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第1節
植物生長素
SW生老師
問題探討
視頻中是種子在生長過程中給予不同方向的光照其生長規律。
1. 圖中植株的生長方向有什么特點？
彎向光生長。
2. 植株對這種刺激的反應有什么適應意義？
可以使植株獲得更多陽光，從而可以通過光合作用合成更多的有機物，滿足自身生長發育的需要。
討論
視頻中是種子在生長過程中給予不同方向的光照其生長規律。
3. 這種生長方向的改變，是發生在植物的幼嫩部分還是成熟部分？
幼嫩部分
討論
向光性：
在單側光的照射下，植物朝向光源方向生長的現象。
植物受到單一方向的外界刺激而引起的定向運動
植物的向性運動：
舉例：
植物幼苗的向光性生長
根的向重力性生長
根的向水性生長
根的向肥性生長
單子葉植物，特別是禾本科植物種子萌發時，包在胚芽外面的鞘狀結構，連同胚芽一起出土，保護胚芽出土時不受損傷。
金絲雀虉草
①實驗材料：金絲雀虉草胚芽鞘
1、達爾文和他兒子的實驗（19世紀末）
一、生長素的發現過程
胚芽鞘
胚芽外面的鞘狀結構
胚芽鞘模式圖
尖端
尖端以下（伸長區）
胚芽鞘
第一片葉
種子
①實驗材料：金絲雀虉草胚芽鞘
實驗①
實驗②
實驗③
實驗④
單側光
去掉尖端
錫箔罩在尖端
錫箔罩在尖端下部
②實驗過程
向光彎曲生長
不生長不彎曲
向光彎曲生長
直立生長
實驗①
實驗②
實驗③
實驗④
1.遮蓋胚芽鞘尖端和它下面的一段的目的是什么 （教材P91側旁思考）
分別遮蓋胚芽鞘尖端和它下面的一段，是采用排除法，觀察某一部分不受單側光刺激時胚芽鞘的反應，從而確定是胚芽鞘哪一部分在起作用。
思考
②實驗過程
實驗①
實驗②
實驗③
實驗④
2.感受單側光刺激的是哪一部分？胚芽鞘彎曲生長的是哪一部分
尖端下部——伸長區
尖端
思考
②實驗過程
該實驗的對照組為_____，實驗組為________；
①②對照，自變量為__________，說明胚芽鞘的向光彎曲生長與_____有關；
①③對照，自變量為_____________，說明胚芽鞘的彎曲生長與___________有關；
③④對照，自變量為__________；
①③④對照，說明胚芽鞘的感光部位在______；
①
②③④
有無尖端
尖端
尖端有無遮光
單側光照射
遮光部位
尖端
實驗①
實驗②
實驗③
實驗④
③結果分析
達
爾
文
向光生長與胚芽鞘 有關
感光部位在胚芽鞘
造成伸長區背光面比向光面生長快
尖端向下面伸長區傳遞某種“影響”
尖端
尖端
單側光引發植物向光生長
④實驗結論：
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。廣泛應用在食品工業中，生物學研究中常作細菌培養基。
瓊脂
是一種礦物質，由韻母族礦物質切制而成。因其材料為天然礦制品，具有無污染、絕緣、不透化學物質的特點。
云母片
2、鮑森·詹森的實驗（1913）
達爾文的推測1：尖端產生了某種影響，傳到下部。
瓊脂片
云母片
結論：胚芽鞘頂尖產生的影響可以透過瓊脂片傳遞給下部。
4.為什么要插入瓊脂片和云母片？
有化學物質可以穿過瓊脂片，而使胚芽鞘下部彎曲。
思考
達爾文的推測2：彎曲生長的原因是尖端產生的影響在下部分布不均。
黑暗條件
黑暗條件
現象：
自變量：
因變量：
尖端放置的位置。
尖端下部彎曲生長的方向。
