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生物学（新人教版）
稳态与调节
第五章第1节
植物生长素
在单侧光的照射下，植物朝向光源方向生长的现象叫做向光性。
植物受到单一方向的外界刺激而引起的定向运动。
幼苗
向光性
根
向重力性
根
向水性
根
向肥性
问题探究：
1. 植物的向性运动
2. 向光性
① 实验材料
金丝雀虉草胚芽鞘
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。
种子
第一片叶
胚芽鞘
1. 达尔文父子的实验
一、生长素的发现过程—— 实验探究
胚芽鞘
② 实验过程及结果
实验①
实验②
实验④
实验③
锡箔纸
一、生长素的发现过程—— 实验探究
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；
①③对照，自变量是尖端__________，说明胚芽鞘的弯曲生长与____________有关。
③④对照，自变量为__________；说明向光弯曲与___________有关。
①③④对照，说明胚芽鞘的感光部位在______。
①
②③④
有无尖端
尖端
遮光部位
尖端
有无遮光
单侧光照射
尖端感光
思考·讨论：
② 实验过程及结果
实验①
实验②
实验④
实验③
锡箔纸
一、生长素的发现过程—— 实验探究
1. 遮盖胚芽鞘尖端和它下面一段的目的是什么？
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在起作用。
2. 感受单侧光刺激的是哪一部分？胚芽鞘弯曲生长的是哪一部分
感受单侧光刺激的是尖端；胚芽鞘弯曲生长的是顶端下面的一段（伸长区）。这说明，是胚芽鞘顶端接受单侧光照射后，产生某种刺激传递到下面，引起下面一段弯曲生长。
④ 实验结论
尖端
伸长区
一、生长素的发现过程—— 实验探究
1. 达尔文父子的实验
这种“影响”是什么呢？
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。
达尔文解释
一、生长素的发现过程—— 实验探究
琼脂块
实验现象：
胚芽鞘向光弯曲生长。
2. 鲍森·詹森实验（1913年）
实验结论：
胚芽鞘尖端产生的“影响”可以透过琼脂片传递给下部。
设计对照实验
琼脂块
琼脂块
如何设计实验说明“刺激”并非来自琼脂片，而是来自胚芽鞘尖端。
因为可以透过琼脂片向下传递，所以推测是一种化学物质。
注：物质可在琼脂中扩散而性质不变。
云母片
伸长区背光面比向光面生长快的原因是什么？
思考：如果把该实验的琼脂片换成不能透过物质的云母片，其他条件不变，实验结果会是怎样的？
一、生长素的发现过程—— 实验探究
云母片具有不透化学物质的特点
一、生长素的发现过程—— 实验探究
3. 拜尔的实验（1918年）
思考·讨论：
自变量：
因变量：
实验现象：
尖端放置的位置。
实验结论：
尖端下部弯曲生长的方向。
胚芽鞘朝对侧弯曲生长。
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。
①拜尔为什么要选择黑暗的环境？
②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。
这种“影响”是某种物质吗？
实验组
对照组
一、生长素的发现过程—— 实验探究
4. 温特的实验（1926年）
思考·讨论：
实验现象：
实验结论：
胚芽鞘朝对侧弯曲生长。
胚芽鞘弯曲生长确实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
对照组
实验结论：
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。
一、生长素的发现过程—— 实验探究
4. 温特的实验（1926年）
温特提出植物体内存在生长素时，有没有提取出这种物质呢？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。
生长素究竟是什么物质呢？
① 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）
② 1946年，科学家们从高等植物中分离出IAA。
③ 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（PPA）、吲哚丁酸（IBA）等，它们都属于生长素。
一、生长素的发现过程—— 实验探究
5. 生长素的发现
吲哚丁酸(IBA)
吲哚乙酸(IAA)
达尔文的实验
尖端受单侧光刺激后，向下面的伸长区传递了某种“影响”。
詹森实验
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。
拜尔实验
胚芽鞘尖端产生的影响可以透过琼脂块传递给下部。
尖端产生的影响在其下部分布不均匀造成胚芽鞘的弯曲生长。
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，并把它命名为生长素。
一、生长素的发现过程—— 实验探究
总结：生长素的发现过程
先后从人的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（PAA）、吲哚丁酸（IBA）。
例. 下列有关生长素的发现过程，说法正确的是（ ）
