5 第1节 植物生长素 第2课时 生长素的合成、运输与分布及生理作用-【正禾一本通】2025-2026学年高二生物选择性必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（单选）

第2课时　生长素的合成、运输与分布及生理作用 [学习目标] 1.生命观念：运用结构与功能观，概述生长素的合成、运输与分布。 2.科学思维：运用模型与建模，通过分析与综合的方法，理解生长素的作用特点。 3.科学探究：通过实验方案的设计与评价，理解生长素的运输规律。 一、生长素的合成、运输与分布 1．合成 (1)主要的合成部位：芽、幼嫩的叶和发育中的种子。 (2)来源：由色氨酸经过一系列反应转变而来。 2．运输 (1)极性运输 ①运输方向：由形态学上端运输到形态学下端。 ②运输方式：主动运输。 (2)非极性运输：在成熟组织中通过输导组织进行。 (3)横向运输：根尖、芽尖等生长素产生部位。 3．分布：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。 二、生长素的生理作用 1．生长素的作用 (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。 (2)作用 ①细胞水平上：促进细胞伸长生长、诱导细胞分化等。 ②器官水平上：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。 ③作用实质：通过诱导特定基因的表达，从而产生效应。 (3)作用特点 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。 2．顶端优势——生长素作用特点的体现 (1)定义：植物顶芽优先生长，侧芽生长受抑制的现象。 (2)原理：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。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。 大家知道，棉花打顶可以避免出现无效果枝，进而增产。这与生长素的产生、运输及其作用有关，请判断下列关于生长素的叙述是否正确。 1．幼芽、幼叶和种子都能产生大量的生长素。(×) 提示：生长素的主要合成部位是芽、幼嫩的叶和发育中的种子。 2．植物茎尖的细胞可利用色氨酸合成生长素。(√) 3．同一植株的根和芽生长所需要的最适生长素浓度相同。(×) 提示：同一种植物的不同器官对生长素的敏感性也不同。 4．当植物顶芽比侧芽生长快时会产生顶端优势，其主要原因是侧芽附近的生长素浓度过高，其生长受抑制。(√) 5．两种不同浓度的生长素溶液都不具有促进植物细胞生长的作用，其原因一定是其中的一种溶液浓度过高，另一种溶液浓度过低。(×) 提示：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。两种生长素浓度均大于或等于既不促进也不抑制生长的浓度。 　生长素的运输 1．结合图示讨论下列有关生长素极性运输的问题。 (1)植物的地上部分及地下部分的形态学上、下端为什么相反？ 提示：因为植物的地上部分和地下部分的生长方向相反，地上部分向上生长，地下部分向下生长。　 (2)极性运输是从低浓度到高浓度的运输，这是怎样的运输方式？如何证明？ 提示：极性运输是一种主动运输。可通过抑制植物的细胞呼吸来验证，加入呼吸抑制剂，若该运输方式受阻，则证明极性运输是一种主动运输。 (3)若植物随太空飞船进入太空中，其体内的生长素还能发生极性运输吗？ 提示：极性运输由植物的遗传特性决定，即使在太空中也会发生极性运输。 2．评价生长素极性运输的实验证据。 (1)上述实验的结果是什么？能否证明生长素的极性运输？为什么？ 提示：实验结果是B处琼脂块中有生长素。不能证明生长素的极性运输。极性运输是指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，所以必须得证明生长素不能从b处运输到a处，才可以证明是极性运输。 (2)如果要验证生长素的极性运输，应如何改进实验方案？ 提示：再增设一组实验，如下图： 生长素的横向运输和极性运输 1．