内容正文:
第41讲 植物激素及其作用
课程标准解读
知识网络概览
【课标要求】
1.概述科学家经过不断地探索,发现了植物生长素,并揭示了它在调节植物生长时表现出两重性,既能促进生长,也能抑制生长。
2.举例说明几种主要植物激素的作用,这些激素可通过协同、拮抗等方式共同实现对植物生命活动的调节。
【能力要求】
1.理解能力:分析植物激素间的相互作用,建立普遍联系的观点。
2.实验探究能力:通过探究生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度及与植物激素相关实验,提高对实验的分析与评价能力。
考点一 植物生长素
精梳 攻教材
1.生长素的发现过程:
(1)达尔文实验:
(2)鲍森·詹森实验:
(3)拜尔实验:
(4)温特实验:
【名师点睛】
两个实验的不足之处
(1)鲍森·詹森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。
(2)拜尔的实验要在黑暗中进行,目的是排除光照可能对实验结果造成的干扰;该实验的不足之处是无法证明尖端是否产生某种化学物质。
2.植物激素的概念:
3.生长素的合成、运输和分布:
4.植物向光性的原因:
5.生长素的生理作用及特点:
(1)生长素的生理作用:
(2)生长素的作用特点:
【名师点睛】
生长素体现低浓度促进生长,高浓度抑制生长的两实例
(1)顶端优势。(2)根的向地生长。
【自测强化】
1.辨易错
(1)植物生长素就是指吲哚乙酸。 (×)
分析: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,植物体内具有与吲哚乙酸相同效应的物质还有苯乙酸、吲哚丁酸等,它们都属于生长素。
(2)温特证明胚芽鞘产生促进生长的化学物质未采用同位素标记法。 (√)
(3)生长素的极性运输需ATP水解提供能量。 (√)
(4)幼嫩细胞和成熟细胞对生长素的敏感程度相同。 (×)
分析:幼嫩细胞对生长素的敏感程度大于成熟细胞。
(5)植物生长素能促进植物生长是通过促进细胞的伸长生长实现的。 (√)
(6)只有顶芽能够产生生长素,所以顶芽能优先生长而侧芽生长受抑制,此现象称为顶端优势。 (×)
分析:顶芽和侧芽都可以产生生长素。
(7)生长素不直接参与细胞代谢,但可以给细胞传达一种调节代谢的信息。 (√)
2.练表达
(1)(选择性必修1 P94“思考·讨论”)不同浓度的生长素对茎生长的促进作用不一定不同,原因是:在最适浓度的两侧,会有两个不同浓度的生长素对植物产生相同的促进效果。
(2)(选择性必修1 P94“与社会的联系”拓展)为了避免路边的行道树长得太高,园艺工人会去掉行道树的顶芽,抑制顶芽的发育,促进侧芽的发育,从而解除顶端优势现象。
【精研 强思维】
【思维探究】
(2025·武汉模拟)为了证明生长素在胚芽鞘中的极性运输,一位同学设计了如图甲所示实验,一段时间后,发现位于形态学下端的琼脂块逐渐有了生长素。另一名同学以不同植物器官为材料,测得生长素浓度对其影响如图乙和图丙所示。
(1)(科学思维)依据图甲能否得出“生长素在胚芽鞘内只能由形态学上端运输到形态学下端”这一结论?为什么?
提示:不能。因为仅就该实验只能证明“生长素可以从胚芽鞘形态学上端运输到形态学下端”,而不能证明“生长素不能由形态学下端运输到形态学上端”。
(2)(实验探究)欲得出上述结论应怎样改进实验更具说服力?
提示:应该增加一组胚芽鞘形态学上端朝下的实验,以研究生长素能否从形态学下端运输到形态学上端。
(3)(科学思维)若图乙曲线表示植物的幼苗,其出现向光性时,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什么?
提示:大于m小于M。
(4)(科学思维)若图乙曲线表示植物的茎,在植物水平放置表现出茎的背地性时,测得其茎的近地侧生长素浓度为M,则茎的远地侧生长素浓度范围是什么?
提示:大于0小于m。
(5)(科学思维)顶端优势现象中顶芽和侧芽的浓度大小与图丙中点①②③④⑤的对应关系是什么?
