
第41講 植物生長素及其生理作用
1.概述植物生長素的發(fā)現(xiàn)和作用。2.概述植物向光性的原因及生長素的作用。
考點(diǎn)一 植物生長素的發(fā)現(xiàn)
考點(diǎn)二 生長素的生理作用及特性
主要考點(diǎn) 必備知識
1.植物生長素的發(fā)現(xiàn)過程
許多人可能對這種現(xiàn)象熟視無睹;但是,達(dá)爾文早就注意到植物的向光性,并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究植物具有向光性的原因;
達(dá)爾文向光性實(shí)驗(yàn):19世紀(jì)末,達(dá)爾文(,1809-1882)和他的兒子,設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)來探討植物向光性的原因。
實(shí)驗(yàn)材料金絲雀虉草(一種禾本科植物)胚芽鞘
胚芽鞘(cleptile)為單子葉植物所特有,特別是禾本科植物胚芽外的錐形套狀物。胚芽鞘是植物葉片的保護(hù)組織;種子萌發(fā)時(shí),胚芽鞘頂土能力強(qiáng),首先鉆出地面,出土后還能進(jìn)行光合作用。
①各組胚芽鞘的生長彎曲情況是:A ;B ?。籆 ??;D 。②A與B對比,說明 。③C與D對比,說明感光部位是 。
胚芽鞘的彎曲生長與尖端有關(guān)
胚芽鞘的尖端,而不是尖端下面的一段
胚芽鞘生長并彎曲的部位是_________________
感光部位在尖端,那么伸長部位在哪里? 如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?
④達(dá)爾文的猜測:胚芽鞘尖端受單側(cè)光刺激后,________________________________________________________________________________________________。
了某種“影響”,造成伸長區(qū)背光面比向光面生長快,因而使胚芽鞘出現(xiàn)向光性彎曲
①實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:A胚芽鞘不生長,不彎曲;B胚芽鞘彎向光源生長。②結(jié)論: 。③從對照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的單一變量原則角度分析,該實(shí)驗(yàn)的不足之處在于沒有形成單一變量,無法排除 的結(jié)論。
胚芽鞘尖端產(chǎn)生的影響可以透過瓊脂片傳遞給下部
瓊脂片可能導(dǎo)致胚芽鞘生長
胚芽鞘尖端和下面部分之間插入瓊脂片
瓊脂,是從海藻中提取出來的一種植物膠,為無色、無固定形狀的固體,溶于熱水。廣泛應(yīng)用在食品工業(yè)中,生物學(xué)研究中常作細(xì)菌培養(yǎng)基。
云母片是一種礦物質(zhì),由韻母族礦物質(zhì)切制而成。因其材料為天然礦制品,具有無污染、絕緣、不透化學(xué)物質(zhì)的特點(diǎn)。
①實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:將尖端切下,放到胚芽鞘一側(cè),胚芽鞘總是彎向?qū)?cè)生長。②結(jié)論:______________________________________________________ 。③該實(shí)驗(yàn)為什么要在黑暗中進(jìn)行? 。④拜爾實(shí)驗(yàn)的不足之處是 。
胚芽鞘的彎曲生長是因?yàn)榧舛水a(chǎn)生的“影響”在其下部分布不
排除光照可能對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的干擾
無法證明尖端是否產(chǎn)生某種物質(zhì)
結(jié)論:尖端產(chǎn)生的影響可透過瓊脂片傳遞到下部
結(jié)論:彎曲生長是因?yàn)榧舛水a(chǎn)生的影響在伸長區(qū)分布不均勻
詹森和拜爾的實(shí)驗(yàn)初步證明:頂尖產(chǎn)生的影響可能是一種化學(xué)物質(zhì),這種化學(xué)物質(zhì)的分布不均勻造成了胚芽鞘的彎曲生長。
①實(shí)驗(yàn)組是 ,對照組是 。A與B對照說明________________________ 。②設(shè)置A組的目的是 。③實(shí)驗(yàn)結(jié)論:引起胚芽鞘彎曲生長的確實(shí)是 ,溫特將其命名為生長素。
造成胚芽鞘彎曲生長的是胚
芽鞘尖端產(chǎn)生的某種物質(zhì)
排除瓊脂片本身的化學(xué)物質(zhì)對胚芽鞘的影響
④由溫特的實(shí)驗(yàn)結(jié)論可以推測單側(cè)光的作用可能是__________________ 。
使生長素在背光側(cè)分布的多
過渡:生長素究竟是什么物質(zhì)呢?
