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第五章 植物生命活动的调节
第一节 植物生长素
1.图中植株的生长方向有什么特点?
弯向光源生长
2.可能是哪种因素刺激引发了这株植物的形态改变?植物对这种刺激的反应有什么适应意义?
单侧光;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?
幼嫩部分
在单侧光的照射下,植物朝向光源方向生长的现象叫作向光性。
一、生长素的发现过程
1.达尔文父子的实验(1880)
19世纪末,达尔文和他的儿子弗朗西斯·达尔文(F. Darwin)一起,用金丝雀虉草为材料研究植物的向光生长。
1882年,达尔文与世长辞,该实验是他晚年的重大科学贡献之一。
单子叶植物,特别是禾本科植物胚芽外的锥形套装物叫做胚芽鞘,它能保护生长中的胚芽。
种子
第一片子叶
胚芽鞘
实验材料
实验过程
完整的胚芽鞘:向光弯曲生长
去除尖端:尖端以下部分既不生长也不弯曲
结论:向光弯曲生长,与胚芽鞘尖端有关
实验过程
用锡箔纸遮盖胚芽鞘尖端,对生长没有影响,但不发生弯曲,说明:
弯曲是由于尖端接受单侧光照引起的。
胚芽鞘尖端接受单侧光刺激后,胚芽鞘尖端对尖端以下部位生长带来影响(这种影响可能是某种物质),造成背光侧比向光侧生长快,使胚芽鞘出现向光弯曲现象。
2.鲍森·詹森的实验(1913)
结论:引起弯曲生长的是某种化学物质,这种物质可以穿过琼脂到达弯曲发生的部位
3.拜尔的实验(1918)
尖端产生的影响传到下部,为什么能使尖端以下部位两侧生长不均呢?
尖端切下后置于一侧
弯向对侧生长
尖端切下后置于一侧
弯向对侧生长
结论:拜尔首次将实验置于黑暗中进行,说明单侧光 不是胚芽鞘弯曲生长的根本原因。胚芽鞘弯曲生长,是由于尖端产生的物质在尖端以下分布不均匀引起的。
4.温特的实验(1926)
如何证明达尔文的“影响”是某种化学物质?
一段时间后移除胚芽鞘尖端
放置过胚芽鞘尖端的琼脂块
4.温特的实验(1926)
如何证明达尔文的“影响”是某种化学物质?
一段时间后移除胚芽鞘尖端
放置过胚芽鞘尖端的琼脂块
放置过胚芽鞘尖端的琼脂块
结论:胚芽鞘的弯曲生长确实是由尖端产生的化学物质引起的。
温特认为这可能是一种和动物激素相似的物质,并命名为生长素
总结:四位科学家的主要思路与方法
实验者 主要思路与方法
达尔文父子
鲍森·詹森
拜尔
温特
去除胚芽鞘尖端,观察去除整个结构的影响
用锡箔纸套住尖端,以去除单侧光对尖端的影响
在胚芽鞘尖端和尖端以下部位之间插入琼脂片或云母片,在单侧光照射下,观察物质的运输是否被阻断
黑暗条件下,改变胚芽鞘尖端的位置,相当于人为施加了物质的不均匀分布
放置过胚芽鞘尖端的琼脂块(而不是胚芽鞘本身)可使去顶胚芽鞘弯曲生长,证实化学物质的存在
二、生长素的化学本质
1934,科学家首先从人尿中分离出具有生长素效应的化学物质—吲哚乙酸(IAA)
1946年,人们从高等植物中分离出生长素,并确认它就是吲哚乙酸(IAA)。进一步研究发现,植物体内具有生长素效应的物质除IAA外还有苯乙酸(PAA)、吲哚丁酸(IBA)等,它们都属于生长素!
三、植物激素
在发现生长素之后,人们又陆续发现了赤霉素、细胞分裂素、脱落酸和乙烯等物质。
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,叫作植物激素(phytohormone)。
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。
四、植物向光生长的原因
生长素由胚芽鞘尖端产生,且生长素的产生不需要光,生长素的作用部位(弯曲部位)是胚芽鞘尖端以下的伸长区。
单侧光引起生长素分布不均匀,背光一侧的生长素含量多于向光一侧,因而引起两次生长不均匀,从而造成向光弯曲。
五、生长素的合成、分布与运输
1.生长素的合成
(1)合成部位主要为:
芽
幼嫩的叶
发育中的种子
五、生长素的合成、分布与运输
1.生长素的合成
(1)合成部位主要为:
芽
幼嫩的叶
发育中的种子
(2)合成过程
生长素的合成前体主要是色氨酸
2.生长素的分布
生长素广泛分布于高等植物的根、茎、叶、花、果实、种子,其中生长旺盛的部位比较集中。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。
3.生长素的运输
成熟组织中生长素同其他有机物一样,通过输导组织进行运输。
生长素同其他激素和营养物质一样,通过韧皮部和木质部运输。
3.生长素的运输
成熟组织中生长素同其他有机物一样,通过输导组织进行运输。
胚芽鞘、芽、幼叶、幼根中生长素只能从形态学上端向形态学下端运输,称极性运输,极性运输是一种主动运输。
在有单侧光或重力等刺激时,生长素在根尖、芽尖等产生生长素的部位进行横向运输。
形态学上端
形态学下端
形态学上端
形态学下端
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:
下端琼脂块上的生长素来自上端的琼脂块;
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。
探究——如何证明极性运输的存在
1.这个实验的设计是否严密?为什么?
