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第5章 植物生命活动的调节
5.1 植物生长素
唤醒沉睡的种子,
调控幼苗的生长。
引来繁花缀满枝,
瓜熟蒂落也有时。
靠的是雨露阳光,
离不开信息分子。
生命活动调节的普遍模式:
刺激—感应—响应—调节
意义:维持稳态、适应环境
思考:
植物的生命活动会受到哪些因素影响?
图中是一株放在窗台上久不移动的盆栽植物。
1.图中植株的生长方向有什么特点?
弯向窗外生长。
问题探讨
2.可能是哪种环境因素刺激引发了这株植物的形态改变?植株对这种刺激的反应有什么适应的意义?
是较长时间的单侧光刺激引起
使植株获得更多阳光,通过光合作用合成更多的有机物
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?
发生在幼嫩部位。
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。
生长素的发现过程
单子叶植物,特别是禾本科植物胚芽外的锥形套状物叫作胚芽鞘,它能保护生长中的胚芽。种子萌发时,胚芽鞘首先钻出地面,出土后还能进行光合作用。
金丝雀虉草,又名加那利虉草,是禾本科虉草属的一年生丛生草本植物。茎秆高度一般不超过1m,生活周期类似于春小麦。它是一种谷类作物,果实一般用作鸟食。
一、生长素的发现过程
1、19世纪末,达尔文(C.R.Darwin)和他的儿子,设计了实验来探讨植物向光性的原因。
实验①
实验②
实验③
实验④
向光弯曲生长
不生长不弯曲
直立生长
向光弯曲生长
实验分析:
是对照组 是实验组。
①、②对照说明 。
①、 ③、④对照说明 。
①
② 、③、④
胚芽鞘的弯曲生长与尖端有关
感受光刺激的部位是胚芽鞘的尖端
疑问:为什么尖端感光后会影响到下部生长弯曲呢?
结论2:胚芽鞘的感光部位在尖端
现象:发生弯曲生长的部位是尖端下部
尖端产生了某种影响,传到下部
下部弯曲生长是因为背光侧生长的快(尖端产生的影响在下部分布不均)
结论1:胚芽鞘的生长弯曲与尖端有关
推测
汉水丑生侯伟作品
生长素的发现过程
达尔文根据实验提出:胚芽鞘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,因而出现向光性弯曲。
这种“影响”究竟是什么呢?
实验结论:
实验设计与预测
实验目的:探究“某种影响”是“电信号”还是“物质”
可选实验材料:
光源、暗盒、刀片、胚芽鞘、玻璃片或云母片(不透水)、琼脂片(由琼脂糖和琼脂果胶组成,加热可融化,冷却可凝固,无色透明,通常用于制作食品,比如果冻,能透过水和化学物质。)
结论:这种“影响”可以透过琼脂片传递到下部
3、1918年拜尔(A.Paal)实验
胚芽鞘的弯曲生长,是因为尖端产生的影响在其下部
造成的。
向右弯曲生长
向左弯曲生长
顶端产生的“影响”能传到下部,下部 生长快,
生长慢,结果胚芽鞘向 弯曲。
实验结论:
实验分析:
分布不均匀
实验为什么要在黑暗中进行?
该实验有几组对照?
“影响” 多
“影响”少
生长慢的一侧
胚芽鞘的弯曲生长是否是 与某影响在尖端下部“分布 有关呢?”
