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5.1 植物生长 学案
一、生长素的发现过程
1．达尔文和他儿子的实验
(1)发现问题：植物的向光性，即在单侧光的照射下，植物朝向光源方向生长的现象。
(2)实验过程
实验 实验过程 现象 实验结论
① 向光弯 曲生长 胚芽鞘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
② 不生长、 不弯曲
③ 直立生长
④ 向光弯 曲生长
2．鲍森·詹森实验
(1)实验过程与现象
切去胚芽鞘尖端不生长、不弯曲。
胚芽鞘尖端下部放琼脂片向光弯曲生长。
(2)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。
3．拜尔实验
(1)实验处理及现象
把切下的胚芽鞘尖端移至左端＋黑暗→向右弯曲生长。
把切下的胚芽鞘尖端移至右端＋黑暗→向左弯曲生长。
(2)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。
4．温特实验
(1)实验处理及现象
(2)实验结论：胚芽鞘尖端能产生一种化学物质，该物质会引起胚芽鞘弯曲生长，这种化学物质被命名为生长素。
5．相关实验结论(连线)
6．植物向光性的原因是什么？
提示：在单侧光的刺激下，生长素从向光侧向背光侧运输导致背光侧的生长素高于向光侧，从而使背光侧生长快于向光侧，造成向光弯曲生长。
7．生长素种类
吲哚乙酸(IAA)、苯乙酸(PPA)、吲哚丁酸(IBA)等都属于生长素。
8．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)种类：生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸和乙烯等。
二、生长素的合成、运输与分布
1．合成
3．分布：相对集中地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。
三、生长素的生理作用
1．作用方式：给细胞传达信息，调节细胞的生命活动。
2．作用效果
(1)细胞水平：促进细胞伸长生长、诱导细胞分化等。
(2)器官水平：影响器官的生长、发育，如促进侧根和不定根的发生，影响花、叶、果实的发育等。
(3)作用特点
据图填空：
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。
①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。
a．生长素浓度在OA′之间促进根的生长；浓度>A′时，抑制根的生长。(填字母)
b．对根的生长促进作用最强的生长素浓度是A点所对应的浓度。
②幼嫩的细胞对生长素敏感，衰老细胞则比较迟钝。
③根、芽、茎对生长素的敏感程度由大到小为根>芽>茎。
3．顶端优势的概念与原因
(1)概念：顶芽优先生长，侧芽生长受抑制的现象。
(2)原因
(3)解除方法：去除顶芽。
1．[教材P93“思考·讨论”]植物生长素和动物生长激素有何不同？(至少说出2点)
提示：合成部位不同，植物生长素没有特定的分泌器官，动物生长激素是由垂体合成分泌的；成分不同，植物生长素是吲哚类的小分子有机物，动物生长激素是大分子蛋白质；运输方式不同，植物生长素通过极性运输和非极性运输的方式进行，动物生长激素通过体液运输。
2．[教材P94“思考·讨论”]“促进”或“抑制”的作用效果是如何定义的？
提示：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。
