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高中浙科版 (2019)第一节 生长素的发现开启了人类对植物激素调节的探索学案
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这是一份高中浙科版 (2019)第一节 生长素的发现开启了人类对植物激素调节的探索学案，共21页。学案主要包含了向光性的研究导致生长素的发现，生长素促进植物生长，探究2,4-D对插枝生根的作用等内容，欢迎下载使用。
解释科学家发现生长素的相关实验,举例说明生长素作用的两重性。
1.通过科学家发现生长素的相关实验,培养科学思维和科学探究能力。
2.通过生长素的作用及其作用的两重性形成稳态与平衡观。
3.体验科学研究的基本方法和过程,尝试设计实验,培养科学探究能力。
一、向光性的研究导致生长素的发现
1.达尔文父子的实验
(1)发现问题:植物的向光性,即在单侧光的照射下,植物朝向光源方向弯曲生长。
(2)实验操作。
①取材:金丝雀草的幼苗。
②条件:单侧光照射。
③操作及现象。
(3)实验结论:苗尖端是感光部位,发生弯曲的部位主要在苗尖端下部。由此推测,当幼苗暴露在单侧光下,苗尖端产生一种“影响”并向下传递,引起下部发生弯曲。
2.波森·詹森的实验
(1)实验处理及结果。
(2)实验结论:从苗尖端向下传递的信号是一种可移动的化学物质。
3.拜尔的实验
4.温特的实验
(1)实验处理及结果。
(2)温特实验充分说明,幼苗尖端确实产生了一种化学物质,向下运输,促进幼苗生长。他将这种物质命名为生长素。
5.生长素的本质
1934年,荷兰科学家郭葛从玉米油、根霉、麦芽等材料中分离纯化了生长素,发现其化学本质是一种称为吲哚乙酸(IAA)的小分子有机物。
1.达尔文父子的实验中,遮盖幼苗尖端和幼苗基部的目的分别是什么?
提示:分别遮盖幼苗尖端和幼苗基部,观察某一部分不受单侧光刺激时幼苗的反应,从而确定幼苗哪一部分是感光部位。
2.拜尔的实验为什么在黑暗中进行?
提示:排除单侧光照对幼苗生长的影响。
3.温特为什么要设置对照组?是如何形成对照的?得到的结论是什么?
提示:排除琼脂块本身的化学物质对实验结果的干扰。将是否接触过幼苗尖端的琼脂块作为自变量,分别将其放在切去尖端的燕麦幼苗一侧,观察幼苗是否会向对侧弯曲生长。温特实验证明了幼苗尖端确实能产生某种化学物质,会向下运输,促进幼苗生长。
二、生长素促进植物生长
1.生长素的作用
(1)在细胞水平上起着促进细胞伸长的作用,影响细胞的分裂和分化。
(2)在器官水平上不仅促进茎伸长,促进地上部分向上生长,还能促进不定根和侧根形成,促进叶片生长和维管束分化,促进果实生长,促进种子发芽,防止落叶落花落果等。
2.主要合成部位
顶芽、幼叶和胚。在植物体内,生长素主要是由色氨酸经过一系列反应转变而来的。
3.运输方向
(1)极性运输:从形态学上端运输到形态学下端,与重力无关。极性运输是一种主动转运。
(2)非极性运输:通过韧皮部和木质部运输。韧皮部运输属于自由扩散,木质部运输的动力来自蒸腾作用。
4.分布
大多集中在生长旺盛的部位,如胚芽鞘、芽和根尖端的分生组织、形成层、受精后的子房、幼嫩的种子等。
1.生长素的合成部位与作用部位相同吗?
提示:不完全相同,生长素的合成部位主要是顶芽、幼叶和胚。而作用部位是几乎所有的组织或器官,相对集中在生长旺盛的部位。
2.生长素的极性运输需要消耗ATP吗?判断的依据是什么?
提示:需要。生长素的极性运输属于主动转运,主动转运需要消耗ATP。
三、探究2,4-D对插枝生根的作用
1.实验原理
(1)生长素可以促进插枝生根,不同浓度的生长素促进生根的效果不同。
(2)2,4-D全称为2,4-二氯苯氧乙酸,是一种人工合成的生长素类似物。
2.目的要求
(1)探究不同浓度的2,4-D对插枝生根的作用。
(2)尝试自己设计实验,收集并处理实验数据,得出结论。
3.插枝的处理方法
(1)水培法:在培养液中滴加2,4-D溶液配制成预设的浓度。
(2)土培法:在扦插前把枝条基部放进不同浓度的2,4-D溶液中浸蘸数秒钟(约5 s)。
4.实验过程
5.对实验数据进行处理
可用统计学方法进行组间差异的显著性检验,绘制生根数量随2,4-D浓度变化而变化的趋势图。
1.本实验中自变量如何控制?因变量如何检测?无关变量有哪些,如何设置?
