5.1 植物生长素（第1课时）-教学设计2026-2027学年高二上学期生物人教版选择性必修1

5.1 植物生长素 第1课时 生长素的发现过程 教案 一、教材分析 本节选自人教版高中生物学选择性必修1《稳态与调节》第5章《植物生命活动的调节》第1节《植物生长素》。依据《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，学生需要“概述科学家经过不断的探索，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”。 本节包括植物生长素的发现过程、植物生长素的合成运输与分布、植物生长素的生理作用等，内容教材从介绍植物的向光性现象入手，结合科学家发现植物生长素的探索历程，还原知识的形成过程，反映科学的本质，阐明植物生长素的化学本质，由此引出植物激素调节的概念，同时有关科学史还可以为说明植物生长素的作用特点和植物激素调节的重要作用打下基础，接下来可以顺理成章地介绍植物生长素的合成、运输、分布和生理作用，这些内容都有助于学生感悟科学发现的特点，从而进一步认识科学的本质。 二、教学目标 1.分析植物生长素的发现过程，阐明其中蕴含的科学本质特点。 2. 通过分析细胞学和分子水平的证据，阐明植物向光生长的原因。 三、教学重难点 教学重点：植物生长素的发现、植物生长素的生理作用。 教学难点：植物生长素的合成、运输、分布和生理作用。 四、教学过程 【新课导入】 章导入： 教师活动：利用教材，引导学生阅读本章的章首页中提出的问题，同时感悟诗的意境，创设问题情境。 学生活动：阅读章首页，思考章首页中提出的问题，感悟诗的意境。 进而引出本章的第1节学习内容——植物生长素 唤醒沉睡的种子， 调控幼苗的生长。 引来繁花缀满枝， 瓜熟蒂落也有时。 靠的是雨露阳光， 离不开信息分子。 情境导入，提出问题： 教师活动：展示向着窗外生长的植株，利用“问题探讨”中的三个问题引导学生思考、讨论并回答问题。结合生产生活实际，创设情境，导入新课。 学生活动：思考、讨论、回答问题，得出植物向光性的概念。 问题探讨： 图中是一株放在窗台上久不移动的盆栽植物。观察植物生长现象，思考其原因。 单侧光→→向光性 讨论： 1.图中植株的生长方向有什么特点? 提示：弯向窗外生长。 2.可能是哪种环境因素刺激引发了这株植物的形态改变?植株对这种刺激的反应有什么适应意义? 提示：是较长时间的单侧光刺激引起植株弯向窗外有阳光处生长。这样，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。 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? 提示：植株的弯曲生长发生在幼嫩部位。 教师活动：展示植物向光生长的图片，引导学生思考图中植物的生长特点，归纳总结植物向光性的概念和意义。 学生活动：认真思考，积极作答。归纳总结植物向光性的概念和意义。 总结：植物的向光性和向性运动。 在单侧光的照射下，植物朝向光源生长的现象叫作向光性。 许多人可能对这种现象熟视无睹，然而，正是对向光性的研究，引导着人们揭示植物生命活动调节的奥秘。 向性运动的概念：植物受到单一方向的外界刺激而引起的定向运动称为向性运动，如向光性、向肥性、向水性、向地性等。 举例： 植物幼苗的向光性生长 根的向重力性生长 根的向水性生长 根的向肥性生长 意义：植物对于外界环境的适应。 【新课学习】 目标1：生长素的发现过程 （一）植物生命活动调节的意义 观察植物生长现象，思考其原因。 提出问题：将萌发3天的玉米种子水平放置，你认为它会怎样生长？ 不难猜到，几小时后，幼苗根部向下生长，幼芽部分向上生长，24小时后，幼苗恢复了原来的生长方向。显然这种调节使植物更利于地上部分吸收光能进行光合作用，地下部分吸收水分和无机盐。 活动1 探究植物的生命活动调节的意义 植物的生命活动会受到哪些因素影响？ 提示：有一些来自非生物的因素，如光、温度等，有些是来自生物的，还有一些来自植物自身内部的信号。无论是哪种信号，植物都需要通过感受刺激做出相应调节自身的活动。 讲解：我们看它的生命活动会受到很多因素的影响，其中有些是非生物的光、温度、风力等。有些来自于其它生物或者是生物自身内部的一些信号。