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第五章 植物生命活动的调节
第1节 植物生长素
学习目标
分析植物生长素的发现过程，阐明其中蕴含的科学本质特点（生命观念、科学思维）
01
02
概述植物生长素的合成、运输、分布和生理作用，尝试阐释植物生长素作用特点中蕴含的适度与平衡观（生命观念、科学思维）
···
生活现象
在光明和黑暗中生长的幼苗
阳台种植的植物
在单侧光的照射下，植物朝向光源方向生长的现象叫作向光性。
许多人可能对这种现象熟视无睹，然而，正是对向光性的研究，引导着人们揭示植物生命活动调节的奥秘。
新课讲授
一、生长素发现过程
（一）19世纪末，达尔文和他儿子，设计了实验来探讨植物向光性的原因。
达尔文
实验材料：金丝雀虉（yì）草的胚芽鞘
金丝雀虉草：是禾本科虉草属的一年生丛生草本植物。生活周期类似于春小麦，它是一种谷类作物。原产于地中海地区，在我国为栽培或逸生。
课本P90
胚芽鞘：为单子叶植物所特有，特别是禾本科植物胚芽外的锥形套状物，是一个鞘状结构。作用：它能保护生长中的胚芽。种子萌发时，胚芽鞘首先钻出地面，出土后还能进行光合作用。
胚芽鞘
实验过程：
实验一：
实验二：
实验三：
实验四：
不做处理
向光弯曲生长
切去胚芽鞘尖端
不生长不弯曲
尖端用锡纸罩住
直立生长
尖端下面一段用锡纸罩住
向光弯曲生长
课本P90
实验结论
实验一和实验二对比，自变量是：
实验一
实验二
实验三、四和实验一对比，自变量是：
实验三
实验四
胚芽鞘的向光性与尖端有关
感光部位在尖端，而向光弯曲部位是胚芽鞘尖端下面的一段。
尖端的有无
结果说明：
结果说明：
尖端是否接受单侧光
结论：胚芽鞘的尖端受单侧光刺激后，向下面的伸长区传递了某种“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。
课本P91
云母片：常用作电器绝缘材料，物质不能透过云母片扩散。
琼脂：是海藻的提取物，溶于热水，再让其冷却得到。物质可在琼脂中扩散而性质不变。
知识卡片
（二）1913年，鲍森·詹森的实验
结论：胚芽鞘尖端产生的“影响”可以透过琼脂片传递到下部
顶端产生的“影响”能传到下部，那么它为什么能使得伸长区两侧生长不均匀呢
课本P91
（三）1918年，拜尔的实验
黑暗中
(3)结论：
(2)自变量：
尖端放置的位置。
(1)在黑暗中可以排除单侧光对实验结果的干扰。
胚芽鞘的弯曲生长，是因为尖端产生的影响在其下部分分布不均匀造成的。
课本P91
（四）1926年，温特的实验
实验组
把切下的燕麦胚芽鞘尖端放在琼脂块上，几小时后，移去尖端，将琼脂切成小块。再将经处理过的琼脂块放在切去尖端的燕麦胚芽鞘一侧，结果胚芽鞘会朝对侧弯曲生长
课本P91
对照组
如果放上的是没有接触过胚芽鞘尖端的琼脂块，胚芽鞘则既不生长也不弯曲
结论：胚芽鞘的弯曲生长确实是由一种化学物质引起的。温特认为这可能是一种和动物激素类似的物质，并把这种物质命名为生长素。
实验组
（五）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）
吲哚乙酸
（六）1946年，科学家从高等植物中分离出IAA
（七）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(PAA)、吲哚丁酸(IBA)等，它们都属于生长素。
达尔文实验
1.胚芽鞘的尖端受单侧光刺激后，向下面的伸长区传递了某种“影响”
2.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。
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。
鲍森·詹森实验：胚芽鞘尖端产生的影响可以透过琼脂块传递给下部。
拜尔实验：胚芽鞘的弯曲生长，是因为尖端产生的影响在其下部分布不均匀造成的。
先后从尿液和高等植物中分离出与生长素作用相同的化学物质——吲哚乙酸(IAA)进一步研究发现生长素还有苯乙酸(PPA)、吲哚丁酸(IBA)。