胚芽鞘朝對側彎曲生長
5.拜爾為什么要選擇黑暗的環境？
6.沒有了光的刺激，為什么胚芽鞘還會發生彎曲？
排除光的影響，控制變量
尖端產生的影響分布不均勻造成了胚芽鞘的彎曲生長
達爾文的推測2：彎曲生長的原因是尖端產生的影響在下部分布不均。
思考
黑暗條件
黑暗條件
達爾文的推測2：彎曲生長的原因是尖端產生的影響在下部分布不均。
結論：胚芽鞘的彎曲生長，是因為尖端產生的影響在其下部分分布不均勻造成的。
黑暗條件
黑暗條件
《植物的運動力》
推測1：胚芽鞘尖端受單側光刺激后，就向下面伸長區傳遞某種“影響”
這種“影響”會造成背光面比向光面生長快
詹森的實驗驗證
拜爾的實驗驗證
詹森和拜爾的實驗初步證明：
頂尖產生的影響可能是一種化學物質，這種化學物質的分布不均勻造成了胚芽鞘的彎曲生長。
瓊脂塊是否接觸過尖端
去掉尖端的胚芽鞘是否彎曲生長
胚芽鞘尖端確實產生了一種化學物質，這種化學物質在尖端下部分布不均，導致彎曲生長。溫特將其命名為生長素。
自變量：
因變量：
結論：
實驗組
對照組
4、溫特的實驗（1926）
實驗組
對照組
①設置對照組的目的是:
排除瓊脂片本身的化學物質對胚芽鞘的影響
②在放置瓊脂塊前，要將其去掉尖端的胚芽鞘在蒸餾水中侵泡一段時間，原因是
去除尖端的胚芽鞘中含有少量的生長素，以去除生長素，排除內源激素對實驗的干擾。
實驗者 主要思路與方法
達爾文父子
鮑森·詹森
拜爾
溫特
去除胚芽鞘頂端，觀察去除整個結構的影響
用錫箔小帽套住頂端，以去除單側光對頂端的影響
在胚芽鞘頂端和頂端以下部位之間插入瓊脂片或云母片，在單側光照射下，觀察物質的運輸是否被阻斷
黑暗條件下，改變胚芽鞘頂端的位置，相當于人為施加了物質的不均勻分布
放置過胚芽鞘頂端的瓊脂塊（而不是胚芽鞘本身）可使去頂胚芽鞘彎曲生長，證實化學物質的存在
胚芽鞘生長現象大總結
分析方法：生不生長——有無生長素，
彎不彎曲——生長素分布是否均勻
(1)常規類
③
④
向光彎曲
不生長
不彎曲
直立生長
不生長
不彎曲
擴展：
(2)遮蓋類
直立生長
向光彎曲
向光彎曲
③
④
直立生長
(3)暗盒類
③
④
含生長素的瓊脂塊
直立生長
直立生長
向光（小孔）彎曲
直立生長
(4)插入類
⑤
⑥
直立生長
向右彎曲生長
向右彎曲生長
向左彎曲生長
直立生長
向右彎曲生長
⑦
⑧
背光彎曲生長
直立生長
⑨
向光彎曲生長
(5)旋轉類
④
⑤
向中央彎曲生長
向中央彎曲生長
直立生長
向光彎曲生長
向小孔彎曲生長
直立生長
⑥
(6)移植類
含生長素瓊脂塊
④
⑤
直立生長
向右彎曲生長
向右彎曲
向B側彎曲
向左彎曲
⑥
向左彎曲生長
直立生長
直立生長
直立生長
直立生長
向左彎曲生長
⑦
⑧
5、生長素的化學本質——吲哚乙酸
吲哚乙酸（IAA）化學結構式
1931年，荷蘭科學家郭葛等人首先從人尿中分離出了這種物質，經過鑒定，知道它叫吲哚乙酸（IAA）。
直到1946年，人們才從高等植物中分離出了生長素,并確認它就是IAA。除IAA外還有苯乙酸（PAA）吲哚丁酸（IBA）等。
吲哚丁酸（IBA）
(1)外因:
(2)內因:
背光側
向光側
生長素多
生長素少
生長慢
生長快
結果：向光彎曲生長
生長素橫向運輸
單側光照射
生長素分布不均勻
6.植物向光性的原因
說明：
也有研究表明向光彎曲是單側光照射引起某些生長抑制物質分布不均勻所致。