比如说病原体的侵袭、草食动物的捕食或自身生长发育信号的。包括植物在内的任何一个生物体的生命活动，可能都需要面对很多外部或者是内部的刺激来做出调节。那么刺激感应响应调节。是一种生命活动调节的普遍模式。调节的意义在于使生物更好地维持稳态，适应环境。 生命活动调节的普遍模式：刺激—感应—响应—调节 意义：维持稳态、适应环境 以问题驱动的形式，重温科学家对生长素发现的探索过程。 （二）“生长素的发现”的相关实验分析 教师活动：组织学生阅读教材P90-92，引导学生探究实验，分析实验，结合教材内容，概述生长素的发现过程。 学生活动：阅读教材，结合所学知识，思考问题，回答问题。 介绍胚芽鞘的结构及作用 单子叶植物，特别是禾本科植物胚芽外的锥形套状物，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。 1.达尔文的实验（19世纪末） 教师活动：展示达尔文的实验示意图，引导学生就对照实验设计的单一变量原则和对照原则进行分析。组织学生分组讨论四组实验的处理方法及结果进行分析，引导学生对实验组进行两两分析，分析实验中的自变量、结果和结论。 学生活动：组织学生分组讨论4个实验，每组2个实验，分析每组实验的自变量、因变量、结果、结论。小组讨论，探究生长素的发现过程。 19世纪末，达尔文和他的儿子，设计了实验来探讨植物向光性的原因。 （1）实验材料：金丝雀虉草胚芽鞘 （2）实验过程： 实验发现，在受到单侧光照射时，金丝雀虉草（一种禾本科植物）胚芽鞘会向光弯曲生长；如果去掉胚芽鞘的尖端，或者用锡箔罩子把尖端罩上，则不发生弯曲；如果罩上的是尖端下面的一段，胚芽鞘仍会弯向光源生长。 实验组： 实验①：不做处理，胚芽鞘向光弯曲生长。 实验②：去掉尖端，胚芽鞘不生长不弯曲。 实验③：用锡箔罩子罩上尖端，胚芽鞘直立生长。 实验④：用锡箔罩子罩上尖端下面的一段，胚芽鞘向光弯曲生长。 思考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） 提示：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.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? 提示：尖端 尖端下部——伸长区 （3）实验分析： 实验a和实验b对比：自变量为尖端的有无，实验结果说明植物的向光性与尖端有关。 实验c和实验d对比：自变量为尖端是否接受单侧光，实验结果说明感光部位在尖端，发生弯曲的部位在尖端下部。 该实验的对照组为_____，实验组为________；（① ②③④） ①②对照，自变量为__________，说明胚芽鞘的向光弯曲生长与_____有关； （有无尖端 尖端） ①③对照，自变量为_____________，说明胚芽鞘的弯曲生长与___________有关； （尖端有无遮光 单侧光照射） ③④对照，自变量为__________；（遮光部位） ①③④对照，说明胚芽鞘的感光部位在______。（尖端） （4）实验推测： 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） 思考3.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？ 提示：可能因为该影响在向光侧和背光侧分布不均匀。 推测：胚芽鞘尖端对尖端以下部位生长带来影响，这种影响可能是某种物质。 未解之谜：①“影响”是什么？ 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？ 科学重视实证。达尔文注意到人们熟视无睹的现象，并且设计了简单而又富有创造性的实验来研究，而不是凭主观臆测来解释。 这种“影响”究竟是什么呢?在达尔文之后，先后有多位科学家通过进一步的实验继续探索 2.展示鲍森·詹森的实验 教师活动：展示1913年鲍森·詹森的实验过程示意图，结合课本图文展示，介绍实验材料琼脂片、云母片及玻璃片区别，引导学生小组分析实验中的自变量及实验现象，得出相应的实验结论。 学生活动：学习观察实验示意图，思考、讨论、回答问题，并与鲍森·詹森的实验做比较，然后得出结论。 