人教选择性必修1课件：第5章 植物生命活动的调节 第1节 植物生长素(共85张PPT)
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| 名称 | 人教选择性必修1课件：第5章 植物生命活动的调节 第1节 植物生长素(共85张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 5.1MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2022-12-06 17:29:16 | ||
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文档简介
(共85张PPT)
第1节 植物生长素
第5章 植物生命活动的调节
目 标 素 养
1.体验生长素的发现过程,归纳概括生长素相关实验的实验设计思路和方法,认同科学探究需要进行大胆的猜测、严谨的实验、认真的观察和严密的逻辑分析,科学的进步需要一代又一代科学家的努力。
2.结合实例,分析生长素的作用特点,运用生物学中的适度与平衡观念,分析和解决现实中的问题。
知 识 概 览
一、生长素的发现过程
1.发现过程
2.植物向光性的解释
3.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)作用: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。
微思考1达尔文和他儿子的实验能否确定胚芽鞘的弯曲生长主要是尖端下面一段生长的缘故,还是尖端自身生长的缘故 请说明理由。
提示:不能。达尔文和他儿子的实验只能确定胚芽鞘的弯曲生长与尖端有关。
微训练1在燕麦胚芽鞘顶端不同位置插入不透水的云母片,如下图所示。单侧光照一段时间后将出现的情况是( )
A.甲向光弯曲生长
B.甲直立生长
C.乙直立生长
D.乙向光弯曲生长
答案:C
解析:左侧光照使甲中的生长素由左侧向右侧运输,但由于云母片阻碍了右侧的生长素向下运输,所以甲向右侧背光弯曲生长;乙直立生长,因为顶端的中央插入了云母片,在左侧给予光照的情况下,顶端向光侧生长素不能向背光侧运输,其下部生长素分布均匀。
二、生长素的合成、运输与分布
微思考2若植物随太空飞船进入太空中,还能发生极性运输吗 还具有向光性吗 原因是什么
提示:植物进入太空还能发生极性运输,也具有向光性。原因是极性运输和向光性均与重力无关。
微判断
1.芽、幼叶和种子都能产生大量的生长素。( × )
2.植物茎尖的细胞可利用色氨酸合成生长素。( √ )
3.生长素在根部的极性运输方向为由“根尖端”运往“根近茎端”。( √ )
4.植物生长素能促进植物生长是通过促进细胞的分裂与生长实现的。( × )
微训练2下图是燕麦胚芽鞘受到单侧光照射的示意图。据图分析,下列叙述错误的是( )
A.生长素由②向①移动
B.生长素由④向③移动
C.生长素由①向③、由②向④移动
D.③处比④处生长得快
答案:B
解析:胚芽鞘尖端在单侧光照射下可发生横向运输,即生长素由②→①,A项正确。胚芽鞘的尖端部位感受单侧光的刺激,横向运输发生在尖端,所以生长素不能由④向③移动,B项错误。生长素可进行极性运输,由①→③,②→④,C项正确。因为生长素由②→①→③,由②→④,所以③处生长素浓度高,促进作用大,因而比④处生长得快,D项正确。
三、生长素的生理作用
1.作用
(1)细胞水平:促进细胞 伸长生长 、诱导 细胞分化 等。
(2)器官水平:影响器官的 生长、发育 ,如促进侧枝和不定根发生,影响花、叶和果实发育等。
(3)分子水平:生长素与 生长素受体 特异性结合,引发细胞内发生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.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。
(3)幼嫩的细胞对生长素 敏感 ,衰老细胞则比较迟钝;不同器官对生长素的敏感程度 也不一样 。
微思考3大型乔木的树冠多呈圆锥形,试分析原因。
提示:植物顶芽产生的生长素向侧芽运输,侧芽生长素浓度高,生长受抑制,顶芽生长素浓度低,优先发育。
微训练3下列关于植物生长素的说法正确的是( )
A.在成熟组织中,生长素通过输导组织进行极性运输
B.植物的向光性说明生长素在低浓度时促进生长,高浓度时抑制生长
C.生长素是一种信息分子,直接参与细胞代谢
D.燕麦胚芽鞘产生生长素的部位是胚芽鞘尖端
答案:D
解析:在植物的成熟组织中,生长素可以通过输导组织进行非极性运输,A项错误。单侧光影响了生长素的分布,使背光一侧的生长素多于向光一侧,从而使背光一侧的细胞伸长快于向光一侧,都是促进作用,B项错误。植物激素是信息分子,起到传递信息的作用,不能直接参与细胞代谢,只起调节作用,C项错误。燕麦胚芽鞘产生生长素的部位为胚芽鞘尖端,D项正确。
一 植物生长素的发现
重难归纳
1.生长素发现过程中的经典实验分析
(1)达尔文的实验。
①实验分析。
在a、b对照中,实验的自变量是胚芽鞘尖端的有无,因变量是胚芽鞘的生长状况。结论:胚芽鞘的弯曲生长与尖端有关。
在c、d对照中,实验的自变量是遮光部位,因变量是胚芽鞘的生长状况。结论:感光部位是尖端,而不是尖端以下的伸长区。
②推论: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·詹森的实验。
