1、第第 1 1 节节 植物生长素植物生长素 生长素的发现过程 自主梳理 1.植物的向光性：在单侧光的照射下，植物朝向光源方向生长的现象。 2.生长素的发现过程 (1)达尔文父子的实验(19 世纪末) (2)鲍森 詹森实验 (3)拜尔实验 (4)温特实验 (5)生长素化学本质的发现 1934 年，科学家首先从人尿中分离出与生长素作用相同的化学物质吲哚 乙酸(IAA)。 1946 年，科学家从高等植物体内分离出来生长素，并确认它也是 IAA。 进一步研究发现，植物体内具有与 IAA 相同效应的物质还有苯乙酸(PPA)、吲 哚丁酸(IBA)等，它们都属于生长素。 3.对植物向光性的解释 4.植物激素
2、(1)概念：由植物体内产生，能从产生部位运送到作用部位，对植物的生长发育 有显著影响的微量有机物。 (2)举例：生长素、赤霉素、细胞分裂素、乙烯、脱落酸等。 提示 与植物激素的化学本质、功能、名称均相同的人工合成或微生物产生的有 机物不能称为植物激素。如植物体内产生的赤霉素是一种植物激素，而赤霉菌产 生的赤霉素不能称为植物激素。 胚芽鞘产生生长素的部位和感受光刺激的部位都是其尖端。 生长素在胚芽鞘发挥作用的部位是胚芽鞘尖端下面的伸长区。 光只影响生长素的分布而不影响生长素的产生。 生长素是吲哚乙酸、苯乙酸和吲哚丁酸等一类物质的统称，不只是吲哚乙酸。 (1)达尔文通过实验推测胚芽鞘尖端在单侧光照
3、下能产生某种影响传递到尖端下 方，温特通过实验证明了这种影响是一种化学物质() (2)生长素的产生需要光照() 提示：生长素的产生不需要光照，即有光、无光均可产生。 (3)植物的向光生长是因为向光侧生长素浓度高于背光侧() 提示：植物向光生长是因为背光侧生长素浓度高于向光侧。 (4)温特分离并鉴定出生长素的化学本质为吲哚乙酸() 提示：温特只是命名了生长素，并没有分离和鉴定出其化学本质。 素养提升 科学探究探究胚芽鞘的向光性弯曲生长 以下是关于胚芽鞘的 A、B、C、D、E 五组实验，请据图思考下列问题： (1)A 组中的胚芽鞘如何生长？得出什么结论？ 提示：直立生长，向光弯曲生长；说明胚芽鞘的
4、尖端是感光部位。 (2)B 组中的胚芽鞘如何生长？得出什么结论？ 提示： 直立生长， 向光(小孔)弯曲生长； 说明向光性的产生需要单侧光照射。 (3)C 组中的胚芽鞘如何生长？能向光弯曲生长说明了什么？ 提示：向右弯曲生长，直立生长，向光弯曲生长；向光弯曲生长，说明 生长素能透过琼脂块。 (4)D 组中的胚芽鞘如何生长？a、b、c 琼脂块中生长素的含量是什么关系？ 提示：直立生长，向左弯曲生长；生长素的含量：abc。 (5)E 组中的胚芽鞘如何生长？ 提示：直立生长；向光弯曲生长；向小孔弯曲生长。 应用示例 (2021 山东潍坊调研)如图是生长素发现过程中的部分实验示意图，根 据图中信息判断，
5、下列说法错误的是( ) A.实验一证明感受单侧光刺激的是胚芽鞘尖端 B.实验二证明胚芽鞘尖端产生的影响可以透过琼脂片传递给下部 C.实验三证明胚芽鞘的弯曲生长， 是尖端产生的影响在其下部分布不均匀造成的 D.实验四证明造成胚芽鞘弯曲生长的刺激是单侧光照射 答案 D 解析 实验四并没有单侧光刺激， 不能证明造成胚芽鞘弯曲生长的刺激是单侧光 照射，D 错误。 对点小练 (2021 湖北恩施高中月考)下图表示利用燕麦胚芽鞘进行的实验，A、 B处在黑暗环境中， C、 D在右侧给予光照的环境中， 能够向左弯曲生长的是( ) 答案 C 解析 A 处在黑暗环境中，琼脂块不会阻挡生长素向下运输，胚芽鞘直立生长
