高中生物苏教版 (2019)选择性必修1 稳态与调节第一节 植物生长素导学案

第一节　植物生长素

一、生长素的发现过程

1．达尔文实验

(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)实验处理及现象：

(3)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。

2．詹森实验

实验1　　　实验2

实验3

(1)过程及现象：

实验1：切去胚芽鞘尖端＋单侧光―→不生长不弯曲。

实验2：胚芽鞘尖端和下面部分之间插入琼脂片＋单侧光―→弯向光源生长。

实验3：胚芽鞘尖端和下面部分之间插入云母片＋单侧光→生长很少。

(2)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)实验证明：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。

(2)詹森实验和拜尔实验初步证明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。

4．温特的实验

A　　　　　　B

(1)实验组——A

处理：把接触过胚芽鞘尖端的琼脂块放在切去尖端的胚芽鞘一侧。

现象：胚芽鞘会朝对侧弯曲生长。

(2)对照组——B

处理：对胚芽鞘进行单侧光处理后，把切下的胚芽鞘尖端先放在插入云母片上的琼脂块上，再将琼脂块放在切去尖端的胚芽鞘的切面上。

现象：胚芽鞘弯曲生长。

(3)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。温特把其命名为生长素。

5．1934年，科学家从玉米油等材料中也分离出这种生长素。1946年，科学家从高等植物中分离出这种物质，并确认其是吲哚乙酸(IAA)。

6．植物向光性的原因：生长素分布不均匀造成的。

7．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。

二、生长素的合成、运输与分布

1．合成部位：幼嫩的叶、芽和发育中的种子，由色氨酸转变而来。

2．运输

(1)方式：主动运输。

(2)方向

3．分布：相对集中分布在生长旺盛的部分。

三、生长素的生理作用

1．促进作用：细胞分裂、分化和伸长，叶片扩大，顶端优势、种子萌发，单性结实等。

2．抑制作用：侧枝生长，花脱落、叶片衰老等。

3．作用特点——两重性

(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。一般情况下，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。

(2)实例：顶端优势。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．达尔文通过实验推测胚芽鞘尖端在单侧光照下能产生某种影响传递到尖端下方，温特通过实验证明了这种影响是一种化学物质。                            (　　)

2．幼芽、幼叶和种子都能产生大量的生长素。 (　　)

3．植物茎尖的细胞可利用色氨酸合成生长素。 (　　)

4．同一植株的根和芽生长所需要的最适生长素浓度相同。

  (　　)

5．当植物顶芽比侧芽生长快时会产生顶端优势，其主要原因是侧芽附近的生长素浓度过高，其生长受抑制。              (　　)

6．生长素在根部的极性运输方向为由“根尖端”运往“根近茎端”。  (　　)

提示：1.√

2．×　生长素在生物体内含量较少，而不是大量。

3．√

4．×　同一植株的根和芽生长所需要的最适生长素浓度不同，根对生长素浓度要敏感些。

5．√　6.√

　生长素的发现过程

1．生长素相关实验的图解分析

2．植物向光性的原因分析

1．从对照实验设计的单一变量原则角度分析，詹森实验有什么不足之处？又该如何改进？

提示：不足之处为该实验不能排除使胚芽鞘弯曲的刺激不是由琼脂片产生。改进方案为：增设③组：将胚芽鞘尖端切掉，将琼脂片放在切口上，用单侧光照射，观察胚芽鞘生长状况。

2．拜尔实验为什么要在黑暗中进行？温特实验是否也需要在黑暗中进行？

提示：排除光照不均匀对实验结果的影响。不需要。

3．生长素通过促进细胞伸长而不是通过促进细胞分裂促进胚芽鞘生长，你能否通过胚芽鞘实验证明这一点？

提示：可以对向光弯曲生长的胚芽鞘沿光线方向做纵切片，用显微镜观察向光侧和背光侧的细胞数目和细胞长短。

1．(多选)在生长素的发现史上，1913年詹森进行了如图的实验，以检验达尔文的化学物质假说。下列叙述错误的是(　　)