①实验过程及现象。
②变量分析:自变量是有无尖端及琼脂片,因变量是胚芽鞘的生长状况。
③实验结论:胚芽鞘尖端产生的“影响”可以透过琼脂片传递给下部。
④从对照实验设计的单一变量原则角度分析,该实验的不足之处在于没有形成单一变量,无法排除“琼脂片可能导致胚芽鞘生长”的结论。
(3)拜尔的实验。
①实验过程与现象。
实验条件:黑暗中。
原因:排除受光不均匀对实验结果的影响。
②变量分析:自变量是尖端放置的位置,因变量是胚芽鞘弯曲生长的方向。
③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。
④拜尔实验的不足之处是无法证明尖端是否产生某种物质。
(4)温特的实验。
①实验处理及现象。
②实验分析:自变量是琼脂块是否接触过尖端;因变量是胚芽鞘是否弯曲生长。实验组是A组,对照组是B组。A与B对照说明造成胚芽鞘弯曲生长的是胚芽鞘尖端产生的某种物质。设置B组的目的是排除琼脂块本身的化学物质对胚芽鞘的影响。
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,这种化学物质被命名为生长素。
特别提醒
(1)生长素的产生部位在尖端,生长素的合成不需要光,生长素的横向运输在尖端完成,但发生效应的部位在尖端以下。
(2)生长素不能透过云母片,而琼脂对生长素的运输和传递无阻碍作用。
(3)温特实验证明“影响”是物质而非其他信号,如光、声音等,因此它能留在琼脂块上并作用于胚芽鞘尖端以下的部分,促进其生长。
2.针对胚芽鞘进行的一系列实验得出的结论
(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。
(2)生长素产生的多少与尖端是否感受光照无关。
(3)感受单侧光的部位和发生横向运输的部位都是胚芽鞘尖端。
(4)弯曲生长的原因是生长素分布不均匀,导致生长不均匀。
规律总结
判断胚芽鞘生长与弯曲的依据
(1)先看胚芽鞘尖端以下的部位能否获得生长素。若能,则生长;若不能,则既不生长也不弯曲。
(2)再看胚芽鞘尖端以下部位生长素的分布是否均匀。若均匀,则直立生长;若不均匀,则弯曲生长。
1.鲍森·詹森实验的目的是证明胚芽鞘尖端产生的“影响”要向下传递,但实验并没有充分证明,如何补充实验来充分证明胚芽鞘尖端产生的影响要传递到下部才能发挥作用
提示:设置对照组,将琼脂片换成云母片或玻璃片,其他条件均相同。
2.若已经确定胚芽鞘尖端可以产生生长素,根据胚芽鞘的向光性实验和拜尔实验的比较,你能对胚芽鞘的向光性提出哪些可能的解释
提示:①单侧光照射使生长素在背光侧分布较多;②单侧光照射使向光侧的生长素被分解。
典例剖析
下列有关生长素及其发现过程中相关经典实验的分析,正确的是( )
A.生长素在植物体内含量较多,产生部位和作用部位一般不同
B.达尔文实验只证明了生长素会造成胚芽鞘向光性弯曲生长
C.鲍森·詹森的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
D.温特首次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
答案:C
解析:生长素在植物体内含量较少,产生部位和作用部位一般不同,A项错误。达尔文通过设计对照实验证明了植物的向光性与尖端产生的某种“影响”有关,但在当时他不知道这种“影响”是生长素,B项错误。鲍森·詹森的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,C项正确。拜尔首次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,D项错误。
学以致用
下图中,a、b、c分别为对胚芽鞘做不同处理的实验,d为一植株被纸盒罩住,且纸盒一侧有开口,给予单侧光照。下列对实验结果的叙述,正确的是( )
A.a、b组中胚芽鞘向光弯曲生长,c组中胚芽鞘背光弯曲生长
B.a组中胚芽鞘直立生长,b、c组中胚芽鞘向光弯曲生长
C.d组,如果固定植株,旋转纸盒,一段时间后,植株向左弯曲生长
D.d组,如果将纸盒和植株一起旋转,则植株向纸盒开口方向弯曲生长
答案:D
解析:a组,由于生长素不能透过玻璃片,故胚芽鞘直立生长。b组,生长素能透过琼脂片,单侧光照使胚芽鞘向光弯曲生长。c组,将含生长素的琼脂块放于向光侧,因此去尖端的胚芽鞘背光弯曲生长。d组,如果固定植株,旋转纸盒,植株向右弯曲生长;如果将纸盒和植株一起旋转,光只能从开口进入,因此植株向纸盒开口方向弯曲生长。
二 生长素的运输
重难归纳
1.横向运输
(1)部位:胚芽鞘尖端等。
(2)发生的原因:
a.受光照影响:单侧光使胚芽鞘尖端中的生长素由向光侧运输到背光侧,如图Ⅰ中①→②,可引起植物的向光性生长。
b.受重力影响:重力作用使生长素在幼根中从远地端运输到近地端,幼茎中生长素也从远地端运输到近地端,如图Ⅱ中③→④,⑤→⑥。
c.受离心力影响:离心力使胚芽鞘尖端的生长素分布不均匀,如图Ⅲ中⑦→⑧,可引起胚芽鞘弯曲生长。
(3)实验验证:
若C中生长素含量=D中生长素含量、E中生长素含量>F中生长素含量,则说明单侧光引起生长素在胚芽鞘尖端发生横向运输。
2.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:只能由形态学上端运输到形态学下端,而不能反过来运输,也就是只能单方向地运输。
