内容正文:
第5章 植物生命活动的调节
第1节 植物生长素
大通二中 韩国良
1
导入新课
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?
较长时间的单侧光刺激引起植株弯向窗外有阳光处生长;
弯向窗外生长
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。
一.生长素的发现过程
1.向光性
(1)概念:
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(phototropism)
2.向光性的探究历程
(1)达尔文父子的实验(19世纪末)
一.生长素的发现过程
①实验材料:
胚芽鞘
第一片叶
种子
金丝雀虉草的胚芽鞘
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。
2.向光性的探究历程
一.生长素的发现过程
(1)达尔文父子的实验(19世纪末)
①实验材料:
金丝雀虉草(一种禾本科植物)的胚芽鞘
胚芽鞘
2.向光性的探究历程
一.生长素的发现过程
(1)达尔文父子的实验(19世纪末)
②实验过程
实验①
实验②
实验③
实验④
单侧光
去掉尖端
锡箔罩在尖端
锡箔罩在尖端下部
2.向光性的探究历程
一.生长素的发现过程
(1)达尔文父子的实验(19世纪末)
②实验过程
实验①
实验②
实验③
实验④
1.遮盖胚芽鞘尖端和它下面的一段的目的是什么?(教材P91侧旁思考)
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。
思考
2.向光性的探究历程
一.生长素的发现过程
(1)达尔文父子的实验(19世纪末)
②实验过程
实验①
实验②
实验③
实验④
2.感受单侧光刺激的是哪一部分?胚芽鞘弯曲生长的是哪一部分?
尖端
思考
尖端下部——伸长区
2.向光性的探究历程
一.生长素的发现过程
(1)达尔文父子的实验(19世纪末)
实验①
实验②
实验③
实验④
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。
分析
③实验分析
2.向光性的探究历程
一.生长素的发现过程
(1)达尔文父子的实验(19世纪末)
③实验分析
实验①
实验②
实验③
实验④
分析
实验1与实验2对照
实验3、实验4对照
向光弯曲与尖端感光有关
向光弯曲与尖端有关
另一实验现象
弯曲部位在尖端下端(伸长区)
2.向光性的探究历程
一.生长素的发现过程
(1)达尔文父子的实验(19世纪末)
③实验分析
该实验的对照组为_____,实验组为________;
①②对照,自变量为__________,说明胚芽鞘的向光弯曲生长与_____有关;
①③对照,自变量为____________,说明胚芽鞘的弯曲生长与___________有关;③④对照,自变量为__________;
①③④对照,说明胚芽鞘的感光部位在______;
①
②③④
有无尖端
尖端
尖端有无遮光
单侧光照射
遮光部位
尖端
2.向光性的探究历程
一.生长素的发现过程
(1)达尔文父子的实验(19世纪末)
④实验结论
尖端产生的影响能传到下部,为什么能使伸长区两侧生长不均匀呢?
可能因为该影响在向光侧和背光侧分布不均匀
思考
胚芽鞘尖端受单侧光刺激后,就向下面的伸长区传递某种“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。 (教材P91)
2.向光性的探究历程
(2) 鲍森·詹森实验(1913年)
一.生长素的发现过程
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。
琼脂
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。
云母片
2.向光性的探究历程
(2) 鲍森·詹森实验(1913年)
一.生长素的发现过程
达尔文的推测1:尖端产生了某种影响,传到下部。
琼脂片
云母片
结论:胚芽鞘顶尖产生的影响可以透过琼脂片传递给下部。
为什么要插入琼脂片和云母片?
有化学物质可以穿过琼脂片,而使胚芽鞘下部弯曲。
思考
2.向光性的探究历程
(3) 拜尔实验(1918年)
一.生长素的发现过程
达尔文的推测2:弯曲生长的原因是尖端产生的影响在下部分布不均。
黑暗条件
黑暗条件
现象:
自变量:
因变量:
尖端放置的位置。
尖端下部弯曲生长的方向。
胚芽鞘朝对侧弯曲生长
实验结论:
胚芽鞘弯曲生长,是因为尖端产生的影响在其下部分布不均匀造成的。
2.向光性的探究历程
(3) 拜尔实验(1918年)
一.生长素的发现过程
达尔文的推测2:弯曲生长的原因是尖端产生的影响在下部分布不均。
黑暗条件
黑暗条件
拜尔为什么要选择黑暗的环境?
思考
排除光的影响,控制变量
没有了光的刺激,为什么胚芽鞘还会发生弯曲?