琼脂：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。常用作培养基的凝固剂，易熔，可塑，物质可在琼脂中扩散而性质不变。 云母片：是一种矿物质，由云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。常用作电器绝缘材料，物质不能透过云母片扩散。 结合课件图文展示，讲解实验材料（琼脂及云母片），提出问题：由鲍森·詹森的实验可以得出什么结论? 达尔文的推测1：尖端产生了某种影响，传到下部。 思考4.为什么要插入琼脂片和云母片？ 提示：有化学物质可以穿过琼脂片，而使胚芽鞘下部弯曲。 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。 思考：顶端产生的“影响”能传到下部，那么它为什么能使得伸长区两侧生长不均匀呢? 3.拜尔的实验（1918年） 教师活动：介绍拜尔实验过程示意图，引导学生小组分析实验黑暗处理的作用，实验自变量、结果及结论。 学生活动：分析实验，思考并回答问题，理解实验黑暗处理的作用以及实验自变量、结果及结论。 展示拜尔的实验，提出问题：拜尔的实验为什么选择黑暗的环境?实验结论是什么? 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。 现象：胚芽鞘朝对侧弯曲生长。 自变量：尖端放置的位置。 因变量：尖端下部弯曲生长的方向。 思考5.你能得出什么结论？ 实验结论：胚芽鞘的弯曲生长，是因为尖端产生的影响在其下部分布不均匀造成的。 思考6.拜尔的实验在黑暗中进行的目的是什么？ 提示：本实验的目的是研究植物具有向光性的内因是什么，需要排除光照对实验结果的干扰，控制变量。 思考7.没有了光的刺激，为什么胚芽鞘还会发生弯曲？ 提示：尖端产生的影响分布不均匀造成了胚芽鞘的弯曲生长 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。 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。 提出问题：那到底是不是一种化学物质呢？如何能证明？实验思路是什么? 4.温特的实验（1926年） 任务2 阅读课本91-92页温特的实验，思考并回答下面的问题 （1）温特实验基于什么假设进行的？ （2）若假设成立，则演绎得到哪种结果，或者说可以观察到哪种事实？ （3）温特用哪种方法观察到了事实？ （4）如果对实验加以完善，补充实验应该怎么做？ （5）温特实验巧妙在哪里？ 教师：1926年荷兰科学家温特对以上实验进行再次验证，展示实验过程示意图，请学生分析实验处理、实验结果及结论。 学生活动：观察示意图，思考回答问题。分析温特的实验，并总结实验结论。 介绍温特的实验 实验组：把切下的燕麦胚芽鞘尖端放在琼脂块上，几小时后，移去尖端，将琼脂切成小块。再将经处理过的琼脂块放在切去尖端的燕麦胚芽鞘一侧，结果胚芽鞘会朝对侧弯曲生长。 对照组：如果放上的是没有接触过胚芽鞘尖端的琼脂块，胚芽鞘则既不生长也不弯曲 自变量：琼脂块是否接触过尖端。 因变量：去掉尖端的胚芽鞘是否弯曲生长。 结论：进一步证明胚芽鞘的弯曲生长确实是由尖端产生的某种化学物质引起的，这种化学物质在尖端下部分布不均，导致弯曲生长。 巧妙之处：用琼脂块收集该物质，排除了尖端的影响，直接观察该物质的影响。 温特认为这可能是一种和动物激素类似的物质，并把这种物质命名为生长素。 思考问题： ①设置对照组的目的是：排除琼脂片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侵泡一段时间，原因是? 提示：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。 活动3：总结四位科学家的主要思路与方法。 提出问题：生长素究竟是什么物质呢? （三）生长素 教师活动：组织学生小组自主阅读课本P92页，找出生长素的化学本质及作用，尝试对植物向光性原理进行解释，并用示意图表示。 学生活动：阅读，分组讨论，探究生长素是什么？ 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） 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，植物体内的生长素类物质除IAA外还有苯乙酸（PAA）、吲哚丁酸(IBA)等。 （四）植物激素 教师活动：引导学生阅读教材第92页，归纳总结植物激素的概念，并强调植物激素作为信息分子，几乎参与调节植物生长发育过程中的所有生命活动。 学生活动：阅读教材，明确植物激素的概念。 1.概念：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。 2.种类：生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸和乙烯等物质。 3.功能：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。 4.三个主要特点： ①植物细胞内代谢产生（无专门分泌器官）； ②能从产生部位运输到作用部位（运输方式和速度因激素种类、植物种类和器官种类的不同而不同）； ③微量、高效的有机物 活动4 比较植物激素与动物激素的异同 结合教材第93页“思考·讨论”中给出的问题，组织学生列表归纳比较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? 提示：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，且都具有微量、高效的特点。 （2）植物体内没有分泌激素的腺体，这说明植物激素在合成部位上与动物激素有明显不同。植物激素与动物激素还有哪些明显的区别? （五）植物向光性的的原因分析 根据以上实验，学生分析、讨论，解释说明植物向光弯曲生长的原因。 生长素的发现使人们认识到，植物的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。 （1）单侧光照射下，胚芽鞘尖端产生的生长素在胚芽鞘尖端中横向运输到背光侧，再向下运输。 （2）胚芽鞘尖端下部背光侧生长素含量多，向光侧生长素含量少，这样背光侧细胞纵向伸长生长快，而向光侧细胞纵向伸长生长慢，导致胚芽鞘向光弯曲生长。 需要进一步搜集的证据：单侧光如何导致背光侧分布多？ 1.方法拓展——激素含量的研究方法 根据植物激素作用于植株或离体器官后所产生的生理反应的强度推算植物激素含量 我们先让去顶胚芽鞘耗尽内源生长素，将含有生长素的琼脂块放在去尖端的胚芽鞘一侧，一段时间后测量弯曲角度α的大小。 左边这个曲线是弯曲角度随琼脂块上放置的胚芽鞘尖端数量的变化曲线。两个曲线的走向是相似的，我们可以以右边曲线为标准，通过测量弯曲度α大致估算琼脂块中生长素的含量。 2.生长素横向转移的实验证据 思考： 1.由此可以得出什么结论？ 提示：A B两组的数据没有太大差异说明单侧光并不能降解或者促进生长素的合成 2.如何进一步设计实验，研究单侧光导致生长素分布不均的原因？ 结论：单侧光使生长素在尖端从向光侧运输到背光侧，使得背光侧生长素浓度高于向光侧。 新的科学事实 胚芽鞘的感光部位在尖端，在胚芽鞘尖端分布着较高浓度且活性较高的生长素。 活动5 准确描述植物向光性的原因 （1）生长素是由胚芽鞘尖端产生的。 （2）在单侧光照射下，生长素在胚芽鞘尖端中横向运输到背光侧。 （3）生长素由胚芽鞘尖端向下运输。 （4）胚芽鞘尖端下部背光侧生长素含量多，向光侧生长素含量少，这样，胚芽鞘尖端下部背光侧细胞纵向伸长生长快，而向光侧细胞纵向伸长生长慢，结果，胚芽鞘向光弯曲生长。 核心归纳：胚芽鞘实验的重要结论 (1)生长素的产生部位——胚芽鞘尖端。 (2)生长素发挥作用的部位——胚芽鞘尖端下面的伸长区。 (3)感光部位——胚芽鞘尖端。 (4)生长素的产生是否需要光——不需要。 (5)单侧光只影响生长素的分布，不影响生长素的合成。 (6)琼脂块无感光作用。 课堂小结： 五、板书设计 5.1 植物生长素 第1课时 生长素的发现过程 一、生长素的发现过程 （一）达尔文的实验（19世纪末） 1.实验材料：金丝雀虉草胚芽鞘 2.实验过程 3.实验分析 4.实验推测 （二）詹森的实验（1910年） （三）拜尔的实验（1914年） （四）温特的实验（1928年） （五）生长素 （六植物激素：概念、种类、功能、主要特点 （七）植物向光性的原因分析 学科网（北京）股份有限公司 $