1．温特分离并鉴定出生长素的化学本质为吲哚乙酸。( × )
2．幼芽、幼叶和种子都能产生大量的生长素。( × )
3．植物幼嫩叶片中的色氨酸可转变成生长素。( √ )
4．生长素能催化细胞代谢，但不能提供能量。( × )
5．生长素不直接参与细胞代谢，但可以给细胞传达一种调节代谢的信息。( √ )
6．生长素的作用效果受植物种类、器官种类和生长素浓度等因素影响。( √ )
7．顶芽产生的生长素通过自由扩散的方式运输到侧芽部位。( × )
生长素的发现过程
[探究活动]
为了验证植物向光性与植物生长素的关系，有人设计了如下实验方案，解题思路讨论下列问题：
探究1.在图示装置中，玉米幼苗保持直立生长的有哪些？不生长不弯曲的呢？
提示：玉米幼苗保持直立生长的有③④⑤；不生长不弯曲的是②。
探究2.①号和③号装置之间实验记录的对照解题思路，可以说明什么？
提示：玉米幼苗的向光性生长是由单侧光照射引起的。
探究3.②号和①号装置之间实验记录的对照解题思路，可以说明什么？
提示：玉米幼苗的向光性生长与玉米幼苗尖端的存在与否有关。
探究4.⑤号和⑥号装置之间实验记录的对照解题思路，可以说明什么？
提示：玉米幼苗发生弯曲生长与生长素在玉米幼苗胚芽鞘两侧分布不均匀有关。
[评价活动]
1．下列关于胚芽鞘的向光性实验，叙述错误的是(　　)
A．图中能直立生长的是①④，能弯曲生长的是③⑤
B．若探究植物向光性的内因，可设置②③进行对照
C．若探究植物向光性的外因，可设置①③进行对照
D．若探究植物胚芽鞘感受单侧光刺激的部位，应设置④⑥进行对照
D　解析：题图中①④不受光照影响，能直立生长，②⑥没有尖端不生长，③⑤胚芽鞘受右侧光照，能弯曲生长，A正确；若探究植物向光性的内因，自变量是有无生长素，可设置②③进行对照，B正确；若探究植物向光性的外因，自变量是有无单侧光，可设置①③进行对照，C正确；若探究植物胚芽鞘感受单侧光刺激的部位，自变量是遮光部位不同，应设置④⑤进行对照，D错误。
2．下图为温特实验的示意图，相关叙述正确的是(　　)
A．实验证明胚芽鞘的弯曲生长是由尖端产生的化学物质引起的
B．温特最早分离出生长素，并确认它是吲哚乙酸
C．胚芽鞘向右侧弯曲生长，体现了生长素低浓度促进生长、高浓度抑制生长的特点
D．如从胚芽鞘b左侧给予单侧光照射，胚芽鞘将向光弯曲生长
A　解析：胚芽鞘尖端中的生长素先传给了琼脂块，再由琼脂块传给了胚芽鞘下面的一段，证明胚芽鞘的弯曲生长是由尖端产生的化学物质引起的，A正确；直到1946年人们才从高等植物中分离出生长素，并确认它是吲哚乙酸，B错误；胚芽鞘向右侧弯曲生长，体现了生长素对生长的促进作用，C错误；胚芽鞘的感光部位是尖端，没有了尖端，单侧光将不起作用，D错误。
(1)植物向光性的解释
①原因解题思路
②总结
(2)不同处理条件下胚芽鞘生长弯曲状况解题思路
类别 处理条件 实验结果
遮盖类 ①直立生长； ②向光弯曲生长
暗箱类 ①直立生长； ②向光(小孔)弯曲生长
插入类 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
移植类 ①直立生长； ②向左弯曲生长； ③④中IAA的含量a＝b＋c，b>c； ⑤向右弯曲生长
旋转类 ①直立生长； ②向光弯曲生长； ③向小孔弯曲生长； ④向心弯曲生长
(3)植物“长不长、弯不弯”的判断方法
生长素的合成、运输与分布
[探究活动]
下图为某植物的模式图。请回答下列问题：
探究1.为什么植物的地上部分及地下部分的形态学上、下端相反？
提示：因为植物的地上部分和地下部分的生长方向相反，地上部分向上生长，地下部分向下生长。
探究2.极性运输是从低浓度到高浓度的运输，这是怎样的运输方式？如何证明？