尖端产生的影响分布不均匀造成了胚芽鞘的弯曲生长
2.向光性的探究历程
(3) 拜尔实验(1918年)
一.生长素的发现过程
达尔文的推测2:弯曲生长的原因是尖端产生的影响在下部分布不均。
黑暗条件
黑暗条件
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分布不均匀造成的。尖端产生的影响分布不均匀造成了胚芽鞘的弯曲生长
2.向光性的探究历程
一.生长素的发现过程
《植物的运动力》
推测1:胚芽鞘尖端受单侧光刺激后,就向下面伸长区传递某种“影响”
这种“影响”会造成背光面比向光面生长快
詹森的实验验证
拜尔的实验验证
詹森和拜尔的实验初步证明:
顶尖产生的影响可能是一种化学物质,这种化学物质的分布不均匀造成了胚芽鞘的弯曲生长。
2.向光性的探究历程
(4)温特实验(1926年)
一.生长素的发现过程
实验组
对照组
琼脂块是否接触过尖端
去掉尖端的胚芽鞘是否弯曲生长
胚芽鞘尖端确实产生了一种化学物质,这种化学物质在尖端下部分布不均,导致弯曲生长。温特将其命名为生长素。
自变量:
因变量:
结论:
2.向光性的探究历程
(4)温特实验(1926年)
一.生长素的发现过程
实验组
对照组
设置对照组的目的是?
思考
排除琼脂片本身的化学物质对胚芽鞘的影响。
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?
去除尖端的胚芽鞘中含有少量的生长素,以去除生长素,排除内源激素对实验的干扰。
2.向光性的探究历程
(5)分离出具有生长素效应的化学物质
一.生长素的发现过程
1931年,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)
吲哚乙酸(IAA)
吲哚丁酸(IBA)
2.向光性的探究历程
一.生长素的发现过程
(5)分离出具有生长素效应的化学物质
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。
2.向光性的探究历程
(6)总结:生长素的发现过程
一.生长素的发现过程
温特实验: 胚芽鞘的弯曲生长确实是由一种化学物质引起的,这可能是一种和动物激素类似的物质,并把它命名为生长素。
达尔文实验
尖端受单侧光刺激后,向下面的伸长区传递了某种“影响”
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。
詹森实验: 胚芽鞘尖端产生的影响可以透过琼脂块传递给下部。
拜尔实验: 尖端产生的影响在其下部分布不均匀造成胚芽鞘的弯曲生长。
2.向光性的探究历程
(6)总结:生长素的发现过程
一.生长素的发现过程
先后从尿液和高等植物中分离出与生长素作用相同的化学物质——吲哚乙酸(IAA)
进一步研究发现生长素还有苯乙酸(PAA)、吲哚丁酸(IBA)。
温特实验: 胚芽鞘的弯曲生长确实是由一种化学物质引起的,这可能是一种和动物激素类似的物质,并把它命名为生长素。
2.向光性的探究历程
(6)总结:生长素的发现过程
一.生长素的发现过程
生长素的产生部位
生长素的作用部位
尖端
下端
感光部位
弯曲生长部位
3.植物向光性的原因
一.生长素的发现过程
(1)外因:
(2)内因:
单侧光照射
生长素的分布不均匀
生长素
背光侧生长素浓度高
生长素
光
植物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。
3.植物向光性的原因
一.生长素的发现过程
尖端
①
②
③
④
尖端
下段
尖端
下段
生长素较少
生长素较多
生长较慢
生长较快
向光弯曲生长
3.植物向光性的原因
一.生长素的发现过程
关于植物向光性生产的原因,目前还有争议。有些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。
单侧光
向光侧抑制生长的物质多
背光侧抑制生长的物质少
向光侧生长慢
背光侧生长快
向光生长
4.植物激素
一.生长素的发现过程
(1)概念
(2)植物激素种类
由植物体内产生,能从产生部位运送作用部位, 对植物生长发育有显著影响的微量有机物。
生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸和乙烯等物质。
一.生长素的发现过程
4.植物激素
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?
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、高效的特点。
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
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
无特定分泌器官
有特定内分泌腺或细胞
一般是小分子物质
蛋白质,氨基酸衍生物、固醇等
无特定靶器官
靶器官、靶细胞
多样、复杂
随体液运输
1.生长素的合成
(1)生长素的合成部位:
二.生长素的合成、运输与分布
芽、幼嫩的叶和发育中的种子
(2)生长素的合成:
生长素由色氨酸经过一系列反应转变而来。
转变
色氨酸
2.生长素的运输
二.生长素的合成、运输与分布
形态学上端
形态学下端
形态学上端
IAA合成部位
IAA合成部位
运输至作用部位
极性运输
非极性运输
横向运输
胚芽鞘、芽、幼叶、幼根中,只能从形态学上端到形态学下端
☆极性运输是细胞的主动运输;
成熟组织中,通过韧皮部进行非极性运输。
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。
2.生长素的运输
二.生长素的合成、运输与分布
形态学上端
形态学下端
形态学上端
形态学下端
2.生长素的运输
二.生长素的合成、运输与分布
注意
(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。
(4)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。
(5)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。
二.生长素的合成、运输与分布
评价实验设计和结论(教材P95)
思维训练
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。
讨论1.这个实验的设计是否严密?为什么?