提示:自变量是设置的2,4-D溶液的浓度梯度;因变量检测指标是插枝生根的条数或长度;无关变量是温度、处理时间、植物材料、插枝的生理状况等,设置为相同且适宜。
2.正式实验前做预实验有什么好处?
提示:预实验可以为进一步的实验摸索条件,也可以检测实验设计的科学性和可行性,以免由于设计不周、盲目开展实验而造成人力、物力和财力的浪费。预实验也必须像正式实验一样认真进行。
3.实验过程中需要设置空白对照吗?
提示:预实验需要,正式实验不需要。
四、生长素调节植物生长时表现出两重性
1.生长素生理作用的特点
生长素在调节植物生长时,其作用表现出两重性,即在一定浓度范围内,低浓度起促进生长作用,高浓度起抑制生长作用,具体如下:
(1)当生长素浓度小于C时均为“低浓度”,高于C时才会抑制植物生长,称为“高浓度”。
(2)曲线中OH段表明:随生长素浓度升高,促进生长作用增强。
(3)曲线中HC段表明:随生长素浓度升高,促进生长作用减弱。
(4)H点表示促进生长的最适生长素浓度。
(5)C点表示促进生长的生长素“阈值”,超过此值,便为抑制生长的“高浓度”。
2.影响生长素作用的因素
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。一般来说,幼嫩细胞对生长素反应非常敏感,老细胞则比较迟钝。在不同的植物器官中,根最敏感,茎最不敏感,芽居中。
3.两重性具体体现是顶端优势
(1)现象:顶芽优先生长,侧芽生长受到抑制。
(2)原因: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,B处生长素浓度高→抑制生长。
(3)解除措施:摘除顶芽。
(4)应用:棉花打顶、修剪景观树木。
1.生长素作用表现出两重性的含义是什么?
提示:生长素在调节植物生长时,其作用表现出两重性,即在低浓度时促进生长,浓度太高则会抑制生长,甚至导致植物死亡。
2.在树木中,桧柏、杉树顶芽生长得很快,侧枝从上到下生长速度不同,使整个植株呈宝塔形,导致这种现象的原因是什么?
提示:顶芽产生的生长素运输到侧芽部位,使距顶芽较近的侧芽生长受到抑制,且距离顶芽越近,生长受抑制越明显,距顶芽较远的侧芽逐渐解除抑制,因此生长速度不同。
[自主学习检测]——教材基础熟记于心
1.生物学家达尔文提出,当幼苗暴露在单侧光下,苗尖端产生生长素并向下传递,引起下部发生弯曲。( × )
提示:达尔文父子提出,当幼苗暴露在单侧光下,苗尖端产生一种“影响”并向下传递,引起下部发生弯曲。达尔文父子时代还是推测,不知道是生长素。
2.单侧光引起苗尖端的生长素经极性运输至背光侧。( × )
提示:单侧光引起苗尖端的生长素经横向运输至背光侧。
3.生长素的本质是蛋白质,是在植物细胞的核糖体上由色氨酸脱水缩合形成的。( × )
提示:生长素的本质是吲哚乙酸,不是蛋白质,不是在核糖体上合成的。
4.根向地生长和植物顶端优势都体现了生长素生理作用的两重性。( √ )
5.生长素在高等植物中分布很广,在生长旺盛的部位、衰老的组织和器官中含量均比较多。( × )
提示:生长素在高等植物中分布很广,但含量甚微,生长素大多集中在生长旺盛的部位,而在趋向衰老的组织和器官中含量很少。
6.2, 4-D是一种人工合成的生长素类似物,可以促进植物生长,包括促进插枝生根等。( √ )
7.生长素的极性运输,可导致植物体某些部位生长素浓度过高,对该部位的生长发育产生抑制作用。( √ )
8.生长素在植物组织中的精细分布是它实现众多生理功能的基础,而这种精细分布取决于生长素的合成和运输。( √ )
9.不同器官对生长素的反应敏感程度不一样,茎最敏感,根最不敏感,芽居中。( × )
提示:根最敏感,茎最不敏感,芽居中。
任务一 生长素的发现过程
[任务突破1]
分析植物向光性产生的原因
[即时应用]
[典例1-1] 下列哪项是植物在单侧光照射下,表现出向光性的原因( B )
A.植物背光一侧生长素含量少于向光一侧
B.植物背光一侧生长素含量多于向光一侧
C.植物背光一侧生长素含量等于向光一侧
