内容正文:
第2节 其他植物激素
[学习目标
1.生命观念:运用稳态与平衡观,举例说明植物激素对植物生长的调节作用以及各植物激素间的关系。
2.科学思维:采用分类与比较的方法,概述不同植物激素的产生部位及作用。
3.社会责任:运用植物激素的相关知识,解释生产和生活中的一些现象。
一、其他植物激素的种类和作用
1.其他植物激素的种类和作用
种类
合成部位
主要作用
赤霉素
幼芽、幼根和未成熟的种子
促进细胞伸长,从而引起植株增高;促进细胞分裂与分化;促进种子萌发、开花和果实发育
细胞
分裂素
主要是根尖
促进细胞分裂;促进芽的分化、侧枝发育、叶绿素合成
脱落酸
根冠、萎蔫的叶片等
抑制细胞分裂;促进气孔关闭;促进叶和果实的衰老和脱落;维持种子休眠
乙烯
植物体各个部位
促进果实成熟;促进开花;促进叶、花、果实脱落
油菜
素内酯
植物的花粉、种子、茎和叶等
促进茎、叶细胞的扩展和分裂,促进花粉管生长、种子萌发等
2.调控方式
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。
二、植物激素间的相互作用
1.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。
2.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。
3.在植物生长发育过程中,不同种激素的调节往往表现出一定的顺序性。
在一箱未成熟的柿子中,放入几个成熟的苹果,结果柿子很快就成熟了,这是因为成熟的苹果中含有乙烯,乙烯释放出来促进了柿子的成熟。在植物生命的大舞台上,除了生长素这个备受瞩目的明星之外,还有一群同样身负重任、各具神通的角色,它们就是其他植物激素。判断下列关于其他植物激素的叙述是否正确。
1.赤霉菌分泌的赤霉素是植物激素。(×)
提示:植物激素是植物产生的,赤霉菌分泌的赤霉素不是植物激素。
2.乙烯能促进果实的成熟,所以在幼嫩的果实中含量较多。(×)
提示:乙烯在成熟的果实中含量相对较多。
3.高浓度的生长素能通过促进乙烯的合成抑制植物生长。(√)
4.脱落酸能抑制马铃薯发芽。(√)
5.脱落酸能够调控细胞的基因表达。(√)
6.生长素和细胞分裂素可以在同一细胞中起作用。(√)
赤霉素的发现过程及其作用
[材料情境] 分析以下资料,总结赤霉素的发现过程及其作用。
资料1:1926年,科学家观察到,当水稻感染了赤霉菌后会疯长(恶苗病),结实率大大降低。研究者将赤霉菌培养基的滤液喷施到水稻幼苗上,也出现了恶苗病的症状。
资料2:1935年,科学家从培养基滤液中分离出致使水稻患恶苗病的物质,称之为赤霉素(简称GA)。
资料3:20世纪50年代,科学家从赤霉菌培养液中分离和鉴定了可导致水稻患恶苗病的三种不同的赤霉素,分别命名为GA1、GA2、GA3。
资料4:20世纪50年代,科学家发现外源性赤霉素可以使矮生型玉米(一种突变体)显著长高,可以达到正常玉米的高度,但是不能使正常(野生型)玉米明显增高。关于这种实验现象,有以下两种解释:
①矮生型和野生型玉米体内均可产生内源性赤霉素,但矮生型缺乏赤霉素的受体。
②矮生型玉米体内产生的内源性赤霉素较正常玉米少,外源性赤霉素补充了内源性赤霉素的不足。
资料5:1958年,人们从红花菜豆未成熟的种子中提纯了赤霉素GA1。后来又陆续发现了植物体内有多种赤霉素。
实验:种子中的赤霉素主要来自胚,它可促进种子等休眠体的萌发。小麦种子的胚乳中储存了大量淀粉,水解后可为胚的萌发提供充足的能源物质。
某兴趣小组为了探究赤霉素促进种子萌发的原理,用去胚小麦种子(保留完整胚乳)做了下面的实验。
1.我们从资料1中能得到哪些重要信息?
提示:导致水稻患恶苗病的不是赤霉菌菌体,而是赤霉菌产生的某种化学物质。
2.根据资料1、2、3能不能确定赤霉素是植物激素呢?
