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第1节 植物生长素
图中是一株放在窗台上久不移动的盆栽植物。
3.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？
弯向窗外生长。
是较长时间的单侧光刺激引起植株弯向窗外有阳光处生长。这样，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。
幼嫩部位
讨论：
1.图中植株的生长方向有什么特点？
2.可能是哪种环境因素刺激引发了这株植物的形态改变？植株对这种刺激的反应有什么适应的意义？
向光性：
在单侧光的照射下，植物朝向光源方向生长的现象。
单子叶植物，特别是禾本科植物胚芽外的锥形套状物叫作胚芽鞘，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。
一、生长素的发现过程
许多人可能对这种现象熟视无睹；但是，达尔文早就注意到植物的向光性，并设计实验研究植物具有向光性的原因；
(一）达尔文向光性实验：19世纪末，达尔文（C.R.Darwin,1809-1882）和他的儿子，设计了实验来探讨植物向光性的原因。
金丝雀虉（yì）草
达尔文
对照
去掉尖端
尖端罩上锡箔罩子
尖端下面一段罩上锡箔罩子
1 2 3 4
弯向光源生长
不发生弯曲
不发生弯曲
弯向光源生长
1.实验过程
2、实验分析
实验观察发生弯曲的是哪一部分？如何证明？
1、2组对照得出的结论是？
3、4组为什么要分别遮住胚芽鞘尖端和它下面一段呢？
分别遮盖胚芽鞘尖端和它下面的一段，是采用排除法，观察某一部分不受单侧光刺激时胚芽鞘的反应，从而确定是胚芽鞘哪一部分感受光刺激。结论：尖端是感受光刺激的部位
胚芽鞘模式图
尖端
尖端下部
尖端下部弯曲生长与尖端有关
尖端下部
0 1 2 3 4 5 6 7 8
胚芽鞘生长并弯曲的部位是_________________
拓展思考：
尖端下面的伸长区
感光部位在尖端，那么伸长部位在哪里？ 如何设计实验？
3、总结结论及推测
实验①说明胚芽鞘有向光性，弯曲部位是尖端以下；
实验①②说明向光性可能与尖端有关；
实验①③④说明感受光刺激的部位在尖端而不是尖端以下。
达尔文根据实验提出：胚芽鞘尖端接受单侧光刺激后，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，因而胚芽鞘出现向光性弯曲。
疑问：这种“影响” 究竟是什么？
（二）1913年鲍森·詹森（P.Boysen-Jensen）实验
胚芽鞘尖端和下面部分之间插入琼脂片
结论：胚芽鞘尖端产生的“影响” 可以透过琼脂片传递给下部。
向光弯曲生长
达尔文的推测1：尖端产生了某种影响，传到下部。
琼脂，是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。广泛应用在食品工业中，生物学研究中常作细菌培养基。物质可在琼脂中扩散而性质不变。
云母片是一种矿物质，由韵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,常用作电器绝缘材料
（三）拜尔的实验（1918年）
1.实验过程及结果
向右弯曲生长
向左弯曲生长
向对侧弯曲生长
2.实验结论
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
拜尔首次将实验放置于黑暗中进行，说明单侧光不是胚芽鞘弯曲生长的根本原因，而“影响”的分布不均匀才是根本原因.
达尔文的推测2：弯曲生长的原因是尖端产生的影响在下部分布不均。
为什么要在黑暗条件下？
排除单侧光的干扰
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？
因为该影响在向光一侧和背光一侧（浓度分布）存在差异，因而引起两侧的生长不均匀。
詹森和拜尔的实验初步证明：
胚芽鞘尖端产生的影响可能是一种化学物质，这种化学物质在胚芽鞘尖端以下部位的分布不均匀造成了胚芽鞘的弯曲生长。
（四）1926年荷兰科学家温特实验
琼脂
胚芽鞘尖端中的物质可转移到琼脂快中
空白琼脂块
对照实验
几小时后
朝对侧弯曲生长
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。
思考·讨论
温特提出植物体内存在生长素时，有没有提取出这种物质？
他是怎样作出这一推测的？
没有。
他是在对实验结果进行严密分析的基础上作出这样推断的。要得出这 样的结论,既需要以事实为依据进行严密的逻辑推理,还需要一定的想象力。
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的含量极少，直到1946年人们才从高等植物中将其分离出来，并确定它也是IAA。植物体内还有苯乙酸（PPA）、吲哚丁酸（IBA）等与IAA相同效应的物质，它们都属于生长素。
色氨酸
色氨
吲哚乙酸
过渡：生长素究竟是什么物质呢？
提示：生长素是一类物质，包括IAA等
二、总结：植物向光性的原因
外因：单侧光照射
内因：①尖端的存在(感受光刺激)
②尖端产生生长素
③生长素分布不均匀
(背光面多向光面少)
单侧光
背光一侧
向光一侧
生长素少
生长快
生长慢
总结：植物向光性的原因
（1）生长素是由胚芽鞘尖端产生的。
（2）在单侧光照射下, 生长素在胚芽鞘尖端中横向运输到背光侧。
（3）生长素由胚芽鞘尖端向下运输。
（4）胚芽鞘尖端下部背光侧生长素含量多，向光侧生长素含量少，这样，胚芽鞘尖端下部背光侧细胞纵向伸长生长快，而向光侧细胞纵向伸长生长慢，结果，胚芽鞘向光弯曲生长。
相关信息（P92左下角）
关于植物向光性生长的原因，目前还有争议。
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抑制生长的物质分布不均匀而造成的。
三、植物激素
1、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。
2、功能：
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。
3、种类：
主要有生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸和乙烯等。
植物体内产生的才是植物激素，人工合成的以及微生物产生的即使化学本质、功能、名称均相同，都不能称为植物激素，例如赤霉菌可以产生赤霉素，该赤霉素不是植物激素；