(3)影响因素:由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。
a
b
易错辨析
形态学上端与形态学下端的判断
3.非极性运输
在成熟组织中,生长素可以通过输导组织进行非极性运输。
研究生长素极性运输的经典实验是“供体—受体琼脂块”方法,现利用下图所示处理方法进行实验。
(1)检测4个实验受体琼脂块,其中含有生长素的是 。为了证明生长素在胚芽鞘中的极性运输,一名同学设计了实验①,一段时间后,发现下端的受体琼脂块逐渐有了生长素。最适合作为其对照组的是 。
(2)有人提出“生长素的极性运输与重力无关”的观点。最适合判断该观点是否正确的一组对照实验是 。若实验结果为 ,则该观点正确。
答案:(1)①④ ②
(2)①④ 两组实验的受体琼脂块都有生长素,且含量相等
典例剖析
取生长状态一致的燕麦胚芽鞘,分为a、b、c、d四组。分别将a、b两组胚芽鞘尖端下方的一段切除,再从c、d两组胚芽鞘中的相应位置分别切取等长的一段,并按图中所示分别接入a、b两组胚芽鞘被切除的位置,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'组胚芽鞘不弯曲,也不生长,其原因是( )
A.c组尖端能合成生长素,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
答案:D
解析:胚芽鞘尖端可产生生长素,生长素只能由形态学上端向形态学下端运输,而不能反向运输,故a'组尖端产生的生长素可以向胚芽鞘基部运输,而b'组尖端产生的生长素不能。
易错辨析
生长素的极性运输、非极性运输、横向运输的辨析
(1)极性运输是将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会向上运输,而茎尖产生的生长素向下运输。这是一种主动运输过程,需要载体蛋白协助,消耗能量。
(2)非极性运输是指植物体内物质的运输不受形态学上下端的影响,和其他有机物的运输没有区别。
(3)横向运输是生长素由茎或根的一侧移动到另一侧的运输方式,其方向平行于茎的横切面。
学以致用
为了验证“某种植物向光生长的原因是单侧光照使生长素向背光面集中,但不影响生长素的合成”,生物兴趣小组利用胚芽鞘和琼脂块设计了如下实验,其中实验设计思路正确且能支持该观点的结果是( )
答案:A
解析:要证明单侧光照不影响生长素的合成,自变量是单侧光,应给予第1组黑暗处理,第2组单侧光处理,且实验结果应为a≈b。要证明单侧光使生长素向背光面集中,需设置3、4组实验,给予第3组黑暗处理,第4组单侧光处理,且第3组实验结果应为c≈d,第4组实验结果应为e三 生长素的生理作用和对相关实际问题的解释
重难归纳
1.生长素的生理作用
(1)生长素浓度与促进程度的曲线分析。
①当生长素浓度小于i时均为“较低浓度”;高于i时称为“过高浓度”,会抑制植物生长。
②曲线中的OH段表明,随生长素浓度的升高,促进植株生长的作用增强。
③曲线HC段(不包括C点)表明,随生长素浓度的升高,促进植株生长的作用减弱(但仍为促进作用)。
④H点表示促进植株生长的最适生长素浓度为g。
⑤C点表示促进生长的“阈值”,即生长素浓度大于C点对应的浓度(i)时,植株生长将受到抑制。
(2)不同器官对生长素的敏感程度曲线分析。
同一浓度的生长素作用于不同器官,引起的生理效应不同,这是因为不同的器官对生长素的敏感程度不同(敏感程度大小:根>芽>茎)。
(3)不同植物对生长素的敏感程度曲线分析:双子叶植物比单子叶植物敏感。
2.对植物向性运动的解释
(1)植物向光性的解释。
(2)根的向地生长和茎的背地生长。
3.顶端优势
(1)概念: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,侧芽的发育受到抑制。
(2)产生原因:A处产生的生长素向下运输(极性运输),在B、C、D处积累(B处最多),B、C、D处生长素浓度过高抑制了侧芽的发育,而A处生长素浓度较低,促进了顶芽的生长。
(3)解除措施:摘除顶芽。
特别提醒
在茎的背地生长中,生长素只表现为促进作用;而在根的向地生长和顶端优势中,生长素的作用表现为较低浓度促进生长,过高浓度抑制生长。
如果在进行单侧红光照射处理的同时,在大麦胚芽鞘的向光侧涂抹某浓度的生长素,结果胚芽鞘表现为向光性,可能的原因是什么
提示:①涂抹后向光侧生长素浓度过高,生长受抑制,因此胚芽鞘向光弯曲生长。②涂抹后,向光侧生长素浓度依然低于背光侧,背光侧生长快,向光侧生长慢,因此胚芽鞘向光弯曲生长。
典例剖析
下图为燕麦胚芽鞘经过单侧光照射后,甲、乙两侧的生长情况,对照组未经单侧光处理。下列叙述正确的是( )
A.甲为背光侧,IAA含量低于乙侧和对照组
B.对照组的燕麦胚芽鞘既不生长也不弯曲
C.若光照前去除尖端,甲、乙两侧的生长状况基本一致
D.IAA先极性运输到尖端下部,再横向运输
答案:C
解析:由题图可知,甲侧生长快,为背光侧,其生长素(IAA)的含量高于乙侧和对照组,A项错误。对照组的燕麦胚芽鞘没有受到单侧光的照射,因此不弯曲,但是其尖端可以产生生长素,因此其应该直立生长,B项错误。若光照前去除尖端,则甲、乙两侧都不生长,C项正确。生长素先在尖端进行横向运输,再向下进行极性运输,D项错误。
归纳拓展
据图分析不同浓度的生长素对同一器官的作用
