1、第四节植物生命活动的调节第1课时植物生长素的发现生长素的特性与生理作用学 习 目 标核 心 素 养1.概述植物生长素的发现。2.简述生长素的产生、运输和分布。3.举例说明生长素作用的两重性。1.通过对“生长素的发现”的学习，认识到生物学概念是基于科学事实经论证形成的，并用适当的科学思维方法分析新情境中的相关生命现象。2.利用曲线模型构建法和图文转换法，掌握同一植株不同器官对生长素的反应及同一浓度的生长素对不同植株的影响，理解生长素的作用特点，并能分析生产实践中的相关问题。1植物生长素的发现(1)植物的向光性在单侧光的照射下，植物弯向光源生长的现象称为植物的向光性。(2)生长素的发现过程1880
2、年，达尔文用金丝雀草的胚芽鞘进行向光性实验，推测：胚芽鞘的尖端不仅具有感光作用，而且可能会产生某种“影响”，这种影响从尖端向下传送，并在单侧光的照射下导致下部伸长区背光一侧比向光一侧生长快，使胚芽鞘弯向光源生长。1910年，詹森通过实验说明胚芽鞘尖端产生的影响，从尖端向下扩散，刺激胚芽鞘下部的伸长区生长。1914年，拜尔通过实验证明，胚芽鞘的弯曲生长是尖端产生的影响在其下部分布不均匀造成的。1928年，温特通过实验证明胚芽鞘尖端确实产生了某种促进生长的化学物质，这种物质能从尖端向下运输，并且它的分布受到光的影响。温特将其命名为生长素。1934年，科学家从人尿液中分离出生长素，经鉴定，确定为吲哚
3、乙酸。2生长素的合成、分布和运输(1)生长素的合成部位：主要是幼芽、嫩叶和发育中的种子。(2)生长素的分布生长素在植物体的各个器官中都有分布，只是分布不均匀。生长素在胚芽鞘、芽与根的顶端分生组织、根与茎的形成层、发育中的果实与种子等生长旺盛的部位分布较多，其他部位相对较少。(3)生长素的运输极性运输a生长素只能从植物体的形态学上端向形态学下端运输，而不能逆向运输。b极性运输是一种主动运输的过程。非极性运输：生长素可以通过韧皮部进行非极性运输。3生长素的生理作用(1)生理作用生长素被运输到植物体的各个器官促进植物的生长。(2)生理作用的两重性含义：生长素既能促进植物生长，又能抑制植物生长。影响因
4、素：生长素的浓度、植物器官的种类和细胞的年龄等。一般规律：一般来说，低浓度生长素可以促进植物的生长，而高浓度生长素抑制植物的生长。(3)应用在生产中常利用顶端优势的原理，对果树进行修剪，对棉花、番茄等农作物进行摘心，以达到改善株形和增产的目的。(1)将胚芽鞘置于黑暗与单侧光下，可以观察单侧光对其生长的影响。()(2)用锡箔帽和锡箔环套在胚芽鞘尖端与尖端下面一段，可以研究其感光部位。()(3)将切除尖端的胚芽鞘与完整的胚芽鞘一起培养，可以观察尖端对其生长的影响。()(4)生长素的运输方向是从上端运到下端。()提示：生长素的运输方式分为极性运输和非极性运输。(5)茎的向光性和顶端优势均能证明生长素
5、具有两重性。()提示：茎的向光性不能证明生长素具有两重性。 植物生长素的发现问题探究“春色满园关不住，一枝红杏出墙来。”该诗句出自宋代诗人叶绍翁的游园不值。诗句大意是：春色是关不住的，尽管园门紧闭，但还是有一枝粉红色的杏花，不受任何阻碍，冲破樊篱伸出墙来。从生物学的角度看，植物具有什么特性？其生物学意义是什么？提示：向光性。有利于植物获得更多的阳光，进行光合作用，保证其正常生长。讲解归纳1生长素发现的有关实验(1)达尔文的实验(1880年)设计思路实验结果实验结论弯向光源生长胚芽鞘的尖端不仅具有感光作用，而且可能会产生某种“影响”，这种“影响”从尖端向下传送，并在单侧光的照射下导致下部的伸长区