提示:A—①、E—②、D—③、C—④、B—⑤。
【思维建构】
1.植物向光性的原因分析:
解释1:单侧光照射下,向光面的生长素横向运输,向背光面转移。
解释2:单侧光照射下,向光面的生长素被分解。
解释3:单侧光照射下,抑制生长的物质分布不均匀。
若解释1正确,则a~d四个琼脂块中生长素的含量关系为c>a=b>d。
若解释2正确,则a~d四个琼脂块中生长素的含量关系为c=a=b>d。
若解释3正确,则a~d四个琼脂块中生长素的含量关系为a=b=c=d。
2.不同处理条件下植物向性运动的结果分析:
3.生长素生理作用曲线分析:
(1)同一植物不同器官对生长素敏感程度曲线分析:
(2)不同植物对生长素敏感程度曲线分析:
精练 提能力
1.(2023·山东高考)拟南芥的向光性是由生长素分布不均引起的,以其幼苗为实验材料进行向光性实验,处理方式及处理后4组幼苗的生长、向光弯曲情况如图表所示。由该实验结果不能得出的是 ( )
分组
处理
生长情况
弯曲情况
甲
不切断
正常
弯曲
乙
在①处切断
慢
弯曲
丙
在②处切断
不生长
不弯曲
丁
在③处切断
不生长
不弯曲
A.结构Ⅰ中有产生生长素的部位
B.①②之间有感受单侧光刺激的部位
C.甲组的①②之间有生长素分布不均的部位
D.②③之间无感受单侧光刺激的部位
【解析】选D。本题考查有关植物向光性的实验分析。据表格和题图可知,不切断任何部位,该幼苗正常弯曲生长,但在①处切断,即去除结构Ⅰ,生长变慢,推测结构Ⅰ中有产生生长素的部位,A不符合题意。据表格可知,在①处切断,该幼苗缓慢生长且弯曲,而在②处切断后,该幼苗不能生长,推测①②之间含有生长素,且具有感光部位。推测可能是受到单侧光照射后,①②之间生长素分布不均,最终导致生长不均匀,出现弯曲生长,B、C不符合题意。在②处切断和在③处切断,幼苗都不生长,说明此时不能产生生长素。由于两组幼苗均不生长,无论②③之间有无感光部位,两组幼苗均不会弯曲,所以无法得出②③之间有无感受单侧光刺激的部位,D符合题意。
2.(2024·河北高考)水稻在苗期会表现出顶端优势,其分蘖相当于侧枝。AUX1是参与水稻生长素极性运输的载体蛋白之一。下列分析错误的是( )
A.AUX1缺失突变体的分蘖可能增多
B.分蘖发生部位生长素浓度越高越有利于分蘖增多
C.在水稻的成熟组织中,生长素可进行非极性运输
D.同一浓度的生长素可能会促进分蘖的生长,却抑制根的生长
【解析】选B。AUX1是参与水稻生长素极性运输的载体蛋白之一,AUX1缺失突变体无法实现生长素的正常极性运输,顶端优势消失,分蘖可能增多,A正确;分蘖发生部位生长素浓度过高时会对分蘖产生抑制,导致分蘖减少,B错误;在成熟组织中,生长素可以通过韧皮部进行非极性运输,C正确;根对生长素的敏感程度高于芽,同一浓度的生长素可能会促进分蘖的生长,却抑制根的生长,D正确。
3.(2025·广安模拟)下列关于生长素的叙述,错误的是( )
A.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
B.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
C.植物幼叶和发育中的种子中的色氨酸,经过一系列反应可转变成生长素
D.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
【解析】选A。单侧光会引起生长素的分布不均匀,但是胚芽鞘尖端产生生长素与单侧光无关,A错误;生长素在从形态学上端向形态学下端的极性运输过程是主动运输,因此会消耗能量,B正确;在芽、幼嫩的叶和发育中的种子中都能产生生长素,色氨酸经过一系列反应可转变成生长素,C正确;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,如胚芽鞘等处,D正确。
借题发挥|方法技巧
形态学上端和形态学下端的判断
考点二 其他植物激素
精梳 攻教材
1.其他植物激素的种类和作用:
【名师点睛】
