探究单色光对小麦胚芽鞘向光弯曲生长的影响

马彩霞 马小明 何通彦

摘要：为切实提升学生科学探究素养，组织学生开展探究单色光对小麦胚芽鞘向光弯曲生长的影响。从课题的提出到方案设计、实验操作，以及数据记录和分析探讨等，都由学生亲手设计与操作，由学生深入分析与探讨。对学生提出问题、设计并实施方案、创造性的分析实验等较高水平科学探究素养有积极的作用。

关键词：单色光;小麦胚芽鞘;向光性;探究

中图分类号：0-331 文献标志码：B

1实验背景

生物学学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。其中，提升学生科学探究素养的重要手段就是实验教学。虽然中学生物学教材提供了很多的学生实验、演示实验等，但这些实验只能在一定程度上提升学生使用实验器具、记录并分析实验数据等较低水平的科学探究素养，在提升学生提出可探究的生物学问题、设计并实施实验方案、创造性的分析实验结果等较高水平科学探究素养方面，这些实验内容并不能提到大的效果。欲达成高水平科学探究核心素养的提升，课后组织和鼓励学生进行创新性实验是不错且有效的选择。

人教版高中生物《必修1.分子与细胞》光合作用的内容提及两个现象：①光合色素对不同颜色（波长）的光的利用率有差异，其中对红光和蓝紫光的利用率较高，而对绿光的利用率很低。②禾本科植物胚芽鞘生长具有向光性。那么，不同颜色的光对于胚芽鞘向光性生长有没有影响？教师鼓励和组织学生以此为研究主题进行探究性实验，以切实提升学生科学探究素养。

2实验目的

①探究不同单色光对小麦胚芽鞘的向光性生长的影响;

②提升实验设计、实施以及分析能力。

3实验思路

设计红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种单色光和无光、白色9組实验，其中无光和白光为对照组。将刚长出胚芽鞘且长势相同的小麦种子平均分为9组，每组3个重复，每个重复10粒种子。准备9个暗盒，每个暗盒一侧开口并放置不同滤光片。将每组3个重复一同放入对应暗盒，并在有光条件下培养。一段时间后同时取出，测量每组种子胚芽鞘弯曲程度，并分析不同色光对胚芽鞘弯曲生长的影响。

4实验材料用具

4.1实验材料

大小相对接近的小麦种子。

4.2实验器材

暗盒，纱布，培养皿，单色滤光片（红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色、紫色以及黑色和白色）。

5实验过程

5.1种子筛选及处理

①种子的初选及培养。将破损的、发育不良的或霉变的小麦种子剔除。选出大小一致、籽粒饱满的作为供试材料。用蒸馏水将选好的种子浸泡3h。将浸泡之后的种子统一放置于培养皿，在无光、30℃条件下培养2d左右，胚芽鞘大致有2cm长。统一培养至2cm目的是排除单色光对种子萌发的影响。

②将培养的已经长出2cm长胚芽鞘的种子进一步筛选。选择胚芽鞘长度一致、粗细相当的135粒种子。

③将135粒种子平均分为27组，每组5粒种子。准备27套洁净的培养皿，在每个培养皿底部各铺6层纱布，并在每个培养皿中滴加10mL蒸馏水。将每组5粒种子在培养皿中央按“一”字整体排列放置，然后在培养皿边缘贴好单色光标签，如红光1、红光2、红光3、橙光1、橙光2、橙光3。

5.2暗盒制作

利用厚纸，板制作9个长、宽、高依次为50、25、25cm的密封暗盒。然后，在每个暗盒长边所在面开长10cm、宽5cm长方形小口3个。小口距离暗盒底部10cm，小口之间间距5cm。小口处粘上滤光片，注意每个暗盒搭配一种滤光片，同一暗盒3个小口滤光片要相同，9各暗盒使用9种滤光片。根据滤光片颜色，9个暗盒依次标注“红、橙、黄、绿、青、蓝、紫、黑、白”标签。

5.3不同光源下处理胚芽鞘

①将标有红光1、红光2、红光3的培养皿置于标有“红”的暗盒内，注意贴有滤光片的小口与培养皿对齐放置。依次类推，将27个放置好胚芽鞘的培养皿置于相应的纸盒内。

②将9个纸盒排成“一”字放在阳关充足的阳台上。注意贴有滤光片的一侧朝向光源。

5.4数据测量与记录

2d后测量胚芽鞘弯曲度。以竖直向上为0。，胚芽鞘偏离竖直方向的角度为弯曲度。具体测量时，将胚芽鞘基部与量角器的中心点重合，基部竖直段与量角器900刻度线重合，胚芽鞘尖端所指刻度即为胚芽鞘的弯曲度，如图1所示。量取每个培养皿中5个胚芽鞘的弯曲度，求其平均值来表示该组弯曲度。

6实验结果与结论

表1为9组纸盒内每个重复小麦胚芽鞘的弯曲度，并计算出了每组实验的平均弯曲度。

由此，可以得出：小麦胚芽鞘在不同单色光下弯曲度不同。弯曲度较大的有橙光、红光和紫光，黄光和绿光下弯曲度小。

7问题探讨

①按照教材知识光合色素主要吸收和利用蓝紫光和红光，且对蓝紫光的吸收值大于红光。但是该实验中胚芽鞘在橙光时的弯曲度较蓝紫光大，为什么呢？推断很可能与不同单色光的物理特性相关。由于红橙光与蓝紫光比较，其波长长、频率低，波动性较明显，更易透过滤纸片。当同种光源照射时，透过红色滤光片的光强要大于透过蓝色和紫色滤光片的光强。这可能导致红橙光条件下培养的胚芽鞘由于接受的光照强度更高而弯曲度较大。

②在同样光源条件下，白色滤光片可以让各色光透过，而有色滤光片只允许与其相同颜色光透过。按理说白色滤光片处理组胚芽鞘弯曲度应该最大才是。为何白光条件下胚芽鞘弯曲度小于红、橙、紫光条件胚芽鞘弯曲度？本实验还有待生学生课后进一步去探究。

③该实验中胚芽鞘在黄光和绿光条件下弯曲度较小，这与植物光合色素对绿光和黄光的吸收利用较少相符合。在黑色条件下胚芽鞘生长而不弯曲，说明实验装置的不透光性做的很好。

8反思与总结

该实验说明不同单色光对胚芽鞘的向光弯曲有影响，但是由于不同单色光透过滤光片的能力有差异，导致胚芽鞘接受到不同单色光光强有差异，致使实验有缺陷。不过，这次实验从实验课题的提出到方案设计、实验操作，以及数据记录和分析探讨等，都由学生亲手设计与操作，学生深入分析与探讨。对于学生提出问题、设计并实施方案、创造性的分析实验等较高水平科学探究素养有积极的作用。同时，实验中的不解与困惑又为学生提出了新的问题，而问题又为学生进行新的研究提供了课题。