1934年,科學(xué)家首先從人尿中分離出與生長素作用相同的化學(xué)物質(zhì)——吲哚乙酸(IAA)。 由于生長素在植物體內(nèi)的含量極少,直到1946年人們才從高等植物中將其分離出來,并確定它也是IAA。植物體內(nèi)還有苯乙酸(PPA)、吲哚丁酸(IBA)等與IAA相同效應(yīng)的物質(zhì),它們都屬于生長素。
提示:生長素是一類物質(zhì),包括IAA等;部分模擬題只把IAA視作生長素。
歸納總結(jié) 胚芽鞘系列實(shí)驗(yàn)的5個(gè)結(jié)論生長素的產(chǎn)生部位:胚芽鞘尖端(產(chǎn)生不需要光)。生長素的作用部位:胚芽鞘尖端下部伸長區(qū)。感光部位:胚芽鞘尖端。單側(cè)光的作用:引起生長素分布不均勻。胚芽鞘彎曲生長的原因:尖端下部生長素分布不均勻。
2.植物向光性的原因:
單側(cè)光導(dǎo)致胚芽鞘向光彎曲生長的作用機(jī)理:
(1)生長素是由胚芽鞘尖端產(chǎn)生的。
(2)在單側(cè)光照射下, 生長素在胚芽鞘尖端中橫向運(yùn)輸?shù)奖彻鈧?cè)。
(3)生長素由胚芽鞘尖端向下運(yùn)輸。
(4)胚芽鞘尖端下部背光側(cè)生長素含量多,向光側(cè)生長素含量少,這樣,胚芽鞘尖端下部背光側(cè)細(xì)胞縱向伸長生長快,而向光側(cè)細(xì)胞縱向伸長生長慢,結(jié)果,胚芽鞘向光彎曲生長。
20世紀(jì)80年代,有學(xué)者根據(jù)一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出,植物的向光性生長,是由于單側(cè)光照射引起某些抑制生長的物質(zhì)分布不均勻造成的。他們用向日葵、蘿卜等作實(shí)驗(yàn)材料 進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)材料因單側(cè)光照射而彎曲生長時(shí),向光一側(cè)和背光一側(cè)的生長素含量基本相同,而向光面的生長抑制物質(zhì)卻多于背光一側(cè)。
拓展:植物向光性的原因
主要有生長素、赤霉素、細(xì)胞分裂素、脫落酸和乙烯等。
由植物體內(nèi)產(chǎn)生,能從產(chǎn)生部位運(yùn)送到作用部位,對植物的生長發(fā)育有顯著影響的微量有機(jī)物。
植物激素作為信息分子,幾乎參與調(diào)節(jié)植物生長、發(fā)育過程中的所有生命活動。
植物體內(nèi)產(chǎn)生的才是植物激素,人工合成的以及微生物產(chǎn)生的即使化學(xué)本質(zhì)、功能、名稱均相同,都不能稱為植物激素,例如赤霉菌可以產(chǎn)生赤霉素,該赤霉素不是植物激素;
主要是幼嫩的芽、葉和發(fā)育中的種子。
各器官都有分布,相對集中分布在生長旺盛的部分,如胚芽鞘、芽和根尖的分生組織,形成層、發(fā)育中的種子和果實(shí)等
吲哚乙酸、吲哚丁酸、萘乙酸
“橫向運(yùn)輸” 極性運(yùn)輸(僅限胚芽鞘、芽、幼葉、和幼根的薄壁細(xì)胞之間)非極性運(yùn)輸(成熟組織,通過輸導(dǎo)組織運(yùn)輸)
色氨酸經(jīng)過一系列的反應(yīng)可轉(zhuǎn)變成生長素
4.生長素的產(chǎn)生、運(yùn)輸和分布
為了檢測生長素的運(yùn)輸方向,某人做了如下實(shí)驗(yàn)。取一段玉米胚芽鞘,切去頂端2mm,使胚芽鞘不再產(chǎn)生生長素。在上端放一塊含有生長素的瓊脂,下端放一塊不含生長素的瓊脂(胚芽鞘形態(tài)學(xué)上端朝上)。過一段時(shí)間檢測,發(fā)現(xiàn)下端的瓊脂塊逐漸有了生長素。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果,此人得出以下結(jié)論: (1)下端瓊脂塊上的生長素來自上端的瓊脂塊; (2)生長素在胚芽鞘內(nèi)只能由形態(tài)學(xué)的上端運(yùn)輸?shù)叫螒B(tài)學(xué)的下端。
思維訓(xùn)練·評價(jià)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)論