A．胚芽鞘只是保护胚芽，不能进行光合作用
B．胚芽鞘去掉尖端后，在光照下不生长也不弯曲
C．达尔文提出胚芽鞘尖端向下面传递了某种化学物质，造成伸长区背光面比向光面生长快
D．温特的实验证明胚芽鞘的弯曲生长是由吲哚乙酸引起的
【答案】B
一、生长素的发现过程——向光性的原因
单侧光照射
生长素分布不均匀（背光侧含量多于向光侧）。
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。
单侧光
单侧光
背光侧生长素
分布多于向光侧
背光侧细胞伸长生长快
向光侧细胞伸长生长慢
1. 外因
2. 内因：
3. 结果：
① 单侧光照射后，胚芽鞘尖端的生长素横向运输，导致背光一侧的生长素含量多于向光一侧，引起两侧的生长不均匀，从而造成向光弯曲生长。
一、生长素的发现过程——向光性的原因
4. 生长素分布不均匀的原因
①
②
④
③
尖端
尖端下端
尖端下端
生长素多
生长素少
生长较快
生长较慢
弯曲向光生长
一、生长素的发现过程—— 植物激素
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。
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。
1. 定义
2. 种类
植物激素的种类
生长素
乙烯
赤霉素
细胞分裂素
脱落酸
1. 植物激素与动物激素都称为“激素”，二者有哪些相似之处？
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。
思考·讨论：植物激素与动物激素的异同
一、生长素的发现过程—— 植物激素
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？
二者的主要区别如下表格所示：
类别 分泌器官 化学本质 作用部位 运输方式
植物激素
动物激素
无特定的分泌器官
一般是小分子物质
无明显的靶器官
多样、复杂
有特定的分泌器官
蛋白质、类固醇等
靶器官、靶细胞
随着体液运输
胚芽鞘尖端：
生长素产生部位
感受单侧光刺激的部分
尖端下部伸长区：
弯曲生长的部位
扩展：向性运动的处理方法和结果
与胚芽鞘向光生长有关的三个重要部位
(1)判断胚芽鞘“长不长”:
看胚芽鞘尖端下的伸长区能否获得生长素。
②不能获得生长素，则既不生长也不弯曲。
(2)判断胚芽鞘“弯不弯”:
①能获得生长素，则生长。
看胚芽鞘尖端下的伸长区生长素的分布是否均匀。
②若生长素分布不均匀，则弯曲生长。
①若生长素分布均匀，则直立生长。
用两看法判断胚芽鞘“长不长、弯不弯”
扩展：向性运动的处理方法和结果
知识巩固
空白
琼脂片
光
光
琼脂片
含IAA
琼脂片
含IAA
琼脂片
用锡箔罩住尖端
光
不透水玻璃片
用燕麦胚芽鞘进行如下实验，一段时间后，其生长弯曲状况如何？
直立生长
直立生长
不生长不弯曲
向光弯曲
不生长不弯曲
直立生长
向右弯曲
向左弯曲
光
长不长，看有无生长素。弯不弯，看生长素分布是否均匀。
二、生长素的合成、运输与分布
芽、幼嫩的叶和发育中的种子
① 合成部位
1. 生长素的合成
② 合成原料
色氨酸经过一系列反应可转变成生长素
色氨酸
吲哚乙酸
二、生长素的合成、运输与分布
运输方式
极性运输
非极性运输
①在胚芽鞘、芽、幼叶和幼根中
①在植物成熟组织中
②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（单方向）；是一种主动运输（逆浓度梯度）。
②通过输导组织（如：韧皮部）进行非极性运输。
2. 生长素的运输
横向运输
①发生在细胞分裂旺盛的地方（尖端）。
③与其他有机物的运输没有区别。
②受外界某些刺激（如单侧光、重力、离心力等）的影响，生长素也可以横向运输。
地上部分
地下部分
二、生长素的合成、运输与分布
a
b
a
b
形态学上端
形态学下端
形态学上端
形态学下端
2. 生长素的运输
① 极性运输
生长素
形态学上下端区分：以地面为基准。靠近地面的都是形态学下端，远离地面的都是形态学上端。根尖、茎尖是形态学上端。
c
d
c
d
二、生长素的合成、运输与分布
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。
思考·讨论：如何验证生长素的极性运输？
实验前
实验后
空白琼脂块(a)
形态学上端
形态学下端
含IAA琼脂块
胚芽鞘弯曲生长
含IAA的琼脂块(a)
形态学上端
形态学下端
含IAA琼脂块
不严密，没有考虑胚芽鞘倒过来放置时的情况。
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？
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。
二、生长素的合成、运输与分布
思考·讨论：如何验证生长素的极性运输？
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。
3. 如果要验证上述结论，应该如何改进实验方案？
实验前
实验后
空白琼脂块(a)
形态学上端
形态学下端
含IAA琼脂块
胚芽鞘弯曲生长
含IAA的琼脂块(a)
形态学上端
形态学下端
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
胚芽鞘
既不弯曲也不生长
实验后
空白琼脂块(b)
形态学下端