(1)若曲线表示不同浓度生长素对植物幼苗的作用,幼苗出现向光性时,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大于m且小于k。
(2)若曲线表示不同浓度生长素对植物茎的作用,植物水平放置时,茎背地生长,测得其茎的近地侧生长素浓度为k,则茎的远地侧生长素浓度范围是大于0且小于m。
(3)若曲线表示不同浓度生长素对植物根的作用,植物水平放置时,根向地生长,测得其根的远地侧生长素浓度为m,则根的近地侧生长素浓度范围是大于i。
学以致用
将豌豆黄化幼苗顶芽下段切成2 cm长度,从中间纵剖开1 cm,已知幼茎内部薄壁细胞吸水能力大于外侧表皮细胞。实验组顶芽下段用10-7 mol/L的生长素溶液处理,对照组用清水处理。一段时间后,顶芽下段形状如下图所示。下列分析错误的是
( )
A.实验证明该浓度是促进幼苗顶芽下段生长的最适浓度
B.该浓度生长素对表皮细胞生长的促进作用大于薄壁细胞
C.某种浓度生长素溶液处理可能产生与对照组相似的结果
D.用不同浓度的生长素处理同一组织可能产生相同的效果
答案:A
解析:分析实验可知,实验组出现的形态是由外侧表皮细胞的生长速率大于内侧薄壁细胞引起的,推测可能是生长素对表皮细胞生长的促进作用大于薄壁细胞;对照组出现的形态是由外侧表皮细胞的吸水速率小于内侧薄壁细胞引起的。该实验只能证明生长素对幼苗顶芽下段生长有影响,而不能证明该浓度是促进幼苗顶芽下段生长的最适浓度,A项错误。由实验组的形态推断,该浓度生长素可能对表皮细胞的生长促进效果大于薄壁细胞,B项正确。由生长素的生理作用特点可知,若高浓度生长素对细胞生长起抑制作用,可能产生与对照组相似的结果,C项正确。在最适浓度的两侧可能存在两种不同浓度对同一组织器官的作用相同,D项正确。
1.下列关于生长素的发现过程相关实验的叙述,正确的是( )
A.温特的实验中,生长素从胚芽鞘尖端基部进入琼脂块的方式是主动运输
B.达尔文的实验证明了胚芽鞘的弯曲生长是由一种化学物质引起的
C.拜尔的实验中,植物的向光性是背光侧生长素比向光侧多所致
D.能从人尿中提取出生长素的原因是人体内无分解生长素的酶
答案:D
解析:生长素从胚芽鞘尖端基部进入琼脂块的方式属于扩散,A项错误。达尔文的实验只证明了胚芽鞘受单侧光刺激后,会向尖端以下部位传递某种“影响”,造成尖端以下部位背光面比向光面生长快,B项错误。拜尔的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,C项错误。人体内没有分解生长素的酶,故生长素随食物进入人体后会随着尿液排出,D项正确。
2.下图为研究生长素(IAA)产生部位及运输方向的实验。初始时,琼脂块①~⑥不含IAA。下列对实验结果的表述,正确的是( )
A.①②琼脂块中都有IAA,①>②
B.③④琼脂块中都有IAA,③≈④
C.⑤⑥琼脂块中都有IAA,⑤≈⑥
D.③④琼脂块中含有的IAA与⑤⑥相等
答案:B
解析:在单侧光的照射下,生长素能从向光一侧向背光一侧移动,但由于胚芽鞘尖端中间有不透水的云母片隔着,使生长素不能向背光一侧移动,因此①≈②,A项错误。胚芽鞘的尖端是感光部位,在没有尖端存在的琼脂块中,外源生长素均匀向形态学下端运输,因此③≈④,B项正确。生长素只能进行极性运输,因此⑤和⑥中均不含生长素,C、D两项错误。
3.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,如下图所示。下列叙述正确的是( )
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
答案:D
解析:感光部位是胚芽鞘尖端,A项错误。b侧细胞较长,为背光侧,单侧光来自a侧,B项错误。单侧光照射使生长素在背光侧分布较多,因此b侧生长素较a侧多,C项错误。两侧细胞数目相近,体积不同,说明生长素促进细胞的伸长生长,D项正确。
4.下图为生长素浓度与植物某器官生长反应的关系示意图。下列对曲线中A、B、C、D各点的解读,正确的是( )
A.A点浓度较低,不能促进生长
B.B点浓度达到最高,促进作用最强
C.C点浓度适中,既不促进,也不抑制
D.D点浓度较高,抑制生长
答案:D
解析:由题图可知,生长素浓度小于C点对应的值时促进植物的生长,大于C点对应的值时抑制植物的生长,所以图中A、B点表示促进植物生长,其中B点对应的浓度是促进植物生长的最适宜浓度,C点既不促进植物生长,也不抑制植物生长,D点表示抑制植物生长。A点浓度较低,能促进植物生长,但促进作用较弱,A项错误。B点浓度最适宜,促进作用最强,B项错误。C点浓度较高,既不促进,也不抑制,C项错误。D点浓度较高,抑制植物生长,D项正确。
5.请根据下面事实,回答下列问题。
(1)20世纪20年代就有科学家认为,生长素(IAA)在向光和背光两侧分布不均匀导致植物具有向光性。那么,这种分布不均匀,是单侧光破坏了向光侧的IAA造成的,还是IAA在向光和背光两侧重新分配造成的 有人做了下图所示的实验。
在A、B、C、D四个实验中, (填字母)可以用来说明单侧光并不会破坏向光侧的IAA; (填字母)可以用来说明单侧光引起IAA的侧向再分配。由此可以形成推论:植物向光性的产生是由于 。
(2)将上图中的琼脂块放在去除尖端的胚芽鞘顶端右侧,胚芽鞘将向 侧弯曲生长。
答案:(1)A与B C与D 单侧光引起生长素向背光侧运输
(2)左