由植物體內產生，能從產生部位運送到作用部位，對植物的生長發育有顯著影響的微量有機物，叫作植物激素（phytohormone）。
7、植物激素的概念
已知的植物激素包括生長素、赤霉素、細胞分裂素、脫落酸和乙烯等。
植物激素作為信息分子，幾乎參與調節植物生長、發育過程中的所有生命活動。
1. 植物激素與動物激素都稱作“激素”， 二者有哪些相似之處？
思考討論
二者都是調節生命活動的化學物質，都能從產生部位運輸到作用部位發揮作用且都具有微量、高效的特點。
2. 植物體內沒有分泌激素的腺體，這說明植物激素在合成部位上與動物激素有明顯不同。植物激素與動物激素還有哪些明顯的區別？
類別 分泌器官 化學本質 作用部位 運輸方式
植物激素
動物激素
無特定的分泌器官
有特定的內分泌腺
一般是小分子物質
蛋白質、類固醇等
無明顯的器官
器官、細胞
多樣、復雜
隨著體液運輸
達爾文實驗：胚芽鞘尖端對光敏感，尖端下部彎曲生長。
推測：尖端接受光刺激后產生了某種“影響”，傳遞到了下部的伸長區。
1913年，鮑森詹森實驗：證明胚芽鞘尖端產生的這種“影響”，能通過瓊脂片傳遞到下面。
1918年，拜爾實驗：胚芽鞘彎曲生長，是由于尖端產生的刺激在下部分布不均勻。
推測：影響可能是物質。
1926年，溫特實驗：胚芽鞘尖端產生的某種物質，能以瓊脂塊為載體進行傳遞。
命名：生長素。
1934年：科學家分離出生長素（吲哚乙酸）。
1946年：科學家從植物中提取IAA。
①生長素主要的合成部位：芽、幼嫩的葉和發育中的種子。
②生長素由色氨酸經過一系列反應轉變而來。植物沒有專門的內分泌腺器官。
轉變
色氨酸
1、生長素的合成
二、生長素的合成、運輸與分布
部位：
極性運輸 方向：
方式：
非極性運輸：
部位：
橫向運輸
原因：
胚芽鞘、芽、幼葉和幼根
從形態學上端運輸到形態學下端
主動運輸
在成熟組織中，通過韌皮部進行
根尖、莖尖等生長素產生的部位
單側光、重力等單一方向刺激
（不受其他因素影響）
2、生長素的運輸
幼嫩部位—
極性運輸
形態學上端
形態學下端
形態學上端
形態學下端
2、生長素的運輸
為了檢測生長素的運輸方向，某人做了如下實驗。取一段玉米胚芽鞘，切去頂端2mm，使胚芽鞘不再產生生長素。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（胚芽鞘形態學上端朝上）。過一段時間檢測，發現下端的瓊脂塊逐漸有了生長素。
根據實驗設計及結果，此人得出以下結論：
（1）下端瓊脂塊上的生長素來自上端的瓊脂塊；
（2）生長素在胚芽鞘內只能由形態學的上端運輸到形態學的下端。
形態學上端
形態學下端
含IAA瓊脂塊
含IAA的瓊脂塊(a)
思維訓練·評價實驗設計和結論
實驗前
實驗后
形態學上端
形態學下端
含IAA瓊脂塊
空白瓊脂塊(a)
胚芽鞘彎曲生長
（1）極性運輸不會隨植物形態學上端與形態學下端空間位置的改變而改變。
（2）極性運輸為主動運輸，需要消耗能量，需要載體蛋白。
（3）極性運輸在太空中依然存在，不受重力因素的影響。
（4）生長素的橫向運輸只發生在根尖、芽尖等產生生長素的部位，且發生在有單側光或重力等刺激時。尖端在均勻光照或黑暗處時，不發生生長素的橫向運輸。
（5）失重狀態下，由于沒有重力的作用水平放置的植物的根、芽中生長素的水平分布是均勻的，植物會水平生長。
1.這個實驗的設計是否嚴密？為什么？