为研究植物体内生长素的运输，科学家用燕麦胚芽鞘、琼脂块及14C标记的IAA进行了如图所示的实验。下列叙述正确的是(　　) A．①④两组的受体块中均可检测到14C B．本实验能证明IAA的极性运输需要消耗ATP C．图中胚芽鞘尖端、根尖分别为形态学上端和下端 D．受体块中14C含量为①＞②＞③＞④ 解析：选A。由于存在极性运输，①④两组的受体块中均可检测到14C，A正确；本实验不能证明IAA的极性运输需要消耗ATP，B错误；根尖也为形态学上端，C错误；②③两组没有进行IAA的极性运输，受体块中不含14C，D错误。 2．生长素(IAA)是对植物生长有重要调节作用的植物激素，存在解离型(IAA－)和非解离型(IAAH)两种形式，其中非解离型具有亲脂性的特点，图示为生长素在植物体内运输机制——化学渗透假说，回答相关问题。 (1)生长素在植物体内是以____________为原料合成的，在幼嫩部位只能单方向运输，即极性运输，其含义是______________________。 (2)细胞膜外的生长素主要以非解离型存在的原因是______________________________。 (3)非解离型生长素通过__________方式由细胞外运输到细胞内，与解离型生长素运输到细胞内的方式__________(填“相同”或“不同”)，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (4)研究人员用射线处理拟南芥幼苗，培育出生长素极性运输缺陷的突变体，该突变体植株弱小，生长异常缓慢。突变体拟南芥不能正常运输生长素的原因可能是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (5)请设计实验探究解离型生长素(IAA－)在细胞基部由细胞内运输到细胞外的转运过程是否与细胞膜上的转运蛋白有关。(要求：设计对照实验，写出实验思路即可)________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 解析：(1)生长素是由色氨酸经过一系列转化形成的，因此色氨酸是合成生长素的原料。极性运输是指由形态学上端运输到形态学下端。(2)据图可知，非解离型生长素(IAAH)解离为解离型生长素(IAA－)是在细胞质pH为7的环境下进行的，而细胞膜外pH＝5，呈酸性，抑制了非解离型生长素解离，因此细胞膜外的生长素主要以非解离型存在。(3)非解离型生长素具有亲脂性的特点，由图可知，非解离型生长素由细胞外运输到细胞内时不需要载体蛋白，不消耗能量，故该种方式为自由扩散。由图可知解离型生长素运输到细胞内需要生长素输入载体的协助，同时需要消耗细胞壁和细胞膜以内的H＋浓度差提供的化学能，因此属于主动运输。所以非解离型生长素进入细胞的方式与解离型生长素运输到细胞内的方式不同。(4)根据题意，细胞膜上的质子泵将H＋泵到细胞壁，使之呈酸性，在酸性条件下，IAA－与H＋结合生成IAAH再进入下一个细胞，同时还有细胞顶部的生长素输入载体，细胞基部的细胞膜上有生长素输出载体，与生长素的运输有关，突变体拟南芥不能正常运输生长素可能是由细胞膜上的质子泵或细胞顶部的生长素输入载体或细胞基部的生长素输出载体异常导致的。(5)该实验为探究解离型生长素(IAA－)在细胞基部由细胞内运输到细胞外的转运过程是否与细胞膜上的转运蛋白有关，因此运输解离型生长素(IAA－)的转运蛋白是否有活性为实验的自变量。实验思路为：将同种植物均分成两组，一组使用能够抑制细胞膜上转运蛋白活性的药物，另一组不作处理，之后检测两组植物细胞基部能否发生IAA－由细胞内向细胞外运输。 答案：(1)色氨酸　由形态学上端运输到形态学下端　(2)细胞膜外呈酸性抑制了非解离型生长素解离(或细胞膜外呈酸性抑制了非解离型生长素向解离型转化)　(3)自由扩散　不同　非解离型生长素以自由扩散方式进入细胞膜内，而解离型生长素以主动运输方式进入细胞膜内　(4)生长素输入载体蛋白基因或生长素输出载体蛋白基因发生突变，导致细胞不能合成正常的生长素输入载体或生长素输出载体，使生长素输入或输出细胞受阻，从而不能进行正常的极性运输　(5)将同种植物均分成两组，一组使用能够抑制细胞膜上转运蛋白活性的药物，另一组不作处理，之后检测两组植物细胞基部能否发生IAA－由细胞内向细胞外运输 教材拓展 生长素在植物组织内的存在形式及运输 生长素在植物组织内呈现不同化学状态。