提示:还不能确定赤霉素是植物激素,因为科学家们只是从赤霉菌的培养液中得到了这种化学物质,它还没有在植物体内发现过。
3.你认同资料4中哪种解释?请说出理由。
提示:认同第②种解释。第①种解释:如果矮生型玉米缺乏赤霉素受体,即使施加外源性赤霉素,也不会使矮生型玉米长高。第②种解释:如果矮生型玉米的内源性赤霉素少,那么施加外源性赤霉素后会使其显著长高。而正常玉米由于自身的内源性赤霉素够用,所以对外源性赤霉素不敏感。
4.根据资料5及其实验分析并解释实验现象,据此推测赤霉素是如何促进种子萌发的。
提示:赤霉素可以诱导胚乳产生淀粉酶,淀粉酶促进淀粉分解,为胚的萌发提供充足的能源物质,从而促进了种子的萌发。
六种植物激素的比较
种类
主要作用
应用
生长素
促进生长,促进果实发育,促进生根
①促进扦插枝条生根;②促进果实发育,防止落花落果;③用作农业除草剂
赤霉素
促进细胞伸长,从而引起植株增高;促进细胞分裂与分化;促进种子萌发、开花和果实发育
①促进植物茎秆伸长;
②解除种子和其他部位休眠,提早用来播种
细胞
分裂素
促进细胞分裂;促进芽的分化、侧枝发育、叶绿素合成
蔬菜贮藏中,常用它来保持蔬菜鲜绿,延长贮存时间
脱落酸
抑制细胞分裂;促进气孔关闭;促进叶和果实的衰老和脱落;维持种子休眠
控制植物徒长,使植株节间缩短,长得矮、壮、粗,根系发达,抗倒伏
乙烯
促进果实成熟;促进开花;促进叶、花、果实脱落
用于果实催熟
油菜
素内酯
促进茎、叶细胞的扩展和分裂,促进花粉管生长、种子萌发等
提高种子的萌发率,促进植物茎的伸长和增粗,增加作物的果实数量和大小,提高作物的品质,增强植物抗逆性,调节植物的激素平衡
1.植物叶片脱落酸积累会导致气孔关闭。大豆叶片相对含水量、气孔开放程度、脱落酸含量随时间变化情况如图所示。第1~4天持续干旱,第5天测定后浇水。下列说法错误的是( )
A.干旱会加速叶片的脱落
B.随干旱时间延长,气孔关闭,叶片光合速率降低
C.浇水后,叶片脱落酸含量随含水量的升高而降低
D.叶面喷施适宜浓度的脱落酸能增加叶片水分散失
解析:选D。干旱引起脱落酸增加,促进叶片脱落,从而减少水的散失,A正确;干旱时间延长,气孔关闭,二氧化碳吸收不足,光合速率降低,B正确;由图可知,第5天浇水后叶片含水量逐渐增加,而脱落酸含量逐渐降低,C正确;喷施脱落酸会引起气孔关闭,从而减少叶片水分散失,D错误。
2.研究发现,给正常植物外施赤霉素(GA)能降低种子贮藏蛋白的积累,而GA合成突变体植物则表现为种子贮藏蛋白含量升高,这表明GA参与了种子贮藏物质积累的调控。下列说法正确的是( )
A.GA是细胞结构成分,但不能直接参与细胞代谢
B.GA合成突变体中GA含量过多导致种子贮藏蛋白含量升高
C.GA合成突变体植物种子贮藏蛋白含量是GA调控的,与生长素无关
D.外施GA可能通过促进贮藏蛋白分解进而减少种子贮藏蛋白的积累
解析:选D。GA起调节作用,其既不组成细胞结构,也不直接参与细胞代谢,A错误;GA能降低种子贮藏蛋白的积累,而GA合成突变体植物则表现为种子贮藏蛋白含量升高,据此可推测GA合成突变体中GA合成量低或无法合成,且仅由题干信息无法得到GA突变体植物种子贮藏蛋白含量与生长素无关的结论,B、C错误;外施GA能降低种子贮藏蛋白的积累,其原理可能是直接抑制贮藏蛋白合成,也可能是GA促进贮藏蛋白分解进而降低了种子贮藏蛋白的积累,D正确。
植物激素间的相互作用
1.分析下列资料,研究植物激素间的相互作用。
资料1:在实验条件下,离体的植物细胞在只有生长素的条件下,会形成大量多核细胞。如果同时存在细胞分裂素,生长素就能促进细胞迅速分裂。
资料2:所谓胎萌现象,是指种子在脱离母体前就开始萌发的现象,脱落酸(ABA)合成缺陷型突变体经常会出现胎萌现象,而外源ABA可抑制胎萌现象。另外,据科学家研究表明用赤霉素处理玉米种子,也可促进其发芽。
资料3:拟南芥赤霉素(GA)缺陷型突变体的种子GA含量极低,在缺乏外源GA的培养基上是不能发芽的。若诱变处理,筛选出能够发芽的突变株,发现不是能合成GA的恢复突变株,而是脱落酸(ABA)缺陷型突变株。检测发现这种双突变株种子内两种激素的绝对水平都极低,只是ABA与GA的比值与野生型的相同。
(1)据资料1分析,生长素和细胞分裂素如何调节细胞分裂?二者有什么关系?