2.從實驗結果到結論之間的邏輯推理是否嚴謹？為什么？
3.如果要驗證上述結論，應該如何改進實驗方案？
不嚴密，沒有考慮將胚芽鞘倒過來放置時的情況。
結論2不嚴謹。沒有實驗證明生長素不能從形態學下端運輸到形態學上端。
應該增加一組胚芽鞘形態學上端朝下的實驗，以研究生長素能不能從形態學下端運輸到形態學上端。
空白瓊脂塊(b)
形態學下端
形態學上端
含IAA瓊脂塊
實驗前
實驗后
胚芽鞘既不彎曲也不生長
評價實驗設計和結論
生長素在植物體各器官中都有分布，但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、發育中的種子和果實等處。
3、生長素的分布
老根（葉） 幼根（葉）
分生區 伸長區
頂芽 側芽
＞
＜
＜
生長素的產生部位
生長素的作用部位
感光部位
彎曲生長部位
橫向運輸部位
尖端
下端
給細胞傳達信息，起著調節細胞生命活動的作用。
生長素
生長素受體
特異性結合
細胞內一系列信號轉導
誘導
特定基因表達
產生
效應
1、作用方式
2、作用機制
三、生長素的生理作用
細胞水平上：
器官水平上：
促進細胞伸長生長、誘導細胞分化等作用；
影響器官的生長、發育
促進側根和不定根的發生
影響花、葉和果實的發育
基 礎
作用機制
生長素的作用似乎就是“促進”。真的是這樣嗎？
4、植物生長素的作用特點
下圖所示是科學家研究不同濃度生長素對植物不同器官的作用結果。
“促進”或“抑制”，是相比較于生長素處于最低濃度時各器官的生長速度而言。
1、“促進”或“抑制”的作用效果是與哪一組別對比得到的？
思考·討論
2.對于同一器官來說，生長素的作用與濃度有什么關系？
3.對于不同的器官來說，生長素促進生長的最適濃度相同嗎？
一般表現為較低的濃度促進生長，濃度過高則抑制生長。
對于不同的器官來說，生長素促進生長的最適濃度不同。
思考·討論
①從曲線中可以看出促進根、芽、莖生長的最適濃度分別是？
10-10 10-8 10-4
②三種器官對生長素的敏感性大小依次是:
根 ＞芽 ＞莖
不同器官對生長素的敏感度不同。
幼嫩細胞＞衰老細胞
雙子葉植物＞單子葉植物
1.曲線AB段表示：
2.B點表示的生長素濃度是：
3.BC段表示：
4.C點表示的生長素濃度對根的生長作用是：
5.CD段表示：
隨生長素濃度升高,對根生長的促進作用加強。
促進根生長的最適濃度
隨生長素濃度升高,對根生長的促進作用減弱。
生長素濃度升高,對根生長的抑制作用增強。
既不促進也不抑制
不同濃度生長素對根的作用分析
6.從圖中的E、F點你可以得出什么結論？
7.圖中的促進和抑制是以什么為對照進行判斷的？抑制作用是不是不生長？
最適濃度點左右兩側有一大一小兩個濃度點，起促進作用效果相同
以不施加外源生長素時根的生長情況為對照。抑制說明在該濃度下生長緩慢甚至停止。
不同濃度生長素對根的作用分析
一般情況下，生長素在濃度較低時促進生長，在濃度過高時抑制生長，甚至會殺死植物。
生長素發揮的作用會因濃度、植物細胞的成熟情況和器官的種類不同而有差異。
濃度：低—促進 高—抑制 過高—殺死
器官： 根 ＞芽＞莖
成熟程度：幼嫩細胞敏感，衰老細胞遲鈍
①概念：
植物頂芽優先生長，側芽生長受抑制的現象。
（1）實例1：頂端優勢
頂端優勢
解除頂端優勢
②頂端優勢的原理：
頂芽
側芽
(生長素)
(生長素)
極性運輸
— 少 — 促進
— 多 — 抑制