生长素的发现过程总结
植物向光性的解释
(1)外因：
单侧光照射
(2)内因：
生长素在背光一侧含量多于向光一侧
(3)结果：
两侧生长不均匀，背光侧生长快，向光侧生长慢，从而造成向光弯曲
2.植物向光性的原理
⑴.生长素产生的部位，与光照是否有关？
⑵.向光性的原理（外因、内因及结果）？
在胚芽鞘尖端产生，与光照无关。
判断以下各组中的胚芽鞘如何生长？
①直立生长，
②向光弯曲生长；
说明胚芽鞘的尖端是感光部位。
①直立生长，
②向光(小孔)弯曲生长；
说明向光性的产生需要单侧光照射。
①直立生长，②向光弯曲生长，③向小孔弯曲生长。
①直立生长，②向左弯曲生长。
①向右弯曲生长，
②直立生长，
③向光弯曲生长；
④向光弯曲生长，
说明生长素能透过琼脂块。
判断以下各组中的胚芽鞘如何生长？
②向孔弯曲生长？
二、生长素的合成、分布与运输
一般是指吲哚乙酸（IAA），此外还有苯乙酸（PAA）、吲哚丁酸（IBA）等
（1）合成：
（2）分布：
生长素合成的主要部位是芽、幼嫩的叶和发育中的种子。在这些部位，色氨酸经过一系列反应可转变成生长素
生长素在植物体各器官中都有分布，但相对集中地分布在生长旺盛的部位，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。生长素在趋向衰老的组织和器官中含量较少。
1、生长素的化学本质：
2、生长素的合成和分布
课本P92
总体来说，生长素的分布是：
顶芽 侧芽
＜
分生区 伸长区
＜
产生部位＜积累部位
生长点 老根
＞
生长旺盛部位＞衰老组织
生长素是如何运输的呢？
（1）概念:
植物激素
（2）种类:
（3）功能：
（4）三个主要特点：
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。
生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸和乙烯等物质。
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。
①植物细胞内代谢产生（无专门分泌器官）；②能从产生部位运输到作用部位（运输方式和速度因激素种类、植物种类和器官种类的不同而不同）；③微量、高效的有机物
阅读课本P92
思考·讨论
植物激素与动物激素的异同
项目 植物激素 动物激素
产生部位
分布
运输
化学本质
作用部位
只在一定部位产生，没有专门的分泌器官
有特定的分泌器官或分泌细胞
相对集中于植物体的某些器官或组织中
均匀分布于动物体各组织、器官
生长素的运输方式有横向运输、极性运输和非极性运输
通过体液运输
一般是小分子有机化合物
有机化合物，化学成分比较复杂，有蛋白质类、多肽类、氨基酸衍生物类，固醇类等。
无明显靶器官
靶器官、靶细胞
植物体内没有分泌的腺体，这说明植物激素在合成部位上与动物激素有明显不同。植物激素与动物激素还有哪些明显的区别？
项目 生长素 生长激素
归类
本质
产生
作用
思考·讨论
植物激素
动物激素
吲哚乙酸、苯乙酸、吲哚丁酸等
蛋白质
植物体内具有分生能力的组织
内分泌腺（垂体）
促进生长，促进果实发育，促进生根，防止落花落果等。
促进生长，主要是促进蛋白质的成和骨的生长
植物激素与动物激素都称作“激素”，二者有哪些相似之处？
（1）生长素的极性运输
①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，也就是单方向地运输，这种运输方式称为极性运输
生长素的运输
形态学上端
形态学下端
生长素的极性运输属于主动运输，消耗能量，需要载体
课本P93
②根与茎的形态学上端与下端：
对根来说，______是形态学的上端
形态学上端
对茎来说，_______是形态学上端
形态学上端
植物的根一般生活在土壤里，即地面以下，而茎与叶等一般在地面以上。以地面为基准，靠近地面的一端都是形态学下端，远离地面的一端都是形态学上端。
茎尖
根尖