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?
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?
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。
六、生长素的生理作用
1.生长素的作用机理
生长素作为一种激素,是通过信息传递来调节细胞生命活动的。
生长素
受体
细胞内一系列信号转导
特定的基因表达
细胞水平
起着促进细胞伸长生长、诱导细胞分化等作用;
器官水平
影响器官的生长、发育,如促进侧根和不定根发生,影响花、叶和果实发育等。
利用生长素的调节作用,我们可以:
促进扦插枝条生根
使未受精的番茄花发育,得到无子番茄
抑制杂草生长,去除田间杂草
1934年,Thimann等人进行了一次经典的实验。他对豌豆进行保留顶芽或去除顶芽的处理,之后放置一段时间,观察其侧芽的生长状况。
思考:
①在正常植株的顶芽与侧芽中,生长素积累较多的是哪里?
②如果生长素真的能抑制植株生长,实验结果可能是怎样的?
思考:
①第1、2组处理的结果能否说明生长素抑制了侧芽的生长?
②第2、3组处理的结果说明了什么?
③该实验的结论是什么?
组别 侧芽增加的长度(mm)
1.保留顶芽 3.4±0.5
2.去除顶芽 16.0±2.7
3.去除顶芽,外施生长素 1.8±0.6
2.生长素的作用特点
A
B
C
D
0
10-10
10-8
10-6
10-4
10-2
促进生长
抑制生长
mol·L-1
F’
F
在浓度较低时促进生长
在浓度过高时抑制生长
曲线AB段表示:
生长素浓度升高,对根生长的促进作用加强
B点表示的生长素浓度是
促进根生长的最适浓度
BC段表示:
生长素浓度升高,对根生长的促进作用减弱
C点表示的生长素浓度对根的生长作用是
既不促进也不抑制
CD段表示:
随生长素浓度升高,对根生长的抑制作用增强
对不同器官来说,生长素促进生长的最适浓度不同。
根的最适浓度为10-10mol/L;芽的最适浓度为10-8mol/L;茎的最适浓度为10-4mol/L。
不同器官对生长素的敏感程度不同,其大小依次为根>芽>茎。
幼嫩细胞>成熟细胞
双子叶植物>单子叶植物
农业生产中利用适宜浓度的生长素类似物作为除草剂(2-4D),除去单子叶植物中的双子叶杂草,同时促进单子叶植物的生长。
生长素生理作用的实例
顶芽生长素
侧芽生长素
极性 运输
顶芽产生的生长素逐渐向下运输,枝条上部的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,越靠近顶芽的侧芽的生长素浓度越高,侧芽受到的抑制程度越大。
实例1:顶端优势
植物的顶芽优先生长,而侧芽生长受到抑制的现象。
顶端优势的应用
如: 树木成材,自然界的植株呈宝塔形,可以充分利用阳光。
顶端优势的解除
去掉顶芽后,侧芽附近的生长素来源暂时受阻,浓度降低,于是抑制就被解除,侧芽萌动、加快生长。
如: 棉花摘心、果树整枝、园艺修剪
实例2:根的向地性和茎的背地性
平放的幼苗
一天后幼苗的状况
重力作用下,生长素分布不均匀
A<B C<D
根茎对生长素敏感程度不同
根对生长素敏感,高浓度抑制生长,B侧生长速度<A侧;茎对生长素不敏感,D侧生长速度>C侧
A
B
D
C
小结
植物生长素
达尔文父子实验→鲍森·詹森实验→拜尔实验→温特实验
芽、幼嫩的叶子和发育中的种子
主要是极性运输
相对集中地分布在生长相对旺盛的部分
生理作用
方式
作用
特点
细胞水平
器官水平
浓度较低时促进
浓度过高时抑制
发现 过程
合成 部位
运输
分布
课后练习
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( )
A. a不弯曲、b不弯曲、c向右弯曲 B. a向右弯曲、b不弯曲、c向右弯曲
a向右弯曲、b不弯曲、c向左弯曲 D. a向左弯曲、b不弯曲、c向左弯曲
×
×
A
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?
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。
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。
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( )
A
课后练习
课后练习