4、1926年荷兰科学家温特(F.W.Went)的实验
向对侧弯曲生长
不弯曲不生长
琼脂块是否接触过尖端。
去掉尖端的胚芽鞘是否弯曲生长
尖端产生的影响是一种化学物质
排除琼脂块本身对实验的干扰
排除胚芽鞘内残留的“尖端影响”对 实验的干扰
自变量:
因变量:
实验结论:
设置对照组的目的是:
在放置琼脂块前,要将其去掉尖端的胚芽鞘在蒸馏水中侵泡一段时间,原因是:
5、生长素的分离
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—— 。
1946年,人们才从高等植物中将其分离出来,并确认它也是
进一步研究发现,植物体内具与IAA相同效应的物质还有
等,它们都属于生长素。
吲哚乙酸(IAA)
吲哚乙酸。
苯乙酸(PAA)、吲哚丁酸(IBA)
植物向光性的原因
6、植物向光性产生的原因
外因:单侧光照射
内因:生长素分布不均匀(背光面多向光面少)
单侧光照射后,胚芽鞘尖端的生长素横向运输,导致背光一侧的生长素含量多于向光一侧,引起两侧的生长不均匀,从而造成向光弯曲。
单侧光
背光一侧
向光一侧
生长素少
生长快
生长慢
生长素的发现过程中,针对胚芽鞘的一系列实验的重要结论
(1)生长素的产生部位—— 。
(2)生长素发挥作用的部位—— 。
(3)感光部位—— 。
(4)生长素的产生是否需要光—— 。
(5)单侧光照射时生长素横向运输的部位—— 。
(6)胚芽鞘是否生长取决于—— 。
(7)胚芽鞘是否弯曲生长取决于—— 。
重要胚芽鞘尖端
胚芽鞘尖端下面的伸长区
胚芽鞘尖端
不需要
胚芽鞘尖端
有无生长素
生长素分布均不均
7、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。
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。
(2)主要种类: 。
生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸和乙烯。
1.植物激素与动物激素都称作“激素”,二者有哪些相似之处?
2.植物体内没有分泌激素的腺体,这说明植物激素在合成部位上与动物激素有明显不同。植物激素与动物激素还有哪些明显的区别?
植物激素与动物激素的异同
二者都是调节生命活动的信息分子,都能从产生部位运输到作用部位发挥作用,且都是微量、高效的有机物。
类别 分泌器官 化学本质 作用部位 运输方式
植物激素 无特定的分泌器官 一般是小分子物质 无明显的靶细胞 多样、复杂
动物激素
思考 讨论
二、生长素的合成、运输与分布
1、生长素的合成
主要合成部位: 。在这些部位, 经过一系列反应可转变成生长素。
2、生长素的分布
植物体各器官中都有分布,相对集中分布在 。如 、形成层、 和果实等处。
芽、幼嫩的叶和发育中的种子
色氨酸
生长旺盛的部分
胚芽鞘、芽和根尖的分生组织
发育中的种子
方向:(1)极性运输
3、生长素的运输
只能从形态学的上端向形态学下端运输。
形态学上端
形态学下端
形态学上端
形态学下端
a. 定义:
b.部位:
幼嫩部位:胚芽鞘、芽、幼根和幼叶中
c.影响因素:
遗传因素决定,不受外力影响
d.运输方式:
主动运输
(2)非极性运输
(3)横向运输:
部位:
成熟组织(通过输导组织)
方向:
可以从上向下运输,也可以从下向上运输
方式:
与其它有机物相同
部位:
方式:
影响因素:
尖端
受单一方向的外界刺激产生(如重力、离心力、单侧光)
主动运输
你还可以采用什么方法验证生长素的极性运输 请说出你的设计思路。(见教材P95页)
材料:去掉尖端的胚芽鞘若干,含生长素的琼脂块若干,不含生长素的琼脂块若干。
类别 处理条件图解 结果
遮盖类
暗箱类
插片类
不同处理条件下胚芽鞘生长状况分析
①直立生长
②向光弯曲生长
①直立生长
②向光(小孔)弯曲生长
①向左弯曲生长
②向右弯曲生长
③不生长不弯曲
④直立生长
⑤向右弯曲生长
巩固练习
类别 处理条件图解 结果
移植类
旋转类
①直立生长
②向左弯曲生长
③④中IAA含量:
a=b+c且b>c
①直立生长
②向光弯曲生长
③向小孔弯曲生长
④向中央弯曲生长
不同处理条件下胚芽鞘生长状况分析
巩固练习
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、作用机理
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
生长素的生理作用
作为信息分子,给细胞传达信息,调节细胞生命活动。
3、生长素的生理作用
(1)细胞水平
起着促进细胞伸长生长、诱导细胞分化等作用;
(2)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。
细胞
器官
生长素
伸长分化
生长发育
受体
基因表达
(1)细胞水平:起着促进细胞伸长生长、诱导细胞分化等作用;
(2)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。
器官
生长素
细胞
受体
生长发育
伸长分化
基因表达
生长素的生理作用
为探究生长素对该植物生根的影响,某生物兴趣小组进行了课外实验,得到了施加的外源生长素浓度与根平均长度之间的关系表格:
1.哪些浓度可以促进生根?哪些浓度可以抑制?