人们把能自由移动、能扩散的生长素称为自由生长素，而把与细胞内化合物结合，通过酶解、水解或自溶作用将它提取出来的那部分生长素，称为束缚生长素。自由生长素具有活性，而束缚生长素则没有活性。自由生长素和束缚生长素可相互转变。 束缚生长素是生长素与其他化合物(糖、氨基酸)结合而形成的，类型各有不同。在植物体内的作用可能有下列几个方面： (1)作为贮藏形式。吲哚乙酸与葡萄糖形成吲哚乙酰葡萄糖，在种子和贮藏器官中特别多，是生长素的贮藏形式。 (2)作为运输形式。吲哚乙酸与肌醇形成吲哚乙酰肌醇贮存于种子中，发芽时，比吲哚乙酸更易于运输到地上部。 (3)解毒作用。自由生长素过多时，往往对植物产生毒害。吲哚乙酸和天冬氨酸结合成的吲哚乙酰天冬氨酸，具有解毒功能。 (4)调节自由生长素含量。根据植物体对自由生长素的需要程度，束缚生长素会与束缚物分离或结合，使植物体内自由生长素呈稳衡状态，调节到一个适合生长的水平。 [考查角度] 以生长素的运输为情境，考查植物激素的运输、生物不同器官对生长素的敏感性、生长素作用的特点，落实生物学结构与功能相适应的观点，体现生物学生命观念这一核心素养。 　生长素的生理作用特点 [图形情境]　下图所示是科学家研究不同浓度生长素对不同器官的作用得到的结果，据图分析： (1)对同一器官来说，生长素的作用与浓度有什么关系？ 提示：低浓度促进生长，高浓度抑制生长。 (2)对不同器官来说，它们对同一浓度生长素的反应相同吗？说明什么？ 提示：不同。说明不同器官对生长素敏感性不同。 (3)在顶端优势现象中，顶芽A和侧芽B、C、D、E的生长素浓度大小与下图中点①②③④⑤的对应关系为：A－①、B－⑤、C－④、D－③、E－②。 (4)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。请从生长素在根、茎处的分布趋势和器官内部因素两个角度分析，利用所给信息完善表格。 部位 根部 茎部 C D A B 生长素浓度 低 高 低 高 生长速度 快 慢 慢 快 生长素敏感程度 强 弱 弯曲方向 向地生长 背地生长 1．生长素浓度与所起作用的曲线分析 (1)a点：既不促进生长也不抑制生长。 (2)a～c段(不含a点)：随生长素浓度升高，对生长的促进作用逐渐增强。 (3)c点：促进生长的最适浓度，其促进效果最好。 (4)c～e段(不含e点)：随生长素浓度升高，对生长的促进作用逐渐减弱。 (5)e点：促进生长的浓度“阈值”。低于此值时均为促进生长的“低浓度”；超过此值时，将由“促进”转向“抑制”，从而进入抑制生长的“高浓度”。 (6)b、d两点：生长素浓度虽然不同，但促进效果相同。 (7)e～f段(不含e点)：随生长素浓度升高，对生长的抑制作用逐渐增强。 2．对生长素的敏感程度曲线分析 (1)不同器官对生长素的敏感程度不同，敏感性大小：根>芽>茎。 (2)不同生物对生长素的敏感程度不同，敏感性大小：双子叶植物>单子叶植物。 用适当浓度的生长素类调节剂来杀死单子叶农田里的双子叶杂草，同时促进单子叶植物的生长。 易错提醒 (1)抑制生长≠不生长 所谓“抑制”或“促进”均是相对于“对照组”(即自然生长或加蒸馏水处理的组别)而言的。凡生长状况差于对照组即为生长受“抑制”，生长状况好于对照组即为“促进”生长。　　 (2)促进果实“发育”≠促进果实“成熟” 促进果实“发育”的植物激素为生长素、赤霉素，促进果实“成熟”的激素为乙烯。 (3)植物的向光性不体现生长素低浓度促进生长、高浓度抑制生长的作用特点，向光性高浓度侧生长快，不体现生长素的作用特点，顶端优势、根的向地性体现生长素的作用特点。 3．如图为一种植物扦插枝条经不同浓度IAA浸泡30 min后的生根结果(新生根粗细相近)，对照组为不加IAA的清水。下列叙述正确的是(　　) A．对照组生根数量少是因为枝条中没有IAA B．四组实验中，300 mg/L的IAA诱导茎细胞分化出根原基最有效 C．100 mg/L与300 mg/L的IAA处理获得的根生物量相近 D．本实验结果体现了IAA对根生长具有浓度较低时促进生长，浓度过高时抑制生长的特点 解析：选B。