提示：极性运输是一种主动运输，可通过抑制植物的细胞呼吸来验证，加入呼吸抑制剂，该运输方式受阻。
探究3.若植物随太空飞船进入太空中，其体内的生长素还能发生极性运输吗？
提示：极性运输由植物的遗传特性决定，即使在太空中也会发生极性运输。
[评价活动]
1．下列有关生长素的叙述，错误的是(　　)
A．在幼芽中，色氨酸可经过一系列反应转变为生长素
B．在成熟组织中，生长素可以通过输导组织进行非极性运输
C．在幼根中，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
D．生长素仅分布在生长旺盛的部位，如发育的果实和根顶端的分生组织
D　解析：色氨酸可在芽、幼嫩的叶和发育中的种子中经过一系列反应转变为生长素，A正确；在成熟组织中，生长素可以通过输导组织进行非极性运输，B正确；在幼根中，生长素只能从形态学的上端运往形态学的下端，C正确；生长素经合成、运输后主要分布在生长旺盛的部位，如胚芽鞘、芽、根尖分生组织、形成层、发育中的种子和果实，其他部位也有分布，只是相对较少，D错误。
2．用同位素14C标记的吲哚乙酸来处理一段枝条一端，然后探测另一端是否有放射性14C标记的吲哚乙酸的存在，枝条及位置如图所示。下列有关处理方法及结果的叙述正确的是(　　)
A．处理图甲中A端，不可能在图甲中的B端探测到14C的存在
B．处理图乙中A端，能在图乙中的B端探测到14C的存在
C．处理图乙中B端，能在图乙中的A端探测到14C的存在
D．处理图甲中B端，能在图甲中的A端探测到14C的存在
C　解析：图甲的A端是形态学上端，处理图甲中A端，可以在图甲中的B端探测到14C的存在，A错误；图乙的A端是形态学下端，处理图乙中A端，不能在图乙中的B端探测到14C的存在，B错误；图乙的B端是形态学上端，处理图乙中B端，能在图乙中的A端探测到14C的存在，C正确；图甲的B端是形态学下端，处理图甲中B端，不能在图甲中的A端探测到14C的存在，D错误。
3．(2024·山东卷)拟南芥的向光性是由生长素分布不均引起的，以其幼苗为实验材料进行向光性实验，处理方式及处理后4组幼苗的生长、向光弯曲情况如图表所示。由该实验结果不能得出的是(　　)
分组 处理 生长情况 弯曲情况
甲 不切断 正常 弯曲
乙 在①处切断 慢 弯曲
丙 在②处切断 不生长 不弯曲
丁 在③处切断 不生长 不弯曲
A．结构Ⅰ中有产生生长素的部位
B．①②之间有感受单侧光刺激的部位
C．甲组的①②之间有生长素分布不均的部位
D．②③之间无感受单侧光刺激的部位
D　解析：据表格和题图可知，不切断任何部位，该幼苗正常弯曲生长，但在①处切断，即去除结构Ⅰ，生长变慢，推测结构Ⅰ中有产生生长素的部位，A不符合题意；据表格可知，在①处切断，该幼苗缓慢生长且弯曲，而在②处切断后，该幼苗不能生长，推测①②之间含有生长素，且具有感光部位；推测可能是受到单侧光照射后，①②之间生长素分布不均，最终导致生长不均匀，出现弯曲生长，B、C不符合题意；在②处切断和在③处切断，两组实验结果相同，幼苗都不生长、不弯曲，说明此时不能产生生长素，但无法确定②③之间有无感受单侧光刺激的部位，D符合题意。
(1)极性运输
①运输方向的判断
②实验验证
a、b两组相互对比，共同证明生长素只能由形态学上端向形态学下端运输。
(2)辨析极性运输和横向运输
①极性运输只能由形态学上端向形态学下端运输，是一种逆浓度梯度的主动运输过程，需要消耗ATP，与细胞呼吸强度有关。
②横向运输发生在根尖、茎尖等生长素产生的部位。这些部位在受到单一方向的外界刺激(如单侧光、重力和离心力等)时会发生横向运输。
生长素的生理作用
[探究活动]
下图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。据图回答以下问题：