提示:生长素促进细胞核分裂,细胞分裂素促进细胞质分裂。在促进细胞分裂方面,二者表现为协同作用。
(2)据资料2说明脱落酸和赤霉素在调节种子萌发上具有什么关系?
提示:脱落酸可以抑制种子萌发,赤霉素可以促进种子萌发,两者在调节种子萌发上作用效果相反。
(3)据资料3说明ABA和GA调节种子萌发时有什么特点?
提示:种子的休眠与萌发并非取决于两种激素的绝对含量,而是由二者比例(相对含量)决定的,ABA与GA比值较高促进休眠,反之促进萌发。
2.构建不同植物激素间作用机理的概念模型。
(1)生长素和乙烯之间的相互作用。
低浓度的生长素促进细胞的伸长,但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促进细胞伸长的作用。如图:
(2)生长素和赤霉素之间的相互作用。
资料1:豌豆幼苗实验的操作步骤如图1所示,一段时间后测定幼苗中GA的含量,结果如图2所示。
资料2:GA对IAA水平的影响。
通过资料1、2,概括生长素和赤霉素协同促进生长的原理是什么?
提示:由资料1实验结果可知,生长素可提高赤霉素的水平;由资料2可知,赤霉素可提高生长素的水平。二者相互促进,因此表现为协同作用。
1.植物激素间的协同作用
2.植物激素间的相抗衡作用
3.植物激素间的反馈作用
生长素达到一定浓度后就会促进乙烯的合成,而乙烯对生长素的合成起抑制作用。
3.城市周边的草莓园,能使人们体验摘草莓的乐趣,品尝到新鲜的草莓,也可以帮助农民增收致富。下图表示草莓果实发育和成熟各阶段不同植物激素相对含量的变化情况。下列相关叙述错误的是( )
A.在果实膨大期额外喷洒大量的外源生长素可以大幅度提高草莓产量
B.赤霉素和生长素在促进草莓果实生长方面表现为协同,但作用机理不完全相同
C.在果实发育的后期脱落酸的含量最高,说明脱落酸的作用主要是促进果实衰老
D.由图分析可知,草莓果实发育受多种激素调控,不同激素的调节表现出一定的顺序性
解析:选A。生长素有低浓度促进、高浓度抑制的特点,喷洒大量的外源生长素可能会导致浓度过高,反而会降低草莓产量,A错误;赤霉素促进细胞伸长、生长素促进细胞生长,两者促进草莓果实生长方面表现为协同作用,但作用机理不完全相同,B正确;由图可知,在果实发育的后期脱落酸的含量最高,说明脱落酸的作用主要是促进果实衰老,C正确;由图分析可知,草莓果实发育受生长素、赤霉素、脱落酸、乙烯等多种激素调控,不同激素的调节表现出一定的顺序性,D正确。
4.油菜素内酯能促进茎、叶细胞的扩展和分裂,在促进花粉管生长、种子萌发等方面具有重要作用。下列叙述错误的是( )
A.油菜素内酯和萎蔫叶片中产生的脱落酸均能促进种子萌发
B.油菜素内酯和根冠中产生的脱落酸在细胞分裂方面作用效果相反
C.油菜素内酯和根尖中产生的细胞分裂素均能促进细胞分裂
D.油菜素内酯在植物体内含量微少,但具有重要的调节作用
解析:选A。油菜素内酯能促进茎、叶细胞的分裂,促进花粉管生长、种子萌发等,但脱落酸抑制种子萌发,A错误;油菜素内酯能促进茎、叶细胞的分裂,而根冠中产生的脱落酸能促进脱落,抑制细胞分裂,因而在细胞分裂方面二者作用效果相反,B正确;油菜素内酯能促进茎、叶细胞的分裂,根尖中产生的细胞分裂素也能促进细胞分裂,C正确;油菜素内酯作为植物激素,其在植物体内含量微少,且具有显著的调节作用,D正确。
教材拓展
油菜素内酯
油菜素内酯(BR),是一种新型植物内源激素,是第一个被分离出的具有活性的油菜素甾族化合物,是国际上公认活性最高的高效、广谱、无毒的植物生长激素。
油菜素内酯促进伸长的效果非常显著,其作用浓度要比生长素低好几个数量级,其作用机理与生长素相似。通过促进细胞膜系统质子泵对氢离子的泵出,导致自由空间酸化,使细胞壁松弛从而促进生长。同时,油菜素内酯还能抑制生长素氧化酶的活性,提高植物内源生长素的含量,所以,当油菜素内酯与生长素同时使用时,有明显的加成效果。另外,油菜素内酯还能调节与生长有关的某些蛋白质的合成与代谢,实现对生长的控制。油菜素内酯类物质主要分布在植物伸长生长旺盛的部位。另外,油菜素内酯还能调节植物体内营养物质的分配,使处理部位以下的部分干重明显增加,而上部干重减少,植物的物质总量保持不变。油菜素内酯也能影响核酸类物质的代谢,还能延缓植物离体细胞的衰老。