頂芽產生的生長素逐漸向下運輸，枝條上部的側芽附近生長素濃度較高。由于側芽對生長素濃度比較敏感，因此它的發育受到抑制，植株因而表現出頂端優勢。
（1）實例1：頂端優勢
可以增產，調節植株形態等
如: 棉花摘心、果樹整枝、園藝修剪、移栽促進根系發育。
去掉頂芽后，側芽附近的生長素來源暫時受阻，濃度降低，于是抑制就被解除，側芽萌動、加快生長。
解除頂端優勢
（1）實例1：頂端優勢
③ 頂端優勢的應用
維持頂端優勢
可以增產。
如: 樹木成材。
自然界的植株呈寶塔形，可以充分利用陽光。
（1）實例1：頂端優勢
③ 頂端優勢的應用
C
D
A
B
(促進)
(促進)
(促進)
(抑制)
②根莖對生長素的敏感程度不同
解釋:
①在重力作用下生長素分布不均勻
表示生長素的相對含量
根部:促進、抑制
莖部:促進
向地性生長
莖背地生長
（2）實例2：根的向地性和莖的背地生長
根向地性生長
莖背地生長
當幼苗橫放時，由于重力的作用，生長素發生橫向運輸，在近地側濃度較高，即：B＞A，D＞C；（重力引起橫向運輸）
莖對生長素敏感性低，C、D兩側都是促進作用，且D側促進作用更強，使莖背地彎曲生長；
根對生長素敏感性高，B側濃度高，抑制生長，因此生長速度A＞B，使根向地彎曲生長，這體現了生長素生理作用的兩重性。
A
B
C
D
（2）實例3：除草劑
原理：不同的植物對生長素的敏感程度不同，雙子葉植物>單子葉植物
應用：在單子葉農作物田里面施加適量濃度（如10－4mol/L）的生長素類似物，除去雙子葉雜草
（2）實例4：促進果實發育——無子番茄、辣椒
胚珠
種子
生長素
果實
子房
操作：花蕾期 → 去雄 → 噴灑一定濃度生長素類似物
在種子發育的過程中，胚合成大量的生長素，促進子房發育成果實。
（2）實例5：促進扦插枝條生根（促進器官與組織的分化）
扦插前，用一定濃度的生長素類似物溶液浸泡插枝下端，可以使扦插的枝條容易生根成活。
扦插前，用一定濃度的生長素類似物溶液浸泡插枝下端。
我國宋代著作《種藝必用》中，記載了一種促進枝條生根的方法：“凡嫁接矮果及花，用好黃泥曬干，篩過，用小便浸之。又曬干，篩過，再浸之。又曬又浸，凡十余次。以泥封樹枝.......則根生?！?br/>此外還有……
?；?br/>疏果
相關曲線 曲線含義
不同濃度生長素的生理 作用不同，表現為兩重性
總結： 生長素生理作用的曲線分析解讀
①a點:
既不促進生長也不抑制生長；
②a～c段:
隨生長素濃度升高，對生長的促進作用逐漸增強；
③c點:
促進生長的最適濃度，促進效果最好；
④c～e段:
仍為促進生長的濃度，只是隨生長素濃度升高，對生長的促進作用逐漸減弱；
⑤e點:
既不促進生長，也不抑制生長；
⑥b、d兩點:
生長素濃度雖然不同，但促進效果相同；
⑦f點:
抑制生長
相關曲線 曲線含義
表示不同器官對生長素的敏感程度不同，其大小依次為根>芽>莖
表示不同植物對生長素的敏感程度不同，雙子葉植物比單子葉植物敏感
總結： 生長素生理作用的曲線分析解讀
課堂小結
植物生長素
生長素的
生理作用
生長素的合成、運輸與分布
細胞水平：促進細胞伸長
器官水平：調節生長發育
特點:
低濃度促進
高濃度抑制
生長素的發現過程
達爾文實驗
鮑森.詹森實驗
拜爾
實驗
溫特
實驗
生長素的分離

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