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植物生长素
第五章第一节
高中生物 选择性必修一
课标要求
核心素养
概述科学家经过不断探索，发现了生长素。
揭示生长素在调节植物生长时表现出既能促进生长也能抑制生长。
生命观念：能运用物质观解释植物向光性的原因和意义。
科学思维：在学习植物生长素发现这一内容的过程中，体验科学家的思维历程，理解科学思维方法，形成科学思维习惯，并预测云母片插入时胚芽鞘的生长情况。
科学探究：运用“假说—演绎法”自主探究植物向光性原因，进一步体验科学探究的方法。通过小组合作，合理评价探究实验设计的科学性和严谨性，发展探究能力。
社会责任：逐渐形成以科学实践解决现实生活中生物学问题的意识，并通过优化实验设计培养批判性思维。
视频中是种子在生长过程中给予不同方向的光照其生长规律。
思考
观察视频中植株的生长方向有什么特点？
弯向光生长
植株对这种刺激的反应有什么适应意义？
可以使植株获得更多阳光，从而可以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。
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？
幼嫩部分
向光性：在单侧光的照射下，植物朝向光源方向生长的现象。
一、生长素的发现过程
达尔文Charles Darwin （1809-1892）
胚芽鞘
胚芽鞘：单子叶植物，特别是禾本科植物种子萌发时，包在胚芽外面的鞘状结构，连同胚芽一起出土，保护胚芽出土时不受损伤，出土后还能进行光合作用。
1. 达尔文父子的实验（ 19世纪末）
达尔文父子实验(视频)
一、生长素的发现过程
实验②
去掉尖端
实验③
锡箔罩在尖端
锡箔罩在尖端下部
实验①
单侧光
2.实验过程
一、生长素的发现过程
实验④
实验②
实验①
⑴ ①与②形成对照，这个对照实验中不同的因素（单一变量）是什么？
尖端以下既不弯曲、也不生长
方法：减法实验
去除尖端
思考
有无尖端
推论：胚芽鞘的向光性可能与其尖端有关。
实验①
(2) ①和③比较可得出什么结论？
实验③
实验④
向光弯曲生长与胚芽鞘尖端有关
(3) ③和④比较可得出胚芽鞘感受单侧光刺激的是哪个部位？发生弯曲的是哪个部位？怎样解释这种现象？
感光部位是尖端，弯曲生长部位是尖端以下部分
1. 达尔文父子的实验（19世纪末）
实验结果
结论1：
胚芽鞘的生长弯曲与尖端有关
结论2：
胚芽鞘的感光部位在尖端
②下部弯曲生长是因为背光侧生长的快（尖端产生的“影响”在下部分布不均）
①尖端产生了某种“影响”，传到下部
推测
那么这种“影响”究竟是什么呢？
现象：发生弯曲生长的部位是尖端下部伸长区
疑问：为什么尖端感光后会影响到下部生长弯曲呢？
2. 鲍森·詹森（1913年）
一、生长素的发现过程
琼脂片
云母片
尖端产生的影响能传到下部，为什么能使伸长区两侧生长不均匀呢？
实验结论
因为可以透过琼脂片向下传递，不能透过云母片，所以可能是一种化学物质。
胚芽鞘尖端产生的“影响”,可以透过琼脂片传递给下部。
一、生长素的发现过程
黑暗环境
①现象：
胚芽鞘朝对侧弯曲生长
②自变量：
尖端放置的位置
③因变量：
尖端下部弯曲生长的方向
右侧
左侧
3. 拜尔（1918年）
3. 拜尔（1918年）
一、生长素的发现过程
黑暗环境
拜尔为什么要选择黑暗的环境？
思考：
排除光的影响，控制变量
右侧
左侧
没有了光的刺激，为什么胚芽鞘 还会发生弯曲？
尖端产生的影响分布不均匀造成了胚芽鞘的弯曲生长。
实验结论：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。
4. 温特（1926年）
一、生长素的发现过程
实验组
对照组
琼脂块是否接触过尖端
自变量：
胚芽鞘尖端确实产生了一种化学物质，这种化学物质在尖端下部分布不均，导致弯曲生长。温特将其命名为生长素。
结论：
去掉尖端的胚芽鞘是否弯曲生长
因变量：