促进果实发育≠促进果实的成熟
生长素或赤霉素对果实的作用主要是促进果实的发育,即主要是使子房膨大形成果实及增大果实体积;乙烯对果实的作用主要是促进果实的成熟,主要是使果实的含糖量、口味等果实品质发生变化。
2.植物激素调控机制:
一般来说,植物激素对植物生长发育的调控,是通过调控细胞分裂、细胞伸长、细胞分化和细胞死亡等方式实现的。
3.植物激素间的相互关系:
(1)在植物生长发育和适应环境变化的过程中,各种植物激素并不是孤立地起作用,而是多种激素共同调控植物的生长发育和对环境的适应。
①生长素主要促进细胞核的分裂,而细胞分裂素主要促进细胞质的分裂,二者协调促进细胞分裂的完成,表现出协同作用。
②在调节种子萌发的过程中,赤霉素促进萌发,脱落酸抑制萌发,二者作用效果相反。
③生长素浓度升高到一定值时,就会促进乙烯的合成;而乙烯含量的升高,反过来会抑制生长素的作用。
(2)在植物各器官中同时存在多种植物激素,决定器官生长、发育的,往往不是某种激素的绝对含量,而是不同激素的相对含量。例如,黄瓜茎端的脱落酸与赤霉素的比值较高,有利于分化形成雌花,比值较低则有利于分化形成雄花。
(3)在植物生长发育过程中,不同种激素的调节还往往表现出一定的顺序性。
【自测强化】
1.辨易错
(1)新采摘的柿子与成熟的苹果一起密封,可使柿子快速变得软而甜。 (√)
(2)赤霉素促进萌发对种子是有益的,脱落酸抑制萌发对种子是有害的。 (×)
分析:在外界环境良好时,赤霉素和脱落酸比值大,解除休眠、促进萌发;在环境恶劣时,二者比值减小,促进休眠、抑制萌发,二者对调节种子的萌发都具有重要作用。
(3)生长素可通过促进乙烯的合成来促进茎段细胞伸长。 (×)
分析:生长素可通过促进乙烯的合成来抑制茎段细胞伸长。
(4)在植物各器官中同时存在多种植物激素,决定器官生长、发育的是某种激素的绝对含量,在植物的生长发育过程中各种激素的含量保持稳定不变。 (×)
分析:决定器官生长、发育的是某种激素的相对含量,在植物的生长发育过程中各种激素的含量会发生变化。
2.练表达
(1)(选择性必修1 P96 正文)赤霉素不只能在植物体内合成,赤霉菌也可以合成赤霉素,但赤霉菌合成的赤霉素不是植物激素,原因是:植物激素是在植物体内合成的。
(2)(选择性必修1 P98“思考·讨论”)脱落酸与生长素、赤霉素、细胞分裂素的生理作用的不同是:脱落酸往往表现出“抑制”作用。
【精研 强思维】
【思维探究】
花和果实的脱落是个受调控的过程。在干旱胁迫下,番茄会出现花提前凋落的现象,从而严重影响产量。为研究其中的机制,研究者构建了S2(编码植酸酶2的基因)过表达和S2敲低的番茄,统计了其在水分充足和干旱条件下的落花率,结果如图。
(1)(生命观念)正常情况下,发育着的种子产生生长素是促进还是抑制番茄果实的发育?
提示:促进。
(2)(科学思维)由图中结果推测,干旱促进花脱落的机制可能是什么?
提示:促进了S2的表达。
(3)(实验探究)研究者检测了野生型植株在相应环境下S2的表达情况并验证了上述推测,检测结果是什么?
提示:干旱胁迫下S2的表达量显著高于水分充足条件。
【思维建构】
1.植物激素间表现出协同作用和作用效果相反的实例:
2.探究植物激素间的相互作用的实验设计:
精练 提能力
1.(2024·全国甲卷)植物生长发育受植物激素的调控。下列叙述错误的是( )
A.赤霉素可以诱导某些酶的合成促进种子萌发
B.单侧光下生长素的极性运输不需要载体蛋白
C.植物激素可与特异性受体结合调节基因表达
D.一种激素可通过诱导其他激素的合成发挥作用
【解析】选B。本题主要考查植物激素的相关知识。赤霉素主要合成部位是未成熟的种子、幼根和幼芽,赤霉素能促进植物的生长,可以诱导某些酶的合成促进种子萌发,A正确;生长素的极性运输属于主动运输,主动运输需要载体蛋白的协助并消耗能量,B错误;植物激素与受体特异性结合,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,C正确;各种植物激素不是孤立地起作用,而是相互作用共同调节植物生命活动,因此一种激素可通过诱导其他激素的合成发挥作用,D正确。
