《植物生长素的发现》讲义

《植物生长素的发现》讲义植物生长素的发现同学们，咱们现在开始学习高中苏教版选修1第二章生物个体的稳态里面的第四节内容，也就是植物生命活动的调节中的植物生长素的发现。这部分内容可有趣啦，就像探索植物世界里的小秘密一样。一、植物生长现象的疑惑咱们先来说说日常生活中看到的一些植物生长的现象。大家有没有注意到，植物总是朝着有阳光的方向生长呢？比如说，家里养的花，过一段时间你就会发现它歪向窗户那边了，这是为啥呢？这就像植物在跟阳光玩“追逐游戏”一样。其实啊，很久很久以前，科学家们就对这种现象感到特别好奇。他们就在想，植物又没有眼睛，也没有腿，它是怎么知道阳光在哪边，然后朝着阳光生长的呢？这就像是一个神秘的谜题摆在科学家们的面前。我给大家讲一个我自己的观察经历。我在院子里种了一些向日葵。刚开始种的时候，它们还都是小小的苗，长得直直的。可是随着时间的推移，我发现那些向日葵苗开始慢慢朝着太阳的方向歪了。每天早上，太阳从东边出来的时候，向日葵的花盘就朝着东边；到了中午，太阳在头顶上，向日葵的花盘也跟着往上转了一点；到了傍晚，太阳在西边，向日葵的花盘又朝着西边了。我就特别纳闷，这向日葵到底是怎么做到的呢？难道是有什么神奇的力量在指挥着它们吗？二、早期的探索1、达尔文的实验最早对这个问题进行比较系统研究的是达尔文。达尔文可是个特别了不起的科学家，他不光研究动物，对植物也很感兴趣呢。他就想知道植物的向光性到底是怎么回事。于是他做了一系列的实验。达尔文找了一些燕麦的幼苗来做实验。他把这些幼苗分成了几组。第一组呢，他让幼苗正常地生长，有充足的阳光照射。结果这些幼苗就朝着阳光的方向弯曲生长了。第二组，他把幼苗的尖端用一个小帽子给罩住，就像给它戴了个小帽子一样，然后让它在阳光下生长。这时候就奇怪了，这些幼苗虽然也能生长，但是它们就不朝着阳光弯曲了。第三组呢，他把幼苗的尖端去掉，然后放在阳光下，这些幼苗不仅不朝着阳光弯曲，而且生长得还特别慢。这就像是把一个人的脑袋去掉了，人就不能正常活动了一样，植物没有了尖端，好像就失去了朝着阳光生长的能力。从达尔文的这些实验里，他就推测，植物的尖端可能会产生某种影响，这种影响会让植物朝着阳光生长。但是达尔文当时也不知道这种影响到底是什么东西。就好像他发现了宝藏的线索，但是还不知道宝藏到底在哪里。2、詹森的实验后来呢，有个叫詹森的科学家，他在达尔文的研究基础上又做了进一步的实验。詹森想知道，达尔文说的那种影响是不是可以传递呢？他就做了这样一个实验。他用一种叫云母片的东西，把燕麦幼苗的尖端和下面的部分隔开。云母片是一种很薄但是又不容易让东西穿过的材料。他发现，如果把云母片横着插在尖端和下面部分之间，植物就不朝着阳光弯曲了；但是如果把云母片竖着插在尖端和下面部分之间，植物还是会朝着阳光弯曲。这就说明啊，达尔文所说的那种影响可以从尖端传递到下面的部分，但是这种传递是有一定的方向性的，就像我们走路一样，有些路能走得通，有些路就走不通。3、拜尔的实验拜尔也对这个问题很感兴趣。他想知道，植物的弯曲生长是不是和尖端产生的某种物质在下面部分的分布不均匀有关呢？于是他做了这样一个实验。他把燕麦幼苗的尖端切下来，然后把这个尖端放在胚芽鞘的一侧。结果发现，放了尖端的那一侧的细胞生长得比另一侧快，这样就导致了胚芽鞘弯曲生长。这就好像是在一群小朋友里，有一边的小朋友吃了很多营养的东西，长得特别快，另一边的小朋友没吃到，就长得慢，这样整个队伍就歪了。拜尔的这个实验就表明，尖端产生的某种物质在下面部分的分布不均匀会导致植物的弯曲生长。三、生长素的最终发现1、温特的实验经过前面这些科学家的探索，温特出场了。温特想把前面这些实验的结果再进一步确定一下。他做了一个非常有名的实验。温特把燕麦幼苗的尖端切下来，放在琼脂块上。琼脂块是一种可以让物质在里面扩散的东西，就像一块海绵一样。过了一段时间，他把这个琼脂块取下来，放在去掉尖端的燕麦幼苗的一侧。结果呢，这个幼苗就朝着放琼脂块的那一侧弯曲生长了。温特就想啊，这个琼脂块里面肯定是有某种物质，是从幼苗尖端扩散过来的，这种物质可以让植物弯曲生长。他就把这种物质叫做生长素。这就好像是终于找到了打开宝藏的钥匙一样，经过这么多科学家的努力，终于发现了生长素这个神奇的东西。2、生长素的化学本质后来呢，科学家们又经过不断的研究，发现生长素的化学本质是吲哚乙酸（IAA）。这是一种有机酸。它在植物体内的含量虽然很少，但是作用却非常大。