6、背光一侧比向光一侧生长快，导致胚芽鞘弯向光源生长不生长，不弯曲弯向光源生长只生长，不弯曲达尔文实验中的基本实验原则a对照原则：其中与，与，与形成对照，增加实验结论的可靠性。对照实验通常只能有一个变量，如果实验结果不同，就说明是由这一变量引起的。b单一变量原则：与，与的单一变量是胚芽鞘尖端的有无；与的单一变量是胚芽鞘尖端是否接受单侧光刺激。(2)詹森和拜尔的实验项目设计思路结果结论1910年詹森的实验不弯曲，不生长胚芽鞘尖端产生的影响，从尖端向下扩散，刺激胚芽鞘下部的伸长区生长弯向光源生长不弯曲，不生长弯向光源生长向右侧弯曲生长1914年拜尔的实验胚芽鞘弯向右侧生长胚芽鞘的弯曲生长是尖端产生的影
7、响在其下部分布不均匀造成的；胚芽鞘弯向左侧生长(3)温特的实验(1928年)序号实验操作实验现象结论胚芽鞘弯向对侧生长(放置琼脂块的一侧生长较快)胚芽鞘尖端确实产生了某种物质，该物质能从尖端向下运输，促使下部某些部位的生长，并且它的分布受到光的影响，该物质被命名为生长素胚芽鞘弯向X侧生长特别提醒：(1)为生长素命名的科学家是温特，但他并未证明生长素的化学本质。(2)1934年，科学家从人的尿液中分离出生长素，并鉴定出生长素的化学本质为吲哚乙酸(IAA)。1946年，科学家从高等植物中成功分离出生长素。2植物向光生长的机理(1)图解(2)解释生长素的浓度：单侧光导致胚芽鞘尖端产生的生长素发生横向
8、运输，导致背光一侧浓度高于向光一侧；这种生长素的不均匀分布由极性运输传至尖端下方。生长程度：尖端下方背光一侧生长素浓度高于向光一侧，导致背光侧细胞生长快于向光侧，表现出向光生长。(3)总结外因：单侧光照射。内因：生长素分布不均匀。1从如图所示的实验中，可以直接得出的结论是()A生长素能促进胚轴切段生长B单侧光照引起生长素分布不均匀C生长素只能由形态学上端向下端运输D感受光刺激的部位是胚轴切段的顶端A该实验的自变量为琼脂块是否含有生长素，实验结果为生长或不生长，所以通过实验直接得出的结论为生长素能促进胚轴切段生长。2为了验证植物向光性与生长素的关系，某同学设计了以下实验方案：(1)方法步骤取6个
9、小花盆，各栽入一株品种、生长状况相同的玉米幼苗(要求幼苗的真叶未突破胚芽鞘)。按下图所示方法进行实验处理并编号。接通白炽灯电源24 h后，打开纸盒，观察并记录6株玉米幼苗的生长情况。(2)实验结果预测(填编号)：在以上装置中，玉米幼苗保持直立生长的是装置_，而玉米幼苗基本停止生长的是装置_。(3)部分实验结果的分析与推论根据1号与3号装置之间实验记录的对照分析，可以说明_。根据_号与_号装置实验记录的对照分析，可以说明玉米幼苗的向光性生长与玉米幼苗尖端的存在与否有关。根据_号与_号装置实验记录的对照分析，可以说明玉米幼苗感光部位在尖端。根据5号和6号装置实验记录的对照分析，可以说明_。解析(2
10、)玉米要直立生长必须有生长素，而且分布均匀，1、6号装置中生长素分布不均匀，均向右弯曲；2号装置中无生长素，停止生长；3、4、5号装置中均有生长素且分布均匀，为直立生长。(3)1号和3号装置的单一变量为单侧光照射，通过上述实验可说明单侧光是植物产生向光性的外界原因。要说明尖端与向光性有关，则单一变量是尖端的有无，而且都要有单侧光，所以应选1号和2号装置。1号和4号装置对比，都有单侧光照射，尖端是否感光决定了其是否弯曲。5号和6号装置中都有含生长素的琼脂块，只是放置位置不同，所以生长素分布不同，进而引起生长情况不同。答案(2)3、4、52(3)玉米幼苗的向光性生长是由单侧光照射引起的1214玉米
