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5.3 植物生長調節劑的應用 學案 2023-2024學年高二生物人教版(2019)選擇性必修1

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5.3 植物生長調節劑的應用 學案 2023-2024學年高二生物人教版(2019)選擇性必修1

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第3節 植物生長調節劑的應用
【學習目標】
1.通過探究植物生長調節劑在生產中的應用實驗,理解植物生長調節劑的特點,并用于指導實際生產和生活實踐。(生命觀念、科學探究)
2.通過學習植物生長調節劑的應用,了解植物生長調節劑的應用現狀,認識植物生長調節劑施用的利與弊,探討科學、社會、技術與環境之間的相互關系。(科學思維、社會責任)
【自主預習】
一、植物生長調節劑的類型和作用
二、植物生長調節劑的施用
1.施用注意事項
(1)在生產上首先需要根據實際情況,選擇恰當的植物生長調節劑。
(2)要綜合考慮施用 目的、效果和毒性 ,調節劑殘留、價格和施用是否方便等因素。
(3)對于某種植物生長調節劑來說,施用 濃度 、時間、部位以及施用時植物的 生理狀態 和氣候條件等,都會影響施用效果,施用不當甚至會影響生產。
2.具體生產問題應用
(1)判斷下列有關探索生長素類調節劑促進插條生根的最適濃度實驗的說法的正誤。
①實驗中,取材、處理時間、光照、溫度、通氣狀況等都屬于無關變量,要遵循等量且適宜原則。 (√)
②用浸泡法處理插條,最好是在光照直射和干燥的地方進行處理。 (×)
  【提示】 浸泡法處理插條最好是在遮陰和空氣濕度較高的地方進行。
③沾蘸法處理插條所需要的藥液濃度低,而浸泡法處理插條所需要的藥液濃度高。 (×)
  【提示】 沾蘸法處理插條所需要的藥液濃度較高,而浸泡法處理插條所需要的藥液濃度較低。
④預實驗不是正式實驗,為了節省時間,可以不必去做。 (×)
  【提示】 預實驗可以為進一步的實驗摸索條件,也可以檢測實驗設計的科學性和可行性。
(2)利用乙烯利催熟水果
a.原理:乙烯利是一種植物生長調節劑,工業品為液體。當溶液pH<3.5時,它比較穩定;但隨著溶液pH升高,它會分解釋放出 乙烯 。乙烯對水果有催熟作用,還可以進一步誘導水果自身產生乙烯,加速水果成熟。
b.注意事項:乙烯利對 皮膚、黏膜 有一定的刺激性,操作時需要做好防護措施,并在通風良好的環境進行。乙烯利遇到 明火 可燃燒,需要注意防火。
【合作探究】
任務 植物生長調節劑的應用
活動1 認識植物生長調節劑的類型和作用
1.瓜果蔬菜在種植時因植物生長調節劑使用不當而引起社會的廣泛關注,媒體接連曝出“激素黃瓜”“空心草莓”“爆炸西瓜”等。
(1)施用植物生長調節劑的優點有哪些
(2)使用植物生長調節劑會不會影響農產品的品質
  【提示】 (1)對于提高作物產量、改善產品品質等起到很好的作用;減輕人工勞動。
(2)植物生長調節劑使用得當,不會影響農產品品質,甚至可以改善品質。例如,適當使用赤霉素類調節劑可以提高葡萄品質。若使用不當或片面追求短期經濟效益,則有可能影響農產品品質。
2.為提高植物繁殖效率,某農場購買了一批生根粉準備用于某植物的批量扦插,但是說明書卻沒有注明該植物適宜的使用濃度。
(1)生根粉是由植物產生的嗎 它的作用和哪種激素作用相似
(2)怎樣做才能有效地利用這批生根粉
  【提示】 (1)不是,生根粉是一種植物生長調節劑;它的作用與生長素類似。
(2)進行探究實驗,找到使用生根粉的最適濃度。
認知生成
1.植物激素與植物生長調節劑的比較
項目 植物激素 植物生長調節劑
來源 植物一定部位產生 人工化學合成
生理作用 對植物生長發育進行調節
作用后去向 被相應的酶分解失活 殘留在植物體內繼續發揮作用
作用效果 短暫,只發揮一次作用 持久穩定
實例 乙烯、生長素、細胞分裂素、赤霉素和脫落酸等 乙烯利、α-萘乙酸、青鮮素、膨大素等