（2）生长素的非极性运输
在成熟组织中，生长素可通过输导组织进行非极性运输。生长素的非极性运输与其他有机物的运输没有区别。
（3）生长素的横向运输
在一些细胞分裂特别旺盛的部位，受外界某些因素（如单侧光、重力等）的影响，生长素在形态学上端发生横向运输，从而导致生长素在尖端分布不均匀，尖端以下部位不能进行横向运输。
形态学上端
形态学下端
形态学上端
IAA合成部位
IAA合成部位
运输至作用部位
极性运输：
非极性运输：
横向运输：
胚芽鞘、芽、幼叶、幼根中，
只能从形态学上端到形态学下端
☆极性运输是细胞的主动运输，耗能
成熟组织中，通过韧皮部进行非极性运输。
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。
生长素的运输小结
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）。
评价实验设计和结论
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。
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
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？
讨论
生长素的运输
2024/1/12
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。
空白琼脂块(b)
形态学下端
形态学上端
含IAA琼脂块
实验前
实验后
胚芽鞘既不弯曲也不生长
评价实验设计和结论
三、生长素的生理作用（第二课时）
和动物体内激素起作用的方式基本相似，给细胞传达信息，起着调节细胞生命活动的作用。
不催化细胞代谢，也不为细胞提供能量。
1、作用方式
2、作用机制
生长素
生长素受体
特异性结合
引发
细胞内一系列信号转导
特定基因表达
产生效应
诱导
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。
3、作用特点
讨论
根
芽
茎
促进生长
抑制生长
浓度/mol·L-1
生长从素浓度与植物不同器官生长反应的关系示意图
1. “促进”或“抑制”的作用效果是与哪一组别对比得到的？
“促进”或“抑制”，是相对于生长素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。
植物器官的生长反应
2. 对于同一器官来说，生长素的作用与浓度有什么关系？
一般表现为较低浓度的促进生长，浓度过高则抑制生长。
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？
对于不同器官来说，生长素促进生长的最适浓度不同。
知识延伸
（1）幼嫩的细胞对生长素敏感，衰老的细胞则比较迟钝。
（2）一般情况下，双子叶植物对生长素的敏感程度高于单子叶植物，可用适宜浓度的生长素来清除单子叶农作物田中的双子叶杂草。
讨论
不同浓度生长素作用曲线分析
①曲线AB段表示:
②B点对应的浓度为：
③曲线BC段表示:
④C点的生长素浓度对根生长的效应是：
⑤曲线CD段表示：
⑥E、F表示：
在一定范围内，随生长素浓度升高,对生长的促进作用逐渐增强；
促进生长的最适浓度；
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
随生长素浓度升高,对生长的抑制作用逐渐增强；
既不促进，也不抑制；
A
B
C
D
0
10-10
10-8
10-6
10-4
10-2
mol·L-1
促进生长
抑制生长
Ｆ
Ｅ
生长素浓度虽然不同，但促进效果相同。
茎的背地性、根的向地性分析
植物器官生长的反应
促进生长
抑制生长
根
芽
茎
10-10
10-8
10-6
10-4
10-2
浓度/（mol·L）
10-10
10-9
远地侧：
近地侧：
远地侧：
近地侧：
低浓度促进，促进作用强
低浓度促进，促进作用弱
