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第5章 植物生命活动的调节
第1节 植物生长素
高等植物不能像动物一样自由地移动整体的位置，但植物体的器官在空间可以产生位置移动，这就是植物的运动。高等植物的运动可分为向性运动和感性运动两类。
感性运动
不定向外界刺激（如光暗转变、触摸等）引起的局部运动，外界刺激方向不能决定运动的方向。如含羞草、合欢、睡莲等
感性运动
猪笼草
捕蝇草
根的向水性生长
根的向地性和茎的背地性
Q:植物的向性运动在其生命活动中有什么意义呢？
向性运动是植物对于外界环境的适应性。
向光性有利于植物捕获更多光能进行充足的光合作用。根的向重力性使植物的根向土壤深处生长,这样,既有利于植株的固定,又有利于从土壤中吸收水分和无机盐。
Q：植物进行向性运动的内因是什么呢？
（一）植物生长素的发现
达尔文及其儿子的实验
实验材料：金丝雀虉草（禾本科植物）的胚芽鞘
金丝雀虉草
胚芽鞘
胚芽鞘：单子叶植物所特有，特别是禾本科植物胚芽外的锥形套状物。是植物叶片的保护组织；种子萌发时，胚芽鞘顶土能力强，首先钻出地面，出土后还能进行光合作用。
实验过程
实验分析
该实验的对照组为 ，实验组为 ；
①②对照，自变量为 ，说明胚芽鞘的向光弯曲生长与 有关；
①③④对照，说明胚芽鞘的感光部位在 ；
①
②③④
有无尖端
尖端
尖端
Q:感光部位在尖端，生长部位在哪里？如何设计实验？
据图分析：
胚芽鞘生长并弯曲的部位是 。
尖端下面的伸长区
实验结论
《植物的运动力》
推测1：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”
推测2：这种“影响”会造成背光面比向光面生长快
生长快
生长慢
Q：这种影响是什么？是化学物质还是物理信号（如电信号）？
鲍森·詹森的实验
实验材料：琼脂、云母片
琼脂：从海藻中提取出来的一种植物胶，为无色、无固定形状的固体，溶于热水。物质可在琼脂中扩散，而性质不变。
云母片：一种矿物质，由云母族矿物质切制而成。因其材料为天然矿制品，具有无污染、绝缘、不透化学物质的特点。
实验过程
实验结论
“刺激”可以透过琼脂块传递给尖端下部，可能是一种化学物质。
拜尔的实验
Q:拜尔为什么要选择黑暗的环境？
Q:没有了光的刺激，为什么胚芽鞘还会发生弯曲？
排除光的影响，控制变量
尖端产生的影响分布不均匀造成了胚芽鞘的弯曲生长
詹森和拜尔的实验初步证明：
尖端产生了一种促进生长的化学物质，向下运输；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不均匀分布引起幼苗弯曲生长。
“影响”究竟是不是一种化学物质呢？曾经有学者试图将胚芽鞘顶端研磨后检测提取物活性的方法分离并鉴定这种促进生长的化学物质，但失败了。为什么？应该怎么做？
温特的实验
突破在于其避免使用研磨的方法
实验组
对照组
Q：设置对照组的目的什么？
排除琼脂片本身对胚芽鞘的影响
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。
实验结论
生长素的化学本质
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（ IAA ）
由于生长素在植物体内含量极少，直到1946年，人们才从高等植物中分离出了生长素，并确认它也是IAA。除IAA外，还有苯乙酸（PPA）、吲哚丁酸 ( IBA ) 等，它们都属于生长素。
吲哚乙酸（IAA）
吲哚丁酸（IBA）
植物向光性原因分析
植物向光性是由 造成的： 照射后，胚芽鞘 一侧的生长素含量多于 一侧，因而引起两侧的 ，从而造成 。
生长素分布不均匀
单侧光
背光
向光
生长不均匀
向光弯曲
（1）A、B组对照可以得出什么结论？
（2）C、D组对照说明什么？
说明单侧光并不能降解或者促进生长素的合成。
说明单侧光使生长素在胚芽鞘尖端从向光侧运输到背光侧，使得背光侧生长素含量多于向光侧。
拓展：关于植物向光生长原因的探讨
教材P92
有人用物理化学法测定发现温特实验中向光侧和背光侧琼脂块内的生长素含量并无明显差别，且琼脂块中含有能够抑制植物生长的物质，而且这种生长抑制物在向光侧的含量高于背光侧。据此认为，胚芽鞘向光生长是由向光侧的生长抑制物分布较多引起的。
之后在不同植物中分离出多种生长抑制物。生长抑制物可能妨碍了生长素与其受体结合，减少与生长有关的mRNA的转录和蛋白质的合成。
也有观点认为，植物向光生长是生长素在向光侧和背光侧的不对称运输及向光侧生长抑制物活性增强两种作用的综合效果。
简单了解
植物激素
在发现生长素之后，人们又陆续发现了赤霉素、细胞分裂素、脱落酸和乙烯等物质。
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。
植物激素：
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。
植物激素与动物激素的异同
教材P93“思考·讨论”