這個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是否嚴(yán)密? 不嚴(yán)密,沒有考慮將胚芽鞘倒過來放置時(shí)的情況。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果到結(jié)論之間的邏輯推理是否嚴(yán)謹(jǐn)? 結(jié)論不嚴(yán)謹(jǐn)。沒有實(shí)驗(yàn)證明生長素不能從形態(tài)學(xué)下端運(yùn)輸?shù)叫螒B(tài)學(xué)上端。如果要驗(yàn)證上述結(jié)論是否正確,應(yīng)該對實(shí)驗(yàn)方案如何改進(jìn)? 應(yīng)該增加一組胚芽鞘形態(tài)學(xué)上端朝下的實(shí)驗(yàn),以研究生長素能不能從形態(tài)學(xué)下端運(yùn)輸?shù)叫螒B(tài)學(xué)上端。
應(yīng)該增加一組胚芽鞘形態(tài)學(xué)上端朝下的實(shí)驗(yàn),以研究生長素不能從形態(tài)學(xué)學(xué)下端運(yùn)輸?shù)叫螒B(tài)學(xué)上端。
不同處理?xiàng)l件下胚芽鞘生長狀況分析
②向光(小孔)彎曲生長
③④中IAA含量:a=b+c且b>c
考向 生長素發(fā)現(xiàn)過程的實(shí)驗(yàn)分析1.下列關(guān)于植物生長素的科學(xué)發(fā)現(xiàn)史,敘述錯(cuò)誤的是( )A.達(dá)爾文的實(shí)驗(yàn)提出胚芽鞘尖端受單側(cè)光刺激后向下面的伸長區(qū)傳遞某 種“影響”B.鮑森·詹森的實(shí)驗(yàn)證明胚芽鞘尖端產(chǎn)生的影響可以透過瓊脂片C.拜爾的實(shí)驗(yàn)證明胚芽鞘的彎曲生長是尖端產(chǎn)生的影響在下部分布不均 勻造成的D.溫特的實(shí)驗(yàn)證明胚芽鞘的彎曲生長確實(shí)是一種化學(xué)物質(zhì)——吲哚乙酸 引起的
解析:溫特的實(shí)驗(yàn)證明造成胚芽鞘彎曲的“影響”確實(shí)是一種化學(xué)物質(zhì),并命名為生長素,但并未揭示其本質(zhì),D錯(cuò)誤。
考向 生長素的合成、運(yùn)輸和分布的分析1.科學(xué)家曾經(jīng)在人的尿液中發(fā)現(xiàn)了吲哚乙酸,下列有關(guān)說法正確的是( )A.人體內(nèi)有將色氨酸催化成吲哚乙酸的酶B.根的吲哚乙酸主要由地上部分運(yùn)輸而來C.合成生長素的腺體分布于幼嫩的芽、葉等部位D.吲哚丁酸是植物生長調(diào)節(jié)劑,不屬于生長素
解析:人體內(nèi)沒有將色氨酸催化成吲哚乙酸的酶,A錯(cuò)誤;生長素的主要合成部位是芽、幼嫩的葉和發(fā)育中的種子,不是腺體,C錯(cuò)誤;吲哚丁酸屬于生長素類似物,不是植物生長調(diào)節(jié)劑,D錯(cuò)誤。
考向 植物生長方向的判斷與分析
1.下圖中,A、B、C表示花盆放在具有一定轉(zhuǎn)速的勻速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤上。A放在轉(zhuǎn)盤的圓盤上,B放在開小窗的暗箱內(nèi),暗箱放在轉(zhuǎn)盤正中;C放在轉(zhuǎn)盤正中,外面套上開小窗的暗箱。下列說法錯(cuò)誤的是( )A.若A花盆隨轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn),花盆中的小苗 將會背離圓心生長B.若C花盆旋轉(zhuǎn),暗箱不隨轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn), C花盆中的小苗將會直立生長C.若B花盆不轉(zhuǎn),暗箱隨轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn),B花盆中的小苗將會彎向單側(cè)光源生長D.若B花盆和暗箱一起旋轉(zhuǎn),B花盆中的小苗將會彎向小窗生長
