5.1植物生长素课件-2024-2025学年高二上学期生物人教版选择性必修1

5.1 植物生长素 选择性必修1第5章 免疫调节 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。 在光明和黑暗中生长的幼苗 盒子遮盖,小孔透光生长的植物 请观察图中的植物生长现象,思考其原因 思考: 植物的生命活动会受到哪些因素影响? 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 你知道吗?黄瓜的花有雌花和雄花之分,雄花不结果实。为了让黄瓜植株多结果实,就得使它们少开雄花,多开雌花。为此,农业技术人员在黄瓜的雌花和雄花分化时期施用适当浓度的乙烯利(能释放乙烯),这样可以显著地提高雌花比例。 乙烯是一种植物激素,它还有哪些作用呢? 除乙烯外,植物体内还能产生哪些激素?这些激素有什么作用?它们有哪些共同的特点? 植物的生长发育过程仅仅受植物激素的调节吗? 问题探讨 讨论 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? 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意义? 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? 向着光源生长的植物 弯向窗外生长 是较长时间的单侧光刺激引起植株弯向窗外有阳光处生长。 这样,可以使植株获得更多阳光,从而可以通过光合作用合 成更多有机物,满足自身生长需求。 植株的弯曲生长发生在幼嫩部位 本节聚焦 植物向光性的原因? 生长素具有什么作用? 生长素的发现过程给你什么启示? 什么是植物激素? 1.实验材料:金丝雀虉草胚芽鞘 胚芽鞘 相关信息 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。 单侧光 去掉尖端 锡箔罩在尖端 锡箔罩在尖端 下部 一、生长素的发现过程-达尔文 19世纪末,达尔文(C. R. Darwin,1809—1882)和他 的儿子,设计了实验来探讨植物向光性的原因(图5-1)。 1 2 3 4 组别 处理方式 1.遮盖胚芽鞘尖端和它下面一段的目的是什么?(实验_) 总结 感尖 产尖 尖下弯 4.你怎样解释这一结果? 2.胚芽鞘弯曲生长的是哪一部分? 3.感受单侧光刺激的又是哪一部分? ③④ 分别遮盖胚芽鞘尖端和它下面的一段,是采用排除法, 观察某一部分不受单侧光刺激时胚芽鞘的反应,从而确 定是胚芽鞘哪一部分在起作用。 尖端下部——伸长区 尖端 这说明,是胚芽鞘顶端接受单侧光照射后, 产生某种刺激传递到下面,引起下面一段 弯曲生长。 单侧光 去掉尖端 锡箔罩在尖端 锡箔罩在尖端下部 1 2 3 4 实验结论:实验③④形成对照,再加上实验①的空白对照, 单一变量是遮光部位不同, 可以得出的结论是尖端是感受光刺激的部位。 实验发现,在受到单侧光照射时,金丝雀(音y )草(一种禾本科植物)胚芽鞘会向光弯曲生长;如果去掉胚芽鞘的尖端,或者用锡箔罩子把尖端罩上,则不发生弯曲;如果罩上的是尖端下面的一段,胚芽鞘仍会弯向光源生长。 达尔文根据实验提出,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。 科学重视实证。达尔文注意到人们熟视无睹的现象, 并且设计了简单而又富有创造性的实验来研究,而不是凭 主观臆测来解释。 这种“影响”究竟是什么呢?在达尔文之后,先后有 多位科学家通过进一步的实验继续探索。 琼脂,是从海藻中提取出来的一种植物胶,为无色、无固定形状的固体,溶于热水。广泛应用在食品工业中,生物学研究中常作细菌培养基。 云母片是一种矿物质,由韵母族 矿物质切制而成。因其材料为天 然矿制品,具有无污染、绝缘、 不透化学物质的特点。 一、生长素的发现过程-鲍森.詹森 1913年,鲍森 詹森(P. Boysen-Jensen)的实验证明,胚芽鞘尖端产生的“影响”可以透过琼脂片传递给下部(图5-2)。 1 2 3 琼脂片 云母片 为什么要插入琼脂片和云母片? 有些化学物质可以穿过琼脂片,而使胚芽鞘下部弯曲。 结论:胚芽鞘顶尖产生的影响可以透过琼脂片传递给下部。 顶端产生的“影响”能传到下部,那么它为什么能使得伸长区两侧生长不均匀呢? 可能因为该影响(生长素)在向光侧和背光侧(浓度分布) 存在差异。因而引起两侧的生长素分布不均匀。 一、生长素的发现过程-拜尔 自变量: 因变量: 现象: 黑暗中 胚芽鞘朝对侧弯曲生长 尖端放置的位置。 尖端下部弯曲生长的方向。 拜尔为什么要选择黑暗的环境? 没有了光的刺激,为什么胚芽鞘还会发生弯曲? 排除光的影响,控制变量 尖端产生的影响分布不均匀造成了胚芽鞘的弯曲生长 1918年,拜尔(A. Paal)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(图5-3) 这些实验初步证明尖端产生的影响可能是一种化学物质, 这种化学物质在胚芽鞘尖端以下部位的分布不均匀造成了 胚芽鞘的弯曲生长。 一、生长素的发现过程-温特 1926年,荷兰科学家温特(F.W. Went)做了以下实验:把切下的燕麦胚芽鞘尖端放在琼脂块上,几小时后,移去尖端,将琼脂切成小块;再将经处理过的琼脂块放在切去尖端的燕麦胚芽鞘一侧,结果胚芽鞘会朝对侧弯曲生长(图5-4)。如果放上的是没有接触过胚芽鞘尖端的琼脂块,胚芽鞘则既不生长也不弯曲。 一、生长素的发现过程-温特 自变量: 因变量: 结论: 琼脂块是否接触过尖端 去掉尖端的胚芽鞘是否弯曲生长 温特的实验进一步证明胚芽鞘的弯曲生长确实是由一种化学物质引起的。