D.植物背光一侧生长比向光一侧慢
解析:单侧光能引起生长素的横向运输,使背光一侧生长素分布多,生长快,向光一侧生长素分布少,生长慢,从而表现为向光生长。
[任务突破2]
构建概念图判断植物“长不长、弯不弯”
[即时应用]
[典例1-2] 将某植物苗尖端放置在如图所示的琼脂块A、B上,一段时间后再将琼脂块放在去顶的幼苗上,具体操作如图所示。预测幼苗的生长情况是( B )
A.直立生长B.向左弯曲生长
C.向右弯曲生长D.不生长
解析:由于生长素在单侧光照作用下向背光侧转移,因此背光侧生长素分布多,同时云母片阻隔了琼脂块两端的物质扩散,琼脂块中的生长素浓度A任务二 生长素的运输、作用及特点
[任务突破1]
辨析生长素的极性运输、横向运输
(1)极性运输:物质从植物的形态学上端运输到形态学下端,如根尖产生的生长素向上运输,而茎尖产生的生长素向下运输。这是一种主动转运过程,需要载体蛋白的协助,消耗能量,不受外力影响。
(2)横向运输:受到单侧刺激的影响时才会发生,类型如图:
①受光照影响:单侧光使苗尖端中的生长素由向光侧运到背光侧,如图Ⅰ ①→②,可引起植物向光生长。
②受力影响。
a.重力使生长素在幼根中从远地侧运到近地侧,幼茎中生长素也从远地侧运到近地侧,如图Ⅱ③→④、⑤→⑥,可引起植物根的向地性和茎的背地性。根、茎生长方向不同在于生长素作用的两重性,根对生长素更敏感。
b.离心力使苗尖端中的生长素由中心向外侧运输,如图Ⅲ⑦→⑧。
[即时应用]
[典例2-1] 下列关于生长素的合成、分布、运输及生理作用的叙述,正确的是( C )
A.生长素的主要合成部位是芽、叶和种子中的胚乳
B.生长素对植物的根、芽、茎只有促进作用,没有抑制作用
C.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
D.单侧光会刺激幼苗尖端产生生长素,并引起生长素的分布不均匀
解析:生长素的合成部位主要是顶芽、幼叶和胚;生长素对根、芽、茎三种器官的作用具有两重性,低浓度促进生长,高浓度抑制生长;生长素从形态学上端向形态学下端的极性运输过程的运输方式是主动转运,因此会消耗能量;幼苗尖端产生生长素不需要光,幼苗尖端接受单侧光照射后会引起生长素在向光侧和背光侧分布不均匀,从而造成向光弯曲生长。
[典例2-2] 生长素在苗尖端内的运输与自身的载体分布有关,也受光照、重力等外界因素的影响。在如图所示的苗尖端中,生长素的运输方向不会发生的是( D )
A.a→bB.a→cC.b→dD.c→d
解析:由于单侧光的照射,生长素可由向光一侧向背光一侧运输,即a→b;在苗尖端部位生长素可进行极性运输,即由形态学上端向形态学下端运输,既会出现a→c,也会出现b→d;横向运输发生在尖端,在苗尖端的下部不会发生,故不能由c运输到d。
[任务突破2]
从不同角度理解生长素的作用特点
(1)从运输方向分析:在苗尖端、芽、幼叶和幼根中,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,即只能进行极性运输,而在成熟组织中,生长素可以通过输导组织进行非极性运输。
(2)从浓度大小分析:生长素因浓度、植物细胞的成熟情况和器官的种类不同,在发挥作用时会表现出较大差异。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,即两重性。
(3)从是否有光照分析:生长素横向运输只发生在根尖、芽尖等产生生长素的部位,且需要单侧光或重力等单方向的刺激。苗尖端均匀光照或在黑暗条件下不发生生长素的横向运输。
(4)不同浓度的生长素对根、芽和茎生长的影响分析。
①A、B、C三点代表了根、芽、茎三者生长的最适生长素浓度分别在10-10 ml·L-1、10-8 ml·L-1、10-4 ml·L-1左右。
②同一浓度的生长素作用于不同器官上,引起的生理作用也不同,这是因为不同器官对生长素的敏感程度不同(敏感程度:根>芽>茎),也说明不同器官正常生长要求的生长素浓度不同。