11、幼苗发生弯曲生长与生长素在玉米幼苗胚芽鞘两侧分布不均匀有关方法规律：判断植物“长不长”“弯不弯”的规律(1)判断“长不长”：看胚芽鞘尖端下部能否获得生长素。若能获得生长素，则生长。若不能获得生长素，则不生长。(2)判断“弯不弯”：看胚芽鞘尖端下部生长素分布是否均匀。若生长素分布均匀，则直立生长。若生长素分布不均匀，则弯曲生长。 生长素的产生、运输和分布1.生长素的横向运输(1)概念：生长素由于单侧光、重力和离心力等外界因素引起的在产生部位的运输。(2)发生部位：胚芽鞘尖端等生长素的产生部位。 甲 乙 丙(3)影响因素受光照影响：单侧光使胚芽鞘尖端中的生长素由A运到B(如图甲)。受重力影响：在幼
12、根中重力作用使生长素从C运到D，幼茎中生长素从E运到F(如图乙)。受离心力影响：离心力使胚芽鞘尖端的生长素从G运到H(如图丙)。2极性运输(1)概念：生长素由植物体的形态学上端向形态学下端的运输。(2)特点：只能由形态学上端形态学下端，不能倒转。特别提醒：形态学的上端与下端的辨别方法(1)对于地上部分同一枝条来讲，“顶芽”为形态学上端，与之相对端为形态学下端。注意“与枝条放置的方向无关”。(2)对于地下部分的根来讲，以“根与茎的对接处”为基准，距“对接处”越远的根为形态学上端。(3)运输方式：主动运输，需载体、耗能量，因此在缺氧条件下生长素的极性运输会受到严重的阻碍。(4)影响因素：植物的遗传
13、特性决定，不受单侧光、重力等影响。3非极性运输(1)概念：植物体内物质的运输不受形态学上下端的影响，如生长素可优先供给生长中心。(2)实例：在成熟组织中，生长素可通过韧皮部进行非极性运输。特别提醒：影响生长素运输的条件,1)横向运输只发生在产生部位，受外界因素的影响时，如单侧光、重力和离心力等，尖端在均匀光照和黑暗下不发生横向运输。(2)失重状态下水平放置的植物的根、芽中生长素分布是均匀的，植物会水平生长。(3)琼脂等不能感光，不会影响生长素的运输，而云母片、玻璃片等则会阻碍生长素的运输。1如图表示在暗室中将几个燕麦芽水平放置，并在不同的位置插上云母片，其生长的情况是()A水平生长，向上弯曲生
14、长，直立生长B不能生长，向上弯曲生长，水平生长C向上弯曲生长，向上弯曲生长，水平生长D不能生长，水平生长，向上弯曲生长B中生长素不能向尖端下部运输，下部得不到生长素而不能生长；生长素可以向尖端下部运输，还可在重力作用下向近地侧运输，故向上弯曲生长；生长素能向尖端下部运输，但不能在尖端向近地侧运输，故近地侧与远地侧的生长素浓度相同，水平生长。2取生长状态一致的燕麦胚芽鞘，分为a、b、c、d 4组，将a、b 2组胚芽鞘尖端下方的一段切除，再从c、d 2组胚芽鞘相同位置分别切除等长的一段，并按下图所示分别接入a、b 2组被切除的位置，得到a、b2组胚芽鞘，然后用单侧光照射，发现a组胚芽鞘向光弯曲生长
15、，b组胚芽鞘不弯曲、不生长，原因是()Ac组尖端能产生生长素，d组尖端不能Ba组胚芽鞘尖端能合成生长素，b组尖端不能Cc组尖端的生长素能向胚芽鞘基部运输，d组尖端的生长素不能Da组胚芽鞘尖端的生长素能向胚芽鞘基部运输，b组尖端的生长素不能D据题干可知，a中接入茎段的形态学上端连接胚芽鞘尖端，形态学下端连接茎，所以生长素可以向基部运输，因此胚芽鞘向光弯曲生长；b中接入茎段的形态学下端连接胚芽鞘尖端，形态学上端连接茎，故生长素不能向基部运输，因此胚芽鞘不弯曲、不生长，故D项正确。 生长素的生理作用问题探究1下列几个农业生产中的措施中所蕴含的生物学原理主要是什么？(1)棉花摘心。(2)高浓度的2,4