2.植物激素、植物生長調節劑和生長素類調節劑的圖解
例1 (2023·天津聯考)植物生長調節劑是人工合成的(或從微生物中提取的天然的),具有和天然植物激素相似的化學性質、對植物生長發育起調節作用的有機化合物。下列相關敘述錯誤的是(  )。
A.植物生長調節劑的優點是容易合成、原料廣泛、效果穩定
B.青鮮素主要通過抑制馬鈴薯發芽從而達到延長儲藏期的效果
C.膨大素可以加快水果長勢和成熟,可以在果樹種植上廣泛使用
D.適宜濃度的赤霉素可誘導大麥種子無須發芽即可產生α-淀粉酶
  【答案】 C
【解析】 與天然植物激素相比,植物生長調節劑的優點是容易合成、原料廣泛、效果穩定等,A正確;青鮮素主要通過抑制馬鈴薯發芽從而達到延長儲藏期的效果,B正確;使用膨大素的水果口感差、汁水少、甜味不足,不宜長時間儲存,故不適合在果樹種植上廣泛使用,C錯誤;種子萌發過程中適當濃度的赤霉素可誘導α-淀粉酶合成,促進淀粉水解,進而促進種子萌發,D正確。
【易錯提醒】   植物生長調節劑的應用舉例
1.乙烯利催熟鳳梨,做到有計劃地上市。
2.蘆葦生長期用一定濃度的赤霉素溶液處理,可使蘆葦的纖維長度增加50%左右。
3.啤酒生產中用赤霉素處理大麥,可使大麥種子無須發芽就產生α-淀粉酶,完成糖化過程,可簡化工藝、降低成本。
4.適宜濃度的生長素類調節劑可以促進插條生根。
對點練1 (2023·揚州調研)氯吡苯脲是一種農業生產中廣泛使用的植物生長調節劑,具有加速細胞有絲分裂、促進細胞增大和分化、防止花和果實脫落的作用。下列相關分析錯誤的是(  )。
A.氯吡苯脲是人工合成的,具有類似細胞分裂素的功效
B.氯吡苯脲進入植物體后,將很快被降解而喪失其功效
C.用一定濃度的氯吡苯脲涂抹西瓜柄,可促進西瓜膨大,提高產量
D.農業生產中,氯吡苯脲施用不當可能影響作物的產量和品質
  【答案】 B
【解析】 氯吡苯脲是一種植物生長調節劑,是人工合成的,具有加速細胞有絲分裂、促進細胞增大和分化、防止花和果實脫落的作用,其功效類似于細胞分裂素,A正確;氯吡苯脲屬于植物生長調節劑,進入植物體后由于植物體缺乏分解它的酶,不容易被降解,B錯誤;由于一定濃度的氯吡苯脲能促進細胞增大和分化、防止花和果實脫落,因此用一定濃度的氯吡苯脲涂抹西瓜柄,可促進西瓜膨大,提高產量,C正確;植物生長調節劑使用過程中,施用的濃度、時間、部位以及施用時植物的生理狀態等都會影響施用效果,故施用不當可能會影響作物的產量和品質,D正確。
活動2 探索生長素類調節劑促進插條生根的最適濃度
1.探索生長素類調節劑促進插條生根的最適濃度實驗中,設立預實驗的目的是什么
  【提示】 (1)為進一步的實驗摸索條件;(2)檢驗實驗設計的科學性和可行性。
2.本實驗的自變量是什么 無關變量有哪些 需要設置對照實驗嗎
  【提示】 本實驗的自變量為不同濃度的生長素類調節劑溶液。本實驗中,取材、處理時間、蒸餾水、花盆、溫度等都屬于無關變量,無關變量在實驗中要采用等量適宜性原則,如處理時選取相同的材料、用同種的生長素類調節劑、處理時間相同等。實驗要設置對照組,預實驗時需設置蒸餾水處理組作空白對照。正式實驗時,要設置濃度不同的一系列實驗組與之進行對比,目的是探索生長素類調節劑(如2,4-D或α-萘乙酸)促進扦插枝條生根的最適濃度。
3.用多種不同濃度的生長素類調節劑浸泡,插條不能生根的原因可能是什么
  【提示】 一是枝條所帶葉片較多,蒸騰作用過強導致失水過多;二是配制的營養液中營養元素缺乏或缺氧;三是沒有分清形態學的上端和下端。
4.在實驗中,若兩種濃度的生長素類調節劑促進插條生根的效果基本相同,請分析原因。如何進一步確定最適濃度
  【提示】 由生長素的作用曲線可知,存在作用效果相同的兩種生長素濃度。最適濃度應在兩種溶液濃度之間,即在兩種濃度之間縮小濃度梯度配制溶液進行實驗。
認知生成
生長素類調節劑促進插條生根的最適濃度實驗中應注意:
1.用一定濃度的生長素類調節劑溶液處理扦插枝條的形態學下端,上下不能顛倒。
2.在扦插時,保留有芽和幼葉的插條比較容易生根成活,這是因為芽和幼葉能產生生長素,有利于生根。
