生物选择性必修1第1节 植物生长素学案

第1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．鲍森·詹森实验

实验1　　　　　　实验2

(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。

(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)鲍森·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：把未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：胚芽鞘既不生长也不弯曲。

(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。1946年，科学家从高等植物中分离出生长素。

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．作用方式：给细胞传达信息，起着调节细胞生命活动的作用。

2．作用

(1)在细胞水平上：促进细胞伸长生长，诱导细胞分化等。

(2)在器官水平上：影响器官的生长、发育。

3．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。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．相关实验总结

2.胚芽鞘实验的相关结论

(1)产生生长素的部位在尖端，而发生生长及弯曲的部位在尖端以下的伸长区。

(2)感受光照的部位在尖端，而且生长素的横向运输只发生在尖端。

(3)生长素产生的多少与尖端是否感受光照无关。

应用实践：1.达尔文以金丝雀草的胚芽鞘为材料，做了如下实验。仔细观察图示并思考以下相关问题：

(1)本实验中的对照组、实验组分别是哪几组？

提示：①、②③④。

(2)③④对照中，实验的自变量和因变量分别是什么？

提示：遮光部位。胚芽鞘的生长情况。

2．从对照实验设计的单一变量原则角度分析，鲍森·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。

3．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。

1．(多选)在生长素的发现史上，1910年鲍森·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　[鲍森·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．对胚芽鞘进行如图所示的①～④实验，其中旋转均为匀速旋转，一段时间后停止旋转时，实验①②装置仍停止在如图位置。则四个胚芽鞘的生长方向依次是(　　)

A．←↑→↑　　　 B．←↑↑→

C．→↑→↑   D．→↑←↑

D　[①中胚芽鞘随盘匀速旋转，则胚芽鞘尖端四周都能接受到光刺激，但是旋转产生的离心力会导致生长素在外侧分布多，因此停留在如图位置时，向右弯曲生长；②暗箱不动，有单侧光从左边射入，但是胚芽鞘旋转使胚芽鞘的尖端各部位都能均匀接受单侧光，因此直立生长；③由于生长素的运输受重力影响，因此B中的生长素比A多，故右侧生长比左侧快，向左弯曲生长；④旋转后A、B中生长素一样多，因此左右生长一样快，直立生长。]

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。

　生长素的运输

1．运输方式：主动运输。

2．运输方向

(1)

(2)极性运输：从形态学的上端运输到形态学的下端。

(3)非极性运输：成熟组织中可以通过输导组织进行。

3．特别关注三个问题

(1)尖端均匀光照或黑暗时不发生生长素的横向运输。

(2)失重状态下由于没有重力的作用，水平放置的植物的根、芽中生长素分布是均匀的，植物会水平生长。

(3)琼脂等不能感光，不会影响生长素的运输和传递，而云母片、玻璃等则会阻断生长素的运输。

合作探究：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。

1．为了探究生长素的作用，将去尖端的玉米胚芽鞘切段随机分成两组，实验组胚芽鞘上端一侧放置含有适宜浓度IAA的琼脂块，对照组胚芽鞘上端同侧放置不含IAA的琼脂块，两组胚芽鞘下端的琼脂块均不含IAA。两组胚芽鞘在同样条件下，在黑暗中放置一段时间后，对照组胚芽鞘无弯曲生长，实验组胚芽鞘发生弯曲生长，如图所示。根据实验结果判断，下列叙述正确的是(　　)

A．胚芽鞘b侧的IAA含量与b′侧的相等

B．胚芽鞘b侧与胚芽鞘c侧的IAA含量不同

C．胚芽鞘b′侧细胞能运输IAA而c′侧细胞不能

D．琼脂块d′从a′中获得的IAA量小于a′的输出量

D　[结合文字信息和图示信息可知，题中左图为对照组，右图为实验组。对照组中a琼脂块不含IAA，所以胚芽鞘b侧不含IAA，b′侧含有从a′琼脂块运输来的IAA，故A项错误。胚芽鞘b侧与胚芽鞘c侧都不含IAA，故B项错误。胚芽鞘b′侧细胞和c′侧细胞都能运输IAA，故C项错误。a′琼脂块输出的IAA在向下运输过程中有所消耗，所以琼脂块d′从a′中获得的IAA量小于a′的输出量，故D项正确。]