一、生长素的发现过程
实验组
对照组
①设置对照组的目的是：
排除琼脂片本身的化学物质对胚芽鞘的影响
思考讨论：
②在放置琼脂块前，要将其去掉尖端的胚芽鞘在蒸馏水中浸泡一段时间，为什么呢
去除尖端的胚芽鞘中含有少量的生长素，以去除生长素，排除内源激素对实验的干扰。
生长素发现过程的总结与应用
1.四个部位
生长素产生的部位
胚芽鞘的尖端
作用部位
尖端以下的部位
感光的部位
胚芽鞘的尖端
弯曲的部位
尖端以下的部位
2.解释植物向光性的原因
①
②
③
④
尖端
尖端下段
生长素较少
生长较慢
尖端下段
生长素较多
生长较快
向光弯曲生长
单侧光
生长素分布不均匀
外因：
内因：
生长素发现过程的总结与应用
一、生长素的发现过程
胚芽鞘尖端受单侧光刺激后，
就向下面伸长区传递某种“影响”
这种“影响”会造成背光面比向光面生长快
达尔文的推想
鲍森·詹森实验结论：尖端产生的“影响”可透过琼脂片传递给下部
拜尔实验结论：弯曲生长是因为尖端产生的影响在伸长区分布不均匀
温特实验: 胚芽鞘的弯曲生长确实是由一种化学物质引起的，这可能是一种和动物激素类似的物质，并把它命名为生长素。
1934年，科学家首先从人尿中分离出具有生长素效应的化学物质—吲哚乙酸（IAA）
进一步研究发现生长素还有苯乙酸(PAA)、吲哚丁酸(IBA)
生长素的化学本质——吲哚乙酸
吲哚乙酸（IAA）化学结构式
①1931年，荷兰科学家首先从 中分离出了这种物质，经过鉴定，知道它叫 。
②直到1946年，人们才从 中分离出了生长素，并确认它就是IAA。除IAA外还有 等。
人尿
吲哚乙酸（IAA）
高等植物
苯乙酸（PAA）、吲哚丁酸（IBA）
二、生长素的合成、运输与分布
(1)生长素主要的合成部位：
1.生长素的合成
芽、幼嫩的叶和发育中的种子
(2)生长素由色氨酸经过一系列反应转变而来。
转变
色氨酸
吲哚乙酸
生长素的合成不需要光，有无光均产生。
二、生长素的合成、运输与分布
①极性运输（幼嫩部位）
2.生长素的运输
极性运输是一种主动运输
在胚芽鞘、芽、幼叶和幼根中，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，也就是只能单方向地运输，称为极性运输。
地下部分
形态学上端
地上部分
形态学下端
形态学下端
形态学上端
二、生长素的合成、运输与分布
②非极性运输（成熟组织）
2.生长素的运输
生长素可以通过输导组织进行非极性运输。生长素的非极性运输和其他有机物的运输没有区别。
二、生长素的合成、运输与分布
③横向运输
2.生长素的运输
在一些细胞分裂特别旺盛的地方（尖端），受外界某些刺激(如单侧光、重力)的影响，生长素也可以横向运输。
分布多生长快
背光侧
分布少生长慢
向光侧
低
高
低
高
生长素横向运输的部位 ；生长素的产生是否需要光： 。
尖端
不需要
关于生长素运输的几点注意事项
极性运输不会随植物形态学上端与形态学下端空间位置的改变而改变。
极性运输为主动运输，需要消耗能量，需要载体蛋白。
极性运输在太空中依然存在，不受重力因素的影响。
生长素的横向运输只发生在根尖、芽尖等产生生长素的部位，且发生在有单侧光或重力等刺激时。尖端在均匀光照或黑暗处时，不发生生长素的横向运输。
失重状态下，由于没有重力的作用水平放置的植物的根、芽中生长素的水平分布是均匀的，植物会水平生长。
二、生长素的合成、运输与分布
3.生长素的分布
植物体各器官中都有分布，相对集中分布在生长旺盛的部分。如胚芽鞘、芽和根尖的分生组织、形成层、发育中的种子和果实等处。
思维训练·评价实验设计和结论
为了检测生长素的运输方向，某人做了如下实验。取一段玉米胚芽鞘，切去顶端2mm，使胚芽鞘不再产生生长素。在上端放一块含有生长素的琼脂，下端放一块不含生长素的琼脂（胚芽鞘形态学上端朝上）。过一段时间检测，发现下端的琼脂块逐渐有了生长素。根据实验设计及结果，此人得出以下结论：
（1）下端琼脂块上的生长素来自上端的琼脂块；
（2）生长素在胚芽鞘内只能由形态学的上端运输到形态学的下端。