[考查角度]
常以植物生长发育为情境,考查植物激素的作用,体现植物的结构与其功能相适应的观点,落实生物学的生命观念这一核心素养。
种子成熟与萌发阶段多种激素的含量变化模型
下图表示小麦籽粒成熟过程中多种植物激素含量的变化。
该植物种子成熟后需经低温储藏才能萌发,为探究其原因,检测了该种子中的两种植物激素在低温储藏过程中的含量变化,结果如图所示。
题号
能力考查
素养考查
(1)(2)
知识迁移能力
生命观念
(3)
解决问题能力和语言组织与表达能力
生命观念
科学探究
(4)
分析推理和长句表达能力
科学思维
(5)
实验设计能力
科学思维
(1)由图1可知,生长素和赤霉素存在__________,细胞分裂素与脱落酸____________________。图中未涉及的植物激素为________,当生长素浓度升高到一定值时,就会________该激素的合成。
(2)推测图2中植物激素a、b分别是哪种激素?为什么?
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)分析图2该植物种子不能萌发主要是由于哪种激素的限制?低温对于激素b的作用是什么?
________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(4)依据图1你能得出的结论是什么?(答出两点)
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(5)欲证明生长素和赤霉素在促进月季插条生根方面的相互作用,科研人员进行了相关实验,请写出实验的分组处理情况。
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
解析:(1)据图分析,生长素和赤霉素在7月至10月期间的作用是同步的,表现为协同作用,细胞分裂素和脱落酸之间的作用效果相反,图中未涉及的激素是乙烯,当生长素浓度升高到一定程度时会促进乙烯的合成。(2)赤霉素具有促进种子萌发的作用,脱落酸抑制种子萌发,激素b在低温处理过程中含量减少,种子开始萌发,因此推测激素a表示赤霉素,激素b表示脱落酸。(3)脱落酸可维持种子休眠,因此种子不能萌发主要是由于脱落酸的限制。低温处理可促进种子萌发,打破种子休眠,因此低温处理可能会抑制脱落酸的合成或加速脱落酸的降解。(4)分析图1可以看出,小麦籽粒的形成过程由多种激素共同调节;不同种激素的调节表现出一定的顺序性。(5)本实验的自变量有两个,分别是生长素和赤霉素,因此需要设计四组实验,编号为甲、乙、丙、丁,甲、乙、丙三组分别用等量适宜浓度的生长素溶液、赤霉素溶液和一定比例的生长素和赤霉素混合溶液处理,丁组不做处理。
答案:(1)协同作用 作用效果相反 乙烯 促进 (2)激素a表示赤霉素,激素b表示脱落酸。植物激素中赤霉素可促进种子萌发,故种子在低温储藏时其含量逐渐升高;脱落酸可维持种子休眠,故种子在低温储藏时其含量逐渐下降 (3)种子不能萌发主要是由于脱落酸的限制。低温处理可能会抑制脱落酸的合成或加速脱落酸的降解 (4)小麦籽粒的成熟过程由多种激素共同调节;不同种激素的调节表现出一定的顺序性 (5)该实验应分为四组,编号为甲、乙、丙、丁,甲、乙、丙三组分别用等量适宜浓度的生长素溶液、赤霉素溶液和一定比例的生长素和赤霉素混合溶液处理,丁组不作处理(合理即可)
第3节 植物生长调节剂的应用
[学习目标]
1.科学思维:运用归纳与概括的方法,总结植物生长调节剂的类型和作用。
2.科学探究:尝试探索植物生长调节剂的应用。
3.社会责任:结合实例分析、评价使用植物生长调节剂的利与弊
学科网(北京)股份有限公司
$