③A′、B′、C′三点之上的曲线体现了不同浓度生长素不同的促进生长效果,而A′、B′、C′三点分别表示生长素对根、芽、茎的生长既不促进,也不抑制。
④注意不能把AA′、BB′、CC′当作抑制作用区段,在这三个区段中随着生长素浓度的增大,促进作用逐渐减弱。
[即时应用]
[典例2-3] 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( B )
A.当生长素浓度为10-9 ml·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10-6 ml·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近地侧生长素浓度低于10-8 ml·L-1
解析:由题图可知,当生长素浓度为10-9 ml·L-1时促进根的生长;当生长素浓度大于10-6 ml·L-1时抑制芽的生长,当生长素浓度小于10-6 ml·L-1时促进芽的生长;题图中根、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;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,故远地侧生长素浓度应低于10-8 ml·L-1。
[典例2-4] 如图表示不同浓度的生长素对芽生长的作用效果和植物的芽在不同浓度生长素溶液中的生长情况。图1中的a、b、c、d点所对应的图2中的生长状况,正确的是( C )
A.a—①B.b—②
C.c—③D.d—④
解析:b点浓度对芽生长的促进作用最显著,故该浓度是促进芽生长的最适浓度;a点浓度对应作用效果位于横轴的上方,因此该浓度也能促进芽的生长,但促进作用弱于b点对应的浓度;c点位于横轴上,因此c点生长素浓度既不促进芽的生长也不抑制芽的生长;d点浓度对应作用效果位于横轴的下方,故d点对应的浓度抑制芽的生长。分析图2可知,与无生长素处理的芽生长情况比较,芽①生长最快,芽②生长最慢,芽③生长速度与无生长素处理的芽相同,芽④生长速度快于无生长素处理的芽而又低于芽①。综合上述分析,可知对应关系应该为a—④、b—①、 c—③、d—②。
[任务突破3]
探究2,4-D对插枝生根的作用
(1)实验变量分析。
①本实验的自变量是生长素类似物的浓度,所以需要配制一系列浓度梯度的生长素类似物溶液。
②处理时间、实验材料、处理时的温度等为无关变量,各组实验应保持相同且适宜。
③实验的因变量是插枝生根的情况,实验的测量指标应是枝条的生根数目或长度。
(2)实验结果分析。
由图中曲线可知,促进插枝生根的最适浓度是A点对应的2,4-D浓度,在A点两侧,存在促进生根效果相同的两个不同2,4-D浓度。
[即时应用]
[典例2-5] 下列关于“探究 2,4-D 对插枝生根的作用”活动的叙述,正确的是( D )
A.2,4-D浓度是实验的无关变量
B.实验前插枝均需要在蒸馏水中浸泡以去除内源生长素
C.2,4-D 具有催化作用,其在插枝内相应酶的作用下失去活性
D.实验结果未必能说明低浓度 2,4-D 促进生根,高浓度抑制生根
解析:2,4-D浓度是实验的自变量;实验前插枝不需要在蒸馏水中浸泡;2,4-D是生长素类似物,具有调节作用,不具有催化作用,且插枝内没有相应分解2,4-D的酶;如果设置的一系列浓度梯度不合理,则实验结果未必能说明低浓度 2,4-D促进生根,高浓度抑制生根。
[典例2-6] 某同学进行了“探究2,4-D对插枝生根的作用”活动,下列相关叙述正确的是( D )
A.实验所用枝条要用不同种的植株枝条
B.用不同浓度2,4-D溶液处理的枝条比蒸馏水处理的枝条生根更快
C.实验结果测量的指标只能用根的数量
D.所用每个枝条都应留相同数量的侧芽
解析:实验中要控制无关变量,所用的枝条应来自同一种植株,且枝条长势相同;浓度过高的2,4-D溶液处理会抑制枝条生根,比蒸馏水处理的枝条生根更慢;实验结果测量的指标可以是枝条上根的数量,也可以是枝条上根的长度;每个枝条上侧芽的数量为无关变量,应保持相同。
实验过程
及现象
图示