解析:(1)在A、B、C、D四个实验中,实验A和B琼脂块中生长素含量相差不多,实验C和D琼脂块中生长素含量相差不多,可以说明单侧光并不会破坏向光侧的IAA;C和D可以说明单侧光引起IAA的侧向再分配。由此可以形成推论:植物向光性的产生是由于单侧光引起生长素向背光侧运输。
(2)将题图中的琼脂块放在去除尖端的胚芽鞘顶端右侧,则右侧生长素多于左侧,右侧细胞生长快,导致胚芽鞘将向左侧弯曲生长。
第1节 植物生长素
第5章 植物生命活动的调节
目 标 素 养
1.体验生长素的发现过程,归纳概括生长素相关实验的实验设计思路和方法,认同科学探究需要进行大胆的猜测、严谨的实验、认真的观察和严密的逻辑分析,科学的进步需要一代又一代科学家的努力。
2.结合实例,分析生长素的作用特点,运用生物学中的适度与平衡观念,分析和解决现实中的问题。
知 识 概 览
一、生长素的发现过程
1.发现过程
2.植物向光性的解释
3.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)作用: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。
微思考1达尔文和他儿子的实验能否确定胚芽鞘的弯曲生长主要是尖端下面一段生长的缘故,还是尖端自身生长的缘故 请说明理由。
提示:不能。达尔文和他儿子的实验只能确定胚芽鞘的弯曲生长与尖端有关。
微训练1在燕麦胚芽鞘顶端不同位置插入不透水的云母片,如下图所示。单侧光照一段时间后将出现的情况是( )
A.甲向光弯曲生长
B.甲直立生长
C.乙直立生长
D.乙向光弯曲生长
答案:C
解析:左侧光照使甲中的生长素由左侧向右侧运输,但由于云母片阻碍了右侧的生长素向下运输,所以甲向右侧背光弯曲生长;乙直立生长,因为顶端的中央插入了云母片,在左侧给予光照的情况下,顶端向光侧生长素不能向背光侧运输,其下部生长素分布均匀。
二、生长素的合成、运输与分布
微思考2若植物随太空飞船进入太空中,还能发生极性运输吗 还具有向光性吗 原因是什么
提示:植物进入太空还能发生极性运输,也具有向光性。原因是极性运输和向光性均与重力无关。
微判断
1.芽、幼叶和种子都能产生大量的生长素。( × )
2.植物茎尖的细胞可利用色氨酸合成生长素。( √ )
3.生长素在根部的极性运输方向为由“根尖端”运往“根近茎端”。( √ )
4.植物生长素能促进植物生长是通过促进细胞的分裂与生长实现的。( × )
微训练2下图是燕麦胚芽鞘受到单侧光照射的示意图。据图分析,下列叙述错误的是( )
A.生长素由②向①移动
B.生长素由④向③移动
C.生长素由①向③、由②向④移动
D.③处比④处生长得快
答案:B
解析:胚芽鞘尖端在单侧光照射下可发生横向运输,即生长素由②→①,A项正确。胚芽鞘的尖端部位感受单侧光的刺激,横向运输发生在尖端,所以生长素不能由④向③移动,B项错误。生长素可进行极性运输,由①→③,②→④,C项正确。因为生长素由②→①→③,由②→④,所以③处生长素浓度高,促进作用大,因而比④处生长得快,D项正确。
三、生长素的生理作用
1.作用
(1)细胞水平:促进细胞 伸长生长 、诱导 细胞分化 等。
(2)器官水平:影响器官的 生长、发育 ,如促进侧枝和不定根发生,影响花、叶和果实发育等。
(3)分子水平:生长素与 生长素受体 特异性结合,引发细胞内发生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.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。
(3)幼嫩的细胞对生长素 敏感 ,衰老细胞则比较迟钝;不同器官对生长素的敏感程度 也不一样 。
微思考3大型乔木的树冠多呈圆锥形,试分析原因。
提示:植物顶芽产生的生长素向侧芽运输,侧芽生长素浓度高,生长受抑制,顶芽生长素浓度低,优先发育。
微训练3下列关于植物生长素的说法正确的是( )
A.在成熟组织中,生长素通过输导组织进行极性运输
B.植物的向光性说明生长素在低浓度时促进生长,高浓度时抑制生长
C.生长素是一种信息分子,直接参与细胞代谢
D.燕麦胚芽鞘产生生长素的部位是胚芽鞘尖端
答案:D
解析:在植物的成熟组织中,生长素可以通过输导组织进行非极性运输,A项错误。单侧光影响了生长素的分布,使背光一侧的生长素多于向光一侧,从而使背光一侧的细胞伸长快于向光一侧,都是促进作用,B项错误。植物激素是信息分子,起到传递信息的作用,不能直接参与细胞代谢,只起调节作用,C项错误。燕麦胚芽鞘产生生长素的部位为胚芽鞘尖端,D项正确。
一 植物生长素的发现
重难归纳
1.生长素发现过程中的经典实验分析
(1)达尔文的实验。
①实验分析。
在a、b对照中,实验的自变量是胚芽鞘尖端的有无,因变量是胚芽鞘的生长状况。结论:胚芽鞘的弯曲生长与尖端有关。
在c、d对照中,实验的自变量是遮光部位,因变量是胚芽鞘的生长状况。结论:感光部位是尖端,而不是尖端以下的伸长区。
②推论: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·詹森的实验。
①实验过程及现象。
②变量分析:自变量是有无尖端及琼脂片,因变量是胚芽鞘的生长状况。
③实验结论:胚芽鞘尖端产生的“影响”可以透过琼脂片传递给下部。
④从对照实验设计的单一变量原则角度分析,该实验的不足之处在于没有形成单一变量,无法排除“琼脂片可能导致胚芽鞘生长”的结论。