6、， A 项不符合题意；B 处在黑暗环境中，左侧琼脂块不会阻挡生长素向下运输，但 是右侧玻璃片会阻挡生长素向下运输，胚芽鞘向右弯曲生长，B 项不符合题意； C 没有尖端，即使右侧给予光照也不会感光，而右侧放含生长素的琼脂块，胚芽 鞘尖端下部的右侧生长素浓度高， 胚芽鞘会弯向对侧(左侧)生长， C 项符合题意； D 中玻璃片会阻挡生长素的极性运输，胚芽鞘尖端下部的伸长区没有生长素，所 以胚芽鞘不生长，D 项不符合题意。 联想质疑 在单侧光刺激下，生长素见光跑到背光一侧，胚芽鞘向光弯曲生长。 (1)对温特实验之前的实验结论进行描述时，不能出现“生长素”，只能说“影 响” 。因为当时并不清楚产生的“影
7、响”是生长素。 (2)温特命名“生长素”，但没有分离出生长素，分离出生长素的是后来的科学 家。 (3)生长素的产生不需要光照，即有光、无光均可产生。 (4)琼脂不能感光，不影响生长素的运输和传递。而云母片、玻璃片等会阻碍生 长素的运输。 生长素能够透过琼脂片，却不能够透过云母片。 【助学巧记】 生长素发现实验的 5 个结论 生长素促进生长的原理分析 生长素促进生长的原理为促进细胞的纵向伸长，从而使细胞体积变大，而不是促 进细胞数目的增多。如下图中背光侧之所以长得快，就是因为其背光侧细胞比向 光侧细胞“伸长”得多。 将含有生长素的琼脂块放在去掉尖端的胚芽鞘正中央，给予单侧光照射时，胚芽 鞘为什么
8、直立生长？ 提示：没有尖端，就没有感光部位，生长素就不会因“单侧光”的照射而分布不 均匀，所以胚芽鞘直立生长。 【方法巧记】 “两看法”判断“长不长、弯不弯” 花盆和暗箱都旋转时，只小窗处有光照，幼苗弯向小窗生长。 只花盆旋转时，均匀光照，幼苗直立生长。 茎的背地性和根的向地性 生长素的合成、运输与分布 自主梳理 (1)顶芽合成的生长素通过自由扩散运输到侧芽() (2)幼芽、幼叶和种子都能产生较多的生长素() (3)横向运输发生在尖端，发生效应的部位也在尖端() (4)生长素在根部的极性运输方向为由“根尖端”运往“根近茎端 ”() 应用示例 (2021 河北石家庄调研)下列与生长素的产生、运输
9、和分布相关的叙述， 正确的是( ) A.生长素只能在幼嫩的芽、叶和发育的种子中产生 B.生长素是在核糖体中经氨基酸的脱水缩合形成的 C.生长素在植物体内只能进行极性运输 D.生长素在植物体的各器官中都有分布 答案 D 解析 生长素主要的合成部位是幼嫩的芽、叶和发育中的种子，在这些部位，色 氨酸经过一系列反应可转变成生长素，A、B 错误；在成熟组织中，生长素可通 过输导组织进行非极性运输，C 错误；生长素在植物体的各器官中都有分布，但 相对集中地分布在生长旺盛的部位，D 正确。 素养提升 科学探究评价实验设计和结论 为了检测生长素的运输方向，某生物兴趣小组设计并完成了如下实验： 一段时间后，受体
