内容正文:
第1节 植物生长素
生活现象
在光明和黑暗中生长的幼苗
阳台种植的植物
2
问题探讨
1)图中植物的生长方向有何特点?
2)可能是那种刺激引发了植物生长方向的改变?这种改变有什么适应意义?
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?
弯向窗外生长
单侧光刺激;获得更多光源,有利光合作用产生有机物,满足自身需要
幼嫩部位
3
单一方向的刺激 定向运动
向性运动
根的向地性
茎的背地性
为什么单侧光可以导致植物向光生长呢?
在 的照射下,植物朝向 生长的现象叫做向光性。
单侧光
光源方向
4
实验材料
单子叶植物,特别是禾本科植物种子萌发时,包在胚芽外面的鞘状结构,连同胚芽一起出土,保护胚芽出土时不受损伤。
胚芽鞘模式图
尖端
尖端下部
金丝雀虉草
胚芽鞘
第一片叶
种子
(1)实验材料
一、生长素的发现过程:
尖端
伸长区
达尔文
生活现象
实验①
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
实验②
向光弯
曲生长
不生长
也不弯曲
直立生长
向光弯
曲生长
②实验过程及结果
该实验的对照组为_____,实验组为________;
①
②③④
③实验分析
①与②形成对照,单一变量是什么?从实验结果可得出什么推论?
有无尖端;胚芽鞘向光生长与胚芽鞘尖端有关
①、③和④比较可得出胚芽鞘感受单侧光刺激的是哪个部位?发生弯曲的是哪个部位?
感光部位是尖端,弯曲生长部位是伸长区。
锡箔
①
②
③
④
①、③和④自变量:胚芽鞘的遮光部位
③实验分析
锡箔
①
②
③
④
①和③对比还可以说明生长素的产生 光。
(需要、不需要)
不需要,
即有光、无光均可产生
【思考】遮盖胚芽鞘尖端和它下面一段的目的是什么?
是采用排除法,观察某一部分不受单侧光刺激时系统的反应,从而确定是哪一部分在起作用。
①、③和④自变量:胚芽鞘的遮光部位
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。
【思考胚芽鞘弯曲生长的是哪一部分?感受单侧光刺激的又是哪一部分?你怎样解释这一结果?
胚芽鞘弯曲生长的是伸长区,感受光刺激的是尖端。
(4)提出假说
胚芽鞘的尖端
尖端以下部位(伸长区)背光面比向光面生长快,弯曲生长
向下传递了 某种“影响”
单侧光
①“影响”是什么?
未解之谜:
②“影响”能否向下传递?
③为什么伸长区背光面比向光面生长快?
达尔文推测1:尖端产生了某种影响,传到下部。
达尔文推测2:弯曲生长的原因是尖端产生的影响在下部分布不均。
琼脂:是海藻的提取物,溶于热水,再让其冷却得到.物质可在琼脂中扩散而性质不变。
云母片:常用作电器绝缘材料,物质不能透过云母片扩散。
注意: 琼脂不会影响生长素的运输和传递,而云母片则会阻碍其运输。
达尔文
生活现象
詹 森
琼脂片
云母片
实验结论:
胚芽鞘尖端产生的“影响”可以透过琼脂片传递给下部。
因为可以透过琼脂片向下传递,所以是一种化学物质。
达尔文推测1:尖端产生了某种影响,传到下部。
该实验有何不足,如何改进?
达尔文
生活现象
詹 森
巧妙之处:将尖端与尖端下部隔开,看看下部还是否继续弯曲生长
12
琼脂片
实验不足
没有形成单一变量,无法排除“琼脂片可能导致胚芽鞘生长”。
实验改进
琼脂片
不生长
不弯曲
达尔文
生活现象
詹 森
在切去尖端的胚芽鞘上防止一块与实验组相同的空白琼脂片
达尔文推测2:弯曲生长的原因是尖端产生的影响在下部分布不均。
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
达尔文
生活现象
詹 森
拜 尔
黑暗条件
黑暗条件
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。
黑暗条件
黑暗条件
【思考】拜尔为什么要选择黑暗的环境?
【思考】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。
【注意】拜尔首次将实验放置于黑暗中进行,说明单侧光不是胚芽鞘弯曲生长的根本原因,而“影响”的分布不均匀才是根本原因;
15
达尔文
生活现象
詹 森
拜 尔
《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”
推测2: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:
尖端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。
究竟是不是化学物质呢?如果是,是哪种化学物质?