A．本实验证明生长素由胚芽鞘尖端向下传递

B．插有琼脂片的幼苗发生向光弯曲证明胚芽鞘尖端是感光部位

C．显微镜观察表明，弯曲部位背面细胞分裂速率快、数量多

D．要使本实验更有说服力，还应设置去掉胚芽鞘尖端，仅放琼脂片或云母片的对照实验

ABC　[詹森通过实验证明胚芽鞘尖端产生的“影响”可透过琼脂片传递给下部，A错误；要证明胚芽鞘尖端是感光部位，需要设置对照实验：一组的胚芽鞘尖端用不透光的金属小套遮挡，让其感受不到光，另一组的胚芽鞘尖端以下部位用不透光的金属小套遮挡，让其感受不到光，B错误；生长素促进细胞伸长生长，不促进细胞分裂，故弯曲部位背面细胞较长，C错误；要使本实验更有说服力，还需要设置对照实验，即设置不放胚芽鞘尖端，仅放琼脂片或云母片的对照实验，排除琼脂片和云母片的影响，D正确。]

2．用燕麦胚芽鞘及幼苗⑦⑧进行如图所示的实验，一段时间后，会引起弯曲现象的是(　　)

A．②⑤⑦　B．①②③⑤⑧　C．①③④⑥⑦　D．②⑤⑧

D　[①中由于胚芽鞘匀速旋转，使a、b琼脂块中的生长素浓度相同，故①直立生长；②向右弯曲生长；③直立生长；④直立生长；⑤向右弯曲生长；⑥不生长也不弯曲；⑦只有暗室内的幼苗旋转，受光均匀，直立生长；⑧装置整体旋转，光通过小孔，胚芽鞘受单侧光照射，所以向小孔方向弯曲生长。]

　判断植物“长不长、弯不弯”的简单方法——“两看法”

注：(1)判断生长素的有无，一看有没有产生部位，二看有没有人为施加。

(2)尖端下部伸长区相当于生长素作用的“靶细胞”部位。

　生长素的产生、运输和分布

1．极性运输

(1)概念：生长素由植物体的形态学上端向形态学下端的运输。

(2)特点：只能由形态学上端→形态学下端，不能倒转。

(3)影响因素：植物的遗传特性决定，不受单侧光、重力等影响。

(4)实验验证

a

b

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．非极性运输

(1)概念：植物体内物质的运输不受形态学上下端的影响。

(2)实例：在成熟组织中，生长素可通过输导组织进行非极性运输。

1．用图中数字符号表示出生长素极性运输的方向。尝试总结其运输有何规律。

提示：(1)①→②　(2)④→③　(3)⑥→⑤

规律：由形态学上端向形态学下端运输。

2．分析判断下列图中生长素横向运输的方向，并思考影响横向运输的因素有哪些。

提示：(1)①→②　(2)③→④　⑤→⑥　(3)⑦→⑧

影响横向运输的因素有单侧光、重力、离心力等。

3．验证生长素的极性运输实验中，b组实验能否不改变胚芽鞘形态学上端和形态学下端的方向，而将含生长素的琼脂块和不含生长素的琼脂块颠倒位置？

提示：不能。将含生长素的琼脂块和不含生长素的琼脂块颠倒位置，和a组实验比较，多了一个重力的变量。

3．取生长状态一致的燕麦胚芽鞘，分为a、b、c、d四组，将a、b两组胚芽鞘尖端下方的一段切除，再从c、d两组胚芽鞘相同位置分别切取等长的一段，并按图中所示分别接入a、b两组被切除的位置，得到a′、b′两组胚芽鞘，然后用单侧光照射，发现a′组胚芽鞘向光弯曲生长，b′组胚芽鞘无弯曲生长，原因是(　　)

A．c组尖端能产生生长素，d组尖端不能

B．a′组尖端能合成生长素，b′组尖端不能

C．c组尖端的生长素能向胚芽鞘基部运输，d组尖端的生长素不能

D．a′组尖端的生长素能向胚芽鞘基部运输，b′组尖端的生长素不能

D　[胚芽鞘的尖端都能合成生长素，所以A、B两项错误。生长素的运输是只能从形态学上端运输到形态学下端的极性运输，C项错误。据题干可知，a′组中接入的茎段的形态学上端连接胚芽鞘尖端，形态学下端连接茎，所以生长素可以向基部运输，因此胚芽鞘向光弯曲生长；b′组中接入的茎段的形态学下端连接胚芽鞘尖端，形态学上端连接茎，故生长素不能向基部运输，因此胚芽鞘无弯曲生长，D项正确。]