思考 讨论 植物激素与动物激素的异同
1.植物激素与动物激素都称作“激素”，二者有哪些相似之处？
2.植物体内没有分泌激素的腺体，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？
二者都是调节生命活动的化学物质，都能从产生部位运输到作用部位发挥作用，且都具有微量、高效的特点。
类别 分泌器官 化学本质 作用部位 运输方式
植物激素 无特定的分泌器官 一般是小分子物质 无明显的靶细胞 多样、复杂
动物激素 有特定的内分泌腺 蛋白质、类固醇等 靶器官、靶细胞 随着体液运输
四、生长素的合成、运输与分布
1.生长素的合成
①生长素主要的合成部位：
芽、幼嫩的叶和发育中的种子
②可由色氨酸经过一系列反应转变为生长素
色氨酸
吲哚乙酸
四、生长素的合成、运输与分布
2.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。
形态学上端
形态学下端
形态学上端
形态学下端
四、生长素的合成、运输与分布
3.生长素的运输
（1）极性运输
①概念：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。
②部位：在胚芽鞘、芽、幼叶和幼根中。
③方式：极性运输是一种主动运输。
（2）非极性运输
①概念：与植物形态学方向无明显关系的运输方式。
②部位：在成熟组织中通过输导组织进行。
③方式：和其他有机物的运输没有区别。
④举例：单一方向刺激(如单侧光、重力)下的横向运输
背光侧
向光侧
横向运输
近地侧
远地侧
近地侧
远地侧
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
10-8
远地侧：
近地侧：
远地侧：
进地侧：
低浓度促进，促进作用强
低浓度促进，促进作用弱
根
芽
低浓度促进
高浓度抑制
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)
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(a)
胚芽鞘弯曲生长
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
空白琼脂块(b)
形态学下端
形态学上端
含IAA琼脂块
实验后
胚芽鞘既不弯曲也不生长
思维训练·评价实验设计和结论
五、生长素的生理作用
1.生长素的作用方式
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。
生长素不起催化作用，不为细胞提供能量。
2.生理作用：
（1）细胞水平
起着促进细胞伸长生长、诱导细胞分化等作用；
（2）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。
生长素首先与细胞内某种蛋白质-生长素受体特异性结合，引发细胞内发生一系列信号转导过程，进而诱导特定基因的表达，从而产生效应。
3.生长素的作用机理
细胞
器官
伸长分化
生长发育
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
诱导
特定基因表达
产生效应
生长素的作用似乎就是“促进”。真的是这样吗？
思考·讨论 植物生长素的作用特点
下图为不同浓度生长素对植物不同器官的作用结果
1.促进或抑制的作用效果是与哪一组别对比得到的？
相对于生长素处于最低浓度时各器官的生长速度而言
设计实验探究生长素作用结果时，一定要设置蒸馏水处理的对照组，不然无法得出抑制还是促进的结果；
思考·讨论 植物生长素的作用特点
下图为不同浓度生长素对植物不同器官的作用结果
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？
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。
根10-10
芽10-8
茎10-4
4、生长素的作用特点
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）
生长素浓度与植物不同器官生长的反应的关系示意图
（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。
敏感程度排序：根＞芽＞茎
幼嫩细胞＞衰老细胞
双子叶植物＞单子叶植物
（2）在浓度较低时促进生长，在浓度过高时则会抑制生长
注意：新教材已经弃用“两重性”这种说法了
不同浓度的生长素对同一植物器官的作用一定不同吗？
同一浓度生长素对不同器官的影响一定不同吗？
生长素的浓度在10-6时，对根、芽、茎的生理效应分别是怎样的？
① 浓度：低—促进；高—抑制；过高—杀死；
② 器官敏感性： 根 ＞芽 ＞茎 侧芽＞顶芽；
③植物种类：双子叶植物﹥单子叶植物；
5.影响生长素作用效果的因素：
生长素发挥的作用会因浓度、植物细胞成熟情况和器官种类及植物种类不同而有差异。
6 植物生长素的利用
（1）顶端优势
①概念：植物的顶芽优先生长，而侧芽生长受到抑制的现象。
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。
③顶端优势的应用：保留？解除？
a.保留顶端优势
b.解除顶端优势——去掉顶芽
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
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
（2）除草剂原理
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
（3）促进果实发育——无子番茄、辣椒
胚珠
种子
生长素
果实
子房
操作：花蕾期 → 去雄 → 喷洒一定浓度生长素类似物
在种子发育的过程中，胚合成大量的生长素，促进子房发育成果实。
生长素的生理作用实例——促进生根
（4）促进扦插枝条生根（促进器官与组织的分化）
扦插前，用一定浓度的生长素类似物溶液浸泡插枝下端，可以使扦插的枝条容易生根成活。
扦插前，用一定浓度的生长素类似物溶液浸泡插枝下端。
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。”
此外还有……
保花
疏果

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