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第五章　植物生命活动的调节
第一节
生长素的发现开启了人类对植物激素调节的探索
解释科学家发现生长素的相关实验,举例说明生长素作用的两重性。
1.通过科学家发现生长素的相关实验,培养科学思维和科学探究能力。
2.通过生长素的作用及其作用的两重性形成稳态与平衡观。
3.体验科学研究的基本方法和过程,尝试设计实验,培养科学探究能力。
任务突破
向光性的研究导致生长素的发现
任务1　探究生长素的发现过程
1.达尔文父子的实验
(1)实验操作。
单侧光
②条件: 照射。
③操作及现象。
(2)实验结论:苗尖端是 部位,发生弯曲的部位主要在苗尖端下部。由此推测,当幼苗暴露在 下,苗尖端产生一种“影响”并向下传递,引起下部发生
弯曲。
感光
单侧光
2.波森·詹森的实验
(1)实验处理及结果。
向下传递
(2)实验结论:从苗尖端 的信号是一种可移动的化学物质。
3.拜尔的实验
实验过程 及现象 图示 结论及分析
①切取苗尖端移至切面左侧+黑暗→向右弯曲生长 ②切取苗尖端移至切面右侧+黑暗→向左弯曲生长 苗尖端产生了一种促进生长的化学物质,向 运输;单侧光照导致这种化学物质的不对称运输,这种不对称运输导致的
分布引起幼苗弯曲生长
下
不均匀
4.温特的实验
(1)实验处理及结果。
(2)温特实验充分说明,燕麦幼苗尖端确实产生了一种化学物质,向下运输,促进幼苗生长。他将这种物质命名为 。
5.生长素的本质
1934年,荷兰科学家 从玉米油、根霉、麦芽等材料中分离纯化了生长素,发现其化学本质是一种称为
(IAA)的小分子有机物。
生长素
郭葛
吲哚乙酸
1.达尔文父子的实验中,遮盖幼苗尖端和幼苗基部的目的分别是什么
提示:分别遮盖幼苗尖端和幼苗基部,观察某一部分不受单侧光刺激时幼苗的反应,从而确定幼苗哪一部分是感光部位。
2.拜尔的实验为什么在黑暗中进行
提示:排除单侧光照对幼苗生长的影响。
3.温特实验为什么要设置对照组 实验得到的结论是什么
提示:排除琼脂块本身的化学物质对实验结果的干扰。温特实验证明了幼苗尖端确实能产生某种化学物质,向下运输,促进幼苗生长。
1.云母和明胶对生长素的透过性不同。(　 　)
2.生物学家达尔文提出,当幼苗暴露在单侧光下,苗尖端产生生长素并向下传递,引起下部发生弯曲。(　 　)
提示:达尔文父子提出,当幼苗暴露在单侧光下,苗尖端产生一种“影响”并向下传递,引起下部发生弯曲。但达尔文父子时代还只是推测,还没有提出生长素的概念。
√
×
3.波森·詹森通过幼苗尖端实验分离得到某种化学物质,并证明了该化学物质的作用。(　 　)
提示:波森·詹森只是证明有化学物质由尖端向下运输,但并未分离得到该化学物质。
4.胚芽鞘的感光部位在尖端,但单侧光照射时的弯曲部位在尖端下面。(　 　)
×
√
5.拜尔证实尖端下面一段背光侧细胞伸长快,主要是向光侧生长素被分解,背光侧生长素多造成的。(　 　)
提示:拜尔通过改进实验证实尖端中的化学物质不对称运输是导致幼苗弯曲生长的原因。
6.生长素的化学本质是一种有机酸而不是氨基酸。
(　 　)
×
√
1.生长素发现过程的相关实验分析
实验 名称 实验 初衷 实验主 要操作 实验说明 易错点提示
达尔 文父 子的 实验 验证幼苗弯曲是否与单侧光的照射有关 ①单侧光照射幼苗; ②感光部位探究分别罩住苗尖端和基部 证明感光部位在尖端,弯曲部位在尖端下面一段 本实验未提出生长素的概念