（二）生长素的合成、运输与分布
生长素的合成
芽
幼嫩的叶
发育中的种子
主要的合成部位
合成过程
一系列转变
色氨酸
注意：该过程不需要光照。
分布
植物的各器官中均有分布，但相对集中分布在生长旺盛的部位，如胚芽鞘、芽和根顶端的分生组织，形成层、发育中的种子和果实等处。
Q：生长素如何从合成部位运输到植物全身？
生长素的运输
极性运输：胚芽鞘、芽、幼叶、幼根中，只能从形态学上端到形态学下端
非极性运输：成熟组织中，通过韧皮部进行，运输方向只与浓度差有关
横向运输：由于单侧光、重力等因素，发生根尖、茎尖在等细胞分裂特别旺盛的部位。
幼嫩组织
单一方向的刺激
尖端在均匀光照或黑暗处时，_______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胚芽鞘中生长素的水平分布是均匀的，植物会___________。
不发生
水平生长
极性运输
胚芽鞘、芽、幼叶、幼根中，只能从形态学上端到形态学下端。
地上部分
地上部分
形态学上端
形态学下端
形态学上端
形态学下端
在形态学上，分生迅速，向上或者向下延伸的是上端；分生缓慢，不延伸或者延伸很少的是下端。
Q:极性运输如何发生？
拓展：化学渗透假说解释极性运输
极性运输是由生长素运输载体参与的主动运输过程，需要消耗能量，因此，可以逆浓度梯度运输，且与重力作用无关。
教材P95
非极性运输
在成熟组织中生长素可以通过输导组织进行非极性运输。
同其他激素和营养物质一样，生长素可以通过韧皮部和木质部运输，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。
输导组织
运输方向只与浓度差有关。
为研究吲哚乙酸(IAA)与脱落酸(ABA)的运输特点，用放射性同位素14C 标记IAA和ABA开展如下图所示的实验。下列叙述正确的是( )
A．若图中AB为茎尖切段，琼脂块①和②中出现较强放射性的是②
B．若图中AB为成熟茎切段，琼脂块①和②中出现放射性的只是②
C．若图中AB为茎尖切段，琼脂块③和④中均出现了较强放射性，说明ABA在茎尖的运输是极性运输
D．若图中AB为成熟茎切段，琼脂块①和②中均出现了较强放射性，说明IAA在成熟茎切段中的运输不是极性运输
答案：D
（三）生长素的生理作用
教材P93
作用方式
①
②
生理作用
细胞水平
生长素的作用机制
促进细胞伸长生长、诱导细胞分化
敏感性：幼嫩细胞大于衰老细胞
器官水平
作用——促进生长（根、芽、茎）
作用特点1：
两重性——浓度较低时促进生长，在浓度较高时则会抑制生长
Q：图中的促进和抑制是以什么为对照进行判断的？抑制作用是不是不生长？
以不施加外源生长素时根的生长情况为对照。抑制说明在该浓度下生长缓慢甚至停止。
体现生长素两重性的实例
a.根的向地性
茎的背地性、胚芽鞘的向光性均不能体现生长素的两重性！
（只体现了生长素可以促进生长，没有体现抑制作用）
b.顶端优势现象
顶芽
第一侧芽
顶芽产生的生长素逐渐向下运输，枝条上部的侧芽附近生长素浓度较高。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。
顶芽产生的生长素抑制侧芽的生长。
顶端优势的应用
解除：农业生产，如棉花、烟草、果树等
利用：林业生产，获取木材
如: 棉花和烟草的摘心可以增产。
如: 果树整枝、园艺修剪调节植株形态。
可以增产。
如: 树木成材。
自然界的植株呈宝塔形，可以充分利用阳光。
维持顶端优势——
Q：如何设计实验验证顶端优势产生的原因？
资料：科学家对豌豆进行保留顶芽和去除顶芽的处理，之后放置一段时间，观察其侧芽的生长状况。
组别 侧芽增加的长度(mm)
①保留顶芽 3.4±0.5
②去除顶芽 16.0±2.7
③去除顶芽，外施生长素 1.8±0.6
（1）第①组和第②组比较，能否说明生长素抑制了侧芽生长？
（2）第②组和第③组的结果说明什么？
（3) 该实验的结论？
不能说明。1、2组的自变量是顶芽的有无而不是侧芽生长素的浓度，只能说明顶芽的存在抑制了侧芽的生长。
顶端运输到侧芽的生长素抑制了侧芽的生长
植物顶芽产生的生长素可抑制侧芽的生长；过高的生长素浓度可抑制侧芽的生长。
作用特点2：敏感性——根>芽>茎
作用特点3：不同植物的敏感性不同——双子叶植物>单子叶植物
双子叶植物
单子叶植物
双子叶植物比单子叶植物敏感，利用浓度在_________的生长素类似物作除草剂（如2,4—D），可除去____子叶植物中的____子叶杂草。
D点附近
双
单
Q:农场主发现同样的除草剂浓度，杂草除草效果幼嫩好于成熟的。请分析原因？
幼嫩的细胞对生长素更敏感
作用——促进生长（根、芽、茎）
举例1——促进侧根和不定根发生
举例2——影响花、叶和果实发育
应用：用一定浓度的生长素浸泡枝条的下端，可促进其生根，提高成活率。
自然状态下，果实有种子，可以产生生长素促进果实发育；如果虫蛀果实，破坏发育中的种子，结果果实发育停止。

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