实验组
对照组
实验结论:
胚芽鞘弯曲生长确实由一种化学物质引起的。
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:
琼脂块是否接触过尖端。
去掉尖端的胚芽鞘是否弯曲生长
达尔文
生活现象
詹 森
拜 尔
温 特
胚芽鞘产生的生长素通过 方式进入琼脂块。
扩散
琼脂块无感光作用
实验组
对照组
①设置对照组的目的是:
排除琼脂块本身的化学
物质对胚芽鞘的影响
②在放置琼脂块前,要将其去掉尖端的胚芽鞘在蒸馏水中浸泡一段时间,原因是?。
去除尖端的胚芽鞘中含有少量的生长素,排除内源激素对实验的干扰。
达尔文
生活现象
詹 森
拜 尔
温 特
生长素
1934,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)
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)。
吲哚乙酸(IAA)
吲哚丁酸(IBA)
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,它们都属于生长素。
由上可知,生长素的化学本质是有机酸。
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
达尔文的推想
鲍森·詹森实验结论:尖端产生的“影响”可透过琼脂片传递给下部
拜尔实验结论:弯曲生长是因为尖端产生的影响在伸长区分布不均匀
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。
1934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)
归纳总结
胚芽鞘系列实验的重要结论
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):______________。
胚芽鞘尖端
胚芽鞘尖端
胚芽鞘尖端
不需要
胚芽鞘尖端
下部的伸长区
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
横向运输部位
✬琼脂块无感光作用
S z L w h
单侧光照射后导致生长素在胚芽鞘背光侧比向光侧分布多,因而引起两侧的生长不均匀,从而造成向光弯曲。
①外因:
②内因:
单侧光照射
生长素的分布不均匀
植物向光性的解释
关于植物向光性生长的原因,目前还有争议。有些学者根据一些实验提出,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。
(1)胚芽鞘尖端在单侧光刺激下产生生长素( )
(2)生长素的化学本质是蛋白质( )
(3)植物的向光生长是因为向光侧生长素浓度高于背光侧( )
(4)动物激素和植物激素都是由特定的内分泌腺产生的( )
(5)温特分离并鉴定出生长素的化学本质为吲哚乙酸( )
(6)植物体内具有与IAA相同效应的物质还有苯乙酸(PAA)和吲哚丁酸(IBA),它们都属于生长素( )
×
×
×
学以致用
×
×
√
(3)作用:
(1)概念:
(2)种类:
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。
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。
二、植物激素
生长素,赤霉素,细胞分裂素,脱落酸,乙烯等。
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
一般是有机小分子
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
4.比较(教材P93思考·讨论)
1.生长素的合成
(1)生长素主要的合成部位:
芽
幼嫩的叶
发育中的种子
植物没有专门的内分泌腺器官
合成生长素最活跃的部位是具有分裂能力的分生组织,成熟的叶片等部位也能产生生长素,但产生的量很少。
三、生长素的合成、运输与分布
(2)生长素由 经过一系列反应转变而来。
色氨酸
转变
色氨酸
吲哚乙酸
该过程不需要光,有无光均产生。
1.生长素的合成
三、生长素的合成、运输与分布
2. 生长素的分布:
一般情况下:
生长素含量合成部位__积累部位;顶芽___侧芽;伸长区__分生区
衰老部位___生长旺盛部位;
<
<
>
<
植物体各器官中都有分布,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
(1)极性运输(幼嫩部位)
3、生长素的运输
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。
形态学上端
形态学下端
形态学上端
形态学下端
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。不受光照影响。
植物生长方向的一端即为形态学的上端
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。
空白琼脂块(b)
形态学下端
形态学上端
含IAA琼脂块
实验前
实验后
胚芽鞘既不弯曲也不生长
评价实验设计和结论(P95)
(2)非极性运输(成熟组织)
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运输没有区别。
(3)横向运输:
在一些细胞分裂特别旺盛的地方(尖端),受外界某些刺激(如单侧光、重力、离心力的影响,生长素也可以横向运输。
提醒:
①单侧光只影响生长素的分布,不影响生长素的合成。
②单侧光刺激时,生长素在尖端既进行横向运输,又进行极性运输。
离心力:旋转时,产生的离心力使生长素发生 向运输,使外侧生长素高于内侧。
③重力:
低
高
低
高
④离心力:
A
B
B多于A
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。