探究1.不同浓度的生长素对同一植物器官的促进作用效果一定不同吗？
提示：不一定。图中最适浓度两侧存在不同浓度生长素对同一植物同一器官的促进作用效果相同的现象。
探究2.当生长素浓度为10－6 mol·L－1时，生长素对根、芽、茎的生理效应分别是什么？这说明了什么问题？
提示：在生长素浓度为10－6 mol·L－1时，生长素对根是抑制作用，对芽是既不促进也不抑制，对茎是促进作用。这说明同一浓度的生长素对不同器官的作用效果不同。
[评价活动]
1．下图表示某种植物的茎生长至同等长度所需要时间与生长素浓度的关系，以下说法正确的是(　　)
A．生长素具有低浓度促进茎生长，高浓度抑制茎生长的特性
B．a、b 点生长素浓度促进茎的生长，c、d 点生长素浓度抑制茎的生长
C．d 点对应的浓度为促进茎生长的最适浓度
D．两种不同浓度的生长素溶液不可能发挥相同的作用效果
A　解析：生长单位长度所需的时间越长，说明促进作用越弱，因此题图中曲线超过虚线对应的就是抑制作用，图中横坐标是生长素浓度，由题图解题思路可知，生长素具有低浓度促进茎的生长，高浓度抑制茎生长的特性，A正确；解题思路题图可知，a、b、c三点在虚线以下，说明a、b、c三点对应的生长素浓度可促进茎的生长，d点生长素浓度会抑制茎的生长，B错误；解题思路题图可知，b点对应的生长素促进茎生长至同等长度所需时间最短，说明b 点对应的浓度为促进茎生长的最适浓度，C错误；两种不同浓度的生长素溶液也可能发挥相同的作用效果，如图中的a、c两点，D错误。
2．图1表示某植物各部分名称，图2表示植物某种器官或结构的生长素(IAA)浓度随时间变化曲线，其中虚线表示对植物生长既不促进也不抑制的IAA浓度。下列叙述正确的是(　　)
A．图1植物体中的生长素都是由①②③④所示结构合成的
B．若曲线表示去掉①后②的IAA浓度变化，则a点时IAA既来自顶芽也来自侧芽
C．去掉①会对②的生长产生影响，但去掉④不会对③的生长产生影响
D．将图1所示植物水平放置，图2曲线可表示茎的远地侧生长素浓度的变化
B　解析：图1植物体中生长素主要是由①④所示结构合成，②③及其他结构也能合成，A错误；若曲线表示去掉①后②的IAA浓度变化，此时侧芽部位的生长素浓度逐渐变小，则a点时IAA既来自顶芽也来自侧芽，所以侧芽生长受抑制，B正确；去掉①会对②的生长产生影响，去掉④同样会对③的生长产生影响，可以促进侧根的生长，C错误；由于重力的影响，水平放置的植物的远地侧生长素浓度逐渐降低，但最初浓度不会抑制生长，因而图2曲线不能表示茎的远地侧生长素浓度的变化，D错误。
(1)不同浓度生长素对植物生长影响的曲线解题思路
a～c段——随生长素浓度升高，对生长的促进作用逐渐增强。
c点——促进生长的最适浓度，促进效果最好。
c～e段(不含e点)——随生长素浓度升高，对生长的促进作用逐渐减弱。
e点——促进生长的浓度“阈值”：低于此值时均为促进生长的“低浓度”；超过此值时，将由“促进”转向“抑制”，从而进入抑制生长的“高浓度”。
b、d两点——生长素浓度虽然不同，但促进效果相同。
e～f段——随生长素浓度升高，对生长的抑制作用逐渐增强。
(2)植物的不同器官对生长素的敏感程度不同
根、芽、茎敏感程度为根>芽>茎。
①A′、B′、C′三点之上的曲线体现了在不同浓度时生长素不同的促进效果，而A′、B′、C′三点表示此浓度的生长素对根、芽、茎的生长既不促进，也不抑制。
②A、B、C三点代表了生长素对根、芽、茎三者促进生长的最佳浓度分别为10－10 mol·L－1、10－8 mol·L－1、10－4 mol·L－1左右。

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