形态学上端
形态学下端
含IAA琼脂块
含IAA的琼脂块(a)
实验前
实验后
形态学上端
形态学下端
含IAA琼脂块
空白琼脂块(a)
胚芽鞘弯曲生长
思维训练·评价实验设计和结论
实验前
实验后
形态学上端
形态学下端
含IAA琼脂块
空白琼脂块(b)
1.这个实验的设计是否严密？为什么？
2.从实验结果到结论之间的逻辑推理是否严谨？为什么？
3.如果要验证上述结论，应该如何改进实验方案？
不严密，没有考虑将胚芽鞘倒过来放置时的情况。
结论2不严谨。没有实验证明生长素不能从形态学下端运输到形态学上端。
应该增加一组胚芽鞘形态学上端朝下的实验，以研究生长素能不能从形态学下端运输到形态学上端。
形态学上端
形态学下端
含IAA琼脂块
空白琼脂块(b)
胚芽鞘既不
弯曲也不生长
植物激素的概念
由植物体内产生，能从产生部位运送到作用部位，对植物的生长发育有显著影响的微量有机物，叫作植物激素（phytohormone）。
已知的植物激素包括生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸和乙烯等。
植物激素作为信息分子，几乎参与调节植物生长、发育过程中的所有生命活动。
三、生长素的生理作用
给细胞传达信息，起着调节细胞生命活动的作用。
1.作用方式
2.作用机制
生长素
生长素受体
特异性结合
细胞内一系列信号转导
诱导
特定基因
表达
产生
效应
三、生长素的生理作用
给细胞传达信息，起着调节细胞生命活动的作用。
1.作用方式
2.作用机制
分子水平
不构成细胞结构、不提供能量、不起催化作用
特定基因表达，产生效应
生长素与某种蛋白质
特异性结合
细胞内一系列信号转导
诱导
基础
细胞水平
促进细胞伸长、生长、诱导细胞分化等。
器官水平
影响器官的生长、发育，如促进侧根和不定根发生，影响花、叶和果实发育等。
三、生长素的生理作用
讨论
分析甲状腺激素分泌的调节
下图所示是科学家研究不同浓度生长素对植物不同器官的作用得到的结果。
1.“促进”或“抑制”的作用效果是与哪一组别对比得到的？
2.对于同一器官来说，生长素的作用与浓度有什么关系？
3.对于不同的器官来说，生长素促进生长的最适浓度相同吗？
思考·讨论
三、生长素的生理作用
分析植物生长素的作用特点
1.“促进”或“抑制”的作用效果是与哪一组别对比得到的？
思考·讨论
“促进”或“抑制”，是相对于生长素处于最低浓度时各器官的生长速度而言，当生长素浓度过高而“抑制”生长时，器官表现为生长速度减慢，甚至生长停滞。
2.对于同一器官来说，生长素的作用与浓度有什么关系？
一般表现为较低的浓度促进生长，浓度过高则抑制生长。
对于不同的器官来说，生长素促进生长的最适浓度不同。
3.对于不同的器官来说，生长素促进生长的最适浓度相同吗？
【深化】不同浓度生长素作用（对根）曲线分析
曲线AB段表示：
B点对应的浓度为：
曲线BC段表示：
在一定范围内，随生长素浓度升高,对根生长的促进作用逐渐增强。
促进根生长的最适浓度。
超过最适浓度，随生长素浓度升高，对根生长的促进作用逐渐减弱。
C点的生长素浓度对根生长的效应是：
曲线CD段表示：
E、F表示：
既不促进也不抑制
随生长素浓度升高，对生长的抑制作用逐渐增强。
生长素浓度虽然不同，但促进效果相同。
3.生长素的作用特点
①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。
②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
细胞---幼嫩细胞＞衰老细胞
器官---根＞芽＞茎
植物---双子叶植物＞单子叶植物
敏感程度排序
4.生长素的应用
小麦、玉米、水稻是单子叶植物，而其中的杂草往往是双子叶植物。而双子叶植物对生长素的敏感程度大于单子叶植物。
实例（1）
除草剂
据图分析，可选择浓度在什么范围的生长素作为除草剂？
浓度在D点附近
4.生长素的应用
①概念：植物的顶芽优先生长，而侧芽生长受到抑制的现象。
