师：同学们来看，这是一株放在窗台上久不移动的盆栽植物。一段时间后，大家观察图中植物的生长方向有什么特点？

　　生：我们可以看到它弯向窗外生长。

　　师：那可能是哪种因素刺激引发了这株植物的形态改变呢？

　　生：是较长时间的单侧光刺激，引起植株弯向窗外有阳光处生长。

　　师：植物对这种刺激的反应有什么适应意义呢？

　　生：这样可以使植株获得更多阳光，从而通过光合作用合成更多的有机物，满足自身生长发育的需要。

　　师：这种生长方向的改变是发生在植物的幼嫩部分还是成熟部分呢？

　　生：是发生在生长幼嫩的部分。

　　师：没错，在单侧光的照射下，植物朝向光源方向生长的现象，我们称之为向光性。这种现象生活中很常见，大家肯定也见过。那同学们想过植物为什么会具有向光性吗？生活中，许多人可能对这种现象熟视无睹，然而在科学家眼中，它却充满奥秘。最早对向光性展开研究的是达尔文，他年轻时随贝格尔号环球旅行，随身带了几只鸟。为了喂养这些鸟，他在船舱中种了一种叫草芦的草。船舱很暗，只有窗户能透射进阳光。达尔文注意到草的幼苗向窗户的方向弯曲生长。但后来几十年间，达尔文忙着创建进化论，直到晚年才着手进行向光性的研究。19世纪末，达尔文和他的儿子设计了一系列实验来探究植物向光性的原因，并出版了一本书，中文译作《植物的运动本领》。达尔文当年选择了金丝雀虉草的胚芽鞘作为研究对象，胚芽鞘是禾本科植物胚芽外面的一种锥形套状物。达尔文设计了4组实验来研究植物的向光性，他提出问题，设计实验，实施方案，最终得出结论。达尔文当年设计的四组实验是这样的：第一组，胚芽鞘不做任何处理；第二组，将胚芽鞘的尖端切除；第三组，在胚芽鞘的尖端包裹上不透光的锡箔纸；第四组，在胚芽鞘尖端下部的伸长区包裹上不透光的锡箔纸。一段时间后发现，不做处理的胚芽鞘在单侧光照射下弯向光源生长；切去尖端的胚芽鞘不弯曲；不透光的锡箔纸如果罩在尖端，则胚芽鞘直立生长；如果不透光的锡箔纸罩在尖端下部的伸长区，则胚芽鞘还是向光弯曲生长。这4组实验中，哪些组可以形成对照，自变量是什么，结论又是什么呢？

　　生：一二组对照，自变量是尖端的有无，可以得出胚芽鞘的生长弯曲与尖端有关。

　　师：很好，那三、四组为什么要分别遮盖尖端和它下面的一段呢？

　　生：这是采用排除法，观察某一部分不受单侧光刺激时系统的反应，从而确定是哪一部分在起作用。

　　师：没错，一、三、四组也形成对照，自变量是光刺激部位的不同，结论是感受光刺激的部位是尖端。因此，达尔文根据实验做出推测，向光性与胚芽鞘的尖端有关，也就是说胚芽鞘尖端受单侧光刺激后，会向下部的伸长区传递某种影响，这种影响造成伸长区背光面比向光面生长快，因而使胚芽鞘出现向光性弯曲。那为什么尖端会影响到下部的生长弯曲呢？这种影响究竟是什么？它是如何造成背光面比向光面生长快的？这种影响能否向下部传递？1913年，詹森进一步做了实验，他提出问题：胚芽鞘尖端产生的影响可以向下传递吗？他设计实验，将胚芽鞘的尖端切下，然后放上一块琼脂块，再放上尖端。发现一段时间后，在单侧光的照射下，胚芽鞘仍然弯向光源生长。所以他得出一个结论：胚芽鞘尖端产生的影响是可以透过琼脂片传递给下部的。那如果把这个实验中的琼脂片换成不透物质的云母片，其他条件不变，实验结果又会是怎样的呢？

