知识背景
1880 年，年迈的达尔文和儿子做了一个看起来很朴素的实验：把金丝雀虉草的幼苗放在只有单侧光的暗箱里，幼苗弯向光源。他们剪掉尖端，弯曲消失；用不透光的小帽罩住尖端，弯曲也消失；可只罩住下面的一段、留尖端露在外面，幼苗照样弯。
达尔文由此推测：感受光的是尖端，弯曲发生的却是尖端下面一段，一定有某种「影响」从尖端向下传递。这个推测在半个世纪后被证实——1928 年荷兰科学家温特用琼脂块收集到了这种物质，命名为生长素。
这段科学史回答了一个很日常的疑问：植物没有眼睛、没有神经、也不会走路，凭什么能「找到」阳光的方向？答案是：它用化学物质在体内传信息。西湖边向着湖面倾斜生长的柳树、家里总往窗口偏的绿萝、拱宸桥下石缝里向上钻出的小草，都是这套调节系统在工作。
知识讲解
植物的感应性
植物能对外界刺激（光、重力、水、触摸、化学物质等）作出反应，这种特性叫做植物的感应性。感应性是生物的基本特征之一，它让植物在不能移动的前提下，也能主动适应环境。
常见的植物感应性现象：
| 现象 | 刺激 | 表现 |
|---|---|---|
| 向光性 | 单侧光 | 茎、叶弯向光源 |
| 向地性 | 重力 | 根向下生长（茎为背地性，向上生长） |
| 向水性 | 水分 | 根向土壤含水多的一侧伸展 |
| 向化性 | 无机盐等化学物质 | 根向肥料较多处生长 |
| 触发性 | 触碰 | 含羞草叶片合拢、捕蝇草夹闭 |
向性运动
植物受到单一方向的外界刺激而引起的定向生长运动，叫做向性运动。向着刺激方向生长的为正向性（如根的向地性、茎的向光性），背离刺激方向生长的为负向性（如茎的背地性）。向性运动的实质是生长，因此速度很慢、且不可逆。
生长素的发现与作用
生长素是植物体内产生的一类植物激素，主要在幼嫩的芽、叶和发育中的种子里合成，能从产生部位运输到作用部位，促进细胞的伸长生长。
生长素的作用有一个关键特点：低浓度促进生长，浓度过高反而抑制生长（甚至杀死植物）。这一条是解释所有现象的总钥匙。
向光性的原理（必须会完整表述）：
- 单侧光照射，使尖端的生长素在背光一侧分布较多、向光一侧较少。
- 背光侧生长素多，细胞伸长快；向光侧生长素少，细胞伸长慢。
- 两侧生长快慢不同，茎就弯向光源。
- 现象：植株顶芽长得旺，靠近顶芽的侧芽却发育缓慢甚至不长。
- 原因：顶芽产生的生长素向下运输，在侧芽处积累浓度过高，反而抑制侧芽生长；顶芽自身处的浓度恰好合适，因此生长旺盛。
- 应用：摘掉顶芽（打顶、摘心），侧芽处生长素浓度下降，侧枝就长起来——棉花打顶增产、茶树修剪成平整的采摘面、绿篱和盆景造型都用这一招。反过来，想要笔直高大的用材林（如杉木），就要保护顶芽。
其他植物激素与人工植物生长调节剂
除生长素外，植物体内还有赤霉素（促进茎伸长）、细胞分裂素（促进细胞分裂）、脱落酸（促进衰老脱落）、乙烯（促进果实成熟）等。人们仿照它们的作用合成了人工植物生长调节剂，用于促进生根、防止落花落果、催熟果实、除去杂草。1928 年温特正是用琼脂块收集尖端物质，才证明这种信号是可扩散的化学物质。
实验与探究
用几盆长势相同的玉米幼苗，探究单侧光是不是引起茎弯曲的原因。
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目的：验证单侧光会引起茎弯向光源。步骤：
- 取长势、高度相同的幼苗两组，编号甲、乙，放在同样的温度、湿度条件下。
- 甲组放入只在一侧开小窗的纸箱中（单侧光），乙组放在四周光照均匀处（对照）。
- 每天定时观察并记录，持续 3 至 5 天。
现象：甲组幼苗茎明显弯向小窗一侧，乙组直立生长。结论：单侧光是引起茎向光弯曲的外界刺激。
变量控制的要点：本实验的唯一变量是光照方向，因此两组的品种、苗高、水分、温度、土壤必须相同，这叫控制变量法；乙组的作用是对照，缺了它无法说明弯曲由单侧光引起。
经典例题
取四个相同的燕麦胚芽鞘，从左侧给光：甲——完整；乙——切去尖端；丙——尖端罩不透光锡箔小帽；丁——尖端下面一段套不透光纸筒（尖端露出）。分别预测它们的生长方向。
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第一步：抓住两条原理。① 感受光刺激的部位是尖端；② 弯曲生长发生在尖端下面的一段，由生长素分布不均引起。
第二步：逐个分析。
- 甲：尖端在、能感光，生长素背光侧多 → 向左弯（弯向光源）。
- 乙：无尖端，不产生生长素 → 既不生长也不弯曲。
- 丙：尖端被遮，感受不到单侧光，生长素均匀向下运输 → 直立生长。
- 丁：尖端露出可感光，下段虽被遮但遮光不影响生长素分布 → 向左弯。
第三步：归纳判断口诀——先看有没有尖端（决定长不长），再看尖端能否感受单侧光（决定弯不弯）。答：甲向光弯曲，乙不生长，丙直立生长，丁向光弯曲。