16、D杀死麦田中的双子叶杂草。提示：(1)打破顶端优势。(2)双子叶植物对生长素的敏感性大于单子叶植物。2我国宋代著作种艺必用中，记载了一种促进枝条生根的方法：“凡嫁接矮果及花，用好黄泥晒干，筛过，用小便浸之。又晒干，筛过，再浸之。又晒又浸，凡十余次。以泥封树枝则根生。”请问该记载中利用了人尿中的哪种化学物质？哪点生理作用？提示：人尿中含有吲哚乙酸(生长素)。促进扦插枝条生根。讲解归纳1生长素促进生长的原理生长素促进生长的原理为生长素促进细胞的纵向伸长，从而使细胞体积变大，而不是促进细胞数目的增多。如图中背光侧之所以长得快，就是因为背光侧细胞比向光侧“更伸长”。2生长素作用的两重性一般情况下，在低
17、浓度时促进生长，浓度过高时抑制生长，甚至会杀死细胞(如图)。(1)当生长素浓度小于i时均为“低浓度”，高于i时才会抑制植物生长，称为“高浓度”。(2)曲线中的OH段表明：随生长素浓度增高，促进生长作用增强。(3)曲线HC段表明：随生长素浓度增高，促进生长作用减弱(但仍为促进生长)。(4)H点表示促进生长的最适宜浓度为g。(5)C点表示促进生长的“阈值”，即大于C点的生长素浓度(i)时，将会使生长受抑制。特别提醒：抑制生长不生长“抑制”或“促进”均是相对于“对照组”(自然生长或加蒸馏水处理的组别)而言的凡生长状况差于对照组的就是“抑制”生长，生长状况好于对照组的就是“促进”生长。3两重性的实例分
18、析(1)顶端优势原因A处产生的生长素向下运输(极性运输)，在B处积累，B处浓度过高抑制了侧芽的发育，而A顶芽处生长素浓度适宜，生长较快。B、C、D三处生长素浓度的关系为：BCD。解除方法：去除顶芽。应用：园艺果枝的修剪、棉花的摘心等。(2)根的向地性和茎的背地性生长素的运输(相同)a影响因素：重力。B运输方向：由远地端移向近地端，即AB，CD。c浓度：BA，DC。生理作用(不同)a根：对生长素较为敏感，D处浓度过高对根的生长起抑制作用，而C处的浓度有利于根的生长，充分体现了生长素生理作用的两重性。b茎：对生长素相对不敏感，B处生长素浓度大于A处生长素浓度，所以B侧生长快于A侧，没有体现生长素生
19、理作用的两重性。4课外探究探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度(1)探究原理适宜浓度的生长素能促进扦插枝条生根，在一定范围内在不同浓度的生长素溶液中，扦插枝条生根的情况不同。在最适浓度时，植物插条的生根数量最多，生长最快。注意说明常用的生长素类似物有NAA、2,4D、IPA、IBA和生根粉等。(2)生长素类似物处理插条的常用方法浸泡法：把插条的基部浸泡在溶液中，深约3 cm，处理几小时至一天。沾蘸法：把插条的基部在浓度较高的溶液中蘸一下(约5 s)，深约1.5 cm即可。(3)实验变量分析根据实验探究的问题，确定实验变量。自变量：促进某种植物插条生根的生长素类似物的浓度。因变量：扦插枝条的生
20、根率和生根数量。无关变量：实验中，除实验变量外的其他可影响实验结果、需加以控制的变量都可称为无关变量。无关变量不是要研究的问题，但控制不当，会影响实验结果，从而影响正确实验结论的得出。如本实验中的取材、处理的时间、蒸馏水、光照、温度等都为无关变量，对它们的处理要遵循等量性原则。(4)设计浓度梯度根据资料确定生长素类似物的适宜浓度，设定浓度梯度。先配制5 mg/mL生长素类似物母液(用蒸馏水配制，加少许无水乙醇以促进溶解)。再设置生长素类似物的浓度梯度：用容量瓶将母液分别配成0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0(mg/L)的溶液，分别放入小广口瓶，及时贴上相应标