　　生：如果把琼脂换成云母片，此时胚芽鞘就不再弯曲生长，说明这种影响可以透过琼脂片，但不能透过云母片。

　　师：非常好。1918年，拜尔又进一步进行了实验。拜尔提出问题：胚芽鞘下端弯曲生长的原因是什么？他设计实验，在黑暗条件下将胚芽鞘的尖端切下，放置在胚芽鞘的一侧。一段时间后发现胚芽鞘朝放置尖端的对侧弯曲生长。所以拜尔得出结论：胚芽鞘弯曲生长是因为尖端产生的影响，在其下部分布不均匀造成的。1926年，温特又进一步进行了实验。温特提出来一个问题：胚芽鞘产生影响的是某种物质吗？他将胚芽鞘的尖端切下，然后将尖端放置在琼脂上。然后再将曾经放置过尖端的琼脂放置在切去尖端的胚芽鞘的一侧，对照组放置的是空白琼脂，也就是没有放置过尖端的琼脂。一段时间后我们发现，实验组的胚芽鞘会朝着放置琼脂的对侧弯曲生长，而对照组不弯曲。温特的实验进一步证明了胚芽鞘的尖端确实产生了一种化学物质并向下运输，引起胚芽鞘弯曲生长。温特把这种物质命名为生长素，但是温特当年并没有提取出生长素。直到1934年，科学家首先从人尿中分离出与生长素作用相同的化学物质——吲哚乙酸。1946年，科学家从高等植物中分离出IAA，进一步研究发现植物体内具有与IAA相同效应的物质还有苯乙酸、吲哚丁酸等，它们都属于生长素。基于以上科学家的研究，大家能对植物向光性的原因做出科学的解释吗？

　　生：在单侧光照射下，背光侧生长素分布多于向光侧，导致背光侧细胞生长快，而向光侧细胞生长慢，最终导致植物具有向光性。

　　师：没错，我们可以通过一个模型来解释。胚芽鞘尖端产生生长素，在单侧光照射下，生长素在尖端发生横向运输，由向光侧向背光侧运输，然后生长素向尖端以下部分运输，在胚芽鞘两侧分布不均匀，向光侧浓度低，背光侧浓度高，进而导致背光侧生长快，向光侧生长慢，所以植物就向光弯曲生长。也就是说，植物向光性的外因是单侧光的照射，内因是尖端感受到光的刺激，生长素横向运输导致分布不均匀，从而向光弯曲，其条件是在单侧光照射尖端下引起的。从达尔文到詹森到拜尔再到温特，人类的许多发现就是像这样，经过一代又一代人的探索，才一步一步接近事实的真相。每一位科学家所取得的进展可能只是一小步，众多的一小步终将汇成科学前进的一大步。科学家进一步研究了解到了生长素的合成、运输和分布特点。生长素主要的合成部位在芽、幼嫩的叶和发育中的种子，它是由色氨酸经过一系列反应转变而成的。生长素在胚芽鞘、芽、幼叶和幼根中，只能从形态学上端运输到形态学下端，而不能倒过来运输，也就是只能单方向运输，称为极性运输，这种运输方式是一种主动运输。教材中有一个思维训练——评价实验设计和结论，科学结论都是依据一定的证据得出的，实验结果是非常重要的证据，实验的设计从实验结果推导出结论，逻辑要非常严密才能有说服力。请同学们分析以下实验和结论之间的逻辑关系。取一段玉米胚芽鞘，切去顶端两毫米，使胚芽鞘不再产生生长素。在上端放一块有生长素的琼脂，下端放一块不含生长素的琼脂，如图一所示。过一段时间检测，发现下端的琼脂块逐渐有了生长素。现在有两个结论：一、下端琼脂块的生长素来自上端的琼脂块；二、生长素在胚芽鞘内只能由形态学上端运输到形态学下端。请同学们思考三个问题：一、这个实验的设计是否严密？为什么？