5.1  植物生长素

教案

一、教学目标

1.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。

2.概述植物生长素的合成、运输、分布和生理作用，尝试解释植物生长素作用特点中蕴含的适度与平衡观。

二、教学重难点

1.教学重点

植物生长素的发现、植物生长素的生理作用。

2.教学难点

植物生长素的合成、运输、分布和生理作用。

三、教学过程

【本节聚焦】

1、植物向光性的原因是什么？

2、生长素具有什么作用？

3、生长素的发现过程给你什么启示？

4、什么是植物激素？

【导入】问题探讨：图（图见课本）中是一株放在窗台上久不移动的盆栽植物。讨论：

1.图中植株的生长方向有什么特点？

答：弯向窗外生长。

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？

答：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。

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？

答：幼嫩部分。

向光性：在单侧光的照射下，植物朝向光源方向生长的现象。

【过渡】植物的向光性是如何产生的呢？

【一、生长素的发现过程】

1.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。

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。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。

背光面和向光面生长快慢的比较：背光面比向光面生长快，因而出现向光性。

思考：遮盖胚芽鞘尖端和它下面一段的目的是什么？胚芽鞘弯曲生长的是哪一部分？感受单侧光刺激的又是哪一部分？你怎样解释这一结果？

答：分别遮盖胚芽鞘尖端和它下面一段，是采用排除法，观察某一部分不受单侧光刺激时的反应，从而确定是哪一部分在起作用。胚芽鞘弯曲生长的是顶端下面的伸长区一段，感受光刺激的是顶端。这说明，是胚芽鞘顶端接受单侧光照射后，产生某种影响传递到下面，引起下面一段弯曲生长。

达尔文根据实验提出：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。

【过渡】这种“影响”是什么？是类似电、磁等的刺激？还是某种化学物质？

2.1913年鲍森·詹森（P.Boysen-Jensen）实验（实验过程详见课本）

结论：胚芽鞘尖端产生的“影响” 可以透过琼脂片传递给下部。

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。

云母片：常用作电器绝缘材料，物质不能透过云母片扩散。

3.1918年拜尔（A.Paal）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。

思考：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？

答：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。

鲍森·詹森和拜尔的实验初步表明了：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。

4.1926年荷兰科学家温特实验（实验过程详见课本）

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。

【过渡】生长素究竟是什么物质呢？

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。

模拟题提示：生长素是一类物质，包括IAA等；部分模拟题只把IAA视作生长素。

5.胚芽鞘向光弯曲生长的经典解释：

单侧光照射后，胚芽鞘背光一侧的生长素含量多于向光一侧，因而引起两侧的生长不均匀，从而造成向光弯曲。

说明：也有研究表明向光弯曲是单侧光照射引起某些生长抑制物质分布不均匀所致。

【总结】生长素的发现过程（详见课件）

【二、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。

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？

答：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。

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？（略）

【三、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

2.生长素的运输

①极性运输

在胚芽鞘、芽、幼叶和幼根中，生长素只能从_____________运输到_____________，而不能倒过来运输，也就是只能单方向运输，称为_______运输。这种运输方式是一种______运输。

②非极性运输

在_______组织中，生长素可以通过___________进行非极性运输。

生长素的非极性运输和其他有机物的运输没有区别。

3.生长素的分布

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：_________、_____和______的分生组织、形成层、发育中的种子和果实等处。

思维训练：评价实验设计和结论

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。讨论：1.这个实验的设计是否严密？为什么？

答：不严密，没有考虑将胚芽鞘倒过来放置时的情况。

2.从实验结果到结论之间的逻辑推理是否严谨？为什么？

答：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。

3.如果要验证上述结论，应该如何改进实验方案？

答：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。

【四、生长素的生理作用】

1.生长素的作用方式

生长素不起催化作用，不为细胞提供能量，而是给细胞传递信息，起调节作用。

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。

2.生长素的促进作用

①细胞水平：促进细胞伸长；诱导细胞分化

②器官水平：影响器官的生长和发育；促进侧根和不定根的发生；影响花、叶和果实发育。

【过渡】生长素的作用似乎就是“促进”。真的是这样吗？

3.生长素的作用特点

（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。

（2）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。

4.不同浓度生长素作用（对根）曲线分析

5.顶端优势

①概念：植物顶芽优先生长，侧芽生长受抑制的现象。

②原因：顶芽产生的生长素逐渐向下运输，导致枝条上部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。

③应用：不要长高、需要侧枝较多的植物：去掉顶芽，解除顶端优势。

需要长高的植物(如木材)：保留顶端优势

【随堂练习】

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。（       ）

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（       ）

1. a不弯曲、b不弯曲、c向右弯曲   
2. a向右弯曲、b不弯曲、c向右弯曲
3. a向右弯曲、b不弯曲、c向左弯曲
4. a向左弯曲、b不弯曲、c向左弯曲

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于侧芽，能反映侧芽生长状况的曲线是（   ）

4.在居室内养花，花盆往往要放在窗口附近有阳光处，有的书上建议每星期将花盆旋转1/4 圈。这个建议有什么科学道理？

答：可以使植株接受比较均匀的阳光照射，以避免因植物的向光性生长而引起植株弯曲。

5.我国宋代著作《种艺必用》中，记载了一种促进空中压条生根的方法：“凡嫁接矮果及花，用好黄泥晒干，筛过，以小便浸之。又晒干, 筛过，再浸之。又晒又浸，凡十余次。以泥封树枝……则根生。”请你运用已学过的知识，分析其中的科学道理。

答：因为人尿中含有微量的生长素，将黄泥反复浸到尿液中再晒干，黄泥就会吸附一定的生长素。用这样的黄泥封裹枝条，就能利用其中的生长素促进枝条生根。