波森 ·詹 森的 实验 验证化学物质假说 采用明胶块和云母片阻断物质运 输,观察生长现象 证明了达尔文父子的化学物质假说 化学物质能透过明胶
块,但不能透过云母片
拜尔的实验　 化学物质分布不均匀会引起幼苗弯曲 将苗尖端切下,放在去顶幼苗切面的一侧 提出了苗尖端产生了一种促进生长的化学物质,向下运输 未分离得到化学物质
温特的实验　 分离尖端中的物质,并证明该物质的功能 ①将幼苗尖端放于空白琼脂上,收集尖端中的物质; ②利用收集到的物质研究其对去除尖端幼苗的生长的 影响 收集到尖端中的物质,并研究了该物质的功能 ①尖端中的物质进入琼脂块的方式
为扩散;
②本实验不需要单侧光照射
2.分析植物向光性产生的原因
3.幼苗弯曲判断
类别 图示 实验现象
锡箔纸 遮盖类 ①直立生长;②向光弯曲生长
云母片 插入类 ①直立生长;②不生长;③向光弯曲生长;④向右弯曲生长
切割移 植类 ①直立生长;②向左弯曲生长;③向左弯曲生长;④向左弯曲生长,但弯曲度比③小
暗箱旋 转类 ①直立生长;②向光弯曲生长;③向小孔弯曲生长
考向1　生长素发现过程的实验分析
[典例1] (2022·宁波三锋联盟期中联考)从19世纪末达尔文注意到植物的向光性,并且设计实验来探讨其中的原因,随后多位科学家通过进一步的实验继续探索。下列说法错误的是(　 　)
A.达尔文对照实验证明胚芽鞘尖端接受单侧光刺激向尖端下部传递某种“影响”
B.波森 詹森对照实验证明胚芽鞘尖端产生的“影响”可以透过明胶块传递给下部
C.拜尔通过胚芽鞘在光照下的实验证明,胚芽鞘弯曲生长是由于尖端产生的“影响”在下部分布不均
D.温特对照实验进一步证明,胚芽鞘的弯曲生长确实是一种化学物质引起的,并把这种物质命名为生长素
√
解析:达尔文观察到在单侧光照射下,胚芽鞘会向光弯曲生长,遮光部位在尖端时,胚芽鞘直立生长,遮光部位在尖端以下时,胚芽鞘向光弯曲生长,结论为胚芽鞘尖端接受单侧光刺激,能向尖端下部传递某种“影响”;波森 詹森对照实验证明胚芽鞘尖端产生的“影响”可以透过明胶块传递给下部;拜尔利用胚芽鞘在黑暗中进行实验(排除单侧光影响)证明,胚芽鞘弯曲生长是由于尖端产生的“影响”在下部分布不均;温特对照实验(单一变量是琼脂块是否与胚芽鞘尖端接触)进一步证明,胚芽鞘的弯曲生长是由一种化学物质引起的,并将其命名为生长素。
考向2　幼苗弯曲判断
[典例2] 如图所示,a、b、c为对胚芽鞘做不同处理的实验,d为一植株被纸盒罩住,纸盒的一侧开口,有单侧光照。下列对实验结果的描述,正确的是(　 　)
A.a、b向光弯曲生长,c背光弯曲生长
B.a直立生长,b、c向光弯曲生长
C.d中如果固定植株,旋转纸盒,一段时间后,植株向左弯曲生长
D.d中如果将纸盒和植株一起旋转,则植株向纸盒开口方向弯曲生长
√
解析:a生长素不能通过玻璃片,故a直立生长;c由于含生长素的琼脂块放在向光侧,因此去尖端的胚芽鞘背光弯曲生长;d如果只转动纸盒,则胚芽鞘表现向光生长,因此胚芽鞘向右弯曲生长;d如果将纸盒和植株一起旋转,则只有开口处受到单侧光照射,胚芽鞘会弯向开口方向生长。
考向3　植物向光性产生的原因分析
[典例3] (2022 绍兴期末)如图所示燕麦幼苗在单侧光照下向光弯曲生长及两侧细胞形态。下列相关分析合理的是(　 　)
A.向光弯曲生长与苗尖端应毫无关系
B.向光侧生长素浓度过高而抑制了细胞的生长
C.向光侧生长素浓度高而促进了细胞分裂
D.背光侧生长素浓度高而促进了细胞的生长
√
解析:苗尖端是感光部位,与向光弯曲生长有关;单侧光导致生长素在尖端向背光侧运输,向光侧生长素浓度偏低,背光侧生长素浓度较高,向光侧细胞生长速度较慢,背光侧细胞生长速度较快。
