高中生物选择性必修一学案第四章第一节植物生长素

第四章植物生命活动的调节第一节植物生长素【必备知识·自主学习】一、科学家不断探索发现植物生长素1.达尔文父子的实验:(1)实验过程及现象:(2)实验结论:胚芽鞘的尖端不仅具有感光作用,而且可能会对胚芽鞘的生长产生某种影响因素,这种影响因素从尖端向下传递,并在单侧光的照射下导致下部的伸长区背光一侧比向光一侧生长快,结果胚芽鞘弯向光源生长。2.詹森实验:(1)实验过程及现象:(2)实验结论:胚芽鞘尖端产生的影响因素能从琼脂块的上部向下扩散,刺激胚芽鞘切面以下部位生长。3.拜尔实验:(1)实验过程及现象:(2)实验结论:①胚芽鞘的弯曲生长是不需要光的。②胚芽鞘的弯曲生长是尖端产生的影响因素在其下部不均匀分布造成的。4.温特实验:(1)实验过程及现象:(2)实验结论:胚芽鞘尖端确实产生了某种促进生长的活性物质,这种物质能从尖端向下运输,并且它的分布受到单侧光影响。5.生长素的产生和分布:(1)合成部位:主要是幼芽、幼叶和发育中的种子。色氨酸吲哚乙酸(IAA)(2)分布:植物体的各个器官中都有,但是分布不均匀。生长旺盛的部位分布较多,其他部位相对较少。达尔文和他儿子的实验能否确定胚芽鞘的生长主要是尖端下面一段生长的缘故,还是尖端自身生长的缘故?提示:不能。达尔文和他儿子的实验只能确定胚芽鞘的生长弯曲与尖端有关。二、生长素的运输和生理功能1.生长素的运输:(1)运输特点:极性运输。(2)运输方向:从植物体的形态学上端向形态学下端运输。2.生长素的作用特点——两重性。表现为既能促进植物生长,又能抑制植物生长。3.顶端优势:(1)概念:顶芽优先生长,侧芽生长受抑制的现象。(2)原因:(3)解除方法:去除顶端。——教材二次开发教材P110【顶端优势】顶端优势现象中可以分析出生长素的运输方式是什么?依据是什么?提示:主动运输,顶芽产生的生长素积累在近顶端的侧芽,说明生长素是从低浓度向高浓度方向运输。【关键能力·合作学习】知识点一生长素的发现过程

1.植物向光性生长的机理:(1)图解:(2)解释。①生长素的浓度:单侧光导致胚芽鞘尖端产生的生长素发生横向运输,导致背光侧浓度高于向光侧;这种生长素的不均匀分布由极性运输传至尖端下方。②生长程度:尖端下方背光侧生长素浓度高于向光侧,导致背光侧细胞生长快于向光侧,表现出向光生长。(3)总结:①外因:单侧光照射。②内因:生长素分布不均匀。2.向性运动的处理方法和结果:类别图解相关结果结论遮盖法①直立生长;②向光生长胚芽鞘的感光部位在尖端暗箱法①直立生长;②向光(小孔)生长胚芽鞘具有向光性插入法①向右侧弯曲生长;②直立生长;③向光弯曲生长;④向光弯曲生长生长素只能在尖端进行横向运输;琼脂块具有透水性,云母片具有不透水性移植法①直立生长;②向左侧生长;③④中IAA的含量a=b+c,b>c单侧光使向光侧的生长素向背光侧运输特别提醒:胚芽鞘实验的几点说明(1)产生生长素的部位在尖端,而发生生长及弯曲的部位在尖端以下的伸长区。(2)感受光照的部位在尖端,而且生长素的横向运输只发生在尖端。(3)生长素的产生与尖端是否感受光照无关,即有光、无光都能产生生长素。(4)琼脂不能感光,不影响生长素的运输。而云母片、玻璃片等会阻碍生长素的运输。若已经确定胚芽鞘尖端可以产生生长素,根据胚芽鞘的向光性实验和拜尔实验的比较,你能对胚芽鞘的向光性提出哪些可能的解释?(科学探究)提示:①单侧光使生长素在背光侧分布较多。②单侧光使向光侧的生长素被分解。分析如下实验:甲:锡箔小帽套在胚芽鞘外面,从右侧进行单侧光照;乙:除去芽尖,把含有生长素的琼脂小块放在切面右侧,从右侧进行单侧光照。则甲、乙分别将()A.向上直立生长,不弯曲生长B.