2.(2024·湖南高考)脱落酸(ABA)是植物响应逆境胁迫的信号分子,NaCl和PEG6000(PEG6000不能进入细胞)皆可引起渗透胁迫。图a为某水稻种子在不同处理下基因R的相对表达量变化,图b为该基因的突变体和野生型种子在不同处理下7天时的萌发率。研究还发现无论在正常还是逆境下,基因R的突变体种子中ABA含量皆高于野生型。下列叙述错误的是( )
A.NaCl、PEG6000和ABA对种子萌发的调节机制相同
B.渗透胁迫下种子中内源ABA的含量变化先于基因R的表达变化
C.基因R突变体种子中ABA含量升高可延长种子贮藏寿命
D.基因R突变可能解除了其对ABA生物合成的抑制作用
【解析】选A。本题考查植物生命活动的调节。由题意可知,ABA是植物响应逆境胁迫的信号分子,NaCl和PEG6000可以引起渗透胁迫,促进ABA的合成,进而促进基因R的表达,而ABA可以直接促进基因R的表达,因此NaCl、PEG6000和ABA对种子萌发的调节机制不同,A错误;由图a可知,渗透胁迫会先促进种子中内源ABA的合成,内源ABA含量的升高又会促进基因R的表达,B正确;ABA的存在会抑制种子的萌发,因此基因R突变体种子中ABA含量升高可延长种子贮藏寿命,C正确;无论在正常还是逆境下,基因R突变体种子中ABA的含量皆高于野生型,可能是因为基因R突变解除了其对ABA生物合成的抑制,导致ABA的合成量增加,D正确。
3.(2024·重庆高考)为探究乙烯在番茄幼苗生长过程中的作用,研究人员在玻璃箱中对若干番茄幼苗分组进行处理,一定时间后观测成熟叶叶柄与茎的夹角变化,然后切取枝条,检测各部位乙烯的量。题图,为其处理方式和结果的示意图(切枝上各部位颜色越深表示乙烯量越多)。据此分析,下列叙述错误的是( )
A.由切口处乙烯的积累,可推测机械伤害加速乙烯合成
B.由幼叶发育成熟过程中乙烯量减少,可推测IAA抑制乙烯合成
C.乙烯处理使成熟叶向下弯曲,可能是由于叶柄上侧细胞生长快于下侧细胞
D.去除乙烯后成熟叶角度恢复,可能是因为叶柄上、下侧细胞中IAA比值持续增大
【解析】选B。与处理3 h后相比,处理32 h后的颜色加深,这说明处理32 h后切口处乙烯的积累增多,由此可推测机械伤害加速乙烯合成,A正确;由图可知,幼叶发育成熟过程中颜色加深,由此说明幼叶发育成熟过程中乙烯量增多,B错误;乙烯处理后,可能是叶柄上侧细胞生长快于下侧细胞,导致叶柄上侧重量多于下侧,从而导致成熟叶向下弯曲,C正确;去除乙烯后,可能是叶柄上、下侧细胞中IAA比值持续增大,由于生长素具有低浓度促进生长、高浓度抑制生长的特点,导致叶柄上侧细胞的生长减慢,重量减轻,从而使成熟叶角度恢复,D正确。
【加固训练】
为探究脱落酸和油菜素内酯在植物抵御寒冷胁迫中的作用机理,研究人员利用三种番茄进行实验,结果如图所示。下列分析正确的是( )
A.突变体B可通过合成大量的脱落酸抵御寒冷胁迫
B.植物体内脱落酸的合成主要受油菜素内酯的影响
C.油菜素内酯作为信号分子直接参与脱落酸的合成
D.推测施用外源的油菜素内酯有利于抵御寒冷胁迫
【解析】选D。由柱形图分析推测,突变体B可通过合成较多的油菜素内酯,进而可促进脱落酸(激素都是微量的)合成来抵御寒冷胁迫,A错误;植物体内脱落酸的合成主要受生长时期和环境条件影响,B错误;油菜素内酯作为信息分子,调节脱落酸的合成,不直接参与其合成代谢,C错误;由柱形图分析可知,油菜素内酯可促进脱落酸合成,因此施用外源的油菜素内酯有利于抵御寒冷胁迫,D正确。
【从教材走向高考】
【体验高考 链接教材】
1.(2024·浙江6月高考)→(选择性必修1 P111非选择题T2)干旱胁迫下,植物体内脱落酸含量显著增加,赤霉素含量下降。下列叙述正确的是( )
A.干旱胁迫下脱落酸含量上升,促进气孔开放
B.干旱胁迫下植物含水量上升,增强抗旱能力
C.干旱胁迫下,脱落酸受体缺失突变体较耐干旱
D.干旱胁迫下,叶面喷施赤霉素不利于植物抗旱
