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第5章 植物生命活动的调节
第1节 植物生长素
第2课时
学习目标
概述植物生长素的合成、运输、分布和生理作用,尝试阐释植物生长素特点中蕴含的适度与平衡观
01
02
根据生长素的作用及特点,学会分析和解决生活实际问题
问题探讨
Problems discussed
芽
幼嫩的叶
发育中的种子
生长素的合成、运输与分布
Synthesis, transportation and distribution of auxin
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生长素由色氨酸经过一系列反应转变而来。
色氨酸
吲哚乙酸
生长素的合成、运输与分布
Synthesis, transportation and distribution of auxin
2.生长素的运输
形态学上端
形态学下端
形态学下端
形态学上端
在胚芽鞘、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,也就是只能单方向地运输。
①极性运输不会随植物形态学上端与形态学下端空间位置的改变而改变。
②极性运输为主动运输,需要消耗能量,需要载体蛋白。
③极性运输在太空中依然存在,不受重力因素的影响。
(1)极性运输(幼嫩部位)
生长素的合成、运输与分布
Synthesis, transportation and distribution of auxin
思考·讨论:
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。
空白琼脂块(a)
形态学上端
形态学下端
含IAA琼脂块
实验前
含IAA的琼脂块(a)
形态学上端
形态学下端
含IAA琼脂块
实验后
胚芽鞘弯曲生长
生长素的合成、运输与分布
Synthesis, transportation and distribution of auxin
思考·讨论:
空白琼脂块(a)
形态学上端
形态学下端
含IAA琼脂块
含IAA的琼脂块(a)
形态学上端
形态学下端
含IAA琼脂块
实验前
实验后
胚芽鞘弯曲生长
1.这个实验的设计是否严密?为什么?
不严密,没有考虑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。
生长素的合成、运输与分布
Synthesis, transportation and distribution of auxin
思考·讨论:
空白琼脂块(a)
形态学上端
形态学下端
含IAA琼脂块
含IAA的琼脂块(a)
形态学上端
形态学下端
含IAA琼脂块
实验前
实验后
胚芽鞘弯曲生长
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。
空白琼脂块(b)
形态学下端
形态学上端
含IAA琼脂块
实验前
实验后
空白琼脂块(b)
形态学下端
形态学上端
含IAA琼脂块
胚芽鞘
既不弯曲也不生长
生长素的合成、运输与分布
Synthesis, transportation and distribution of auxin
思考·讨论:
空白琼脂块(a)
形态学上端
形态学下端
含IAA琼脂块
含IAA的琼脂块(a)
形态学上端
形态学下端
含IAA琼脂块
实验前
实验后
胚芽鞘弯曲生长
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。
4.如何检测下端的琼脂块中是否接收到生长素?