10、琼脂块中检测到了放射性。根据实验设计及结果，该小组同学 得出了以下结论： 受体琼脂块中带放射性的生长素来自于供体琼脂块；生长 素在胚芽鞘内只能由形态学的上端运输到形态学的下端。 (1)这个实验的设计是否严密？为什么？ 提示：不严密，缺乏对照。 (2)从实验结果到结论之间的逻辑推理是否严谨？为什么？ 提示：得出结论的逻辑推理是严谨的，结论不严谨；根据实验结果，只能得 出生长素在胚芽鞘内可以由形态学的上端运输到形态学的下端； 至于能否从形态 学下端运输到形态学上端还缺乏实验证据。 (3)如果要验证上述结论，应该如何改进实验方案？ 提示：增设一个相互对照组，除了胚芽鞘茎段放置方向不同(如图)外，其他
11、都与 前一组完全相同。 (4)要验证生长素在胚芽鞘内的极性运输与重力无关，应如何设计实验？ 提示：应设置甲、乙两个相互对照组，如下图所示。一段时间后，检测并比较两 组受体琼脂块中放射性强弱。若两组放射性强度基本相同，则可证明生长素在胚 芽鞘内的极性运输与重力无关。 应用示例 如图表示利用胚芽鞘中段和含生长素的琼脂小块(黑色方框)做的一 组实验，过一段时间后测定原先不含生长素的琼脂小块 AD(白色方框)中含有 生长素的是( ) A.琼脂块 A 和 C B.琼脂块 C 和 D C.琼脂块 B 和 C D.琼脂块 B 和 D 答案 C 解析 生长素的极性运输是从形态学上端(2、3)运输到形态学下端(
12、1、4)，所以 B、C 琼脂块中含有生长素。 对点小练 用同位素 14C 标记的吲哚乙酸来处理一根枝条的一端， 然后探测另一 端是否有放射性 14C 的吲哚乙酸存在。如图所示，下列有关处理方法及结果的叙 述正确的是( ) A.处理甲图中的 A 端，在甲图中的 B 端探测不到 14C 的存在 B.处理甲图中的 B 端，在甲图中的 A 端探测到 14C 的存在 C.处理乙图中的 A 端，在乙图中的 B 端探测到 14C 的存在 D.处理乙图中的 B 端，在乙图中的 A 端探测到 14C 的存在 答案 D 解析 生长素只能从形态学上端向形态学下端运输，而不能反过来运输，即甲图 从 A 到 B，所以处
13、理甲图中 A 端，可以在甲图中的 B 端探测到 14C 的存在，A 错误；处理甲图中的 B 端，不能在甲图中的 A 端探测到 14C 的存在，B 错误； 生长素只能从形态学上端向形态学下端运输，而不能反过来运输，即乙图从 B 到 A，处理乙图中 A 端，不能在乙图中的 B 端探测到 14C 的存在，C 错误；处 理乙图中的 B 端，能在乙图中的 A 端探测到 14C 的存在，D 正确。 联想质疑 【拓展】 (1)怎样辨别形态学上端与下端？ 以地面为基准，靠近地面的都是下端，远离地面的都是上端。对根来说，根尖是 形态学上端，对茎来说，茎尖是形态学上端。 植物幼苗 (2)什么是非极性运输？ 非极性
14、运输是与植物形态学方向无明显关系的运输方式， 其方向决定于两端有机 物的浓度差等因素，是通过输导组织进行的被动运输。 【归纳】 (1)极性运输为主动运输，需要消耗能量，需要载体蛋白。 (2)要区分生长素的合成部位和分布部位。生长素合成于分裂比较旺盛的部位， 分布于生长比较快速的部位。 【归纳总结】 (1)重力、光照等因素影响生长素的运输和分布，但与生长素的极性运输无关。 (2)引起生长素在胚芽鞘分布不均匀的因素有：单侧光、重力、含生长素的琼脂 块放在切去尖端的胚芽鞘上的位置， 以及用云母片等材料阻断胚芽鞘一侧生长素 的向下运输等。 注： 太空环境中虽然丧失了“重力”对生长素分布的影响，但“单侧