一、生长素促进植物生长
1.生长素的作用
(1)在细胞水平上起着促进细胞 的作用,影响细胞的分裂和分化。
(2)在器官水平上不仅能促进 伸长,促进地上部分向上生长,还能促进 根和侧根形成,促进叶片生长和 分化,促进果实生长,促进种子发芽,防止 等。
任务2　探究生长素的分布、运输及作用特点
伸长
茎
不定
维管束
落叶落花落果
2.主要合成部位
、幼叶和胚。在植物体内,生长素主要是由色氨酸经过一系列反应转变而来的。
3.运输方向
(1)极性运输:生长素闻只能从植物体的形态学 向形态学 运输,与重力无关。极性运输是一种
。
(2)非极性运输:通过 和木质部运输。韧皮部运输属于自由扩散,木质部运输的动力来自蒸腾作用。
顶芽
上端
下端
主动转运
韧皮部
4.分布
大多集中在 的部位,如胚芽鞘、芽和根尖端的分生组织、形成层、受精后的子房、幼嫩的种子等。
生长旺盛
1.生长素的合成部位与作用部位相同吗
提示:不完全相同,生长素的合成部位主要是顶芽、幼叶和胚,而作用部位是几乎所有的组织或器官,相对集中在生长旺盛的部位。
2.生长素的极性运输需要消耗ATP吗 判断的依据是什么
提示:需要。生长素的极性运输属于主动转运,主动转运需要消耗ATP。
二、生长素调节植物生长时表现出两重性
1.生长素生理作用的特点
生长素在调节植物生长时,其作用表现出两重性,即在一定浓度范围内,低浓度时 生长,浓度太高则会 生长,具体如下:
促进
抑制
(1)当生长素浓度小于C时均为“ 浓度”,高于C时才会抑制植物生长,称为“ 浓度”。
(2)曲线中OH段表明:随生长素浓度升高,促进生长作用 。
(3)曲线中HC段表明:随生长素浓度升高, 作用减弱。
(4)H点表示促进生长的 浓度。
(5)C点表示促进生长的生长素“阈值”,超过此值,便为
的“高浓度”。
低
高
增强
促进生长
最适生长素
抑制生长
2.影响生长素作用的因素
生长素所发挥的作用,因浓度、植物细胞的成熟情况和器官的种类不同而有较大的差异。一般来说, 细胞对生长素反应非常敏感,老细胞则比较迟钝。在不同的植物器官中, 最敏感, 最不敏感, 居中。
幼嫩
根
茎
芽
3.两重性具体体现是顶端优势
A→B
(1)现象:顶芽优先生长,侧芽生长受到抑制。
(2)原因:生长素的运输方向是 (用图中字母表示),
处生长素浓度低→ 生长, 处生长素浓度高→
生长。
(3)解除措施:去掉 。
(4)应用:棉花打顶、修剪景观树木。
A
促进
B
抑制
顶芽
1.生长素作用两重性的含义是什么
提示:生长素在调节植物生长时,其作用表现出两重性,即在低浓度时促进生长,浓度太高则会抑制生长,甚至导致植物死亡。
2.在树木中,桧柏、杉树顶芽生长得很快,侧枝从上到下生长速度不同,使整个植株呈宝塔形,导致这种现象的原因是什么
提示:顶芽产生的生长素运输到侧芽部位,使距顶芽较近的侧芽生长受到抑制,且距离顶芽越近,生长受抑制越明显,距顶芽较远的侧芽逐渐解除抑制,因此生长速度不同。
1.生长素在高等植物中分布很广,在生长旺盛的部位、衰老的组织和器官中含量均比较多。(　 　)
提示:生长素在高等植物中分布很广,但含量甚微,生长素大多集中在生长旺盛的部位,而在趋向衰老的组织和器官中含量很少。
2.生长素的极性运输,可导致植物体某些部位生长素浓度过高,对该部位的生长发育产生抑制作用。(　 　)
×
√
3.生长素对植物的芽和茎只有促进作用,没有抑制作用。
(　 　)
提示:在一定的浓度范围内,生长素对植物的根、芽、茎具有促进作用,浓度过高则会起到抑制作用。
