植物的根也有向光性吗

张平柯  湖南第一师范学院教授、湖南省青少年科技教育协会常务副理事长、中国发明协会中小学创造教育分会副会长、中国青少年科技教育工作者协会教师教育专业委员会委员、中国教育学会科学教育分会理事。

一、研究背景

向光性是指植物生长器官受单方向光照射而引起生长弯曲的现象。植物的茎具有向光性，植物的根长期在地下生长，是否也具有向光性呢？在好奇心的驱使下，我先后设计了“探究大蒜的根是否具有向光性”和“探究大蒜根的感光部位”两个实验并进行探究。

二、探究过程

通过查阅资料和请教老师，我发现植物的茎具有向光性的原因主要包括：植物胚芽鞘尖端能产生生长素并向下运输，促进尖端生长；在单侧光的作用下，胚芽鞘尖端向光一侧的生长素会向背光一侧移动，导致背光一侧的生长素多于向光一侧；背光一侧的生长素含量高，植物生长的促进作用强，向光一侧的生长素含量低，植物生长的促进作用弱，因此背光一侧相比向光一侧生长较快，导致胚芽向光一侧弯曲生长。

（一）探究大蒜的根是否具有向光性

1.实验猜想

大蒜的根具有向光性，主要原因为：大蒜的根虽然长在地下，但根尖结构与茎尖相似，因此根尖也能产生生长素；查阅资料获知，植物的根具有向地性、向水性、向肥性等，推测其也具有向光性；光线会影响生长素的分布，进而对植物根的生长产生影响。

2.实验材料

大蒜子若干、小烧杯3个、锡箔纸或黑色吸光纸、胶带、刻度尺、量角器。

3.实验过程

将大蒜子置于室温、正常光照的条件下培育一段时间。分别取根的数量、长势相同的若干蒜瓣，均分为3组，依次编号为A组、B组、C组，放入烧杯中，并用胶带固定，使每组大蒜都在烧杯中的相同位置。A组不作处理；B组用黑色吸光纸围住，在烧杯一侧留出约1 cm宽的空隙，将空隙对准光源；C组用由黑色吸光纸做成的罩子罩住。在适宜的条件下培养观察，用量角器于每天18点测量大蒜的根与竖直方向的夹角，记录各组数据。

4.实验结果和结论

A组和C组的根呈散乱分布，且长势相似。B组的根呈避光生长趋势，且在4天内，随着时间的延长，大蒜根尖避光生长偏转角度不断加大（实验数据如图1），可见大蒜根尖具有背光生长的特性。

大蒜的根为什么没有像大蒜的茎一样向光生长，而是背光生长呢？带着这个问题，我在老师的帮助下查阅了相关资料，发现生长素的生理功能具有“低浓度促进生长，高浓度抑制生长”的特点。当单侧光照使根尖生长素背光侧多、向光侧少，由于根尖对生长素的敏感性强，背光侧生长素浓度高，抑制了大蒜生长，而向光侧生长素浓度低，促进了大蒜生长，从而出现在单侧光照射下大蒜根尖背光生长。

大蒜的根是不是也像人类一样，有一对感知光照的“眼睛”呢？为进一步探究植物根部感知光照的“眼睛”的位置，我设计了“探究大蒜根的感光部位”实验。

（二）探究大蒜根的感光部位

1.实验猜想

大蒜的根出现背光生长现象，推测大蒜的根具有感光部位；查阅资料发现，植物胚芽鞘的感光部位在胚芽鞘尖端，推测根的感光部位在幼根的尖端（即根尖部位）。

2.实验过程

将大蒜子置于室温、正常光照的条件下培养2天，使其长出幼根。取长势相同的大蒜平均分成6组，编号A、B、C、D、E、F。A组为全光照组；F组为全黑暗组；B、C、D、E组分别用黑色吸光纸围住，在烧杯同一侧留出1 cm宽的空隙。其中，B组根尖不作处理，C组切除根尖（在距根尖1 mm的位置），D组对根尖进行遮光处理，E组除根尖外，对其他部位进行遮光处理。所有实验组均在适宜条件下培养，并于每天18点测量大蒜的根与竖直方向的夹角，记录当天数据的平均值。

3.实验结果和结论

A组、D组和F组大蒜的根呈散乱生长趋势，B组和E组大蒜的根呈背光偏转生长趋势，C组大蒜在根尖被切除后生长非常缓慢，实验数据见表1（说明：每组有6个平行实验，表中数据为平行实验数据取平均值后的整数）。

结果分析如下：

A组、D组和F组大蒜根的偏转角度波动范围相似，且偏角的趋势也相似，可知A组、D组和F组的处理方式对根生长的偏转角度影响基本相同；

B组和E组大蒜的根尖部位均能受到单侧光影响，两组均呈背光偏转生长，且偏转角度相似，这可能与单侧光照射使根尖生长素分布不均有关；

D组和E组遮光部位不同，E组明显表现出背光生长特性，再结合C组出现的现象，可初步推断根尖是植物根的感光部位；

对比B组和C组可知，在共同培养一天再切去根尖后，C组根的偏转角度和根的偏转生长趋势明显低于B组，推知根尖的缺失可减弱单侧光照对根背光偏转生长的促进作用，进一步推测根尖是植物根的感光部位。

综上所述，结合不完全归纳法推断，可以得出“根尖是植物根的感光部位”的结论。

三、收获与体会

在实验之前，我查阅了大量资料，不仅学到了植物向性运动的知识，也掌握了查找资料的基本方法。实验过程中，我注重变量的控制和分析，关注实验操作的科学性、可行性和严谨性，不仅增强了实验设计的基本能力，也为今后的实践探究、跨学科学习奠定了一定基础。在本次实验的基础上，我还将继续开展“光照强度对根的偏转生长的影响”“光质对根的偏转生长的影响”等实验。（指导老师：王小凤）

专家点评

传统的观点认为植物的根没有向光性，且近年的研究表明，植物的根会表现出负向光性的特性，即植物的根会避开光源生长。作者在不了解植物的根是否具有向光性的情况下，提出猜想，并付诸实践，体现了作者的创新思维和实证精神，值得肯定。

作者针对实验中得出的大蒜的根具有负向光性的结论，进一步提出寻找大蒜根的感光部位的研究课题，并通过科学猜想、实验研究、实验结果分析等科学研究的步骤，得出“根尖是植物根的感光部位”的结论，这一点也值得肯定。

需要注意的是，不完全归纳法需要对大量的案例进行研究，因此作者的研究结论并没有达到不完全归纳法的要求，严格来说，只是通过对个案的研究，得出了“根尖是植物根的感光部位”的合理猜想。