2.最适合生根的浓度在什么范围?
不同浓度生长素对根的作用分析
思考·讨论
1.曲线AB段表示:
2.B点表示的生长素浓度是:
3.BC段表示:
4.C点表示的生长素浓度对根的生长作用是:
5.CD段表示:
随生长素浓度升高,对根生长的促进作用加强。
促进根生长的最适浓度
随生长素浓度升高,对根生长的促进作用减弱。
随生长素浓度升高,对根生长的抑制作用增强。
既不促进也不抑制
不同浓度生长素对根的作用分析
思考·讨论
6.从图中的E、F点你可以得出什么结论?
7.图中的促进和抑制是以什么为对照进行判断的?抑制作用是不是不生长?
最适浓度点左右两侧有一大一小两个浓度点,起促进作用效果相同
以不施加外源生长素时根的生长情况为对照。抑制说明在该浓度下生长缓慢甚至停止。
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结果。
植物生长素的作用特点
思考·讨论
2.对于同一器官来说,生长素的作用与浓度有什么关系?
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?
一般表现为较低的浓度促进生长,浓度过高则抑制生长。
对于不同的器官来说,生长素促进生长的最适浓度不同。
4、生长素的作用特点和影响因素
影响因素: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。
特点: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
敏感程度排序:
根>芽>茎
幼嫩细胞>衰老细胞
双子叶植物>单子叶植物
5、生长素“低促高抑”的实例
(1)实例1:顶端优势
①概念:植物的顶芽优先生长,而侧芽生长受到抑制的现象。
应用:
果树的修枝,棉花的摘心----打破顶端优势
木材------保留顶端优势
(3)实例3:除草剂
敏感程度:双子叶植物>单子叶植物
应用:在单子叶农作物田里面施加适量浓度的生长素类似物,除去双子叶杂草
除草剂2,4-D
重力根茎原理:对生长素的敏感程度不同:根>茎C(促进)D(抑制)A(促进)B(促进)资料(2)根的向地性和茎的背地性生长思考:若水平方向放置一株幼苗在太空的宇宙飞船中,培养一段时间后,根、茎生长的方向如何?无重力,都横向生长。现 象 是否体现“低促高抑” 生长素的作用
顶端优势
根的向地性
茎的背地性
植物的向光性
是
顶芽,低:促进
侧芽,高:抑制
是
远地侧,低:促进
近地侧,高:抑制
否
背光侧:高,促进强
向光侧:低,促进弱
否
近地侧:高,促进强
远地侧:低,促进弱
总结比较
原理:生长素能促进果实发育自然状态下,果实有种子:传粉受精后,胚珠发育成种子的过程中产生大量生长素,促进子房发育成果实。如果虫蛀果实,破坏发育中的种子,结果果实发育停止。拓展利用生长素获得无子果实
子房壁
胚 珠
果皮
种子
资料
发育
受精
子房
子房壁
胚 珠
果皮
种子
果实
子房发育成果实,所需的生长素由 __________提供。
胚珠要发育成种子的前提条件是___________。
发育的种子
已经受精
外果皮
中果皮
内果皮
果皮
无子果实:
花蕾期,在未受粉的的雌蕊柱头上涂上一定浓度的生长素,使子房正常发育为果实,因为没有受精,果实内没有种子。例如无子番茄。
思考:
①无子番茄的染色体数目与正常番茄一样吗?