3.扦插時常去掉成熟葉片,這與激素作用無關。去掉成熟葉片的目的是降低蒸騰作用,保持植物體內水分的平衡,利于插條成活。
4.實驗的觀察指標一般是生根的數量或生根的平均長度,當與對照組進行比較時,實驗組的生根數量比對照組的多,生根的平均長度比對照組的長,則此濃度下是促進作用,反之則是抑制作用。
5.實驗結果處理與異常原因分析
(1)不能生根。主要有以下幾種可能:一是枝條所帶葉片較多,蒸騰作用過強,失水太多;二是配制的營養液缺乏某種營養元素或缺氧;三是沒有分清形態學的上端與下端。
(2)生根過少。配制生長素類調節劑溶液時,濃度梯度要小一些,組別要多一些。濃度梯度過大、組別過少易錯過最適濃度范圍,導致生根過少。
例2 (2023·成都期末)下圖是IAA對月季插條生根影響的實驗結果圖,下列說法錯誤的是(  )。
A.本實驗的無關變量有插條處理時間、插條上芽的數量、插條的生理狀況等
B.應在10-9~10-7mol/L設置更小的濃度梯度進行實驗探究最適濃度
C.實驗用的月季枝條應該選擇葉片和芽稍多些的
D.對根的處理可以用較低濃度的IAA溶液進行浸泡
  【答案】 C
【解析】 插條處理時間、插條上芽的數量、插條的生理狀況等都是該實驗的無關變量,而IAA的濃度是自變量,A正確;結合題圖可知,為了獲得促進月季生根的最適IAA濃度,應在10-9~10-7mol/L設置更小的濃度梯度進行實驗探究最適濃度,B正確;為了排除月季枝條自身內源激素的影響,實驗用的月季枝條應該選擇葉片和芽少些或不帶芽的枝條做實驗,C錯誤;由于根對IAA反應更敏感,因此,對根的處理可以用較低濃度的IAA溶液進行浸泡,D正確。
【技巧歸納】  探究生長素類調節劑促進插條生根的最適濃度實驗中的變量控制
1.設置對照實驗
(1)設置空白對照:不添加生長素類調節劑的一組,如蒸餾水組。預實驗中必須設置空白對照組,目的是判斷生長素類調節劑所起的作用是促進還是抑制。
(2)設置相互對照:含不同濃度生長素類調節劑的組別間相互對照,其目的是判斷促進作用或抑制作用程度的大小。
2.遵循單一變量原則:本實驗的自變量是生長素類調節劑的濃度。
3.控制好無關變量:為保證實驗結果的準確性,還應注意把實驗材料放在相同且適宜的環境下培養,如光照不宜過強,溫度、濕度等條件相對適宜。
4.在預實驗確定的濃度范圍內多設置幾個濃度梯度進一步實驗,但濃度梯度的設置也不是越多越好,原因如下:一是效果不明顯;二是會成浪費,人為增加實驗的難度。
對點練2 (不定項)研究人員為探究不同濃度2,4-D對月季插條生根的影響,進行實驗,實驗結果如下圖。下列敘述錯誤的是(  )。
A.2,4-D是人工合成的,對植物生長發育有調節作用的植物生長調節劑
B.該實驗沒有對照組,且不同濃度的2,4-D促進生根的效果可能相同
C.該實驗結果反映了低濃度2,4-D促進生根,高濃度2,4-D抑制生根
D.可在10-9~10-7 mol/L設計實驗探究2,4-D促進插條生根的最適濃度
  【答案】 B
【解析】 由人工合成的,對植物的生長發育有調節作用的化學物質,稱為植物生長調節劑。α-萘乙酸、2,4-D都屬于植物生長調節劑,A正確。據圖可知,該實驗不同濃度的2,4-D之間相互對照,因此該實驗存在對照,不同濃度的2,4-D促進生根的效果可能相同,如最適2,4-D濃度的兩側,存在兩種不同濃度的2,4-D,但作用效果相同,B錯誤。從圖中可看出,當2,4-D濃度超過10-6 mol/L時,生根數量低于清水對照組,說明抑制了生根;2,4-D濃度低于10-6 mol/L時,生根數量高于清水對照組,說明促進了生根,因此該實驗結果反映了低濃度2,4-D促進生根,高濃度2,4-D抑制生根,C正確。據圖可知,2,4-D促進插條生根的最適濃度在10-8 mol/L左右,因此可在10-9~10-7 mol/L設計實驗進一步探究2,4-D促進插條生根的最適濃度,D正確。
素能提升 “五步法”設計和完善植物激素類實驗(實驗設計能力)