温特认为这可能是一种和动物激素类似的物质,并把这种物质命名为生长素(auxin)。 该实验如何排除琼脂本身对胚芽鞘的影响? 该实验如何排除琼脂本身对胚芽鞘的影响? 将相同大小的空白琼脂块放在去除尖端的胚芽鞘一侧。 实验者 主要思路与方法 达尔文 鲍森.詹森 拜尔 温特 请总结四位科学家的主要思路与方法,填入下表 去除胚芽鞘顶端,观察去除整个结构的影响 用锡箔小帽套住顶端,以去除单侧光对顶端的影响 在胚芽鞘顶端和顶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,改变胚芽鞘顶端的位置,相当于人 为施加了物质的不均匀分布 放置过胚芽鞘顶端的琼脂块(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 生长素究竟是什么物质呢? 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——吲哚乙酸(IAA,图5-5)。但是,由于生长素在植物体内含量极少,直到1946年人们才从高等植物中将其分离出来,并确认它也是IAA。 进一步研究发现,植物体内具有与IAA相同效应的物质还有 苯乙酸(PAA)、吲哚丁酸(IBA)等,它们都属于生长素。 温特提出植物体内存在生长素时,有没有提取出这种物质?他是怎样作出这一推测的? 没有。他是在对实验结果进行严密分析的基础上做出这样推断的。 要得出这样的结果,既需要以事实为依据进行严密的逻辑推理, 还需要一定的想象力。 生长素的发现使人们认识到,植物的向光性是由生长 素分布不均匀造成的:单侧光照射后,胚芽鞘背光一侧的 生长素含量多于向光一侧,因而引起两侧的生长不均匀, 从而造成向光弯曲。 植物向光性生长的原因① 说明,生长素受到单侧光照射后将由 侧向 侧转移, 而且生长素具有 的作用,所以胚芽鞘 生长。 20世纪20年代,W.Briggs等人通过实验方法 测得玉米胚芽鞘生长素的分布情况如图所示。 向光 背光 促进植物生长 向光弯曲 琼脂块 云母片 云母片 思考:从细胞学角度,我们应当观察到哪种现象呢? 植物向光性生长的原因① 相关信息 关于植物向光性生长的原因,目前还有争议。有学者根据一些实验结果提出,植物向光性生长,是由单侧光照射引起某些抑制生长的物质分布不均匀造成的。 植物向光性生长的原因② 题后提升 关于植物向光性的原因有以下三种解释 解释1:单侧光照射下,向光侧的生长素向背光侧横向转移。 解释2:单侧光照射下,向光侧的生长素被分解。 解释3:单侧光照射下,抑制生长的物质分布不均匀。 若1正确,则a、b、c、d四个琼脂块中生长素的含量关系为 若2正确,则a、b、c、d四个琼脂块中生长素的含量关系为 若3正确,则a、b、c、d四个琼脂块中生长素的含量关系为 c>a=b>d c=a=b>d a=b=c=d 植物向光性生长的原因 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。人们把这类由植物体内产生,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。 人类的许多科学发现,就是像这样经过一代又一代人的探索,才一步一步地接近事实的真相。每一位科学家所取得的进展可能只是一小步,众多的一小步终将汇合成科学前进的一大步。 思考.讨论 植物激素与动物激素的异同 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? 二者都是调节生命活动的化学物质,都能从产生部位运输到作用部位发挥作用,且都具有微量、高效的特点。 类别 动物激素 植物激素 分泌器官 化学本质 作用部位 运输方式 相同点 无特定的分泌器官 有特定的内分泌腺 蛋白质、类固醇等 一般都是小分子物质 靶器官、靶细胞 无明显的器官 多样、复杂 随着体液运输 ①由自身产生;②从产生部位运到作用部位 ③起调节作用;④微量高效 二、生长素的合成、运输与分布 生长素主要的合成部位是 芽、幼嫩的叶和发育中的种子。 在这些部位,色氨酸经过一系列反应可转变成生长素。 生长素是如何从合成部位运输到植物体全身的呢? 研究表明,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,称为极性运输 (polar transport,图5-6)。 极性运输是一种主动运输。 运输方向 运输方式 在成熟组织中,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。 由于单侧光、重力等因素,发生根尖、 茎尖在等细胞分裂特别旺盛的部位。 横向运输 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。 ①生长素的产生部位:_;感光部位:_。 ②生长素横向运输的部位_; 生长素的产生是否需要光:_。 ③生长素发挥作用的部位(即生长部位):_。 胚芽鞘系列实验的重要结论 归纳总结 胚芽鞘尖端 胚芽鞘尖端 胚芽鞘尖端 胚芽鞘尖端下端的伸长区 不需要 三、生长素的生理作用 生长素在植物体内起作用的方式和动物体内激素起作用的方式基本相似,它不像酶那样催化细胞代谢,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。 调节 在植物体内,生长素 在细胞水平上起着促进细胞伸长生长、诱导细胞分化等作用; 在器官水平上则影响器官的生长、发育,如促进侧根和不定根发生,影响花、叶和果实发育等。 生长素在细胞水平上起的作用,与在器官水平上发挥的作用有什么关系呢? 生长素在细胞水平上发挥的作用是在器官水平上发挥作用的基础。 