②无子西瓜与无子番茄的原理一样吗?
资料
一样
不一样
无子蕃茄 无子西瓜
原理
处理方法
能否遗传
染色体数目
染色体数目变异
生长素促进果实发育
二倍体用秋水仙素处理得到四倍体,再用四倍体与二倍体杂交
用生长素(类似物)处理未受粉的雌蕊柱头
不能遗传
可遗传
不改变
改变
无子西瓜与无子蕃茄的比较
知识导图
二 生长素的生理作用及特性
根
A
F
6.曲线应用——找出甲乙两图的对应关系
二 生长素的生理作用及特性
若①=m
则
芽
乙
变式训练
②>i
某研究小组探究避光条件下生长素浓度对燕麦胚芽鞘生长的影响。胚芽鞘去顶静置一段时间后,将含有不同浓度生长素的琼脂块分别放置在不同的去顶胚芽鞘一侧,一段时间后测量并记录弯曲度(α)。下图中左图为实验示意图。下图中右图曲线中能正确表示实验结果的是
b
例2.右图是生长素作用与其浓度关系图。课本上说:“一般情况下,生长素在较低浓度促进生长,在浓度过高时则会抑制生长,甚至杀死植物。”看图理解这句话,回答下列问题:
(1)曲线 段可促进植物生长,则该范围的生长素浓度为(高、低) 浓度。曲线 段可抑制植物生长,则该范围的生长素浓度为(高、低) 浓度。
(2)向光生长的幼苗,其背光面浓度(高、低) 于向光面(高、低)。
(3)具有顶端优势的植物,其侧芽浓度 于顶芽,
于B点。
AB和BC
低
CD
高
高
高
高
重要结论及应用
(3)C组中的胚芽鞘①②③如何生长?④向光弯曲生长说明了什么?
①向右弯曲生长,②直立生长,③向光弯曲生长;④向光弯曲生长,说明生长素能透过琼脂块。
(4)D组中的胚芽鞘①②如何生长?a、b、c琼脂块中的生长素浓度是什么关系?
①直立生长,②向左弯曲生长;生长素的浓度大小关系为:a>b>c。
(5)E组中的胚芽鞘如何生长?
①直立生长,②向光弯曲生长,③向小孔弯曲生长。
重要结论及应用
关于胚芽鞘的A、B、C、D、E五组实验,请据图思考下列问题:
(1)A组中的胚芽鞘如何生长?得出什么结论?
①直立生长,②向光弯曲生长;
说明胚芽鞘的尖端是感光部位。
(2)B组中的胚芽鞘如何生长?得出什么结论?
①直立生长,②向光(小孔)弯曲生长;
说明向光性的产生需要单侧光照射。
1、为了验证胚芽鞘尖端确实能产生促进生长的某种物质,用胚芽鞘和琼脂块等材料进行实验时,实验的设计思路是( )
A.两个完整胚芽鞘分别置于单侧光照射和黑暗条件下
B.胚芽鞘尖端和未放过胚芽鞘的琼脂块分别置于两个胚芽鞘切面的同一侧
C.未放过胚芽鞘尖端的琼脂块和放过胚芽鞘尖端的琼脂块分别置于两个胚芽鞘切面的同一侧
D.胚芽鞘尖端和放过胚芽鞘尖端的琼脂块分别置于两个胚芽鞘切面的同一侧
答案:C
课堂巩固
旋转类 ①直立生长;
②向光弯曲生长;
③向小孔弯曲生长;
④向心生长
(4)若植物幼苗出现向光性,且测得其向光一侧生长素浓度为m,则其背光一侧生长素浓度范围应为 。
(5)若植物水平放置,表示出茎的背地性,且测得其茎的近地侧生长素浓度为2m,则茎的远地侧生长素浓度范围应为 。
(6)若植物水平放置,如果图丙表示作用于根的生长素浓度,根的近地侧生长素浓度范围是 。远地侧生长素浓度为 。
大于m,小于2m
小于m
大于i
小于i