解析 影響A花盆的外力為離心力,生長素主要分布于外側(cè),小苗將向圓心生長,A項(xiàng)錯(cuò)誤;若C花盆旋轉(zhuǎn),暗箱不隨轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn),小苗處于黑暗環(huán)境中,生長素分布均勻,小苗將直立生長,B項(xiàng)正確;若B花盆不轉(zhuǎn),暗箱隨轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn),只有當(dāng)小窗轉(zhuǎn)到光源方向時(shí)小苗才接受一次單側(cè)光照射,小苗將彎向光源生長,C項(xiàng)正確;若B花盆和暗箱一起旋轉(zhuǎn),則小苗表現(xiàn)為接受間斷的單側(cè)光照射,光源來源于小窗,所以小苗向小窗彎曲生長,D項(xiàng)正確。
1.幼芽、幼葉和種子都能產(chǎn)生大量的生長素( )2.植物莖尖的細(xì)胞可利用色氨酸合成生長素( )3.生長素的極性運(yùn)輸不需要ATP水解提供能量( )4.橫向運(yùn)輸發(fā)生在尖端,產(chǎn)生效應(yīng)的部位也在尖端( )5.生長素在根部的極性運(yùn)輸方向?yàn)橛伞案舛恕边\(yùn)往“根近莖端”( )
6..成熟莖輸導(dǎo)組織中的生長素可以進(jìn)行非極性運(yùn)輸( )
1.(選擇性必修1 P92)植物向光性的原因是單側(cè)光照射后,____________________________________________________________________________________。2.(選擇性必修1 P92)植物激素:___________________________________________________________________________________。3.(選擇性必修1 P92)植物激素作為 ,幾乎參與調(diào)節(jié)植物生長、發(fā)育過程中的所有生命活動。4.(選擇性必修1 P93)生長素主要合成部位是 。
的生長素含量多于向光一側(cè),因而引起兩側(cè)的生長不均勻,從而造成向光彎曲
由植物體內(nèi)產(chǎn)生,能從產(chǎn)生部位運(yùn)送到作
用部位,對植物的生長發(fā)育有顯著影響的微量有機(jī)物
芽、幼嫩的葉和發(fā)育中的種子
5.(選擇性必修1 P93)極性運(yùn)輸:____________________________________ ,稱為極性運(yùn)輸。極性運(yùn)輸是一種主動運(yùn)輸。6.(選擇性必修1 P93)生長素主要集中在生長旺盛的部分。如____________ 。
生長素只能從形態(tài)學(xué)上端運(yùn)輸?shù)叫螒B(tài)學(xué)下
端,而不能反過來運(yùn)輸,也就是只能單方向地運(yùn)輸
根尖的分生組織、形成層、發(fā)育中的種子和果實(shí)等處
7.源于選擇性必修1 P92“相關(guān)信息”:植物向光性的另一種理論:單側(cè)光照射引起某些________________分布不均勻造成的。
8.源于選擇性必修1 P93“思考·討論”:植物激素與動物激素的異同
生長素的生理作用及特性
(1)作用方式:給細(xì)胞傳達(dá)信息,起著調(diào)節(jié)細(xì)胞生命活動的作用。
①細(xì)胞水平 起著促進(jìn)細(xì)胞伸長生長、誘導(dǎo)細(xì)胞分化等作用;②器官水平 影響器官的生長、發(fā)育,如促進(jìn)側(cè)根和不定根發(fā)生,影響花、葉和果實(shí)發(fā)育等。
(3)生長素的作用機(jī)理:
生長素首先與細(xì)胞內(nèi)某種蛋白質(zhì)-生長素受體特異性結(jié)合,引發(fā)細(xì)胞內(nèi)發(fā)生一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程,進(jìn)而誘導(dǎo)特定基因的表達(dá),從而產(chǎn)生效應(yīng)。
生長素的作用似乎就是“促進(jìn)”。真的是這樣嗎?