(1)单侧光(重力)影响生长素的分布，但不影响生长素的产生。

(2)引起生长素分布不均匀的因素很多，如含生长素的琼脂块放在切去尖端的胚芽鞘上的位置等。

(3)生长素在琼脂块中的运输不是主动运输，而是扩散作用。

4．科学家做过如下的实验：a.把不含生长素的两个琼脂小块放在燕麦胚芽鞘下端；b.把含生长素的琼脂小块放在一段去掉尖端的燕麦胚芽鞘形态学上端，把另两个不含生长素的琼脂小块作为接受块放在形态学下端；c.把一段燕麦胚芽鞘倒转过来，把形态学上端朝下，做同样的实验。三个实验都用单侧光照射。经过一段时间后，接受块①②③④⑤⑥的成分变化的叙述正确的是(　　)

A．①含生长素比②多，③含生长素比④多

B．①含生长素比②少，⑤含生长素比⑥多

C．在③④⑤⑥小块中，⑤含生长素最多

D．③④中生长素含量之和比⑤⑥中多

D　[胚芽鞘尖端是感受光刺激的部位，单侧光使背光侧生长素多于向光侧，①含生长素比②多。琼脂块不能感受光刺激，且生长素只能由形态学上端运到形态学下端，不能倒过来运输，因此，③④中生长素含量相同，⑤⑥中不含生长素。]

　生长素的生理作用

1．生长素的作用方式

不催化细胞代谢，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。

2．作用特点的影响因素

(1)浓度：一般情况下，生长素在低浓度时促进生长，浓度过高时抑制生长，甚至会杀死植物。

(2)器官：不同器官对生长素的反应敏感程度不同。根、芽、茎敏感程度为根>芽>茎。

(3)成熟程度：一般来说，幼嫩细胞敏感，衰老细胞迟钝。

3．(1)图1表示不同浓度生长素的生理作用不同，表现为低浓度促进生长，高浓度抑制生长。

①图1四个关键点含义：A点为较低浓度促进生长；B点促进作用最强；C点既不促进，也不抑制；D点为较高浓度抑制生长。

②图1曲线段含义：

a．AB段表示在一定的浓度范围内，随生长素浓度的升高，促进作用增强；   

b．BC段(不包括C点)表示在一定的浓度范围内，随生长素浓度的升高，促进作用减弱；

c．CD段(不包括C点)表示超过一定的浓度范围，随生长素浓度的升高，抑制作用增强。

(2)图2表示不同器官对生长素的敏感程度不同，根>芽>茎。

(3)图3表示不同植物对生长素的敏感程度不同，双子叶植物比单子叶植物敏感性强。

4．顶端优势

(1)概念：顶芽优先生长，侧芽受抑制的现象。

(2)原因

①生长素的运输方向是A→B(用图中字母表示)，A处生长素浓度低―→促进生长。

②B处生长素浓度高―→抑制生长。

结合右图解释植物的根为何具有向地性。此特点是否体现了生长素作用的特点？植物的茎的背地生长是否体现了生长素作用的特点？

提示：根对生长素较为敏感，D处浓度过高对根的生长起抑制作用，而C处的浓度较低促进根的生长，充分体现了生长素生理作用的两重性。茎对生长素相对不敏感，B处生长素浓度大于A处生长素浓度，所以B侧促进作用大于A侧，没有体现生长素生理作用的两重性。

5．生长素是人们发现和研究较早的植物激素，其主要作用是促进细胞生长。如图是某植物地上部分，下列有关生长素调节的叙述，正确的是(　　)

A．该植物体地上部分生长素不都是由①②③④所示结构合成

B．①生长迅速而②生长受抑制是由于②对生长素的敏感性高于①

C．②生长受抑制而④生长较快，是由于①合成的生长素无法运输到④部位

D．由于④结构能够生长，因此该植物的生长没有体现植物的顶端优势现象

A　[幼叶等部位也可合成生长素，A项正确；顶芽合成的生长素向下运输积累在侧芽处，导致侧芽处生长素浓度过高而抑制了侧芽生长，B项错误；②生长受抑制而④生长较快，是由于④处距离顶芽较远，①合成的生长素运到④处的较少，C项错误；该植物顶芽①优先生长，而侧芽的生长均受到不同程度的抑制，说明该植物的生长体现了植物的顶端优势现象，D项错误。]