21、签。对研究植物所知不多的，可以先设计一组浓度梯度比较大的预实验进行摸索，再在预实验的基础上设计细致的实验。特别提醒：预实验的目的(1)为正式实验摸索条件，检验实验设计的科学性和可行性。(2)避免人力、物力和财力的浪费。预实验也必须像正式实验一样认真进行才有意义。(5)实验组与对照组设置实验组应设置重复组，即每组不能少于3个枝条；还应设置对照组：清水空白对照；设置浓度不同的几个实验组之间进行对比，探究2,4D或萘乙酸促进扦插枝条生根的最适浓度。1下图中甲图是一株盆栽植物，乙图表示该植物不同器官对生长素浓度的反应，下列相关叙述正确的是()甲乙A如果摘除甲图中的部位，则处生长素浓度会高于106mol
22、L1B甲图处生长素浓度可用乙图f点表示，此处生长受到抑制C如将该植物向左侧水平放置，根将向下生长，体现出生长素作用的两重性D给予该植物右侧光照，、处生长素浓度可分别用乙图c、g点表示C如果摘除甲图中的部位，则侧芽处生长旺盛，生长素浓度接近芽的最适浓度，不会高于106molL1，A选项错误；甲图处是顶芽，生长素浓度接近最适浓度，B选项错误；根近地侧生长素浓度高，抑制生长，远地侧生长素浓度低，促进生长，体现出生长素作用的两重性，C选项正确；若给予甲图中植物右侧光照，左侧处生长素浓度应高于右侧处，D选项错误。2如图为一种植物扦插枝条经不同浓度IAA浸泡30 min后的生根结果(新生根粗细相近)，对照
23、组为不加IAA的清水。下列叙述正确的是()A对照组生根数量少是因为枝条中没有IAAB四组实验中，300 mg/L IAA诱导茎细胞分化出根原基最有效C100与300 mg/L IAA处理获得的根生物量相近D本实验结果体现了IAA对根生长作用的两重性B对照组生根数量少是因为枝条中IAA较少，A错误；据图分析可知，四组实验中，300 mg/L的IAA浓度下平均生根数量多，说明诱导茎细胞分化出根原基最有效，B正确；图中显示，100与300 mg/L处理获得的根的长度相近，但是数量不相等，因此两者获得的根的生物量不相等，C错误；与对照组相比，高浓度下没有体现抑制生根数和根长的现象，因此不能体现出IAA
24、对根生长作用的两重性，D错误。课堂小结知 识 网 络 构 建核 心 语 句 归 纳1.生长素的合成部位有幼嫩的芽、叶和发育中的种子。2生长素的运输有极性运输和横向运输。3生长素的作用具有两重性，一般地说，低浓度促进生长，高浓度抑制生长。4单侧光可引起生长素分布不均匀，从而使植物具有向光性。5顶芽优先生长，侧芽生长受到抑制的现象叫顶端优势。6摘除顶芽可以解除顶端优势现象。7生长素和动物激素都只能调节代谢，而不能直接参与细胞代谢。1如下图所示，用燕麦胚芽鞘作实验材料，可使其发生向右弯曲生长的是()B胚芽鞘弯曲生长的部位是尖端下面的一段，因此，可通过尖端下面一段生长素的分布情况来判断胚芽鞘的弯曲生长
25、情况。由于生长素能透过琼脂，不能透过玻璃片和云母片，故A直立生长，B向右弯曲生长，C向左弯曲生长，D直立生长。2对胚芽鞘进行如下图所示的实验，其中旋转均为匀速旋转，一段时间后停止旋转时，实验装置仍停止在如图位置。则四个胚芽鞘的生长方向依次是()A B C D D图暗箱转动，光源不动，胚芽鞘接受左侧光照，背光侧生长素较多，向光侧生长素较少，故胚芽鞘向左(小孔方向)弯曲生长。暗箱不动，有单侧光从左边射入，但是胚芽鞘旋转使胚芽鞘的尖端各部位都能均匀接受单侧光，因此直立生长；由于生长素的运输受重力影响，因此B中的生长素比A中多，故右侧生长比左侧快，向左弯曲生长；旋转后A、B中生长素一样多，因此左右生长