2．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′组胚芽尖端能合成生长素，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′组胚芽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。

　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，表现为两重性。

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。

应用实践：1.分析下图中不同浓度生长素与植物不同器官所起作用的曲线，并探讨以下有关问题：

(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D点、E点对茎的促进作用效果相同。

(2)在生长素浓度为10－6 mol/L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：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不同。

2．结合下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两重性？植物的茎的背地生长是否体现了生长素作用的两重性呢？

提示：(1)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。

(2)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。

1．将一盆栽植物横放于地面，则其水平方向的茎近地侧生长素浓度变化的曲线为(图中虚线表示对茎生长既不促进也不抑制的生长素浓度)(　　)

A　　　　B　　　　C　　　　　D

D　[由于受重力的作用，水平放置的植物的茎近地侧生长素浓度逐渐升高，但仍处于促进茎生长所需的浓度范围以内，应处于虚线以下，虚线以上浓度为抑制茎生长的生长素浓度。]

2．(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。

[课堂小结]

1．(多选)1914年，匈牙利科学家拜尔将燕麦胚芽鞘尖端放在去除胚芽鞘尖端的胚芽鞘一侧，结果胚芽鞘向对侧弯曲生长。下列叙述错误的是(　　)

A．对照组是没有尖端的胚芽鞘，不生长

B．该实验在黑暗中进行，可排除受光不均匀对实验结果的影响

C．该实验证明尖端确实能产生某种物质，该物质是吲哚乙酸

D．该实验证明了生长素在植物体内进行极性运输

ACD　[对照组应为没有去除尖端的胚芽鞘，直立生长，A错误；该实验证明尖端确实能产生某种物质，但不能确定该物质的化学本质就是吲哚乙酸，C错误；该实验无法证明生长素在植物体内进行极性运输，D错误。]

2．将某植物的胚芽鞘在单侧光下照射一段时间后，取胚芽鞘尖端以下部位放大观察，如图所示，下列分析合理的是(　　)

A．图中放大部位为感光部位

B．单侧光来自b侧

C．a侧生长素较b侧多

D．生长素促进细胞的伸长生长

D　[胚芽鞘感光部位是尖端，A错误；b侧细胞较长，为背光侧，单侧光来自a侧，B错误；单侧光使生长素在背光侧分布较多，b侧生长素较a侧多，C错误；实验说明生长素促进细胞的伸长生长，D正确。]

3．如图表示用胚芽鞘中段和含生长素的琼脂块(黑色方框)做的两组实验，过一段时间后，原先不含生长素的琼脂块可以测到含有生长素的是(　　)

第一组　　　　　　　第二组

A．琼脂块A和B　　　 B．琼脂块B和C

C．琼脂块C和D D．琼脂块B和D

B　[生长素的运输方向是由形态学的上端运输到形态学的下端。第一组生长素的运输方向为从下到上，含有生长素的是B；第二组生长素的运输方向为从上到下，即C含有生长素。]

4．从某被子植物体上提取生长素最理想的材料是(　　)

A．幼嫩的芽 B．成熟叶片

C．果皮 D．成熟种子

A　[生长素的主要合成部位是幼嫩的芽、叶及发育中的种子，由此判定A项符合题意。]

5．据图回答问题：

(1)若某植物幼苗已表现出向光性，且测得其向光面的生长素浓度为m，则其背光面生长素浓度范围是________。

(2)若某水平放置的植物幼苗表现出根的向地性、茎的背地性，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应为________。

(3)除草剂灭草的原理是使杂草的生长素浓度处于________状态下。

(4)若某植物顶芽的生长素浓度为g，产生顶端优势现象的侧芽生长素浓度是图中曲线的________区间。

[解析]　(1)向光性中，都是促进作用，背光侧的生长素含量比向光侧高，背光侧长得快，即背光侧的促进作用大于向光侧的促进作用，所以其背光面生长素浓度范围是大于m小于M。(2)由于重力作用，茎的近地侧生长素比远地侧多，并且促进作用表现为近地侧大于远地侧，所以茎的远地侧生长素浓度范围应为小于m。(3)除草剂灭草的原理是高浓度抑制生长，所以生长素浓度处于大于i的状态下。(4)顶端优势中侧芽生长受抑制，所以生长素浓度应在C点以后。

[答案]　(1)大于m小于M　(2)小于m　(3)大于i　(4)C点以后