(3)拜尔的实验。
①实验过程与现象。
实验条件:黑暗中。
原因:排除受光不均匀对实验结果的影响。
②变量分析:自变量是尖端放置的位置,因变量是胚芽鞘弯曲生长的方向。
③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。
④拜尔实验的不足之处是无法证明尖端是否产生某种物质。
(4)温特的实验。
①实验处理及现象。
②实验分析:自变量是琼脂块是否接触过尖端;因变量是胚芽鞘是否弯曲生长。实验组是A组,对照组是B组。A与B对照说明造成胚芽鞘弯曲生长的是胚芽鞘尖端产生的某种物质。设置B组的目的是排除琼脂块本身的化学物质对胚芽鞘的影响。
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,这种化学物质被命名为生长素。
特别提醒
(1)生长素的产生部位在尖端,生长素的合成不需要光,生长素的横向运输在尖端完成,但发生效应的部位在尖端以下。
(2)生长素不能透过云母片,而琼脂对生长素的运输和传递无阻碍作用。
(3)温特实验证明“影响”是物质而非其他信号,如光、声音等,因此它能留在琼脂块上并作用于胚芽鞘尖端以下的部分,促进其生长。
2.针对胚芽鞘进行的一系列实验得出的结论
(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。
(2)生长素产生的多少与尖端是否感受光照无关。
(3)感受单侧光的部位和发生横向运输的部位都是胚芽鞘尖端。
(4)弯曲生长的原因是生长素分布不均匀,导致生长不均匀。
规律总结
判断胚芽鞘生长与弯曲的依据
(1)先看胚芽鞘尖端以下的部位能否获得生长素。若能,则生长;若不能,则既不生长也不弯曲。
(2)再看胚芽鞘尖端以下部位生长素的分布是否均匀。若均匀,则直立生长;若不均匀,则弯曲生长。
1.鲍森·詹森实验的目的是证明胚芽鞘尖端产生的“影响”要向下传递,但实验并没有充分证明,如何补充实验来充分证明胚芽鞘尖端产生的影响要传递到下部才能发挥作用
提示:设置对照组,将琼脂片换成云母片或玻璃片,其他条件均相同。
2.若已经确定胚芽鞘尖端可以产生生长素,根据胚芽鞘的向光性实验和拜尔实验的比较,你能对胚芽鞘的向光性提出哪些可能的解释
提示:①单侧光照射使生长素在背光侧分布较多;②单侧光照射使向光侧的生长素被分解。
典例剖析
下列有关生长素及其发现过程中相关经典实验的分析,正确的是( )
A.生长素在植物体内含量较多,产生部位和作用部位一般不同
B.达尔文实验只证明了生长素会造成胚芽鞘向光性弯曲生长
C.鲍森·詹森的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
D.温特首次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
答案:C
解析:生长素在植物体内含量较少,产生部位和作用部位一般不同,A项错误。达尔文通过设计对照实验证明了植物的向光性与尖端产生的某种“影响”有关,但在当时他不知道这种“影响”是生长素,B项错误。鲍森·詹森的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,C项正确。拜尔首次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,D项错误。
学以致用
下图中,a、b、c分别为对胚芽鞘做不同处理的实验,d为一植株被纸盒罩住,且纸盒一侧有开口,给予单侧光照。下列对实验结果的叙述,正确的是( )
A.a、b组中胚芽鞘向光弯曲生长,c组中胚芽鞘背光弯曲生长
B.a组中胚芽鞘直立生长,b、c组中胚芽鞘向光弯曲生长
C.d组,如果固定植株,旋转纸盒,一段时间后,植株向左弯曲生长
D.d组,如果将纸盒和植株一起旋转,则植株向纸盒开口方向弯曲生长
答案:D
解析:a组,由于生长素不能透过玻璃片,故胚芽鞘直立生长。b组,生长素能透过琼脂片,单侧光照使胚芽鞘向光弯曲生长。c组,将含生长素的琼脂块放于向光侧,因此去尖端的胚芽鞘背光弯曲生长。d组,如果固定植株,旋转纸盒,植株向右弯曲生长;如果将纸盒和植株一起旋转,光只能从开口进入,因此植株向纸盒开口方向弯曲生长。
二 生长素的运输
重难归纳
1.横向运输
(1)部位:胚芽鞘尖端等。
(2)发生的原因:
a.受光照影响:单侧光使胚芽鞘尖端中的生长素由向光侧运输到背光侧,如图Ⅰ中①→②,可引起植物的向光性生长。
b.受重力影响:重力作用使生长素在幼根中从远地端运输到近地端,幼茎中生长素也从远地端运输到近地端,如图Ⅱ中③→④,⑤→⑥。
c.受离心力影响:离心力使胚芽鞘尖端的生长素分布不均匀,如图Ⅲ中⑦→⑧,可引起胚芽鞘弯曲生长。
(3)实验验证:
若C中生长素含量=D中生长素含量、E中生长素含量>F中生长素含量,则说明单侧光引起生长素在胚芽鞘尖端发生横向运输。
2.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:只能由形态学上端运输到形态学下端,而不能反过来运输,也就是只能单方向地运输。
(3)影响因素:由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。
a
b
易错辨析
形态学上端与形态学下端的判断
3.非极性运输
在成熟组织中,生长素可以通过输导组织进行非极性运输。