旋转时,由于离心作用,生长素发生横向运输,使外侧的生长素多于内侧。
提醒:
注意
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。
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。
生长素分布不均的原因分析
①单方向刺激的影响: 常见的有单侧光、重力、离心力等因素。
②其他人为因素: 含有生长素的琼脂块偏放在胚芽鞘去掉尖端上,云母片或玻璃片的应用。
方法规律
判断植物“长不长、弯不弯”的方法P274
(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”
类别 处理条件图解 结果
遮盖类
暗箱类
插片类
不同处理条件下胚芽鞘生长状况分析
①直立生长
②向光弯曲生长
①直立生长
②向光(小孔)弯曲生长
①向左弯曲生长
②向右弯曲生长
③不生长不弯曲
④直立生长
⑤向右弯曲生长
巩固练习
类别 处理条件图解 结果
移植类
旋转类
①直立生长
②向左弯曲生长
③④中IAA含量:
a=b+c且b>c
①直立生长
②向光弯曲生长
③向小孔弯曲生长
④向中央弯曲生长
【检测】对燕麦胚芽鞘进行如图处理:①的胚芽鞘尖端套上不透光的锡箔小帽;②将尖端下部用锡箔遮住;③在尖端横向插入云母片;④在尖端横向插入琼脂片;⑤切去胚芽鞘尖端。请据图判断下列哪一项是错误的( )
D
A.有单侧光照时仍直立向上生长的是①
B.给予右侧光照时,弯向光源生长的是②④
C.单侧光照时,不生长也不弯曲的是③⑤
D.给予右侧光照,①生长情况是向右弯曲生长
A
A. a<b、c=d、e=f
B. a<b、c=d、e<f
C. a<b、c<d、e=f
D. a>b、c=d、e<f
【检测】下面是有关燕麦实验的示意图,图中所示燕麦胚芽鞘的某些部位纵向插入了云母片。请分析图中a至f的琼脂块中,生长素含量正确的一组是( )
【检测】用燕麦胚芽鞘及幼苗⑦、⑧进行如图所示实验,且②~⑦均给予单侧光照,一段时间后,会发生弯曲的是( )
A.②⑤⑦ B.①②③⑤⑧
C.①③④⑥⑦ D.②⑤⑧
D
【检测】将一玉米幼苗固定在支架上,支架固定在温、湿度适宜且底部有一透光孔的暗室内。从下图所示状态开始,光源随暗室同步缓慢匀速旋转,几天后停止于起始位置。此时,幼苗的生长情况是 ( )
A. 根水平生长,茎向上弯曲 B. 根水平生长,茎向下弯曲
C. 根向下弯曲,茎向上弯曲 D. 根向下弯曲,茎向下弯曲
B
2.作用机制
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
四、生长素的生理作用
1.生长素的作用方式
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。
42
生长素
激素受体
三磷酸肌醇
添加细胞壁成分
内质网
Ca2+
激活
液泡
H+
使细胞壁松散
转录
转录因子
促细胞生长蛋白
翻译
高尔基体
(1)细胞水平
起着促进细胞伸长生长、诱导细胞分化等作用;
(2)器官水平
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。
细胞
器官
生长素
伸长、分化
生长、发育
受体
基因表达
3.生长素的生理作用
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结果。
1、“促进”或“抑制”的作用效果是与哪一组别对比得到的?
植物生长素的作用特点
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。
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?
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?
不同
根、芽、茎最适浓度分别是?
10-10 10-8 10-4
不同器官,同一生长素浓度作用 。
(如生长素的浓度为10-6 mol/L时,对根、芽、茎的作用分别是 、 、 )。
不同
抑制
既不促进也不抑制
促进
4.不同浓度生长素作用(对根)曲线分析
①曲线AC段表示:
②C点对应的浓度为:
③曲线CE段表示:
④E点的生长素浓度对根生长的效应是:
⑤B、D表示:
⑥曲线EF段表示:
在一定范围内,随生长素浓度升高,对根生长的促进作用逐渐增强;
促进根生长的最适浓度;
超过最适浓度,随生长素浓度升高,对根生长的促进作用逐渐减弱;
随生长素浓度升高,对生长的抑制作用逐渐增强;
既不促进,也不抑制;
A
C
E
F
0
10-10
10-8
10-6
10-4
10-2
mol·L-1
促进生长
抑制生长
D
B
生长素浓度虽然不同,但促进效果相同。
说明:芽、茎的曲线分析与如上类似。
46
46
4.不同浓度生长素作用(对根)曲线分析
①曲线AC段表示:
②C点对应的浓度为:
③曲线CE段表示:
在一定范围内,随生长素浓度升高,对根生长的促进作用逐渐增强;
促进根生长的最适浓度;
超过最适浓度,随生长素浓度升高,对根生长的促进作用逐渐减弱;
A
C
E
F
0
10-10
10-8
10-6
10-4
10-2
mol·L-1
促进生长
抑制生长
D
B
47
47
4.不同浓度生长素作用(对根)曲线分析
④E点的生长素浓度对根生长的效应是:
⑤B、D表示:
⑥曲线EF段表示:
随生长素浓度升高,对生长的抑制作用逐渐增强;
既不促进,也不抑制;
A
C
E
F
0
10-10
10-8
10-6
10-4
10-2
mol·L-1
促进生长
抑制生长
D
B
生长素浓度虽然不同,
但促进效果相同。
说明:芽、茎的曲线分析与如上类似。
48
48
两重性:
5.生长素的作用特点
一般低浓度促进,高浓度抑制
①浓度:
②成熟情况:
③器官:
敏感性
低-促进 高-抑制 过高-杀死
幼嫩细胞>衰老细胞
营养器官>生殖器官;
④植物种类:
根 >芽 >茎
双子叶植物>单子叶植物
植物对生长素的敏感程度如何呢?