番茄果實發育受多種植物激素影響,市場上銷售的植物激素或植物生長調節劑,如生長素類、乙烯利(乙烯類)等物質,如果處理得當,對人體危害并不大。請回答下列問題:
(1)與植物激素相比,植物生長調節劑具有               等優點。在用生長素類調節劑處理插條生根時,如果生長素類調節劑濃度較低,適合采用       法處理插條。
(2)研究者發現未授粉及授粉8天后番茄的子房發育情況差異顯著(如圖1所示),結合生長素的生理作用推斷,授粉后子房發育為果實的原因是  。
(3)檢測授粉與未授粉番茄雌蕊產生乙烯的速率,結果如圖2所示。結合圖1和圖2推測乙烯對子房發育具有   作用。在子房發育為果實的過程中,生長素和乙烯的作用效果表現為      關系。
(4)為證實乙烯對子房發育的作用,以野生型番茄為材料進行了下表所示實驗,請完善表格中的實驗處理。
授粉情況 授粉 未授粉 授粉 未授粉
實驗處理 施加清水 施加Ⅰ 施加Ⅱ 施加Ⅲ
子房是否發 育為果實 是 否 否 是
表中Ⅰ~Ⅲ處所需的試劑應分別選用      (填字母),實驗結果支持上述推測。                    
A.清水 B.生長素
C.生長素運輸抑制劑 D.乙烯利
E.乙烯受體抑制劑
(5)研究還發現野生型番茄授粉后子房內赤霉素(GA)含量升高。為研究GA和乙烯對果實發育的影響,以野生型番茄和乙烯受體功能喪失的突變體S為材料進行實驗,相關處理及結果如圖3所示。圖中結果表明GA的作用是               。在未授粉情況下,S突變體比野生型體內GA合成相關基因表達量高,由此推測未授粉的S突變體子房可發育為果實的原因是   。
  【答案】 (1)容易合成、原料廣泛、效果穩定 浸泡 (2)授粉后產生種子,發育中的種子產生生長素促進子房的發育 (3)抑制 相抗衡 (4)ADE (5)促進果實發育 突變體S乙烯受體功能喪失,導致乙烯對GA合成的抑制作用減弱,GA合成量升高,促進果實發育
【解析】 (1)與植物激素相比,植物生長調節劑具有容易合成、原料廣泛、效果穩定等優點。用生長素類調節劑處理插條的方法很多,如果生長素類調節劑的濃度較低,可以采用浸泡法;若生長素類調節劑的濃度較高,則可以采用沾蘸法。(2)由于授粉后會形成種子,而發育中的種子會產生生長素,可促進子房的發育,因此圖1中未授粉及授粉8天后番茄的子房發育情況差異顯著。(3)分析圖2可知,未授粉的雌蕊乙烯生成速率基本不變,而授粉的雌蕊乙烯生成速率迅速降低,結合圖1中子房大小,可推測乙烯對子房發育具有抑制作用,而生長素能夠促進子房發育,因此在子房發育為果實的過程中,生長素和乙烯的作用效果表現為相抗衡關系。(4)為證實乙烯對子房發育的抑制作用,則實驗自變量應為乙烯是否能夠發揮作用及番茄是否授粉,根據實驗的基本原則和表中不同處理組中子房發育情況可知,表中Ⅰ~Ⅲ處所需的試劑應分別選用A清水、D乙烯利(抑制子房發育)、E乙烯受體抑制劑(使未授粉組的乙烯不能抑制子房發育)。(5)由圖3柱形圖可知,野生型番茄授粉時,外施PAC抑制子房的生長,而外施PAC后加入GA促進子房的生長;乙烯受體功能喪失的突變體S在未授粉時,外施PAC抑制子房的生長,而外施PAC后加入GA促進子房的生長,說明GA可促進果實發育。未授粉的S突變體子房可發育為果實的原因是突變體S體內缺少乙烯受體,不能接受乙烯信號的調控,導致乙烯對GA的抑制作用減弱,使體內GA合成量升高,促進果實發育。
【隨堂檢測】
課堂小結 課堂小測
植物激素和植物生長調節劑在農業生產中應用廣泛,判斷下列關于植物激素和植物生長調節劑敘述的正誤。 (1)幼根中細胞分裂素含量較高,但不含乙烯。 (×) (2)植物生長素促進生長的效應與其濃度及作用部位無關。 (×) (3)播種前用一定濃度的赤霉素溶液浸泡種子,以促進種子的萌發。 (√) (4)油菜開花期如遇陰雨天,錯過了最佳傳粉時期,可以通過噴灑適宜濃度的2,4-D提高產量。 (×) (5)植物生長調節劑可以起到與植物激素相同的效果,且比天然激素效果穩定。 (√)
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