26、一样快，直立生长。3下列有关植物生长素发现及应用的叙述中，正确的是()A温特的实验中生长素从胚芽鞘尖端基部进入琼脂块的方式是主动运输B燕麦胚芽鞘中生长素的极性运输与光照方向无关C植物的向光性是因为在单侧光的作用下，植物向光侧的生长素比背光侧的多D在太空失重状态下植物激素不能进行极性运输，根失去向地生长的特征B温特的实验中生长素从胚芽鞘尖端基部进入琼脂块的方式是扩散，而不是主动运输，A错误；光照能使生长素发生横向运输，极性运输是指从形态学上端向形态学下端运输，所以燕麦胚芽鞘中生长素的极性运输与光照方向无关，B正确；植物的向光性是因为在单侧光的作用下，植物背光侧的生长素比向光侧的多，C错误；在太空
27、失重状态下，植物激素不能进行横向运输，根失去向地生长的特征，但能进行极性运输，D错误。4将植物横放，茎弯曲向上生长，根弯曲向下生长。这与重力影响生长素的分布和根、茎对生长素的敏感性不同有关。下列分析正确的是()AA处生长素浓度较B处高，茎对生长素敏感性高，A处生长受抑制，B处生长快，茎向上生长BD处生长素浓度较C处高，根对生长素敏感性高，D处生长受抑制，C处生长快，根向下生长CC处生长素浓度较D处高，根弯曲向下生长DB处生长素浓度较A处高，茎弯曲向下生长B植物横放时，由于受到重力作用，近地一侧的生长素浓度比远地一侧的生长素浓度高，即B处生长素浓度较A处高，茎对生长素敏感性低，A处生长慢，B处生
28、长快，茎向上生长，A错误；D处生长素浓度较C处高，根对生长素敏感性高，D处生长受抑制，C处生长快，根向下生长，B正确；由于受到重力作用，C处生长素浓度较D处低，C错误；由于受到重力作用，B处生长素浓度较A处高，茎弯曲向上生长，D错误。5如图为某种植物的根和茎对不同浓度生长素的反应，请据图回答：(1)图中A、B代表不同的器官，则代表根的是_。(2)e浓度的生长素对B器官生长的作用是_。(3)单侧光照射会引起茎向光弯曲生长，若向光侧的生长素浓度为b，则背光侧生长素的浓度范围应在_之间。该现象_(填“能”或“不能”)体现生长素生理作用的两重性。(4)若想培养无根豆芽，配制的生长素类似物溶液的最适浓度
29、是_。某兴趣小组在探究培养无根豆芽的最适生长素类似物溶液浓度时，设置了多组不同浓度的溶液进行实验，实验过程中每组需选用多粒黄豆的目的是_。解析(1)根对生长素最敏感，图中A、B代表不同的器官，则代表根的是A。(2)由题图可知：e浓度的生长素对B器官生长的作用是既不促进，也不抑制。(3)单侧光照射会引起茎向光弯曲生长，若向光侧的生长素浓度为b，则背光侧生长素促进生长的效果应该高于b，故背光侧生长素浓度的范围应在b、d之间，该现象不能体现生长素生理作用的两重性，因为无论是向光侧的生长素浓度，还是背光侧的生长素浓度，都是促进生长的。(4)若想培养无根豆芽，配制的生长素类似物溶液浓度既要促进茎的生长，
30、又要抑制根的生长，故浓度最好是图中c点对应的浓度。某兴趣小组在探究培养无根豆芽的最适生长素类似物溶液浓度时，设置了多组不同浓度的溶液进行实验，实验中每组选用多粒黄豆是为了避免偶然因素对实验结果的干扰。答案(1)A(2)既不促进，也不抑制(3)b、d不能(4)c避免偶然因素对实验结果的干扰教材课上思考答案(教师用书独具)积极思维生长素的极性运输根据实验可得出的结论是：生长素只能从植物体的形态学上端向形态学下端运输，而不能倒过来运输。即生长素的运输是极性运输。教材课后习题答案(教师用书独具)评价指南一、单项选择题1D2.D3.D4.D5.D6.A7.A二、技能增进题提示：如果光线足够强烈，能进入“迷宫”里层，则植物会向光源方向绕过隔板弯曲生长，即植物向光源方向弯曲生长。