结论及分析
①切取苗尖端移至切面左侧+黑暗→向右弯曲生长
②切取苗尖端移至切面右侧+黑暗→向左弯曲生长
苗尖端产生了一种促进生长的化学物质,向下运输;单侧光照导致这种化学物质的不对称运输,这种不对称运输导致的不均匀分布引起幼苗弯曲生长
解释科学家发现生长素的相关实验,举例说明生长素作用的两重性。
1.通过科学家发现生长素的相关实验,培养科学思维和科学探究能力。
2.通过生长素的作用及其作用的两重性形成稳态与平衡观。
3.体验科学研究的基本方法和过程,尝试设计实验,培养科学探究能力。
一、向光性的研究导致生长素的发现
1.达尔文父子的实验
(1)发现问题:植物的向光性,即在单侧光的照射下,植物朝向光源方向弯曲生长。
(2)实验操作。
①取材:金丝雀草的幼苗。
②条件:单侧光照射。
③操作及现象。
(3)实验结论:苗尖端是感光部位,发生弯曲的部位主要在苗尖端下部。由此推测,当幼苗暴露在单侧光下,苗尖端产生一种“影响”并向下传递,引起下部发生弯曲。
2.波森·詹森的实验
(1)实验处理及结果。
(2)实验结论:从苗尖端向下传递的信号是一种可移动的化学物质。
3.拜尔的实验
4.温特的实验
(1)实验处理及结果。
(2)温特实验充分说明,幼苗尖端确实产生了一种化学物质,向下运输,促进幼苗生长。他将这种物质命名为生长素。
5.生长素的本质
1934年,荷兰科学家郭葛从玉米油、根霉、麦芽等材料中分离纯化了生长素,发现其化学本质是一种称为吲哚乙酸(IAA)的小分子有机物。
1.达尔文父子的实验中,遮盖幼苗尖端和幼苗基部的目的分别是什么?
提示:分别遮盖幼苗尖端和幼苗基部,观察某一部分不受单侧光刺激时幼苗的反应,从而确定幼苗哪一部分是感光部位。
2.拜尔的实验为什么在黑暗中进行?
提示:排除单侧光照对幼苗生长的影响。
3.温特为什么要设置对照组?是如何形成对照的?得到的结论是什么?
提示:排除琼脂块本身的化学物质对实验结果的干扰。将是否接触过幼苗尖端的琼脂块作为自变量,分别将其放在切去尖端的燕麦幼苗一侧,观察幼苗是否会向对侧弯曲生长。温特实验证明了幼苗尖端确实能产生某种化学物质,会向下运输,促进幼苗生长。
二、生长素促进植物生长
1.生长素的作用
(1)在细胞水平上起着促进细胞伸长的作用,影响细胞的分裂和分化。
(2)在器官水平上不仅促进茎伸长,促进地上部分向上生长,还能促进不定根和侧根形成,促进叶片生长和维管束分化,促进果实生长,促进种子发芽,防止落叶落花落果等。
2.主要合成部位
顶芽、幼叶和胚。在植物体内,生长素主要是由色氨酸经过一系列反应转变而来的。
3.运输方向
(1)极性运输:从形态学上端运输到形态学下端,与重力无关。极性运输是一种主动转运。
(2)非极性运输:通过韧皮部和木质部运输。韧皮部运输属于自由扩散,木质部运输的动力来自蒸腾作用。
4.分布
大多集中在生长旺盛的部位,如胚芽鞘、芽和根尖端的分生组织、形成层、受精后的子房、幼嫩的种子等。
1.生长素的合成部位与作用部位相同吗?
提示:不完全相同,生长素的合成部位主要是顶芽、幼叶和胚。而作用部位是几乎所有的组织或器官,相对集中在生长旺盛的部位。
2.生长素的极性运输需要消耗ATP吗?判断的依据是什么?
提示:需要。生长素的极性运输属于主动转运,主动转运需要消耗ATP。
三、探究2,4-D对插枝生根的作用
1.实验原理
(1)生长素可以促进插枝生根,不同浓度的生长素促进生根的效果不同。
(2)2,4-D全称为2,4-二氯苯氧乙酸,是一种人工合成的生长素类似物。
2.目的要求
(1)探究不同浓度的2,4-D对插枝生根的作用。
(2)尝试自己设计实验,收集并处理实验数据,得出结论。
3.插枝的处理方法
(1)水培法:在培养液中滴加2,4-D溶液配制成预设的浓度。
(2)土培法:在扦插前把枝条基部放进不同浓度的2,4-D溶液中浸蘸数秒钟(约5 s)。
4.实验过程
5.对实验数据进行处理
可用统计学方法进行组间差异的显著性检验,绘制生根数量随2,4-D浓度变化而变化的趋势图。
1.本实验中自变量如何控制?因变量如何检测?无关变量有哪些,如何设置?