对照组生根数量少是因为枝条是用不加IAA的清水浸泡的，其枝条中仍含有一定量的内源IAA，A错误；由图可知，在四组实验中，300 mg/L的IAA处理的枝条平均生根数最多且平均根长较长，故该浓度IAA诱导茎细胞分化出根原基最有效，B正确；平均生根数与平均根长的乘积可以反映出根生物量的大小，100 mg/L与300 mg/L的IAA处理获得的根生物量差异较大，C错误；与对照组相比，图中另外三个浓度的IAA均促进了根的生长，故本实验不能体现IAA对根生长具有浓度较低时促进生长，浓度过高时抑制生长的特点，D错误。 4．下图表示不同浓度的生长素对植物生长的作用，据图分析下列说法错误的是(　　) A．茎的背地性、顶端优势均体现了生长素在浓度较低时促进生长，在浓度过高时抑制生长的作用 B．若茎的近地侧生长素浓度为M，则其远地侧浓度小于m C．若根的远地侧生长素浓度为m，则其近地侧浓度大于i D．若向光性幼苗的向光侧生长素浓度为m，则其背光侧浓度大于m，小于M 解析：选A。茎的背地性只表现出生长素的促进作用，A错误。由于重力的影响，茎的近地侧生长素浓度大于远地侧浓度，若茎的近地侧生长素浓度为M，则其远地侧浓度小于m，B正确。由于重力的影响，根的远地侧生长素浓度小于近地侧浓度，根对生长素敏感，则表现为近地侧浓度高抑制生长，远地侧浓度低促进生长；若根的远地侧生长素浓度为m，则其近地侧浓度高，浓度范围应大于i，C正确。向光性的原因是背光一侧生长素浓度大于向光一侧，背光侧生长快，向光侧生长慢，若向光性幼苗的向光侧生长素浓度为m，则其背光侧浓度大于m，小于M，D正确。 “酸生长假说”生长素的作用机理 关于生长素的作用机理科学家们提出了“酸生长假说”(细胞壁pH下降，使细胞壁松弛，细胞伸长生长)和“基因活化学说”(IAA与细胞内受体结合促进基因表达)。 “酸生长假说”的具体内容包括： 1．生长素激活了伸长区细胞膜上的质子泵，质子泵在数分钟内将 H＋大量泵到细胞膜外。 2．质子外排，导致膜电位升高，促进离子进入细胞，增大细胞渗透压，使细胞吸水膨胀。 3．质子外排，使得细胞壁酸化，从而激活细胞壁中能水解纤维之间交联键的酶，纤维素纤维松弛，细胞壁结构变得松散，使得细胞能随着细胞内的膨压外推细胞壁而膨胀。 题号 能力考查 素养考查 (1) 信息获取与加工能力 知识迁移能力 生命观念 (2) 逻辑推理与论证能力 语言组织与表达能力 科学思维 (3) 综合运用能力 长句表达能力 科学思维 (1)质子泵向细胞外运输H＋的方式为____________。无论是植物激素还是动物激素，作用于细胞的首要条件是____________。 (2)根据酸生长假说推测，生长素应该能________(填“促进”或“抑制”，下空同)H＋的跨膜运输过程；若使用中性缓冲液处理植物细胞，应该能________细胞伸长。结合以上分析可知，促进植物细胞伸长的措施有______________________________(答出一种措施即可)。 (3)有学者提出了关于植物生长素(IAA)促进生长的“基因活化学说”：生长素与质膜上的激素受体蛋白结合后，激活细胞内的信使，并将信息转导至细胞核内，使处于抑制状态的基因解除阻遏，________________________________________(请利用所学知识完善该理论)。 解析：(1)据图分析质子泵向膜外运输H＋的方式为逆浓度梯度运输，需要消耗能量，因此为主动运输。激素为信息分子，发挥信息传递功能首先需要与特异性受体相结合。(2)根据酸生长假说，生长素能够激活质子泵，因此促进了H＋的跨膜运输过程。若使用中性缓冲液处理植物细胞，将会抑制细胞伸长，因为生长素促进伸长机理是降低细胞外的pH，因此可以通过用酸性缓冲液处理或者提高氧气浓度(促进质子泵运输H＋)的措施来促进植物细胞伸长。(3)据图分析生长素与质膜上的激素受体蛋白结合后，激活细胞内的信使，并将信息转导至细胞核内，使处于抑制状态的基因解除阻遏，基因开始转录和翻译，合成新的mRNA和蛋白质，为细胞质和细胞壁的合成提供原料，结果可以使细胞变长。 答案：(1)主动运输　与特异性受体相结合　(2)促进　抑制　用酸性缓冲液处理(或提高氧气浓度)　(3)基因开始转录和翻译，合成新的mRNA和蛋白质，为细胞质和细胞壁的合成提供原料 学科网（北京）股份有限公司 $