向上直立生长,向右侧弯曲生长C.向上直立生长,向左侧弯曲生长D.停止生长,向右侧弯曲生长【解题思维】解答本题需要注意以下关键点:【解析】选C。甲用锡箔小帽套在胚芽鞘外面,没有感光部位,但胚芽鞘尖端能产生生长素,故甲向上直立生长;乙除去了芽尖,不能感光也不能产生生长素,但右侧的琼脂块中的生长素会向下运输,使得右侧生长快于左侧,故向左侧弯曲生长。综上分析可知,选C。【方法规律】“两看法”判断植物“长不长、弯不弯”(2021·徐州高二检测)下列各图是研究植物向光性与生长素之间的关系(注:d图中胚芽鞘的尖端是整体被包被),下列相关说法错误的是 ()A.当探究植物向光性产生的内因时,应设置的实验组为b和c对照B.当探究植物向光性产生的外因时,应设置的实验组为a和c对照C.当探究胚芽鞘感受光刺激的部位时,应设置c和e对照D.上述实验中,所选用的植物胚芽鞘必须是同一物种的胚芽鞘【解析】选C。设计实验探究植物向光性产生的内因时,需遵循对照原则和单一变量原则,单一变量是有无尖端,其他条件相同且适宜,所以可设置的实验组为b和c对照,A正确;设计实验探究植物向光性产生的外因时,需遵循对照原则和单一变量原则,单一变量是有无单侧光,其他条件相同且适宜,所以可设置的实验组为c和a对照,B正确;设计实验探究胚芽鞘感受光刺激的部位时,需遵循对照原则和单一变量原则,单一变量是尖端是否遮光,应设置d和e对照,C错误;设计实验需遵循单一变量原则,所以各实验中所选用的材料必须是同一物种且长势相同的胚芽鞘,D正确。【补偿训练】下面是部分燕麦实验的示意图,分析图中a～f的琼脂块中生长素含量,正确的一组是 ()A.a<b、c=d、e=fB.a>b、c=d、e=fC.a<b、c<d、e=f D.a>b、c=d、e<f【解析】选B。图1中,由于右侧云母片的存在,使得即使胚芽鞘尖端的生长素横向转移至右侧,也无法运输到胚芽鞘下部,而左侧生长素能够正常向下运输,所以a>b。图2中,由于云母片位于尖端中央,所以单侧光无法造成生长素横向运输,因此c=d。图3中,由于没有胚芽鞘尖端,代替的为含生长素的琼脂块,所以生长素不会横向运输,因此e=f。知识点二生长素的产生、运输和分布

1.极性运输:(1)概念:生长素由植物体的形态学上端向形态学下端的运输。(2)特点:只能由形态学上端→形态学下端,不能倒转。(3)影响因素:植物的遗传特性决定,不受单侧光、重力等影响。(4)实验验证:a、b两组相互对比,共同证明生长素只能由形态学上端向形态学下端运输。2.非极性运输:(1)概念:植物体内物质的运输不受形态学上下端的影响。(2)实例:在成熟组织中,生长素可通过输导组织进行非极性运输。特别提醒:生长素在琼脂块中的运输不是主动运输,而是扩散作用。【备课资源】生长素促进细胞生长的“酸生长假说”一些植物生理学家根据生长素对细胞壁的作用提出了“酸生长假说”。该假说认为:生长素能诱导细胞核基因的选择性表达,产生质子泵,并进一步诱导质子泵整合到细胞膜上。细胞膜上的质子泵将H+泵出细胞而进入新生细胞的初生壁,细胞壁因pH降低引起一些酶活性的提高,对酸不稳定的键(氢键等)断裂,导致多糖链被破坏而变得松弛柔软,纤维素微纤丝彼此松开,细胞吸胀,加上膨压作用,细胞就伸长了(如图)。实验证明,质子和其他酸性物质都可以诱导植物细胞伸长,而中性的缓冲液就没有这个效果。综合教材P109【积极思维】,探讨以下问题:(1)验证生长素运输特性的实验中,B组实验能否不改变胚芽鞘形态学上端和形态学下端的方向,而将含生长素的琼脂块和不含生长素的琼脂块颠倒位置?提示:不能。将含生长素的琼脂块和不含生长素的琼脂块颠倒位置,和A组实验比较,多了一个重力的变量。(2)有人提出“生长素的极性运输与重力无关”的观点。