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。
讨论2.从实验结果到结论之间的逻辑推理是否严谨?为什么?
不严密,没有考虑将胚芽鞘倒过来放置时的情况。
讨论3.如果要验证上述结论,应该如何改进实验方案?
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。
2.生长素的运输
二.生长素的合成、运输与分布
√
①横向运输:由于等单侧光、重力因素,发生根尖、茎尖等细胞分裂特别旺盛的部位。
②极性运输:胚芽鞘、芽、幼叶、幼根中是细胞的主动运输。只能从形态学上端到形态学下端。
③非极性运输:成熟组织中,通过韧皮部运输。
3.生长素的分布
二.生长素的合成、运输与分布
生长素在植物各器官中都有分布,但相对集中分布在生长旺盛的部位如: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.作用方式
三.生长素的生理作用
生长素不起催化作用,不为细胞提供能量,而是给细胞传达信息,起调节作用。
基因表达
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.作用机制
三.生长素的生理作用
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
3.生长素的生理作用
三.生长素的生理作用
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
促进细胞伸长
诱导细胞分化
②器官水平
影响器官的生长和发育
促进侧根和不定根的发生
影响花、叶和果实发育
4.植物生长素的作用特点
三.生长素的生理作用
思考·讨论
“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。
1.“促进”或“抑制”的作用效果是与哪一组别对比得到的?
4.植物生长素的作用特点
三.生长素的生理作用
思考·讨论
一般表现为较低的浓度促进生长,浓度过高则抑制生长。
2.对于同一器官来说,生长素的作用与浓度有什么关系?
对于不同的器官来说,生长素促进生长的最适浓度不同。
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?
4.植物生长素的作用特点
三.生长素的生理作用
思考·讨论
“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。
4.“促进”或“抑制”的作用效果是与哪一组别对比得到的?
4.植物生长素的作用特点
三.生长素的生理作用
思考·讨论
“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。
5.“促进”或“抑制”的作用效果是与哪一组别对比得到的?
(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。
4.植物生长素的作用特点
三.生长素的生理作用
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
(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)。
4.植物生长素的作用特点
三.生长素的生理作用
如图为不同浓度生长素对植物根的作用结果,据图分析:
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
根
F`
F
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
生长素浓度升高,对根生长的促进作用减弱
①曲线AB段表示:
②B点表示的生长素浓度是:
③BC段表示:
既不促进也不抑制
④C点表示的生长素浓度对根的生长作用是
⑤CD段表示:
随生长素浓度升高,对根生长的抑制作用增强
4.植物生长素的作用特点
三.生长素的生理作用
如图为不同浓度生长素对植物根的作用结果,据图分析:
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
根
F`
F
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。
生长素作用的两重性:
低浓度促进生长,高浓度抑制生长
⑥从图中的F、F`点你可以得出什么结论?
⑦以上曲线说明了什么?
以不施加外源生长素时根的生长情况为对照。
⑧图中的促进和抑制是以什么为对照进行判断的?抑制作用是不生长还是减缓生长?
抑制说明在该浓度下生长缓慢甚至停止。
4.植物生长素的作用特点
三.生长素的生理作用
“低浓度”是指分别 点对应的浓度。
注意: 低浓度促进,高浓度抑制。
“高浓度”和“低浓度”代表的意义是:
“高浓度”是指分别 点对应的浓度,
大于A′、B′、C′
小于A′、B′、C′
4.植物生长素的作用特点
三.生长素的生理作用
根的低浓度
芽的低浓度
茎的低浓度
4.植物生长素的作用特点
三.生长素的生理作用
①从曲线中可以看出促进根、芽、茎生长的最适浓度分别是?