【解析】选D。本题考查脱落酸和赤霉素的作用。干旱胁迫下,植物体内的脱落酸含量显著增加,促使气孔关闭,避免蒸腾失水,A错误;干旱胁迫下,植物含水量下降,避免失水过多,增强抗旱能力,B错误;干旱胁迫下,脱落酸受体缺失突变体因脱落酸不能正常发挥作用,气孔不能正常关闭,一般不耐旱,C错误;根据题意可知,干旱胁迫下,叶面喷施赤霉素促进植株生长,不利于植物抗旱,D正确。
2.(2024·湖北高考)→(选择性必修1 P97图5-9)研究人员以野生型水稻和突变型水稻(乙烯受体缺失)等作为材料,探究乙烯对水稻根系生长的影响,结果如下表所示。下列叙述正确的是( )
实验组别
植物体内生长素含量
根系长度
①
野生型水稻
+++
+++
②
突变型水稻
+
+
③
突变型水稻+NAA
+
+++
④
乙烯受体功能恢复型水稻
+++
+++
注:+越多表示相关指标的量越大。
A.第④组中的水稻只能通过转基因技术获得
B.第②组与第③组对比说明乙烯对根系生长有促进作用
C.第③组与第④组对比说明NAA对根系生长有促进作用
D.实验结果说明乙烯可能影响生长素的合成,进而调控根系的生长
【解析】选D。
选项
分析
A(×)
乙烯受体缺失水稻由基因突变得到,基因突变具有不定向性,第④组中的水稻也能通过诱变育种获得
B(×)
第②组与第③组对比,自变量为是否含有NAA,只能说明NAA对根系生长有促进作用,不能说明乙烯对根系生长有促进作用
C(×)
第③组与第④组对比,自变量不唯一,没有遵循单一变量原则,不能说明NAA对根系生长有促进作用
D(√)
根据第①组、第②组和第④组的结果可知,野生型水稻和乙烯受体功能恢复型水稻植物体内生长素含量与根系长度的相关指标都比突变型水稻(乙烯受体缺失)组的大,说明乙烯可能影响生长素的合成,进而调控根系的生长
【深研教材 预测高考】
3.(选择性必修1 P95“拓展应用”T2改编)传统果树栽培采用的圈枝技术是“择一二年之嫩枝,于其纯直部之周围,剥去寸余长之一圈树皮,取软硬适宜之湿泥,裹于该部,复用稻草碾实”。下列与该技术有关的叙述正确的是( )
A.湿泥中有赤霉素,能够诱导开花、结果
B.有机物积累在环剥处,诱导细胞分化
C.利用嫩枝分泌的生长素来促进枝条的生根
D.湿泥有调控环剥处激素基因表达的物质
【解析】选C。圈枝技术是果树栽培技术,主要是促使枝条生根,A错误;有机物积累在环剥处是因为植物的表皮缺失后无法运输,没有诱导细胞分化的作用,B错误;嫩枝分泌的生长素可以促进枝条的生根,C正确;湿泥可以将嫁接的枝条固定在适当的位置,提供水分和营养物质,有助于促进嫁接部位的愈合等作用,D错误。
4.(选择性必修1 P99“拓展应用”T1、T2改编)我国劳动人民在漫长的历史进程中,积累了丰富的生产、生活经验,并在实践中应用生产和生活中常采取的一些措施,如下。关于这些措施,下列说法不合理的是( )
①扦插时,保留芽和幼叶的插条比较容易生根成活;②流水浸种有利于种子萌发;③开花传粉遇上连续阴雨天,对作物及时喷洒一定浓度的生长素;④“红柿摘下未熟,每篮用木瓜两三枚放入,得气即发,并无涩味”
A.措施①主要是因为芽和幼叶能合成生长素促进生根
B.措施②依据的原理是流水降低了种子中脱落酸的含量
C.措施③可用于连续阴雨天气大豆传粉失败的补救,提高大豆种子的产量
D.措施④中这种“气”是乙烯,其主要作用是促进果实的成熟
【解析】选C。芽和幼叶能合成生长素,利于插条生根,因此,扦插时,措施①主要是因为芽和幼叶能合成生长素促进生根,A合理;脱落酸能溶于水,且脱落酸能抑制种子萌发,因此,措施②依据的原理是流水降低了种子中脱落酸的含量,B合理;种植大豆是为了收获种子,如果没有授粉就不能形成种子,喷施生长素不能获得种子,即措施③不可用于连续阴雨天气大豆传粉失败的补救,C不合理;④“红柿摘下未熟,每篮用木瓜两三枚放入,得气即发,并无涩味”,这种“气”是乙烯,乙烯可促进果实的成熟,D合理。
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