请你设计一组对照实验,验证这一观点。提示:实验结果为两组实验的受体琼脂块都有生长素,且含量相等,则该观点正确。如图为研究生长素(IAA)产生部位及运输方向的实验,初始时,琼脂块①～⑥不含IAA。下列对实验结果的表述,正确的是 ()A.①②琼脂块中都有IAA,①>②B.③④琼脂块中都有IAA,③=④C.⑤⑥琼脂块中都有IAA,⑤=⑥D.③④琼脂块中含有的IAA与⑤⑥相等【解题思维】解答本题需要注意以下关键点:【解析】选B。①②琼脂块中都有IAA,虽然有单侧光照射,但由于尖端插的云母片阻止生长素的横向运输,故①=②,A错误;由于琼脂块不能感受光刺激,故③④琼脂块中都有IAA,③=④,B正确;由于生长素只能从形态学上端向下端运输,故⑤⑥琼脂块无生长素,C错误;③④琼脂块中含有IAA,⑤⑥中无生长素,D错误。【审答误区】解答本题时容易犯的错误在于认为单侧光一定能引起生长素分布不均。能感受单侧光刺激的为胚芽鞘的尖端,没有尖端时生长素不会横向运输,故③④琼脂块中IAA量相等,即③=④。生长素极性运输的化学渗透偶联学说的基本观点是:生长素以弱酸的形式经输入载体协同运输(能量由跨膜质子电位提供)进入细胞,在细胞质中生长素主要以离子形式存在并大量积累。离子形式的生长素通过分布于细胞基部的输出载体顺浓度梯度输出细胞,正是由于输出载体在细胞中的极性分布决定了生长素的极性运输。下列叙述错误的是 ()A.植物体内的生长素多为IAA,合成它的原料是色氨酸B.若要研究输出载体在生长素极性运输中的作用,可利用其抑制剂设计实验C.生长素的输入、输出载体都能转运生长素,空间结构相同D.生长素的极性输出载体大多分布在幼嫩组织细胞中【解析】选C。植物体内的生长素是色氨酸经过一系列转化形成的,A正确;若要研究输出载体在生长素极性运输中的作用,可利用其抑制剂设计实验,B正确;生长素的输入、输出载体不同,因此空间结构不同,C错误;生长素的极性输出载体大多分布在幼嫩组织细胞中,成熟组织中可进行非极性运输,D正确。【补偿训练】为探究单侧光是使胚芽鞘尖端的生长素转移还是将生长素分解,某研究性课题小组设计了如图所示实验(图1中的琼脂块一段时间后放置到图2中已去掉尖端的胚芽鞘上)。下列有关说法错误的是 ()A.如果胚芽鞘的长度关系为c<a=b=d,说明单侧光将向光侧生长素分解了B.琼脂块中的生长素能促进胚芽鞘生长,原因是生长素促进了细胞生长C.该实验的自变量是①②③④四组琼脂块中的生长素浓度D.如果胚芽鞘的长度关系为c<a=b<d,说明单侧光将向光侧生长素转移了【解析】选C。如果胚芽鞘的长度关系为c<a=b=d,说明琼脂块中生长素的含量为③<①=②=④,说明单侧光将向光侧生长素分解了,A正确;琼脂块中的生长素能促进胚芽鞘生长,是因为生长素可以促进细胞生长,B正确;该实验的自变量是是否有单侧光,C错误;如果胚芽鞘的长度关系为c<a=b<d,说明琼脂块中生长素的含量为③<①=②<④,说明单侧光将向光侧生长素转移了,D正确。知识点三生长素的生理作用

1.表现:(1)促进作用:细胞分裂、分化和伸长,叶片扩大,顶端优势,种子萌发,单性结实等。(2)抑制作用:侧枝生长,花脱落,叶片衰老等。2.作用特点——两重性,既能促进植物生长,又能抑制植物生长。(1)不同浓度生长素对植物生长影响的曲线分析:a～c段——随生长素浓度升高,对生长的促进作用逐渐增强。c点——促进生长的最适浓度,促进效果最好。c～e段(不含e点)——随生长素浓度升高,对生长的促进作用逐渐减弱。e点——促进生长的浓度“阈值”:低于此值时均为促进生长的“低浓度”;超过此值时,将由“促进”转向“抑制”,从而进入抑制生长的“高浓度”。b、d两点——生长素浓度虽然不同,但促进效果相同。