实例（2）
顶端优势
②产生顶端优势的原因：顶芽产生的生长素逐渐向下运输，枝条上部的侧芽处生长素浓度较高，由于侧芽对生长素浓度比较敏感，因此它的发育受到抑制，植株因而表现出顶端优势。
越靠近顶芽的侧芽的生长素浓度越高
侧芽受到的抑制程度越大。
4.生长素的应用
实例（2）
顶端优势
树木修剪——改善树型
棉花打顶——增加产量
树木粗壮——木材质量
解除顶端优势
利用顶端优势
4.生长素的应用
实例（3）
向重力性（根的向地性、茎的背地性）
重力
原理：
根对生长素敏感，茎对生长素不敏感
A
B
C
D
茎背地生长
生长
素少
生长
素多
生长较快
生长较慢
远地侧
近地侧
远地侧
近地侧
→
→
生长
素少
→
生长较慢
生长
素多
→
生长较快
根向地生长
重力
重力
生长素浓度：Ａ<Ｂ；Ｃ<Ｄ　
(促进)
(促进)
(促进)
(抑制)
根部：两重性
茎部：促进
关于以下四种情况是否体现生长素的两重性
现 象
是否体现两重性
生长素的作用
远地端，低：促进
近地端，高：抑制
根的向重力性
是
近地端：高，促进强
远地端：低，促进弱
茎的背重力性
否
背光侧：高，促进强
向光侧：低，促进弱
植物的向光性
否
顶端优势
是
顶芽，低：促进
侧芽，高：抑制
当堂检测
1.下图表示利用燕麦胚芽鞘进行的实验，A、B处在黑暗环境中，C、D在右侧给予光照的环境中，能够向左弯曲生长的是(　　)
解析：
A处在黑暗环境中，琼脂块不会阻挡生长素向下运输，胚芽鞘直立生长，A项不符合题意；
B处在黑暗环境中，左侧琼脂块不会阻挡生长素向下运输，但是右侧玻璃片会阻挡生长素向下运输，胚芽鞘向右弯曲生长，B项不符合题意；
C没有尖端，即使右侧给予光照也不会感光，而右侧放含生长素的琼脂块，胚芽鞘尖端下部的右侧生长素浓度高，胚芽鞘会弯向对侧(左侧)生长，C项符合题意；
D中玻璃片会阻挡生长素的极性运输，胚芽鞘尖端下部的伸长区没有生长素，所以胚芽鞘不生长，D项不符合题意。
答案　C
当堂检测
2.下列与生长素的产生、运输和分布相关的叙述，正确的是(　　)
解析：
生长素主要的合成部位是幼嫩的芽、叶和发育中的种子，在这些部位，色氨酸经过一系列反应可转变成生长素，A、B错误；
在成熟组织中，生长素可通过输导组织进行非极性运输，C错误；
生长素在植物体的各器官中都有分布，但相对集中地分布在生长旺盛的部位，D正确。
答案　D
A.生长素只能在幼嫩的芽、叶和发育的种子中产生
B.生长素是在核糖体中经氨基酸的脱水缩合形成的
C.生长素在植物体内只能进行极性运输
D.生长素在植物体的各器官中都有分布
当堂检测
3.如图表示生长素浓度对植物生长发育的影响。下列叙述正确的是(　　)
解析：ae段代表低浓度生长素的促进作用，A错误；
ef段代表高浓度生长素的抑制作用，B错误；
茎的背光侧生长素浓度高于向光侧，且其促进作用也大于向光侧，故若向光侧生长素浓度为b点浓度，则背光侧的生长素浓度在b～d之间，C正确；
与芽相比，根对生长素较敏感，若根生长的最适浓度为c点浓度，则芽生长的最适浓度应大于c点的浓度，D错误。
答案　C
A.体现低浓度生长素的促进作用的是ac段
B.体现高浓度生长素的抑制作用的是cf段
C.若茎向光侧的生长素浓度为b点浓度，则背光侧的生长素浓度在b～d之间
D.若根生长的最适浓度为c点浓度，则芽生长的最适浓度可能为b点浓度
当堂检测
4.如下图所示，a、b、c为对胚芽鞘进行不同处理的实验，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(　　)
答案　D
A.图a、b中胚芽鞘向光弯曲生长，图c中胚芽鞘背光弯曲生长
B.图a中胚芽鞘直立生长，图b、c中胚芽鞘向光弯曲生长
C.图d中如果固定植株，旋转纸盒，一段时间后，植物向左弯曲生长
D.图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

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