4.生长素在植物组织中的精细分布是它实现众多生理功能的基础,而这种精细分布取决于生长素的合成和运输。
(　 　)
×
√
5.不同器官对生长素的反应敏感程度不一样,茎最敏感,根最不敏感,芽居中。(　 　)
提示:根最敏感,茎最不敏感,芽居中。
6.根向地生长和植物顶端优势都体现了生长素生理作用的两重性。(　 　)
7.植物顶端优势产生的原因是侧芽产生的生长素比顶芽多,抑制了侧芽的生长。(　 　)
提示:植物顶端优势产生的原因是顶芽产生的生长素在侧芽积累,造成侧芽生长素浓度过高,抑制了侧芽生长。
×
√
×
1.辨析生长素的极性运输、横向运输
(1)极性运输:物质从植物的形态学上端运输到形态学下端,如根尖产生的生长素向上运输,而茎尖产生的生长素向下运输。这是一种主动转运过程,需要载体蛋白的协助,消耗能量,不受外力影响。
(2)横向运输:受到单侧光等刺激的影响时才会发生,类型如图。
①受光照影响:单侧光使苗尖端中的生长素由向光侧运到背光侧,如图Ⅰ中①→②,可引起植物向光生长。
②受力影响。
a.重力使生长素在幼根中从远地侧运到近地侧,幼茎中生长素也从远地侧运到近地侧,如图Ⅱ③→④、⑤→⑥,可引起植物根的向地性和茎的背地性。根对生长素更敏感,根的向地性体现了生长素作用的两重性。
b.离心力使苗尖端中的生长素由中心向外侧运输,如图Ⅲ⑦→⑧。
2.从不同角度理解生长素的作用特点
(1)从运输方向分析:在苗尖端、芽、幼茎和幼根中,生长素只能从形态学上端运输到形态学下端,而不能反过来运输,即只能进行极性运输,而在成熟组织中,生长素可以通过输导组织进行非极性运输。
(2)从浓度大小分析:生长素因浓度、植物细胞的成熟情况和器官的种类不同,在发挥作用时会表现出较大差异。一般情况下,生长素在浓度较低时促进生长,在浓度过高时则会抑制生长,即两重性。
(3)从是否有光照分析:生长素横向运输只发生在根尖、芽尖等产生生长素的部位,且需要单侧光或重力等单方向的刺激。苗尖端均匀光照或在黑暗条件下不发生生长素的横向运输。
(4)不同浓度的生长素对根、芽和茎生长的影响分析。
①A、B、C三点代表了根、芽、茎三者生长的最适生长素浓度分别在10-10 mol·L-1、10-8 mol·L-1、10-4 mol·L-1左右。
②同一浓度的生长素作用于不同器官上,引起的生理作用也不同,这是因为不同器官对生长素的敏感程度不同(敏感程度:根>芽>茎),也说明不同器官正常生长要求的生长素浓度不同。
③A′、B′、C′三点之上的曲线体现了不同浓度生长素不同的促进生长效果,而A′、B′、C′三点分别表示生长素对根、芽、茎的生长既不促进,也不抑制。
④注意不能把AA′、BB′、CC′当作抑制作用区段,在这三个区段中随着生长素浓度的增大,促进作用逐渐减弱。
考向1　生长素的合成、分布和运输
[典例1] 下列关于生长素的合成、分布、运输及生理作用的叙述,正确的是(　 　)
A.生长素的主要合成部位是芽、叶和种子中的胚乳
B.生长素对植物的根、芽、茎只有促进作用,没有抑制作用
C.生长素在从形态学上端向形态学下端的极性运输过程中会消耗能量
D.单侧光会刺激幼苗尖端产生生长素,并引起生长素的分布不均匀
√
解析:生长素的合成部位主要是顶芽、幼叶和胚;生长素对根、芽、茎三种器官的作用具有两重性,低浓度促进生长,高浓度抑制生长;生长素从形态学上端向形态学下端的极性运输过程属于主动转运,因此会消耗能量;幼苗尖端产生生长素不需要光,幼苗尖端接受单侧光照射后会引起生长素在向光侧和背光侧分布不均匀,从而造成向光弯曲生长。
考向2　生长素作用的两重性及实践应用