e～f段——随生长素浓度升高,对生长的抑制作用逐渐增强。特别提醒:由于生长素生理作用的两重性,因此存在两种不同浓度的生长素促进效果相同的现象。最适浓度则在此两种浓度之间。(2)不同器官对生长素的敏感程度曲线分析:①对于各种器官,生长素的功能均具有两重性,即在一定浓度范围内促进植物器官生长,浓度过高则抑制植物器官生长。②同一浓度的生长素作用于不同器官,引起的生理功效不同,这是因为不同的器官对生长素的敏感性不同(敏感性大小:根>芽>茎)。(3)不同植物对生长素的敏感程度曲线分析:双子叶植物较单子叶植物敏感,可用较高浓度的生长素类似物,杀死单子叶作物地里的双子叶杂草。(1)生长素浓度超过促进生长的最适浓度时,是否一定会抑制植物的生长?(科学思维)提示:不一定。可能只是促进生长的作用减弱,达到一定浓度时,才会抑制植物的生长。(2)根的向地性和茎的背地性是否都体现了生长素作用的两重性?提示:根的向地性体现了两重性,茎的背地性不体现两重性,分析如下:观察下列两个关于生长素作用的图像,下列说法正确的是 ()A.生长素对Ⅰ、Ⅳ处的生长起促进作用,对Ⅱ、Ⅲ处的生长起抑制作用B.若乙图中Ⅰ处的生长素浓度在甲图的BD段,则Ⅱ处的生长素浓度可能在F点以下C.若乙图中Ⅲ处的生长素浓度在甲图的AB段,则Ⅳ处的生长素浓度可能在EF段D.乙图中Ⅳ处的生长素浓度能促进此处生长是因为促进细胞数量增多而生长【解题思维】解答本题需要关注以下3个关键点:【解析】选B。根据以上分析可知,乙图中生长素对Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ处的生长都起促进作用,A错误;识图分析可知,Ⅰ处生长比Ⅱ处快,且根对生长素敏感性强,Ⅱ处浓度高导致该处生长受到抑制,所以Ⅱ处的生长素浓度可能在F点以下,B正确;根据以上分析可知,Ⅳ处的生长速度大于Ⅲ处的生长速度,若乙图中Ⅲ处的生长素浓度在甲图的AB段,则Ⅳ处的生长素浓度可能在BD段,C错误;生长素的作用是促进细胞体积的纵向延伸,从而促进植物生长,D错误。如图表示不同浓度的生长素对芽生长的作用效应和植物的芽在不同浓度生长素溶液中的生长情况。甲图中的a、b、c、d点所对应的乙图中生长状况,正确的是 ()A.a—①B.b—②C.c—③D.d—④【解析】选C。图中无生长素处理的作为空白对照,a、b点对应的生长素浓度均促进生长,但b点对应的生长素浓度促进生长作用最强,对应①;c点对应的生长素浓度既不促进生长也不抑制生长,对应③;d点对应的生长素浓度抑制生长,对应②。【补偿训练】如图是根据细胞壁松散学说绘制的一定浓度生长素促进植物细胞伸长的原理图,下列叙述错误的是 ()A.生长素与细胞膜上的受体结合过程体现了细胞膜的信息交流功能B.当生长素浓度由低升至最适时,酶X所处环境溶液pH下降C.用单侧光照射胚芽鞘尖端,酶X所处溶液pH向光侧比背光侧低D.被激活的酶X催化纤维素分子间的多糖链断裂,使细胞壁松散后细胞吸水伸长【解析】选C。生长素起调节作用,与细胞膜上的受体结合过程体现了细胞膜的信息交流功能,A正确;当生长素浓度由低升至最适时,H+的运输增加,酶X所处环境溶液pH下降,B正确;用单侧光照射胚芽鞘尖端,酶X所处溶液pH向光侧比背光侧高,C错误;被激活的酶X催化纤维素分子间的多糖链断裂,使细胞壁松散后细胞吸水伸长,D正确。【课堂检测·素养达标】1.生长素是人类发现的第一种植物激素,下列有关生长素的说法,正确的是______。