提示:自变量是设置的2,4-D溶液的浓度梯度;因变量检测指标是插枝生根的条数或长度;无关变量是温度、处理时间、植物材料、插枝的生理状况等,设置为相同且适宜。
2.正式实验前做预实验有什么好处?
提示:预实验可以为进一步的实验摸索条件,也可以检测实验设计的科学性和可行性,以免由于设计不周、盲目开展实验而造成人力、物力和财力的浪费。预实验也必须像正式实验一样认真进行。
3.实验过程中需要设置空白对照吗?
提示:预实验需要,正式实验不需要。
四、生长素调节植物生长时表现出两重性
1.生长素生理作用的特点
生长素在调节植物生长时,其作用表现出两重性,即在一定浓度范围内,低浓度起促进生长作用,高浓度起抑制生长作用,具体如下:
(1)当生长素浓度小于C时均为“低浓度”,高于C时才会抑制植物生长,称为“高浓度”。
(2)曲线中OH段表明:随生长素浓度升高,促进生长作用增强。
(3)曲线中HC段表明:随生长素浓度升高,促进生长作用减弱。
(4)H点表示促进生长的最适生长素浓度。
(5)C点表示促进生长的生长素“阈值”,超过此值,便为抑制生长的“高浓度”。
2.影响生长素作用的因素
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。一般来说,幼嫩细胞对生长素反应非常敏感,老细胞则比较迟钝。在不同的植物器官中,根最敏感,茎最不敏感,芽居中。
3.两重性具体体现是顶端优势
(1)现象:顶芽优先生长,侧芽生长受到抑制。
(2)原因: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,B处生长素浓度高→抑制生长。
(3)解除措施:摘除顶芽。
(4)应用:棉花打顶、修剪景观树木。
1.生长素作用表现出两重性的含义是什么?
提示:生长素在调节植物生长时,其作用表现出两重性,即在低浓度时促进生长,浓度太高则会抑制生长,甚至导致植物死亡。
2.在树木中,桧柏、杉树顶芽生长得很快,侧枝从上到下生长速度不同,使整个植株呈宝塔形,导致这种现象的原因是什么?
提示:顶芽产生的生长素运输到侧芽部位,使距顶芽较近的侧芽生长受到抑制,且距离顶芽越近,生长受抑制越明显,距顶芽较远的侧芽逐渐解除抑制,因此生长速度不同。
[自主学习检测]——教材基础熟记于心
1.生物学家达尔文提出,当幼苗暴露在单侧光下,苗尖端产生生长素并向下传递,引起下部发生弯曲。( × )
提示:达尔文父子提出,当幼苗暴露在单侧光下,苗尖端产生一种“影响”并向下传递,引起下部发生弯曲。达尔文父子时代还是推测,不知道是生长素。
2.单侧光引起苗尖端的生长素经极性运输至背光侧。( × )
提示:单侧光引起苗尖端的生长素经横向运输至背光侧。
3.生长素的本质是蛋白质,是在植物细胞的核糖体上由色氨酸脱水缩合形成的。( × )
提示:生长素的本质是吲哚乙酸,不是蛋白质,不是在核糖体上合成的。
4.根向地生长和植物顶端优势都体现了生长素生理作用的两重性。( √ )
5.生长素在高等植物中分布很广,在生长旺盛的部位、衰老的组织和器官中含量均比较多。( × )
提示:生长素在高等植物中分布很广,但含量甚微,生长素大多集中在生长旺盛的部位,而在趋向衰老的组织和器官中含量很少。
6.2, 4-D是一种人工合成的生长素类似物,可以促进植物生长,包括促进插枝生根等。( √ )
7.生长素的极性运输,可导致植物体某些部位生长素浓度过高,对该部位的生长发育产生抑制作用。( √ )
8.生长素在植物组织中的精细分布是它实现众多生理功能的基础,而这种精细分布取决于生长素的合成和运输。( √ )
9.不同器官对生长素的反应敏感程度不一样,茎最敏感,根最不敏感,芽居中。( × )
提示:根最敏感,茎最不敏感,芽居中。
任务一 生长素的发现过程
[任务突破1]
分析植物向光性产生的原因
[即时应用]
[典例1-1] 下列哪项是植物在单侧光照射下,表现出向光性的原因( B )
A.植物背光一侧生长素含量少于向光一侧
B.植物背光一侧生长素含量多于向光一侧
C.植物背光一侧生长素含量等于向光一侧
D.植物背光一侧生长比向光一侧慢
解析:单侧光能引起生长素的横向运输,使背光一侧生长素分布多,生长快,向光一侧生长素分布少,生长慢,从而表现为向光生长。