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。 生长素的作用似乎就是“促进”。真的是这样吗? 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。 根 芽 茎 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 浓度/(mol.L-1) 生长素浓度与植物不同器官生长反应的关系示意图 讨论 1.“促进”或“抑制”的作用效果是与哪一组别对比得到的? 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? “促进”或“抑制”,是相对于生长素处于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。 一般表现为生长素在浓度较低时促进生长,在浓度过高时抑制生长。 不同 研究发现,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。 思考:玉米幼苗水平放置一段时间后,地上部分背地生长,地下部分向地生长,你能利用所学知识作出合理解释吗? 推理——生长素如何调控向地性与背地性? 思考: 植株的根、茎中生长素的分布状况如何?根、茎中的大体趋势有差异吗? 提示: 生长素的分布受到重力的影响,会朝重力方向运输。 推理——生长素如何调控向地性与背地性? 思考: 为何根、茎中生长素的分布状况相似,但生长方向不同? 推理——生长素如何调控向地性与背地性? 生长迅速 生长迅速 生长缓慢 生长缓慢 例如,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,植株因而表现出顶端优势。 顶端优势(左) 其解除(右) 请尝试设计实验:探究顶端优势产生原因 去掉顶芽后,侧芽处的生长素浓度降低,于是侧芽萌动、加快生长(图5-7)。 请尝试设计实验:探究顶端优势产生原因 分组 取生长状况相同的某植物,均分为A、B、C三组 含生长素 的琼脂块 对照处理 结论 顶芽产生的生长素,使侧芽生长受到抑制。 A组不做处理 B组去掉顶芽 C组去掉顶芽,切口处 放含生长素的琼脂块 顶芽优先生长,侧芽受到抑制 侧芽生长快,成为侧枝 侧芽生长受抑制 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。 与社会联系 顶端优势原理在农业生产和园艺上得到广泛利用。例如,农民会适时摘除棉花的顶芽以促进侧芽的发育,从而使它多开花、多结果。又如,园艺师会适时修剪景观树木,让树木发出更多的侧枝,使树型圆润、丰满。 思考.讨论 评价实验设计和结论 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。 实验前 实验后 思考.讨论 评价实验设计和结论 实验前 实验后 讨论 1.这个实验的设计是否严密?为什么? 2.从实验结果到结论之间的逻辑推理是否严谨?为什么? 3.如果要验证上述结论,应该如何改进实验方案? 不严密,没有考虑将胚芽鞘倒过来放置时的情况。 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 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。 1.生长素主要合成于幼嫩器官,分布于植物全身。 2.生长素在幼嫩器官可进行极性运输。 3.生长素作为信息分子调节植物生命活动。 4.生长素浓度较低时促进生长,浓度较高时抑制生长。 5.不同器官对生长素敏感程度不同,通常根>芽>茎。 小结 练习与应用 一、概念检测 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。 ( ) 练习与应用 一、概念检测 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 b c 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 C.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 练习与应用 一、概念检测 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 练习与应用 二、拓展应用 1.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。 练习与应用 二、拓展应用 2.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。 练习与应用 二、拓展应用 3.根据本节所学过的有关原理,设计一个塑造盆景独特造型的方案。 如果有条件,可以依照设计的方案进行操作,并将盆景展示给老师和 同学。 探究不同浓度生长素类似物(2,4-D)对月季插条生根的实验 (1)“促进”或“抑制”的作用效果是与哪一组对比得到的? (2)横坐标依然是生长素浓度,纵坐标改为“促进”或 “抑制”的 作用效果,曲线是怎样的? (3)生长素浓度与月季插条生根的关系是怎样的? 0浓度(蒸馏水处理组)比较,生长快于“0”浓度生长素处理组均可体 现促进作用,生长慢于“0”浓度生长素处理组均可体现抑制作用, 除草剂作用原理 不同种类的植物对生长素的敏感度不同,双子叶植物比 单子叶植物敏感度高。利用适宜浓度的生长素类似物做 除草剂可去除单子叶植物农田中的双子叶杂草。 利用生长素(或生长素类似物),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。 小结 $$