[典例2-1] 经实验检测出某一植株的不同器官对不同生长素浓度的反应如图所示,横坐标表示生长素的浓度。根据实验结果,可以获得的正确结论是(　 　)
A.当生长素浓度为10-9 mol·L-1时,抑制根的生长
B.若解除顶端优势,应确保侧芽的生长素浓度低于10-6 mol·L-1
C.低浓度生长素促进根、芽的生长,高浓度生长素则促进茎的生长
D.根向地生长的原因是其近地侧生长素浓度低于10-8 mol·L-1
√
解析:由题图可知,当生长素浓度为10-9 mol·L-1时促进根的生长;当生长素浓度大于10-6 mol·L-1时抑制芽的生长,当生长素浓度小于10-6 mol·L-1时促进芽的生长;题图中根、芽、茎的三条曲线均能体现生长素作用的两重性,即低浓度促进生长,高浓度抑制生长;根对生长素较敏感,由于重力原因,远地侧生长素浓度低于近地侧,远地侧生长较快,故远地侧生长素浓度应低于10-8 mol·L-1,近地侧高于10-8 mol·L-1。
[典例2-2] 已知以下植物的生长状况与生长素作用相关,豌豆苗横放一段时间后的生长状况如图甲,棉花、苹果等枝条去除顶芽后的生长状况如图乙。下列有关说法中正确的是(　 　)
A.图甲中a、b、c三处的生长素浓度均处于促进相应细胞伸长的范围
B.若将甲放置于太空微重力环境下,豌豆苗中的生长素将不能运输,根失去向地生长特性
C.图乙中的去顶操作有利于侧枝的生长,但不利于棉花产量的提高
D.图乙实验可证明生长素的作用效果与作用部位有关
√
解析:图甲中,在重力的作用下,生长素浓度a考向3　生长素促进细胞伸长的机理分析
[典例3] 关于生长素的作用机理,前人先后提出了“酸生长假说(细胞壁处pH下降,使细胞壁松弛,细胞伸长生长)”和“基因活化学说(IAA与细胞内受体结合促进基因表达)”。如图表示科学家揭示的生长素(IAA)对细胞伸长作用的原理。下列有关叙述正确的是(　 　)
A.质子泵具有既是H+载体又可以合成ATP的双重功能
B.生长素可以运输到细胞核促进某些基因的复制
C.生长素是植物体内信息的化学载体,其受体只存在于细胞膜上
D.根据“酸生长假说”,将植物茎切段放入pH较低的环境中将有利于茎段的生长
√
解析:质子泵具有既是H+载体又可以水解ATP的双重功能;由题图可知,生长素能与细胞核内受体结合促进某些基因的表达,未体现促进某些基因的复制;由题图可知,生长素是植物体内信息的化学载体,其受体既存在于细胞膜上,也存在细胞质和细胞核中;根据“酸生长假说”,将植物茎切段放入pH较低的环境中,细胞壁松弛,细胞伸长生长,所以有利于茎段的生长。
1.实验原理
(1)生长素可以促进插枝 ,不同浓度的生长素促进生根的效果 。
(2)2,4-D全称为2,4-二氯苯氧乙酸,是一种人工合成的
。
任务3　探究2,4-D对插枝生根的作用
生根
不同
生长素类似物
2.目的要求
(1)探究不同浓度的2,4-D对插枝生根的作用。
(2)尝试自己设计实验,收集并处理实验数据,得出结论。
3.插枝的处理方法
(1) :在培养液中 2,4-D溶液配制成预设的浓度。
(2) :在扦插前把枝条 放进不同浓度的2,4-D溶液中 数秒钟(约5 s)。
水培法
滴加
土培法
基部
浸蘸
4.实验过程
范
围
梯度
5.对实验数据进行处理
可用 方法进行组间差异的显著性检验,绘制生根数量随 变化而变化的趋势图。
统计学
2,4-D浓度
1.正式实验前做预实验有什么好处
提示:预实验可以为进一步的实验摸索条件,也可以检测实验设计的科学性和可行性,以免由于设计不周、盲目开展实验而造成人力、物力和财力的浪费。