[任务突破2]
构建概念图判断植物“长不长、弯不弯”
[即时应用]
[典例1-2] 将某植物苗尖端放置在如图所示的琼脂块A、B上,一段时间后再将琼脂块放在去顶的幼苗上,具体操作如图所示。预测幼苗的生长情况是( B )
A.直立生长B.向左弯曲生长
C.向右弯曲生长D.不生长
解析:由于生长素在单侧光照作用下向背光侧转移,因此背光侧生长素分布多,同时云母片阻隔了琼脂块两端的物质扩散,琼脂块中的生长素浓度A
[任务突破1]
辨析生长素的极性运输、横向运输
(1)极性运输:物质从植物的形态学上端运输到形态学下端,如根尖产生的生长素向上运输,而茎尖产生的生长素向下运输。这是一种主动转运过程,需要载体蛋白的协助,消耗能量,不受外力影响。
(2)横向运输:受到单侧刺激的影响时才会发生,类型如图:
①受光照影响:单侧光使苗尖端中的生长素由向光侧运到背光侧,如图Ⅰ ①→②,可引起植物向光生长。
②受力影响。
a.重力使生长素在幼根中从远地侧运到近地侧,幼茎中生长素也从远地侧运到近地侧,如图Ⅱ③→④、⑤→⑥,可引起植物根的向地性和茎的背地性。根、茎生长方向不同在于生长素作用的两重性,根对生长素更敏感。
b.离心力使苗尖端中的生长素由中心向外侧运输,如图Ⅲ⑦→⑧。
[即时应用]
[典例2-1] 下列关于生长素的合成、分布、运输及生理作用的叙述,正确的是( C )
A.生长素的主要合成部位是芽、叶和种子中的胚乳
B.生长素对植物的根、芽、茎只有促进作用,没有抑制作用
C.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
D.单侧光会刺激幼苗尖端产生生长素,并引起生长素的分布不均匀
解析:生长素的合成部位主要是顶芽、幼叶和胚;生长素对根、芽、茎三种器官的作用具有两重性,低浓度促进生长,高浓度抑制生长;生长素从形态学上端向形态学下端的极性运输过程的运输方式是主动转运,因此会消耗能量;幼苗尖端产生生长素不需要光,幼苗尖端接受单侧光照射后会引起生长素在向光侧和背光侧分布不均匀,从而造成向光弯曲生长。
[典例2-2] 生长素在苗尖端内的运输与自身的载体分布有关,也受光照、重力等外界因素的影响。在如图所示的苗尖端中,生长素的运输方向不会发生的是( D )
A.a→bB.a→cC.b→dD.c→d
解析:由于单侧光的照射,生长素可由向光一侧向背光一侧运输,即a→b;在苗尖端部位生长素可进行极性运输,即由形态学上端向形态学下端运输,既会出现a→c,也会出现b→d;横向运输发生在尖端,在苗尖端的下部不会发生,故不能由c运输到d。
[任务突破2]
从不同角度理解生长素的作用特点
(1)从运输方向分析:在苗尖端、芽、幼叶和幼根中,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,即只能进行极性运输,而在成熟组织中,生长素可以通过输导组织进行非极性运输。
(2)从浓度大小分析:生长素因浓度、植物细胞的成熟情况和器官的种类不同,在发挥作用时会表现出较大差异。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,即两重性。
(3)从是否有光照分析:生长素横向运输只发生在根尖、芽尖等产生生长素的部位,且需要单侧光或重力等单方向的刺激。苗尖端均匀光照或在黑暗条件下不发生生长素的横向运输。
(4)不同浓度的生长素对根、芽和茎生长的影响分析。
①A、B、C三点代表了根、芽、茎三者生长的最适生长素浓度分别在10-10 ml·L-1、10-8 ml·L-1、10-4 ml·L-1左右。
②同一浓度的生长素作用于不同器官上,引起的生理作用也不同,这是因为不同器官对生长素的敏感程度不同(敏感程度:根>芽>茎),也说明不同器官正常生长要求的生长素浓度不同。
③A′、B′、C′三点之上的曲线体现了不同浓度生长素不同的促进生长效果,而A′、B′、C′三点分别表示生长素对根、芽、茎的生长既不促进,也不抑制。
④注意不能把AA′、BB′、CC′当作抑制作用区段,在这三个区段中随着生长素浓度的增大,促进作用逐渐减弱。
[即时应用]