6．(多选)经实验检测出某一植株的不同器官对不同生长素浓度的反应如图所示，横坐标表示生长素的浓度。根据实验结果，可以获得的正确结论是(　　)

A．当生长素浓度为10－9mol·L－1时，抑制根的生长

B．若解除顶端优势，应确保侧芽的生长素浓度低于10－6mol·L－1

C．低浓度生长素促进根、芽的生长，高浓度生长素则促进茎的生长

D．根向地生长的原因是其远地侧生长素浓度低于10－8mol·L－1

BD　[由题图可知，当生长素浓度为10－9mol·L－1时促进根的生长，故A错误；当生长素浓度大于10－6mol·L－1时抑制芽的生长，当生长素浓度小于10－6mol·L－1时促进芽的生长，故B正确；图中根、芽、茎的三条曲线均能体现生长素作用的两重性，即低浓度促进生长，高浓度抑制生长，故C错误；根对生长素较敏感，由于重力原因，远地侧生长素浓度低于近地侧，远地侧生长较快，远地侧生长素浓度应低于10－8mol·L－1，故D正确。]

　生长素的作用及作用特点

(1)生长素促进生长的原理为促进细胞的纵向伸长，从而使体积变大，而不是促进细胞数目的增多。如下图中背光侧之所以长得快，就是因为其背光侧细胞比向光侧“更伸长”。  

(2)若生长慢的部位的生长素浓度高于生长快的部位的生长素浓度，则可体现作用特点，如根的向地性、顶端优势等。

(3)与“0”浓度(蒸馏水处理组)比较，生长慢于“0”浓度者表现为抑制作用，从而体现出作用特点，否则不能体现作用特点。就如图的坐标曲线模型而言，若作用曲线为负值(横轴以下，图中C点以下)，则可体现作用特点。

通过对甲坐标图的分析，利用演绎推理等科学思维分析三种器官对生长素的敏感度的高低，通过对乙图的分析对不同生长素浓度促进效果可能相同的理解，找出相应的生长素浓度范围，形成模型与建模的思维方式；通过对“高浓度”“低浓度”界限的分析形成批判性思维方式。

1．根据甲图中的曲线分析三种器官对生长素的敏感度的高低。(科学思维)

提示：根>芽>茎。

2．生长素的两重性可简单地理解成“低浓度促进、高浓度抑制”，这里的“高浓度”和“低浓度”的界限指的是甲图中哪几个点对应的生长素浓度？(科学思维)

提示：对根、芽和茎而言，“高浓度”和“低浓度”的界限分别是A′、B′和C′对应的生长素浓度。

3．甲图中A→A′的含义是不是随着生长素浓度的增大，对根的抑制作用逐渐增强？(科学思维)

提示：不是，A→A′的含义是随着生长素浓度的增大，对根的促进作用逐渐减弱。

4．根据乙图回答下列问题：

(1)若曲线表示植物的幼苗，其出现向光性时，且测得其向光侧生长素浓度为m，则其背光侧生长素浓度范围是多少？(科学思维)

提示：大于m小于M。

(2)若曲线表示植物的茎，在植物水平放置，表现出茎的背地性时，且测得其茎的近地侧生长素浓度为M，则茎的远地侧生长素浓度范围是多少？(科学思维)

提示：大于0小于m。

(3)若曲线表示植物的根，在植物水平放置，表现出根的向地性时，且测得其根的远地侧生长素浓度为m，则近地侧浓度范围是多少？(科学思维)

提示：大于i。

[课堂小结]

1．(2021·山东济南历城二中高二期中)科学家拜尔将胚芽鞘尖端放在去除尖端的胚芽鞘的一侧，结果胚芽鞘向对侧弯曲生长，证明了胚芽鞘的弯曲生长是尖端产生的影响在其下部分布不均匀造成的。拜尔这个实验的对照组可以设计为   (　　)

