列放置，然后在培養(yǎng)皿邊緣貼好單色光標(biāo)簽，如紅光1、紅光2、紅光3、橙光1、橙光2、橙光3。

5.2暗盒制作

利用厚紙，板制作9個長、寬、高依次為50、25、25cm的密封暗盒。然后，在每個暗盒長邊所在面開長10cm、寬5cm長方形小口3個。小口距離暗盒底部10cm，小口之間間距5cm。小口處粘上濾光片，注意每個暗盒搭配一種濾光片，同一暗盒3個小口濾光片要相同，9各暗盒使用9種濾光片。根據(jù)濾光片顏色，9個暗盒依次標(biāo)注“紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫、黑、白”標(biāo)簽。

5.3不同光源下處理胚芽鞘

①將標(biāo)有紅光1、紅光2、紅光3的培養(yǎng)皿置于標(biāo)有“紅”的暗盒內(nèi)，注意貼有濾光片的小口與培養(yǎng)皿對齊放置。依次類推，將27個放置好胚芽鞘的培養(yǎng)皿置于相應(yīng)的紙盒內(nèi)。

②將9個紙盒排成“一”字放在陽關(guān)充足的陽臺上。注意貼有濾光片的一側(cè)朝向光源。

5.4數(shù)據(jù)測量與記錄

2d后測量胚芽鞘彎曲度。以豎直向上為0。，胚芽鞘偏離豎直方向的角度為彎曲度。具體測量時，將胚芽鞘基部與量角器的中心點(diǎn)重合，基部豎直段與量角器900刻度線重合，胚芽鞘尖端所指刻度即為胚芽鞘的彎曲度，如圖1所示。量取每個培養(yǎng)皿中5個胚芽鞘的彎曲度，求其平均值來表示該組彎曲度。

6實(shí)驗結(jié)果與結(jié)論

表1為9組紙盒內(nèi)每個重復(fù)小麥胚芽鞘的彎曲度，并計算出了每組實(shí)驗的平均彎曲度。

由此，可以得出：小麥胚芽鞘在不同單色光下彎曲度不同。彎曲度較大的有橙光、紅光和紫光，黃光和綠光下彎曲度小。

7問題探討

①按照教材知識光合色素主要吸收和利用藍(lán)紫光和紅光，且對藍(lán)紫光的吸收值大于紅光。但是該實(shí)驗中胚芽鞘在橙光時的彎曲度較藍(lán)紫光大，為什么呢？推斷很可能與不同單色光的物理特性相關(guān)。由于紅橙光與藍(lán)紫光比較，其波長長、頻率低，波動性較明顯，更易透過濾紙片。當(dāng)同種光源照射時，透過紅色濾光片的光強(qiáng)要大于透過藍(lán)色和紫色濾光片的光強(qiáng)。這可能導(dǎo)致紅橙光條件下培養(yǎng)的胚芽鞘由于接受的光照強(qiáng)度更高而彎曲度較大。

②在同樣光源條件下，白色濾光片可以讓各色光透過，而有色濾光片只允許與其相同顏色光透過。按理說白色濾光片處理組胚芽鞘彎曲度應(yīng)該最大才是。為何白光條件下胚芽鞘彎曲度小于紅、橙、紫光條件胚芽鞘彎曲度？本實(shí)驗還有待生學(xué)生課后進(jìn)一步去探究。

③該實(shí)驗中胚芽鞘在黃光和綠光條件下彎曲度較小，這與植物光合色素對綠光和黃光的吸收利用較少相符合。在黑色條件下胚芽鞘生長而不彎曲，說明實(shí)驗裝置的不透光性做的很好。

8反思與總結(jié)

該實(shí)驗說明不同單色光對胚芽鞘的向光彎曲有影響，但是由于不同單色光透過濾光片的能力有差異，導(dǎo)致胚芽鞘接受到不同單色光光強(qiáng)有差異，致使實(shí)驗有缺陷。不過，這次實(shí)驗從實(shí)驗課題的提出到方案設(shè)計、實(shí)驗操作，以及數(shù)據(jù)記錄和分析探討等，都由學(xué)生親手設(shè)計與操作，學(xué)生深入分析與探討。對于學(xué)生提出問題、設(shè)計并實(shí)施方案、創(chuàng)造性的分析實(shí)驗等較高水平科學(xué)探究素養(yǎng)有積極的作用。同時，實(shí)驗中的不解與困惑又為學(xué)生提出了新的問題，而問題又為學(xué)生進(jìn)行新的研究提供了課題。