难点与易错点
- 说成「光照使向光侧生长素被分解」：初中的规范表述是单侧光使生长素在背光侧分布较多，不要写成分解。
- 把感光部位和弯曲部位搞混：感光在尖端，弯曲在尖端下方一段，两者不是同一处。
- 忘记生长素的两面性：只记「促进生长」，就无法解释顶端优势——浓度过高时是抑制。
- 认为向性运动很快：向性运动靠生长实现，需要数小时到数天；含羞草的合拢属于触发性反应，那才是快速的。
- 茎和根对重力的反应说反：根向地生长（正向地性），茎背地生长（负向地性）。
- 对照组设置不当：探究向光性时若两组苗高不同，就出现了第二个变量，结论不可靠。
生活中的应用
- 绿萝要定期转盆：阳台的绿萝长期单侧受光会长偏，每隔几天把花盆转动一定角度，株型就均匀了。
- 龙井茶园的修剪：春茶采后剪去顶部枝梢，解除顶端优势，侧芽大量萌发，下一季新芽又多又齐，茶农叫「养蓬面」。
- 西湖边的柳树向湖倾斜：湖面开阔、光照充足，向湖一侧枝条生长旺，加上背光侧生长素多，整棵树就斜向水面。
- 移栽苗木蘸生根粉：生根粉是人工植物生长调节剂，用低浓度处理促进生根，浓度过高反而烧根——正是生长素两面性的直接体现。
生活应用题 1 · 阳台上偏向窗口的月季
小杭家在滨江，阳台的月季只在朝南一侧有光，一个月后主枝明显偏向窗外，且顶部只有一根枝条长得特别高。请你分别解释这两个现象，并给出两条改进措施。
分步解：
- 偏向窗外：单侧光使尖端生长素在背光侧（朝屋内一侧）分布较多，背光侧细胞伸长快、向光侧慢，枝条弯向光源，即偏向窗外。
- 只有一根枝条特别高：这是顶端优势——顶芽产生的生长素向下运输，在侧芽处浓度过高而抑制其生长，所以侧枝弱、顶枝独大。
- 措施一：定期转动花盆，使各侧受光机会均等，株型恢复端正。
- 措施二：摘心（打顶），去掉顶芽后侧芽处生长素浓度降低，侧枝萌发，植株变得丰满、花量增加。
- 答：两个现象的原因不同——一个是生长素分布不均，一个是生长素浓度过高抑制；但根子都是同一条规律：低浓度促进、高浓度抑制。
生活应用题 2 · 一次除草剂的用量实验
某农技站用同一种人工生长调节剂喷洒水稻田除杂草，测得杂草死亡率与药液浓度关系如下：浓度 10 单位时杂草生长加快，40 单位时杂草生长受抑，100 单位时杂草大量死亡，但 100 单位处水稻也开始发黄。请判断田间该选哪个浓度，并说明原理。
分步解：
- 明确原理：植物生长调节剂与生长素一样，作用是低浓度促进、高浓度抑制乃至致死；不同植物对同一浓度的敏感程度不同。
- 逐个排除：10 单位时杂草反而长得更旺，不可用；100 单位虽能杀死杂草，但水稻已受害，不可用。
- 确定选择：应在 40 至 100 单位之间选一个「抑制杂草而水稻仍正常」的浓度，生产上先做小区试验再定。答：喷药不是越浓越好，浓度是关键变量，必须按说明书稀释。
考点
- 实验探究题·高频：达尔文向光性实验的四种处理（有无尖端、是否遮光）判断弯曲方向
- 简答题·高频：用生长素分布不均解释向光性，要求表述完整规范
- 简答题·高频：顶端优势的原因及打顶、修剪的应用
- 选择题：区分向光性、向地性、背地性、向水性、向化性
- 实验设计题：控制变量法与对照组的设置、评价方案缺陷；植物生长调节剂的浓度选择
中考真题
将燕麦胚芽鞘尖端切下，放在琼脂块上一段时间后移去，把该琼脂块放在另一去尖胚芽鞘的左侧，置于黑暗中。此胚芽鞘将（ ）A. 直立生长 B. 向左弯曲生长 C. 向右弯曲生长 D. 不生长
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第一步：判断琼脂块中有什么。尖端接触琼脂后，尖端产生的生长素扩散进入琼脂块，因此琼脂块含生长素。
第二步：判断生长素落在哪一侧。琼脂块放在左侧，生长素由左侧向下运输，左侧生长素多于右侧。
第三步：由生长素作用推断快慢。左侧浓度合适、细胞伸长快，右侧慢。
第四步：确定弯曲方向。左侧长得快，胚芽鞘就向右弯曲。注意本题在黑暗中，排除了光的干扰。
答案：C。
园林工人给杭州某小区的绿篱做修剪，把顶部枝梢剪平后，绿篱很快变得枝叶密实。请解释其中的科学道理，并说明若要培育笔直高大的行道树，应当怎样处理顶芽。
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第一步：说明修剪前的状态。未修剪时顶芽产生生长素并向下运输，在侧芽处积累浓度过高，侧芽受抑制，只有顶部长得快，绿篱显得稀疏。
第二步：说明修剪后的变化。剪去顶芽后生长素来源被去除，侧芽处生长素浓度下降到适宜范围，抑制解除，侧芽大量萌发，枝叶变密。
第三步：迁移到行道树。要树干笔直高大，就要保留并保护顶芽，维持顶端优势，使养分集中供主干向上生长，同时适当修去下部侧枝。
答：绿篱修剪是人为解除顶端优势；行道树培育则要保持顶端优势。同一原理，两种用法。