2.实验过程中需要设置空白对照吗
提示:预实验需要,正式实验不需要。
1.2,4-D是一种人工合成的生长素类似物,可以促进植物生长,包括促进插枝生根等。(　 　)
2.“探究2,4-D对插枝生根的作用”实验中必须把枝条上的芽全部清除。(　 　)
提示:实验中可保持不同枝条具有相同的数量的芽。
3.使用一定浓度的2,4-D处理扦插枝条,能提高插条的成活率。(　 　)
√
×
√
4.不同浓度的2,4-D对插枝生根均具有促进作用。
(　 　)
提示:2,4-D为生长素类似物,可知低浓度促进插枝生根,高浓度抑制插枝生根。
5.探索2,4-D促进扦插枝条生根的最适浓度实验中,要做预实验,预实验是为进一步的实验摸索条件,而不是为了减小实验误差。(　 　)
×
√
探究2,4-D对插枝生根作用的实验分析
(1)实验变量分析。
①本实验的自变量是生长素类似物的浓度,所以需要配制一系列浓度梯度的生长素类似物溶液。
②实验的无关变量有处理时间、实验材料、处理时的温度等,各组实验应保持相同且适宜。
③实验的因变量是插枝生根的情况,实验的测量指标应是枝条的生根数目或长度。
(2)实验结果分析。
如图为不同2,4-D浓度对插枝促进生根效果的影响结果,由图中曲线可知,促进插枝生根的最适浓度是A点对应的2,4-D浓度,在A点两侧,存在促进生根效果相同的两个不同2,4-D浓度。
考向1　探究2,4-D对插枝生根影响的实验操作
[典例1] 为探究2,4-D溶液浓度对迎春花枝条生根的影响,研究人员首先按照图一所示步骤配制了一系列浓度梯度的2,4-D溶液,然后选择插条,分组、编号,浸泡枝条,适宜条件培养,得到实验结果如图二所示。下列选项中叙述错误的是(　 　)
A.对5号烧杯中的2,4-D溶液再吸走1 mL溶液,目的是控制无关变量,体现了实验设计的单一变量原则
B.应选择生长状况相同,芽的数量相同的迎春花枝条若干,随机均分成5组,且各组浸泡处理相同时间
C.本实验因变量的观测指标是每个枝条的生根数量
D.实验结果表明2,4-D对枝条生根的影响有两重性
√
解析:为了遵循单一变量原则,应对5号烧杯中的2,4-D溶液做吸走1 mL的操作,才能保证烧杯中的溶液量相等;应选择生长状况相同,芽的数量相同的迎春花枝条若干,随机均分成6组,其中对照组用蒸馏水浸泡,各组浸泡处理相同时间;本实验因变量的观测指标是每个枝条的生根数量;图中实验结果表明2,4-D对枝条生根的影响有两重性。
考向2　探究2,4-D对插枝生根的影响数据分析
[典例2] (2022 温州适应考)2,4-D是生长素的类似物,某兴趣小组进行了“探究2,4-D对插枝生根的作用”的活动,结果如表。据表分析正确的是(　 　)
√
组别 甲 乙 丙 丁 戊
2,4-D溶液浓度/ (mol·L-1) 0 a b c d
根的总长度/cm 2.0 2.9 3.5 2.0 1.6
A.促进插枝生根的2,4-D最适浓度为b
B.c浓度的2,4-D对生根不起作用
C.由表中结果可知a、b浓度均促进生根
D.相同浓度的2,4-D与生长素对插枝生根作用效果相同
解析:从题中信息可知,以2,4-D溶液浓度为0作为对照组,其他组为实验组,从生根数可知2,4-D溶液浓度为b时根的总长度最大,但不能确定是最适浓度;从题中信息可知,c浓度的2,4-D对生根作用效果与甲组相同;题中信息无法得知生长素的作用结果,故不能得出相同浓度的2,4-D与生长素对插枝生根作用效果相同。

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