(1)a點(diǎn):既不促進(jìn)生長也不抑制生長。(2)a~c段(不含a點(diǎn)):隨生長素濃度升高,對生長的促進(jìn)作用逐漸增強(qiáng)。(3)c點(diǎn):促進(jìn)生長的最適濃度,其促進(jìn)效果最好。
(4)c~e段(不含e點(diǎn)):隨生長素濃度升高,對生長的促進(jìn)作用逐漸減弱。
2.生長素濃度與所起作用的曲線分析
(5)e點(diǎn):促進(jìn)生長的濃度“閾值”。低于此值時(shí)均為促進(jìn)生長的“低濃度”;超過此值時(shí),將由“促進(jìn)”轉(zhuǎn)向“抑制”,從而進(jìn)入抑制生長的“高濃度”。
(6)b、d兩點(diǎn):生長素濃度雖然不同,但促進(jìn)效果相同。(7)e~f段(不含e點(diǎn)):隨生長素濃度升高,對生長的抑制作用逐漸增強(qiáng)。
(1)不同器官對生長素的敏感程度不同,敏感性大?。焊?芽>莖。(2)不同生物對生長素的敏感程度不同,敏感性大?。弘p子葉植物>單子葉植物。用適當(dāng)濃度的生長素類似物來殺死單子葉農(nóng)田里的雙子葉雜草,同時(shí)促進(jìn)單子葉植物的生長。
3.對生長素的敏感程度曲線分析
(2)影響生長素作用效果的因素:①濃度 ②不同器官敏感度不同③細(xì)胞成熟情況④植物的種類
(1)一般表現(xiàn)為生長素在濃度較低時(shí)促進(jìn)生長,在濃度過高時(shí)則會抑制生長
(2)產(chǎn)生頂端優(yōu)勢的原因:頂芽產(chǎn)生的生長素逐漸向下運(yùn)輸,枝條上部的側(cè)芽處生長素濃度較高,由于側(cè)芽對生長素濃度比較敏感,因此它的發(fā)育受到抑制,植株因而表現(xiàn)出頂端優(yōu)勢。
(1)概念:植物的頂芽優(yōu)先生長,而側(cè)芽生長受到抑制的現(xiàn)象。
農(nóng)民適時(shí)摘除棉花頂芽以促進(jìn)側(cè)芽發(fā)育,從而使它多開花、多結(jié)果。
做木材的樹木需要保留頂端優(yōu)勢
b.解除頂端優(yōu)勢——去掉頂芽
原理:當(dāng)幼苗橫放時(shí),由于重力的作用,生長素發(fā)生橫向運(yùn)輸,在近地側(cè)濃度較高,即:B>A,D>C;莖對生長素敏感性低,C、D兩側(cè)都是促進(jìn)作用,且D側(cè)促進(jìn)作用更強(qiáng),使莖背地彎曲生長;根對生長素敏感性高,B側(cè)濃度高,抑制生長,因此生長速度A>B,使根向地彎曲生長,這體現(xiàn)了生長素生理作用的兩重性。
莖的背地性、根的向地性分析
考向 生長素的生理作用、特點(diǎn)1.圖甲表示燕麥胚芽鞘的向光性實(shí)驗(yàn),圖乙表示水平放置幼苗的生長情況,圖丙表示生長素濃度與植株某一器官生長的關(guān)系。下列說法正確的是( )A.圖甲中胚芽鞘向光彎曲生長是由生 長素的極性運(yùn)輸導(dǎo)致的B.圖乙1處的生長素濃度大于2處,所 以幼苗根的生長表現(xiàn)出向地性C.圖乙3、4處的生長素濃度分別對應(yīng)圖丙的C點(diǎn)之前和之后D.圖丙表明不同濃度的生長素其作用效果可能相同