①幼芽、幼叶和发育中的种子都能产生大量的生长素②植物茎尖的细胞可利用色氨酸合成生长素③同一植株的根和芽生长所需要的最适生长素浓度相同④当植物顶芽比侧芽生长快时会产生顶端优势,其主要原因是侧芽附近的生长素浓度过高,其生长受抑制⑤生长素在根部的极性运输方向为由“根尖端”运往“根近茎端”【解析】选②④⑤。生长素在生物体内含量较少,而不是大量,①错误;在植物细胞中,色氨酸经过一系列变化可以转化成生长素,②正确;同一植株的根和芽生长所需要的最适生长素浓度不同,③错误;产生顶端优势的主要原因是侧芽附近的生长素浓度过高,其生长受抑制,④正确;生长素在根部的极性运输方向为由形态学上端即“根尖端”运往形态学下端即“根近茎端”,⑤正确。2.如图表示燕麦幼苗,在其胚芽鞘尖端下部插一阻碍生长素运输的盖玻片,在幼苗另一侧给予光照,则幼苗尖端生长素的分布和幼苗的生长情况是 ()A.左多右少,向光生长B.左多右少,向背光侧生长C.均匀分布,直立生长D.均匀分布,不生长【解析】选B。生长素在胚芽鞘尖端能发生横向运输,从向光侧移向背光侧,故导致左多右少;由于盖玻片能阻断生长素的极性运输,导致左侧胚芽鞘尖端下面一段生长素相对较少,生长慢,右侧相对较多,生长快,故胚芽鞘向背光侧弯曲生长。3.如图是荷兰学者温特利用燕麦胚芽鞘所做的相关实验。该实验结果不能证明的是 ()A.胚芽鞘顶端能产生影响生长的物质B.影响生长的物质自顶端向下运输C.该物质能促进胚芽鞘的生长D.单侧光使该物质在胚芽鞘内呈不均匀分布【解析】选D。在去掉尖端的左侧放被尖端处理过的琼脂块,胚芽鞘弯向右侧生长,说明胚芽鞘顶端能产生影响生长的物质,A正确;图中胚芽鞘弯向右侧生长,说明胚芽鞘顶端能产生影响生长的物质,且这些物质能自顶端向下运输,B正确;图中胚芽鞘弯向右侧生长,说明胚芽鞘顶端能产生影响生长的物质,且该物质能促进胚芽鞘的生长,C正确;该实验不能证明单侧光对该物质的影响,因为实验中无光照作用,D错误。4.从某被子植物体上提取生长素最理想的材料是 ()A.幼嫩的芽 B.成熟叶片C.果皮 D.成熟种子【解析】选A。生长素的主要合成部位是幼嫩的芽、叶及发育中的种子,由此判定A项符合题意。5.生长素的发现源于人们对植物向光性的研究,众多科学家参与其中并作出重要贡献,下列相关叙述错误的是()A.达尔文提出在单侧光照射下胚芽鞘的尖端会产生某种“影响”B.詹森认为胚芽鞘尖端产生的“影响”可以透过琼脂片传递给下部C.拜尔证明胚芽鞘的弯曲生长是尖端产生的“影响”在下部分布不均匀造成的D.温特提出胚芽鞘尖端产生的“影响”是生长素并证明其化学本质是IAA【解析】选D。达尔文提出在单侧光照射下胚芽鞘的尖端会产生某种“影响”,A正确;詹森认为胚芽鞘尖端产生的“影响”可以透过琼脂片传递给下部,B正确;拜尔证明胚芽鞘的弯曲生长是尖端产生的“影响”在下部分布不均匀造成的,C正确;温特提出胚芽鞘尖端产生的“影响”是生长素,但并没有证明其化学本质是IAA,D错误。6.为了验证植物向光性与植物生长素的关系,有人设计了如下实验方案。(1)方法步骤:取6个小花盆,各栽入一株品种、生长状况相同的玉米幼苗(要求幼苗的真叶未突破胚芽鞘)。按如图所示方法进行实验处理,并编号。接通白炽灯电源24h后,打开纸盒,观察并记录6株玉米幼苗的生长情况。(2)实验结果预测(填编号):在以上装置中,玉米幼苗保持直立生长的是装置______,而玉米幼苗基本停止生长的是装置__________。

(3)部分实验结果的分析与推论:①根据1号与3号装置实验记录的对照分析,可以说明________________________________________________________________________________。

②根据____________号与______________号装置实验记录的对照分析,可以说明玉米幼苗的向光性生长与玉米幼苗尖端的存在与否有关。

③根据__________号与____________号装