形态学上端
含IAA琼脂块
二、生长素的合成、运输与分布
思考·讨论：如何验证生长素的极性运输？
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。
3. 如果要验证上述结论，应该如何改进实验方案？
4. 如何检测下端的琼脂块中是否接收到生长素？
方案1: 将A琼脂块中的生长素用放射性同位素标记。一段时间后检测下端的琼脂块中是否含有放射性。
方案2: 将下端的琼脂块放在切去尖端的胚芽鞘一侧，一段时间后观察胚芽鞘是否向对侧弯曲。
实验前
实验后
空白琼脂块(a)
形态学上端
形态学下端
含IAA琼脂块
胚芽鞘弯曲生长
含IAA的琼脂块(a)
形态学上端
形态学下端
含IAA琼脂块
生长素在植物各器官中都有分布，但相对集中分布在生长旺盛的部位，如胚芽鞘、芽和根尖的分生组织、形成层、发育中的种子和果实等处。
二、生长素的合成、运输与分布
3. 生长素的分布
三、生长素的生理作用
生长素在植物体内起作用的方式与动物体内激素起作用的方式基本相似。它不像酶那样催化细胞代谢，也不为细胞提供能量，而是给细胞传达信息，起着调节细胞生命活动的作用。
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。
1. 生长素的作用方式
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
“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。
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。
讨论
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：植物生长素的作用特点
根
芽
茎
一般表现为较低的浓度促进生长，浓度过高则抑制生长。
2. 对于同一器官来说，生长素的作用与浓度有什么关系
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。
讨论
思考·讨论：植物生长素的作用特点
根
芽
茎
三、生长素的生理作用
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
对于不同的器官来说，生长素促进生长的最适浓度不同。
根最适浓度大约是10－10mol/L；
芽最适浓度大约是10－8mol/L；
茎最适浓度大约是10－4mol/L。
三、生长素的生理作用
研究发现，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。
3. 生长素的作用特点
特点
浓度
不同植物类型
植物细胞的成熟程度
器官的种类
根＞芽＞茎，
双子叶植物＞单子叶植物
幼嫩细胞＞衰老细胞
浓度较低时促进生长，在浓度过高时则会抑制生长
根
芽
茎
（杂草）
（农作物）
除草剂
浓度范围
侧芽＞顶芽。
三、生长素的生理作用
顶端优势
① 概念：
顶芽优先生长，而侧芽生长受到抑制的现象。
4. 生长素生理作用两重性的实例
② 原因：
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，因此侧芽的发育受到抑制，植株因而表现出顶端优势。
极性运输
少
多
促进
抑制
顶芽(生长素)
侧芽(生长素)
三、生长素的生理作用
Ⅰ. 解除顶端优势
去掉顶芽后，侧芽附近的生长素来源暂时受阻，浓度降低，于是抑制就被解除，侧芽萌动、加快生长。
可以增产，调节植株形态等。
棉花摘心、黄瓜打顶、果树整枝、园艺修剪等
顶端优势
④ 在生产上的应用
4. 生长素生理作用两重性的实例
自然界的植物呈宝塔形，可以充分利用阳光。
离顶芽越近的侧芽，生长素浓度越高，生长越慢，离顶芽越远的侧芽，生长素浓度越低，生长越快。
Ⅱ. 维持顶端优势
三、生长素的生理作用
① 根的向地性
向重力性
远地侧
A
近地侧
B
生长素少
生长素多
重力
促进生长
抑制生长
向地生长
② 茎的背地性
远地侧
C
近地侧
D
生长素少
生长素多
生长慢
生长快
背地生长
原理：
重力
②根茎对生长素的敏感程度不同，根＞茎。
①在重力作用下生长素分布不均匀
三、生长素的生理作用
【概念检测】1. 基于对生长素的合成、分布、运输及生理作用的理解，判断下列表述是否正确。
① 单侧光会刺激胚芽鞘尖端产生生长素，并引起生长素的分布不均匀。( )
② 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。( )
③ 生长素对植物的根、芽、茎只有促进作用，没有抑制作用。（ ）
练习与应用
教材P85
×
√
×
3. 下图中曲线C表示某植物茎的生长反应与生长素浓度的关系，如果将同样浓度的生长素施用侧芽，能反映侧芽生长状况的曲线是。( )
A
三、生长素的生理作用
2. 用不透水的云母片以不同方式分别插入三株燕麦幼苗的胚芽鞘尖端部分，并分别从不同的方向给以光照(如图所示)。培养一段时间后，胚芽鞘的生长情况是。（ ）
a
b
c
A. a不弯曲，b不弯曲，c向右弯曲
B. a向右弯曲，b不弯曲，c向右弯曲
C. a向右弯曲，b不弯曲，c向左弯曲
D. a向左弯曲，b不弯曲，c向左弯曲
A
练习与应用
教材P85

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