A．去除胚芽鞘的尖端，单侧光照射

B．去除胚芽鞘的尖端，遮光处理

C．将胚芽鞘尖端放在去除尖端的胚芽鞘的正中，单侧光照射

D．将胚芽鞘尖端放在去除尖端的胚芽鞘的正中，遮光处理

D　[拜尔的实验是在黑暗条件下进行的，故对照组也应该进行遮光处理，自变量应该是尖端放置的位置，因变量是胚芽鞘的生长情况，故对照组应该设计为将胚芽鞘尖端放在去除尖端的胚芽鞘的正中，遮光处理，D符合题意。]

2．如图是某兴趣小组研究植物向光性的一组实验，通过该实验可以得出的结论是   (　　)

A．幼苗感受光刺激的部位在尖端

B．幼苗合成生长素的部位在尖端

C．只有在光照下幼苗才能合成生长素

D．生长素对幼苗生长具有两重性

A　[由题图可知，图中锡箔的位置分别在尖端和尖端下面的一段，锡箔在尖端的幼苗直立生长，锡箔在尖端下方的幼苗弯曲生长，因此幼苗感受光刺激的部位在尖端，A符合题意；该实验不能看出幼苗合成生长素的部位，B不符合题意；本题未涉及无光情况下生长素的合成情况，故不能说明只有在光照下幼苗才能合成生长素，C不符合题意；该实验只体现了生长素的促进作用，未体现其两重性，D不符合题意。]

3．下列关于植物生长素的叙述，错误的是   (　　)

A．植物幼嫩叶片中的色氨酸可转变为生长素

B．成熟组织中，生长素通过输导组织进行非极性运输

C．幼嫩细胞和成熟细胞对生长素的敏感程度相同

D．成熟茎韧皮部中的生长素可以进行非极性运输

C　[生长素是由色氨酸经过一系列反应转变成的，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；幼嫩的细胞对生长素更敏感，C错误；成熟茎韧皮部的筛管中的生长素可以进行非极性运输，D正确。]

4．(2021·福建高一期末)如图是生长素浓度与所起作用的关系图，下列相关说法错误的是    (　　)

A．不同的生长素浓度促进作用可以相同

B．ab段随着生长素浓度的增大，促进作用增强

C．bc段随着生长素浓度的增大，抑制作用增强

D．该曲线能够表明生长素的生理作用具有两重性

C　[由题图可知，不同的生长素浓度促进作用可以相同，A正确；ab段表明随着生长素浓度的增大，促进作用增强，B正确；bc段仍位于横轴以上，仍表现为促进作用，只是随着生长素浓度的增大，促进作用减弱，C错误；题图曲线能够表明生长素在低浓度时促进生长，高浓度时抑制生长，即其作用具有两重性，D正确。]

5．(2021·江西南昌二中高二上月考)甲图表示燕麦幼苗生长素浓度与所起作用的关系，乙图表示将一株燕麦幼苗水平放置，培养一段时间后的生长情况。

甲　　　　　　　　乙

(1)1934年，科学家从人尿中分离出具有生长素效应的化学物质________，它是由________经过一系列反应转变而来的。

(2)乙图中b侧生长素对根生长的效应是________，a侧生长素浓度范围应为________mol·L－1。

(3)在认识到生长素的生理作用后，农民会适时摘除棉花的顶芽，解除顶端优势，是因为去掉顶芽后，____________，于是抑制作用被解除，侧芽萌动、加快生长。

(4)植物的生长发育过程，在根本上是_______________的结果。

[解析]　(1)1934年，科学家从人尿中分离出具有生长素效应的化学物质——吲哚乙酸(IAA)，它是由色氨酸经过一系列反应转变而来的。(2)根的向地性生长体现了生长素具有两重性的作用特点，b侧为低浓度，促进生长，a侧为高浓度，抑制生长，a侧生长素浓度范围应大于10－8mol·L－1。(3)顶端优势是指顶芽(生长素浓度低)优先生长，侧芽(生长素浓度高)生长受抑制的现象，故在认识到生长素的生理作用后，农民会适时摘除棉花的顶芽，解除顶端优势，是因为去掉顶芽后，侧芽处的生长素来源受阻，浓度降低，于是抑制作用被解除，侧芽萌动、加快生长。(4)植物的生长发育过程，在根本上是基因组在一定时间和空间上程序性表达的结果。

[答案]　(1)吲哚乙酸(IAA)　色氨酸　(2)促进　大于10－8　(3)侧芽处的生长素来源受阻，浓度降低　(4)基因组在一定时间和空间上程序性表达