就像我们做饭的时候放的盐一样，虽然放得不多，但是没有盐，饭就没味道了。生长素在植物体内也是这样，虽然含量少，但是对植物的生长发育起着至关重要的作用。四、生长素的产生、运输和分布1、产生部位生长素主要是在植物的幼嫩部分产生的，像植物的芽、幼叶和发育中的种子这些地方。比如说，豆芽刚刚长出来的时候，那些幼嫩的部分就在不断地产生生长素呢。这就像一个小工厂一样，这些幼嫩的部位就是生产生长素的小工厂。2、运输方向生长素在植物体内的运输是有方向的。它有两种运输方式，一种是极性运输，另一种是非极性运输。极性运输是指生长素只能从植物的形态学上端运输到形态学下端。就像水只能从高处往低处流一样，生长素在植物体内也是按照这个方向运输的。比如说，在植物的茎里面，生长素就是从茎的顶端向基部运输的。非极性运输呢，就是生长素在植物的韧皮部里面可以进行双向运输。这就像在马路上，有些车只能单向行驶，而有些车可以双向行驶一样。3、分布情况生长素在植物体内的分布是不均匀的。一般来说，在植物生长旺盛的部位，生长素的含量就比较高。比如植物的根尖、茎尖这些地方，生长素的含量就比较多。这就好像是在一个班级里，学习积极性高的同学都集中在前面几排一样，生长素也集中在植物生长比较活跃的部位。五、生长素的生理作用1、促进生长生长素最主要的生理作用就是促进植物的生长。但是这个促进生长可不是随便促进的，它是有一定的特点的。生长素对植物生长的促进作用和生长素的浓度有关系。一般来说，在一定的浓度范围内，生长素的浓度越高，对植物生长的促进作用就越大；但是当生长素的浓度超过了一定的范围之后，就会反过来抑制植物的生长。这就像我们吃饭一样，吃适量的饭能让我们长身体，但是吃太多了就会撑得难受，甚至还会生病。比如说，在植物的根里面，低浓度的生长素能促进根的生长，但是高浓度的生长素就会抑制根的生长。2、促进扦插枝条生根生长素还有一个很有用的功能，就是能促进扦插枝条生根。大家有没有种过花或者树呢？有时候我们会用扦插的方法来繁殖植物。比如说，我们想种一棵月季，我们就可以剪一段月季的枝条，然后把它插在土里。如果我们在扦插之前，把这个枝条的下端在生长素溶液里浸泡一下，这个枝条就会更容易生根。就像给这个枝条打了一针“生根剂”一样，让它更快地长出根来。3、促进果实发育生长素对果实的发育也有促进作用。在植物开花之后，如果没有受精，果实一般是不会发育的。但是如果我们给这个没有受精的花涂上一些生长素，这个果实就会开始发育。这就像是给果实施了魔法一样，即使没有经过正常的受精过程，也能发育起来。不过这种没有受精就发育起来的果实是没有种子的，就像我们吃的无籽西瓜一样，它的培育过程也和生长素有一定的关系呢。六、生长素类似物及其应用1、生长素类似物除了生长素本身之外，科学家们还合成了很多生长素类似物。这些生长素类似物和生长素的作用很相似，但是它们有一些优点。比如说，它们比生长素更稳定，不容易被分解，而且生产成本也比较低。常见的生长素类似物有萘乙酸（NAA）和2,4D等。2、应用（1）防止落花落果在农业生产中，我们经常会遇到落花落果的问题。比如说，果树开花之后，很多花和小果实会掉下来，这就会影响产量。我们就可以用生长素类似物来防止落花落果。就像给果树的花和果实上了一道“保险”一样，让它们不容易掉下来。（2）除草生长素类似物还可以用来除草。大家可能会觉得奇怪，生长素不是促进植物生长的吗，怎么还能除草呢？这是因为不同的植物对生长素类似物的敏感程度不一样。双子叶植物比单子叶植物对生长素类似物更敏感。所以我们可以利用这个特点，用生长素类似物来杀死双子叶杂草，而不会对单子叶的农作物造成太大的影响。就像用一把特殊的“剪刀”，把杂草剪掉，而不会伤到农作物。七、课程重点和难点1、重点（1）植物生长素的发现过程。这是这部分内容的核心，从达尔文的实验到温特的实验，每一个实验都是科学家们探索生长素的重要一步，大家一定要理解每个实验的目的、方法、结果和结论。（2）生长素的生理作用。包括促进生长、促进扦插枝条生根和促进果实发育等，这些作用在农业生产和我们的日常生活中都有很多的应用，所以要重点掌握。（3）生长素类似物的应用。这也是和实际联系很紧密的部分，要知道生长素类似物是怎么防止落花落果和除草的。2、难点（1）生长素的运输方式。极性运输和非极性运输这两种运输方式比较抽象，同学们可能不太容易理解。大家可以想象成不同的交通规则，来帮助自己理解这两种运输方式的特点。（2）生