敏感性一般看最适浓度就行,最适浓度越小越敏感
10-10 10-8 10-4
②三种器官对生长素的敏感性大小依次是:
根 >芽 >茎
4.植物生长素的作用特点
三.生长素的生理作用
器官
根、芽、茎敏感程度为: 。
不同器官对生长素的敏感度不同。
如下图:
根>芽>茎
4.植物生长素的作用特点
三.生长素的生理作用
成熟程度
一般来说幼嫩细胞敏感,衰老细胞迟钝。
不同年龄的细胞对生长素的敏感度不同。
4.植物生长素的作用特点
三.生长素的生理作用
植物
种类
双子叶植物比单子叶植物敏感。
不同种类植物对生长素的敏感度不同。
如下图:
应用:
用适当浓度的生长素类似物来杀死单子叶农作物里的双子叶杂草, 同时促进单子叶植物的生长。
5.植物生长素两重性的实例
三.生长素的生理作用
(1)顶端优势
①概念:
植物顶芽优先生长,侧芽生长受抑制的现象。
三.生长素的生理作用
5.植物生长素两重性的实例
(1)顶端优势
②顶端优势产生的原因
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,因此它的发育受到抑制,植株因而表现出顶端优势。
顶芽
侧芽
(生长素)
(生长素)
极性运输
— 少 — 促进
— 多 — 抑制
三.生长素的生理作用
5.植物生长素两重性的实例
(1)顶端优势
③顶端优势的应用
可以增产,调节植株形态等。
实例: 棉花摘心、果树整枝、园艺修剪、移栽促进根系发育。
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。
a.解除顶端优势
如: 棉花和烟草的摘心可以增产。
如: 果树整枝、园艺修剪调节植株形态。
三.生长素的生理作用
5.植物生长素两重性的实例
(1)顶端优势
③顶端优势的应用
b.维持顶端优势
三.生长素的生理作用
5.植物生长素两重性的实例
(1)顶端优势
③顶端优势的应用
b.维持顶端优势
可以增产。
实例: 树木成材。
自然界的植株呈宝塔形,可以充分利用阳光。
三.生长素的生理作用
5.植物生长素两重性的实例
(2)根的向地性生长
原因:
C
D
A
B
(促进)
(促进)
(促进)
(抑制)
②根茎对生长素的敏感程度不同;
①在重力作用下生长素分布不均匀;
表示生长素的相对含量
根部:两重性
茎部:促进
向地性生长
茎背地生长
三.生长素的生理作用
5.植物生长素两重性的实例
(2)根的向地性生长
茎部
生长素浓度:
生长速度:
生长效应:
根部
生长素浓度:
生长速度:
生长效应:
A<B
A<B
A促进弱
B促进强
C<D
C>D
C促进D抑制
三.生长素的生理作用
5.植物生长素两重性的实例
(3)除草剂的应用
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
四.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。
四.用两看法判断胚芽鞘“长不长、弯不弯”
3.遮盖类
①__________________
②__________________
直立生长
向光弯曲生长
相关结果:
四.用两看法判断胚芽鞘“长不长、弯不弯”
4.暗箱类
①__________________
②_______________________
直立生长
向光(小孔)弯曲生长
相关结果:
四.用两看法判断胚芽鞘“长不长、弯不弯”
5.插入类
①__________________
②__________________
③______________
④______________
⑤______________
向左弯曲生长
向右弯曲生长
相关结果:
不生长不弯曲
直立生长
向右弯曲生长
四.用两看法判断胚芽鞘“长不长、弯不弯”
6.移植类
①__________________
②__________________
③④中IAA的含量为:______________
直立生长
向左弯曲生长
相关结果:
a=b+c,b>c
四.用两看法判断胚芽鞘“长不长、弯不弯”
7.旋转类
①__________________
②__________________
③______________
④______________
相关结果:
向光弯曲生长
直立生长
向小孔弯曲生长
向中央弯曲生长
课堂小结
课堂反馈
1.下图表示生长素对植物某营养器官生长的影响,“低浓度促进生长、高浓度抑制生长”一句中,高浓度、低浓度分别指 ( )
A.大于a的浓度、小于a的浓度
B.大于c的浓度、小于c的浓度
C.大于b的浓度、小于b的浓度
D.大于a的浓度、小于c的浓度
B
课堂反馈
2.下图表示不同浓度生长素对芽生长的影响。当植物表现出顶端优势时,顶芽和最靠近顶芽的侧芽所含生长素的浓度分别为 ( )
A.a和b B.b和a C.b和c D.c和b
C
课堂反馈
3.如图表示植物生长素对生长作用效果,下列说法错误的是( )
A.产生顶端优势的植株,侧芽生长素浓度大于i。
B.若胚芽鞘向光侧生长素浓度为m,则其背光侧生长素浓度可能大于2m。
C.在利用生长素作用原理来培育无子番茄时,所用生长素浓度应低于i。
D.用A、B点对应浓度的生长素处理扦插枝条,则生根效果基本相同。
B
$