研究生长素极性运输的经典实验是“供体—受体琼脂块”方法,现利用下图所示处理方法进行实验。
(1)检测4个实验受体琼脂块,其中含有生长素的是 。为了证明生长素在胚芽鞘中的极性运输,一名同学设计了实验①,一段时间后,发现下端的受体琼脂块逐渐有了生长素。最适合作为其对照组的是 。
(2)有人提出“生长素的极性运输与重力无关”的观点。最适合判断该观点是否正确的一组对照实验是 。若实验结果为 ,则该观点正确。
答案:(1)①④ ②
(2)①④ 两组实验的受体琼脂块都有生长素,且含量相等
典例剖析
取生长状态一致的燕麦胚芽鞘,分为a、b、c、d四组。分别将a、b两组胚芽鞘尖端下方的一段切除,再从c、d两组胚芽鞘中的相应位置分别切取等长的一段,并按图中所示分别接入a、b两组胚芽鞘被切除的位置,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'组胚芽鞘不弯曲,也不生长,其原因是( )
A.c组尖端能合成生长素,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
答案:D
解析:胚芽鞘尖端可产生生长素,生长素只能由形态学上端向形态学下端运输,而不能反向运输,故a'组尖端产生的生长素可以向胚芽鞘基部运输,而b'组尖端产生的生长素不能。
易错辨析
生长素的极性运输、非极性运输、横向运输的辨析
(1)极性运输是将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会向上运输,而茎尖产生的生长素向下运输。这是一种主动运输过程,需要载体蛋白协助,消耗能量。
(2)非极性运输是指植物体内物质的运输不受形态学上下端的影响,和其他有机物的运输没有区别。
(3)横向运输是生长素由茎或根的一侧移动到另一侧的运输方式,其方向平行于茎的横切面。
学以致用
为了验证“某种植物向光生长的原因是单侧光照使生长素向背光面集中,但不影响生长素的合成”,生物兴趣小组利用胚芽鞘和琼脂块设计了如下实验,其中实验设计思路正确且能支持该观点的结果是( )
答案:A
解析:要证明单侧光照不影响生长素的合成,自变量是单侧光,应给予第1组黑暗处理,第2组单侧光处理,且实验结果应为a≈b。要证明单侧光使生长素向背光面集中,需设置3、4组实验,给予第3组黑暗处理,第4组单侧光处理,且第3组实验结果应为c≈d,第4组实验结果应为e
重难归纳
1.生长素的生理作用
(1)生长素浓度与促进程度的曲线分析。
①当生长素浓度小于i时均为“较低浓度”;高于i时称为“过高浓度”,会抑制植物生长。
②曲线中的OH段表明,随生长素浓度的升高,促进植株生长的作用增强。
③曲线HC段(不包括C点)表明,随生长素浓度的升高,促进植株生长的作用减弱(但仍为促进作用)。
④H点表示促进植株生长的最适生长素浓度为g。
⑤C点表示促进生长的“阈值”,即生长素浓度大于C点对应的浓度(i)时,植株生长将受到抑制。
(2)不同器官对生长素的敏感程度曲线分析。
同一浓度的生长素作用于不同器官,引起的生理效应不同,这是因为不同的器官对生长素的敏感程度不同(敏感程度大小:根>芽>茎)。
(3)不同植物对生长素的敏感程度曲线分析:双子叶植物比单子叶植物敏感。
2.对植物向性运动的解释
(1)植物向光性的解释。
(2)根的向地生长和茎的背地生长。
3.顶端优势
(1)概念: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,侧芽的发育受到抑制。
(2)产生原因:A处产生的生长素向下运输(极性运输),在B、C、D处积累(B处最多),B、C、D处生长素浓度过高抑制了侧芽的发育,而A处生长素浓度较低,促进了顶芽的生长。
(3)解除措施:摘除顶芽。
特别提醒
在茎的背地生长中,生长素只表现为促进作用;而在根的向地生长和顶端优势中,生长素的作用表现为较低浓度促进生长,过高浓度抑制生长。
如果在进行单侧红光照射处理的同时,在大麦胚芽鞘的向光侧涂抹某浓度的生长素,结果胚芽鞘表现为向光性,可能的原因是什么
提示:①涂抹后向光侧生长素浓度过高,生长受抑制,因此胚芽鞘向光弯曲生长。②涂抹后,向光侧生长素浓度依然低于背光侧,背光侧生长快,向光侧生长慢,因此胚芽鞘向光弯曲生长。
典例剖析
下图为燕麦胚芽鞘经过单侧光照射后,甲、乙两侧的生长情况,对照组未经单侧光处理。下列叙述正确的是( )
A.甲为背光侧,IAA含量低于乙侧和对照组
B.对照组的燕麦胚芽鞘既不生长也不弯曲
C.若光照前去除尖端,甲、乙两侧的生长状况基本一致
D.IAA先极性运输到尖端下部,再横向运输
答案:C
解析:由题图可知,甲侧生长快,为背光侧,其生长素(IAA)的含量高于乙侧和对照组,A项错误。对照组的燕麦胚芽鞘没有受到单侧光的照射,因此不弯曲,但是其尖端可以产生生长素,因此其应该直立生长,B项错误。若光照前去除尖端,则甲、乙两侧都不生长,C项正确。生长素先在尖端进行横向运输,再向下进行极性运输,D项错误。
归纳拓展
据图分析不同浓度的生长素对同一器官的作用
(1)若曲线表示不同浓度生长素对植物幼苗的作用,幼苗出现向光性时,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大于m且小于k。
(2)若曲线表示不同浓度生长素对植物茎的作用,植物水平放置时,茎背地生长,测得其茎的近地侧生长素浓度为k,则茎的远地侧生长素浓度范围是大于0且小于m。