方案1: 将A琼脂块中的生长素用放射性同位素标记。一段时间后检测下端的琼脂块中是否含有放射性。
方案2: 将下端的琼脂块放在切去尖端的胚芽鞘一侧,一段时间后观察胚芽鞘是否向对侧弯曲。
生长素的合成、运输与分布
Synthesis, transportation and distribution of auxin
2.生长素的运输
(2)非极性运输(成熟组织)
生长素可以通过输导组织进行非极性运输。生长素的非极性运输和其他有机物的运输没有区别。
(3)横向运输:
在一些细胞分裂特别旺盛的地方(尖端),受外界某些刺激(如单侧光、重力、离心力的影响,生长素也可以横向运输。
提醒:
①单侧光只影响生长素的分布,不影响生长素的合成。琼脂块无感光作用;
②单侧光刺激时,生长素在尖端既进行横向运输,又进行极性运输。
生长素的合成、运输与分布
Synthesis, transportation and distribution of auxin
2.生长素的运输
生长素的横向运输只发生在根尖、芽尖等产生生长素的部位,且发生在有单侧光或重力等刺激时。尖端在均匀光照或黑暗处时,不发生生长素的横向运输。
失重状态下,由于没有重力的作用水平放置的植物的根、芽中生长素的水平分布是均匀的,植物会水平生长。
生长素的合成、运输与分布
Synthesis, transportation and distribution of auxin
3.生长素的分布
生长素在植物体各器官中都有分布,但相对集中分布在生长旺盛的部分,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。
总体来说,生长素的分布是:
①产生部位<积累部位:如顶芽<侧芽;分生区<伸长区
②生长旺盛部位>衰老组织:如生长点>老根
生长素的合成、运输与分布
Synthesis, transportation and distribution of auxin
3.生长素的分布
(1)生长素分布不均的原因分析
①单方向刺激的影响:常见的有单侧光、重力、离心力等因素,使生长素在产生部位发生了横向运输,然后通过极性运输到达作用部位,使生长素分布不均,从而造成了弯曲生长。
②其他人为因素:如温特将含有生长素的琼脂块故意偏放在胚芽鞘去掉尖端的横切面上,探究弯曲生长的原因,又如云母片或玻璃片的应用,也会造成生长素分布不均。
琼脂块
云母片将胚芽鞘完全分开
云母片将胚芽鞘部分分开
生长素的合成、运输与分布
Synthesis, transportation and distribution of auxin
3.生长素的分布
(2)用两看法判断胚芽鞘“长不长、弯不弯”
(1)判断“长不长”:
看胚芽鞘尖端下的伸长区能否获得生长素。
①能获得生长素,则生长。
②不能获得生长素,则既不生长也不弯曲。
(2)判断“弯不弯”:
看胚芽鞘尖端下的伸长区生长素的分布是否均匀。
①若生长素分布均匀,则直立生长。
②若生长素分布不均匀,则弯曲生长。
生长素的生理作用
Physiological function of auxin
1、作用方式:
不催化细胞代谢,也不为细胞提供能量,而是给细胞传达信息,起着调节细胞生命活动的作用。
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、发育,如促进侧根和不定根的发生,影响花、叶和果实发育
向光侧
背光侧
生长素
生长素的生理作用
Physiological function of auxin
2、作用机制:
生长素
激素受体
促使细胞壁松散
液泡
H+
添加细胞壁成分
内质网
Ca2+
激活
转录因子
转录
翻译
促细胞生长蛋白
高尔基体
作用机理
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。
生长素的生理作用
Physiological function of auxin
2、作用机制:
生长素
生长素受体
特异性结合
细胞内一系列信号转导
诱导
特定基因表达
产生
效应
细胞
器官
生长素
伸长分化
生长发育
受体
基因表达
促进
促进
生长素的作用似乎就是“促进”。真的是这样吗?
生长素的生理作用
Physiological function of auxin
思考·讨论:
下图所示是科学家研究不同浓度生长素对植物不同器官的作用得到的结果
植物生长素的作用特点
生长从素浓度与植物不同器官生长反应的关系示意图
1. “促进”或“抑制”的作用效果是与哪一组别对比得到的?
“促进”或“抑制”,是相对于生长素最低浓度时各器官的生长速度而言,当生长素浓度过高而“抑制”生长时,器官表现为生长速度减慢,甚至生长停滞。
生长素的生理作用
Physiological function of auxin
思考·讨论:
植物生长素的作用特点
下图所示是科学家研究不同浓度生长素对植物不同器官的作用得到的结果
生长从素浓度与植物不同器官生长反应的关系示意图
2.对于同一器官来说,生长素的作用与浓度有什么关系?
一般表现为较低浓度的促进生长,浓度过高则抑制生长。
3.对于不同的器官来说,生长素促进生长的最适浓度相同吗?