影响生长素生理作用的因素:
敏感性一般看最适浓度就行,最适浓度越小越敏感
(1)除草剂
敏感程度:双子叶植物>单子叶植物
除草剂2,4-D
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。
6.植物生长素两重性的实例分析
(2) 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。
②顶端优势产生原因:
顶芽
低
促进
侧芽
高
抑制
原因:顶芽产生的生长素,逐渐向下运输,导致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。
2
1
3
4
(2) 顶端优势
极性运输
A
B
C
D
顶芽
第一侧芽
第二侧芽
第三侧芽
A
B
C
10-10
10-8
10-6
10-4
10-2
0
促进生长
抑制生长
c/mol·L-1
D
观察图中侧芽大小,分析A、B、C、D生长素浓度的大小关系
B>C>D>A
越靠近顶芽的侧芽生长素浓度越高,受到的抑制程度越大。
②顶端优势产生原因:
53
顶芽
侧芽
去顶
③顶端优势的应用
a.解除顶端优势
去掉顶芽后,侧芽附近的生长素来源暂时受阻,浓度降低,抑制就被解除,侧芽萌动、加快生长。
③顶端优势的应用
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。
保留顶端优势:
可以达到增产
自然界的植株呈宝塔形,可以充分利用阳光。
需要长高的植物(如木材)
b.维持顶端优势
顶端对侧芽的抑制程度;随距离的增加而减弱。
A
B
C
D
(3)根的向地性生长
(促进强)
(促进弱)
(促进)
(抑制)
②根茎对生长素的敏感程度不同
解释:
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
生长素浓度:A<B C<D
茎的背地性和根的向地性都说明“生长素作用的两重性” 吗?
不是
如果这株植物在太空的空间站中生长,情况会是怎样横向生长
现 象 是否体现两重性 生长素的作用
顶端优势
根的向重力性
茎的背重力性
植物的向光性
是
是
否
否
顶芽,低:促进
侧芽,高:抑制
远地端,低:促进
近地端,高:抑制
背光侧:高,促进强
向光侧:低,促进弱
近地端:高,促进强
远地端:低,促进弱
总结比较
58
【检测】
1.该图有没有体现出生长素的两重性?
2.若某植物幼苗已表现出向光性,且
测得其向光面的生长素浓度为m,则
其背光面生长素浓度范围是_______
3.若某水平放置的植物幼苗表现出根的向地性、茎的背地性,且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应为________
4.除草剂灭草是使杂草的生长素浓度范围为_______
5.若某植物顶芽的生长素浓度为g,产生顶端优势现象的侧芽生长素浓度范围为_______
没有
(m, M)
(0, m)
大于i
大于i
C
【检测】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
子房
有子番茄
无子番茄
发育的种子
生长素
提供
促进
受粉前,雌蕊柱头
涂抹
生长素
促进
发育
发育
注意:以种子(如油菜、向日葵等)为农产品的作物不能通过在花期喷施一定浓度的生长素类似物达到增产的目的。
培育无子果实:用一定浓度的生长素类似物涂抹在未受粉(去雄)雌蕊柱头上。
7.生长素生理作用应用
比较项目 无子番茄 无子西瓜
培育方法 用一定浓度的生长素类似物溶液涂抹在未受粉的番茄雌蕊柱头上 用秋水仙素处理二倍体西瓜,获得四倍体,用四倍体西瓜做母本,与二倍体西瓜进行杂交,获得三倍体,用二倍体西瓜花粉刺激获得无子果实
无子原因 没有受粉,未完成受精 三倍体植株减数分裂时联会紊乱,不能形成配子
原理 生长素促进果实发育 染色体变异
变异类型
是否可遗传
果实中
染色体组数
不可遗传变异
可遗传变异
遗传物质未改变,不遗传
可通过无性繁殖遗传
含两个染色体组
含三个染色体组
$