根
茎
低浓度促进
高浓度抑制
引起生长素在胚芽鞘内分布不均匀的因素有
知识延伸
单侧光、重力等。
胚芽鞘的尖端能感受单侧光的刺激，使背光一侧生长素分布得多，而向光一侧生长素分布得少。
重力也能引起生长素在植物体内分布不均匀，使植物体近地侧生长素浓度高，而远地侧生长素浓度低。
（1）细胞水平：
（2）器官水平：
促进细胞伸长生长、诱导细胞分化等。
影响器官的生长、发育，如促进侧根和不定芽发生，影响花、叶和果实发育等。
4、生理作用
生长素在细胞水平起的作用，在与器官水平上发挥的作用有什么关系呢？
生长素在细胞水平上发挥作用是在器官水平上发挥作用的基础。
（1）概念：
（2）原因：
1、植物的顶端优势及其应用
植物的顶芽优先生长、侧芽生长受到抑制的现象。
顶芽：
产生生长素
极性运输
侧芽：
低浓度促进生长
对生长素敏感
生长素浓度较高
生长发育受到抑制
顶端优势（左）及其解除（右）
（3）解除方法：
（4）应用：
摘除顶芽，使侧芽处生长素浓度降低，侧芽萌动、加快生长
农民会适时摘除棉花的顶芽以促进侧芽的发育，使它多开花、多结果；园艺师会适时修剪景观树木，让树木发出更多的侧枝，使树形圆润、丰满。
棉花打顶增产：解除顶端优势，
农民适时摘除棉花顶芽以促进侧芽发育，从而使它多开花、多结果
2024/1/12
整枝修剪调节植株形态
解除顶端优势：
园艺师会适时修剪景观树木，让树木发出更多的侧枝，使树型圆润、丰满
维持顶端优势：可以增产。
2024/1/12
生长素浓度 (mol/L)
促进生长
抑制生长
O
10－10
10－6
10－2
双子叶
单子叶
双子叶植物＞单子叶植物
应用：在单子叶农作物田里面施加适量浓度（如10－4
mol/L）的生长素类似物，除去双子叶杂草
不同的植物对生长素的敏感程度不同：
10－4
10－8
2、除草剂原理
1.生长素进行极性运输时，需要消耗能量。（ ）
基础检测
2.在胚芽鞘尖端下部，生长素可以进行横向运输
（ ）
√
3.表现为向光性的胚芽鞘，其向光侧生长素浓度高于背光侧（ ）
×
×
思维导图
运输方式
背诵
1.达尔文根据实验提出，胚芽鞘尖端受单侧光刺激后，就向下面的伸长区传递某种“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。（P91）2.鲍森·詹森的实验证明，胚芽鞘尖端产生的“影响”可以透过　　　　传递给下部。（P91）3.拜尔的实验证明，胚芽鞘的弯曲生长，是由于尖端产生的影响在其下部　　　　　　造成的。（P91）4.温特的实验进一步证明胚芽鞘的弯曲生长确实是由　　　　　　　引起的。温特认为这可能是一种和动物激素类似的物质，并把这种物质命名为　　　　。（P92）5.植物体内具有生长素效应的物质，除IAA外，还有　　　　　　　　等。（P92）6.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　　　　，称作植物激素。（P92）
背诵
7.向光性原理：胚芽鞘　　　　产生生长素（与光照无关）；单侧光刺激时，胚芽鞘　　　　感受单侧光刺激，并将产生的生长素在 　　　　先 　　　　运输，再向下　　　　　　运输，从而使　　　　　 生长素分布得多，生长得快， 　　　　　 生长素分布得 　　　 ，生长得慢。即向光性外因是 　　　　
刺激，内因是 　　　　　　　　　　　。
8.有学者根据一些实验结果提出，植物向光性生长，是由单侧光照射引起某些　　　　　　　　　　分布不均匀造成的。（P92“相关信息”）
9.植物体内　　　　（填“有”或“没有”）分泌激素的腺体。
10.生长素的合成部位主要有　　　　　　　　　　　　　　，在这些部位 　　　　　 可转变成生长素，在多数部位生长素的运输方向是　　　　 运输，即从　　　　　　　运到　　　　　　　　 （属于跨膜运输中的　　　　运输），
而在　　　 　组织中，生长素可以通过 　　　　　　 进行运输。

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