对于不同器官来说,生长素促进生长的最适浓度不同。
生长素的生理作用
Physiological function of auxin
3、生长素的作用特点
生长从素浓度与植物不同器官生长反应的关系示意图
(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。
敏感程度排序:
①根>芽>茎
②幼嫩细胞>衰老细胞
③双子叶植物>单子叶植物
(2)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)
生长素的生理作用
Physiological function of auxin
3、生长素的作用特点
(2)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)
①实质:
既能促进生长,也能抑制生长
既能促进发芽,也能抑制发芽
既能防止落花落果,也能疏花疏果
保花
疏果
生长素的生理作用
Physiological function of auxin
3、生长素的作用特点
(2)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)
②影响生长素作用效果的因素:
(1)浓度
(2)不同器官敏感度不同
(3)细胞成熟情况
(4)植物的种类
生长素的生理作用
Physiological function of auxin
3、生长素的作用特点
(2)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)
①从曲线中可以看出促进根、芽、茎生长的最适浓度分别是?
②三种器官对生长素的敏感性大小依次是:
10-10 10-8 10-4
根 >芽 >茎
生长素的生理作用
Physiological function of auxin
3、生长素的作用特点
(2)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双子叶植物比单子叶植物敏感,利用浓度在BD(最好是C)间的生长素类似物作除草剂,可除去单子叶植物中的双子叶杂草。
生长素的生理作用
Physiological function of auxin
4、生长素生理作用两重性的实例
顶端优势
① 概念:
顶芽优先生长,而侧芽生长受到抑制的现象。
② 原因:
顶芽产生的生长素逐渐向下运输,枝条上部的侧芽附近生长素浓度较高。由于侧芽对生长素浓度比较敏感,因此侧芽的发育受到抑制,植株因而表现出顶端优势。
顶芽(生长素)
侧芽(生长素)
少
多
促进
抑制
极性运输
生长素的生理作用
Physiological function of auxin
4、生长素生理作用两重性的实例
顶端优势
③ 在生产上的应用
Ⅰ.解除顶端优势
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。
可以增产,调节植株形态等。棉花摘心、黄瓜打顶、果树整枝、园艺修剪等
Ⅱ.维持顶端优势
自然界的植物呈宝塔形,可以充分利用阳光。
离顶芽越近的侧芽,生长素浓度越高,生长越慢,离顶芽越远的侧芽,生长素浓度越低,生长越快。
生长素的生理作用
Physiological function of auxin
4、生长素生理作用两重性的实例
向重力性
原理:
①在重力作用下生长素分布不均匀
②根茎对生长素的敏感程度不同,根>茎。
根部
生长素浓度:C生长速度:C>D
生长效应:C促进D抑制
茎部
生长素浓度:A生长速度:A生长效应:A促进弱B促进强
习题巩固
Brief summary
答案:C
解析:A、在成熟组织中,生长素可以通过输导组织进行非极性运输,A正确; B、在太空环境中会失重,所以根不具有向地性,B正确; C、生长素发生横向运输的部位是胚芽鞘的尖端,琼脂块中不会发生横向运输,C错误; D、极性运输属于主动运输,需要消耗能量,故极性运输的速率与细胞呼吸强度有关,D正确。
故选C。
1.下列有关植物生长素及运输方式的叙述,不正确的是( )
A.在成熟组织中,生长素可以通过输导组织进行非极性运输
B.在太空中,植物的根不会表现出向地弯曲生长的特性
C.温特的实验中,如果给予单侧光照射,生长素会在琼脂块中进行横向运输
D.在存在呼吸抑制剂的条件下,极性运输会受到抑制
习题巩固
Brief summary
答案:A
解析:d点表示对芽生长的促进作用明显降低,但对芽的生长仍起促进作用,其对应的生长素浓度抑制根的生长, A错误。
2.分析下图,以下说法不正确的是( )
A.d点对应的生长素浓度抑制芽的生长
B.b点对应的生长素浓度为促进芽生长的最适浓度
C.c点对应的生长素浓度为促进茎生长的最适浓度生长素浓度/ppm
D.a点对应的生长素浓度为促进根生长的最适浓度