解析:圖乙1處的生長素濃度小于2處,由于根對生長素敏感,1處低濃度促進(jìn)生長,2處高濃度抑制生長,因此幼苗根的生長表現(xiàn)出向地性,B錯(cuò)誤;圖乙3、4處的生長素濃度均表現(xiàn)為促進(jìn)莖的生長,因此均對應(yīng)圖丙的C點(diǎn)之前,C錯(cuò)誤。
考向 生長素作用的曲線分析1.如圖為玉米胚芽鞘中生長素誘導(dǎo)的生長和細(xì)胞壁酸化的變化曲線。下列分析或推測不合理的是( )A.根據(jù)圖示,曲線Ⅱ表示的長度與IAA 作用時(shí)間呈正相關(guān)B.圖乙BC段表明生長素促進(jìn)生長,CD 段表明生長素抑制生長C.中性緩沖液可能抑制生長素的作用, 酸性緩沖液可能引起生長加快D.在生長素作用下細(xì)胞膜外排H+,使細(xì)胞壁變得疏松,有利于細(xì)胞伸長
解析:圖乙BC段和CD段生長速率都大于IAA為0時(shí)的生長速率,所以BC段和CD段生長素都促進(jìn)生長,但促進(jìn)的效果先增強(qiáng)后減弱,B錯(cuò)誤;由圖甲、乙可知,在pH近中性時(shí),玉米胚芽鞘生長緩慢,隨pH降低,生長速率增大,可判斷酸性緩沖液可能引起生長加快,中性緩沖液可能抑制生長素的作用,C正確;由圖甲可知,加入生長素以后pH逐漸變小,可以推知在生長素作用下細(xì)胞膜外排H+,使細(xì)胞壁變得疏松,有利于細(xì)胞伸長,D正確。
1.楊樹頂芽的快速生長需要側(cè)芽提供生長素( )2.自然生長的雪松樹冠呈塔形與激素的作用有關(guān)( )3.植物生長素能促進(jìn)植物生長是通過促進(jìn)細(xì)胞的伸長生長實(shí)現(xiàn)的( )4.頂端優(yōu)勢現(xiàn)象、根的向地生長、莖的背地生長都說明了生長素在濃度較低時(shí)促進(jìn)生長,在濃度較高時(shí)抑制生長( )5.兩種不同濃度的生長素溶液都不具有促進(jìn)植物細(xì)胞生長的作用,其原因一定是其中的一種溶液濃度過高,另一種溶液濃度過低( )
1.(選擇性必修1 P93)生長素在細(xì)胞水平上起著促進(jìn)____________________ 等作用;在器官水平上則影響 ,如促進(jìn)_______ 發(fā)生,影響 等。
2.(選擇性必修1 P94)生長素在濃度較低時(shí) ,在濃度過高時(shí)則會__ 。3.(選擇性必修1 P94)植物表現(xiàn)頂端優(yōu)勢的原因:_________________________________________________________________________________________________________________。4.(選擇性必修1 P94)幼嫩的細(xì)胞對 ;不同器官對生長素的敏感程度也不一樣。
頂芽產(chǎn)生的生長素逐漸向
下運(yùn)輸,枝條上部的側(cè)芽處生長素濃度較高,由于側(cè)芽對生長素濃度比較敏感,因此它的發(fā)育受到抑制
生長素敏感,衰老細(xì)胞則比較遲鈍
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