[典例2-3] 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( B )
A.当生长素浓度为10-9 ml·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10-6 ml·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近地侧生长素浓度低于10-8 ml·L-1
解析:由题图可知,当生长素浓度为10-9 ml·L-1时促进根的生长;当生长素浓度大于10-6 ml·L-1时抑制芽的生长,当生长素浓度小于10-6 ml·L-1时促进芽的生长;题图中根、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;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,故远地侧生长素浓度应低于10-8 ml·L-1。
[典例2-4] 如图表示不同浓度的生长素对芽生长的作用效果和植物的芽在不同浓度生长素溶液中的生长情况。图1中的a、b、c、d点所对应的图2中的生长状况,正确的是( C )
A.a—①B.b—②
C.c—③D.d—④
解析:b点浓度对芽生长的促进作用最显著,故该浓度是促进芽生长的最适浓度;a点浓度对应作用效果位于横轴的上方,因此该浓度也能促进芽的生长,但促进作用弱于b点对应的浓度;c点位于横轴上,因此c点生长素浓度既不促进芽的生长也不抑制芽的生长;d点浓度对应作用效果位于横轴的下方,故d点对应的浓度抑制芽的生长。分析图2可知,与无生长素处理的芽生长情况比较,芽①生长最快,芽②生长最慢,芽③生长速度与无生长素处理的芽相同,芽④生长速度快于无生长素处理的芽而又低于芽①。综合上述分析,可知对应关系应该为a—④、b—①、 c—③、d—②。
[任务突破3]
探究2,4-D对插枝生根的作用
(1)实验变量分析。
①本实验的自变量是生长素类似物的浓度,所以需要配制一系列浓度梯度的生长素类似物溶液。
②处理时间、实验材料、处理时的温度等为无关变量,各组实验应保持相同且适宜。
③实验的因变量是插枝生根的情况,实验的测量指标应是枝条的生根数目或长度。
(2)实验结果分析。
由图中曲线可知,促进插枝生根的最适浓度是A点对应的2,4-D浓度,在A点两侧,存在促进生根效果相同的两个不同2,4-D浓度。
[即时应用]
[典例2-5] 下列关于“探究 2,4-D 对插枝生根的作用”活动的叙述,正确的是( D )
A.2,4-D浓度是实验的无关变量
B.实验前插枝均需要在蒸馏水中浸泡以去除内源生长素
C.2,4-D 具有催化作用,其在插枝内相应酶的作用下失去活性
D.实验结果未必能说明低浓度 2,4-D 促进生根,高浓度抑制生根
解析:2,4-D浓度是实验的自变量;实验前插枝不需要在蒸馏水中浸泡;2,4-D是生长素类似物,具有调节作用,不具有催化作用,且插枝内没有相应分解2,4-D的酶;如果设置的一系列浓度梯度不合理,则实验结果未必能说明低浓度 2,4-D促进生根,高浓度抑制生根。
[典例2-6] 某同学进行了“探究2,4-D对插枝生根的作用”活动,下列相关叙述正确的是( D )
A.实验所用枝条要用不同种的植株枝条
B.用不同浓度2,4-D溶液处理的枝条比蒸馏水处理的枝条生根更快
C.实验结果测量的指标只能用根的数量
D.所用每个枝条都应留相同数量的侧芽
解析:实验中要控制无关变量,所用的枝条应来自同一种植株,且枝条长势相同;浓度过高的2,4-D溶液处理会抑制枝条生根,比蒸馏水处理的枝条生根更慢;实验结果测量的指标可以是枝条上根的数量,也可以是枝条上根的长度;每个枝条上侧芽的数量为无关变量,应保持相同。
实验过程
及现象
图示
结论及分析
①切取苗尖端移至切面左侧+黑暗→向右弯曲生长
②切取苗尖端移至切面右侧+黑暗→向左弯曲生长
苗尖端产生了一种促进生长的化学物质,向下运输;单侧光照导致这种化学物质的不对称运输,这种不对称运输导致的不均匀分布引起幼苗弯曲生长
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