(3)若曲线表示不同浓度生长素对植物根的作用,植物水平放置时,根向地生长,测得其根的远地侧生长素浓度为m,则根的近地侧生长素浓度范围是大于i。
学以致用
将豌豆黄化幼苗顶芽下段切成2 cm长度,从中间纵剖开1 cm,已知幼茎内部薄壁细胞吸水能力大于外侧表皮细胞。实验组顶芽下段用10-7 mol/L的生长素溶液处理,对照组用清水处理。一段时间后,顶芽下段形状如下图所示。下列分析错误的是
( )
A.实验证明该浓度是促进幼苗顶芽下段生长的最适浓度
B.该浓度生长素对表皮细胞生长的促进作用大于薄壁细胞
C.某种浓度生长素溶液处理可能产生与对照组相似的结果
D.用不同浓度的生长素处理同一组织可能产生相同的效果
答案:A
解析:分析实验可知,实验组出现的形态是由外侧表皮细胞的生长速率大于内侧薄壁细胞引起的,推测可能是生长素对表皮细胞生长的促进作用大于薄壁细胞;对照组出现的形态是由外侧表皮细胞的吸水速率小于内侧薄壁细胞引起的。该实验只能证明生长素对幼苗顶芽下段生长有影响,而不能证明该浓度是促进幼苗顶芽下段生长的最适浓度,A项错误。由实验组的形态推断,该浓度生长素可能对表皮细胞的生长促进效果大于薄壁细胞,B项正确。由生长素的生理作用特点可知,若高浓度生长素对细胞生长起抑制作用,可能产生与对照组相似的结果,C项正确。在最适浓度的两侧可能存在两种不同浓度对同一组织器官的作用相同,D项正确。
1.下列关于生长素的发现过程相关实验的叙述,正确的是( )
A.温特的实验中,生长素从胚芽鞘尖端基部进入琼脂块的方式是主动运输
B.达尔文的实验证明了胚芽鞘的弯曲生长是由一种化学物质引起的
C.拜尔的实验中,植物的向光性是背光侧生长素比向光侧多所致
D.能从人尿中提取出生长素的原因是人体内无分解生长素的酶
答案:D
解析:生长素从胚芽鞘尖端基部进入琼脂块的方式属于扩散,A项错误。达尔文的实验只证明了胚芽鞘受单侧光刺激后,会向尖端以下部位传递某种“影响”,造成尖端以下部位背光面比向光面生长快,B项错误。拜尔的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,C项错误。人体内没有分解生长素的酶,故生长素随食物进入人体后会随着尿液排出,D项正确。
2.下图为研究生长素(IAA)产生部位及运输方向的实验。初始时,琼脂块①~⑥不含IAA。下列对实验结果的表述,正确的是( )
A.①②琼脂块中都有IAA,①>②
B.③④琼脂块中都有IAA,③≈④
C.⑤⑥琼脂块中都有IAA,⑤≈⑥
D.③④琼脂块中含有的IAA与⑤⑥相等
答案:B
解析:在单侧光的照射下,生长素能从向光一侧向背光一侧移动,但由于胚芽鞘尖端中间有不透水的云母片隔着,使生长素不能向背光一侧移动,因此①≈②,A项错误。胚芽鞘的尖端是感光部位,在没有尖端存在的琼脂块中,外源生长素均匀向形态学下端运输,因此③≈④,B项正确。生长素只能进行极性运输,因此⑤和⑥中均不含生长素,C、D两项错误。
3.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,如下图所示。下列叙述正确的是( )
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
答案:D
解析:感光部位是胚芽鞘尖端,A项错误。b侧细胞较长,为背光侧,单侧光来自a侧,B项错误。单侧光照射使生长素在背光侧分布较多,因此b侧生长素较a侧多,C项错误。两侧细胞数目相近,体积不同,说明生长素促进细胞的伸长生长,D项正确。
4.下图为生长素浓度与植物某器官生长反应的关系示意图。下列对曲线中A、B、C、D各点的解读,正确的是( )
A.A点浓度较低,不能促进生长
B.B点浓度达到最高,促进作用最强
C.C点浓度适中,既不促进,也不抑制
D.D点浓度较高,抑制生长
答案:D
解析:由题图可知,生长素浓度小于C点对应的值时促进植物的生长,大于C点对应的值时抑制植物的生长,所以图中A、B点表示促进植物生长,其中B点对应的浓度是促进植物生长的最适宜浓度,C点既不促进植物生长,也不抑制植物生长,D点表示抑制植物生长。A点浓度较低,能促进植物生长,但促进作用较弱,A项错误。B点浓度最适宜,促进作用最强,B项错误。C点浓度较高,既不促进,也不抑制,C项错误。D点浓度较高,抑制植物生长,D项正确。
5.请根据下面事实,回答下列问题。
(1)20世纪20年代就有科学家认为,生长素(IAA)在向光和背光两侧分布不均匀导致植物具有向光性。那么,这种分布不均匀,是单侧光破坏了向光侧的IAA造成的,还是IAA在向光和背光两侧重新分配造成的 有人做了下图所示的实验。
在A、B、C、D四个实验中, (填字母)可以用来说明单侧光并不会破坏向光侧的IAA; (填字母)可以用来说明单侧光引起IAA的侧向再分配。由此可以形成推论:植物向光性的产生是由于 。
(2)将上图中的琼脂块放在去除尖端的胚芽鞘顶端右侧,胚芽鞘将向 侧弯曲生长。
答案:(1)A与B C与D 单侧光引起生长素向背光侧运输
(2)左
解析:(1)在A、B、C、D四个实验中,实验A和B琼脂块中生长素含量相差不多,实验C和D琼脂块中生长素含量相差不多,可以说明单侧光并不会破坏向光侧的IAA;C和D可以说明单侧光引起IAA的侧向再分配。由此可以形成推论:植物向光性的产生是由于单侧光引起生长素向背光侧运输。
(2)将题图中的琼脂块放在去除尖端的胚芽鞘顶端右侧,则右侧生长素多于左侧,右侧细胞生长快,导致胚芽鞘将向左侧弯曲生长。