15、光”的影 响仍存在，且生长素“极性运输”的特性不变。 极性运输、非极性运输及横向运输，均侧重运输“方向” 。主动运输则侧重生 长素“跨膜运输方式” 。 生长素的生理作用 自主梳理 (1)某一浓度的生长素对芽是促进作用，对根一定是抑制作用() 提示：根和芽对生长素的敏感程度不同，但对芽起促进作用的浓度不一定会抑制 根的生长。 (2)生长素不直接参与细胞代谢，但可以给细胞传达一种调节代谢的信息() (3)不同的器官对生长素的敏感程度不同，不同植物的同种器官对生长素的敏感 程度也不一定相同() (4)只有顶芽能够产生生长素，所以顶芽能优先生长而侧芽生长受抑制，此现象 称为顶端优势() 提示：侧芽也可
16、以产生生长素。 (5)某农民种植的向日葵在开花期遇到了连续的阴雨天气，影响了植物的传粉。 为了避免减产，可以喷洒一定浓度的生长素() 提示：生长素能促使子房发育成无子果实，但是向日葵收获的是种子。 应用示例 在农业生产上，生长素类似物经常被作为麦田除草剂，其原理是 ( ) A.高浓度时抑制小麦生长 B.高浓度时抑制杂草生长 C.高浓度时促进杂草生长 D.低浓度时促进杂草衰老 答案 B 解析 生长素的作用受其浓度的影响，低浓度促进生长，高浓度抑制生长，单子 叶小麦的敏感度比双子叶杂草差，因此高浓度生长素可抑制双子叶杂草生长，但 不抑制小麦的生长。 素养提升 科学探究植物生长素的作用特点 甲图表示
17、的是不同器官对生长素的敏感度， 乙图表示的是不同生长素浓度对同一 器官的作用。请据图思考下列问题： (1)根据甲图中的曲线分析三种器官对生长素的敏感度的高低。 提示：根芽茎。 (2)生长素的作用特点可简单地理解成“低浓度促进、 高浓度抑制”， 这里的“高 浓度”和“低浓度”的界限指的是甲图中哪几个点对应的生长素浓度？ 提示：对根、芽和茎而言，“高浓度”和“低浓度”的界限分别是 A、B和 C 对应的生长素浓度。 (3)甲图中 AA的含义是不是随着生长素浓度的增大，对根的抑制作用逐渐增 强？ 提示： 不是， AA的含义是随着生长素浓度的增大， 对根的促进作用逐渐减弱。 (4)根据乙图回答下列问题：
18、 若曲线表示植物的幼苗，其出现向光性时，且测得其向光侧生长素浓度为 m， 则其背光侧生长素浓度范围是多少？ 提示：大于 m 小于 M。 若曲线表示植物的茎，在植物水平放置，表现出茎的背地性时，且测得其茎的 近地侧生长素浓度为 M，则茎的远地侧生长素浓度范围是多少？ 提示：大于 0 小于 m。 若曲线表示植物的根，在植物水平放置，表现出根的向地性时，且测得其根的 远地侧生长素浓度为 m，则近地侧浓度范围是多少？ 提示：大于 i。 应用示例 (2020 中原名校联考)下列四图表示根和茎对生长素浓度的不同反应， 其中正确的是( ) 答案 C 解析 在最适浓度之前，随生长素浓度升高，对根、茎生长的促进
19、作用均增强。 超过最适浓度后，随生长素浓度增加，对根、茎生长的促进作用均下降，达到一 定值后开始抑制生长(虚线以下)，并且根比茎对生长素的浓度更敏感。 对点小练 如图表示生长素浓度对植物生长发育的影响。下列叙述正确的是 ( ) A.体现低浓度生长素的促进作用的是 ac 段 B.体现高浓度生长素的抑制作用的是 cf 段 C.若茎向光侧的生长素浓度为 b 点浓度，则背光侧的生长素浓度在 bd 之间 D.若根生长的最适浓度为 c 点浓度，则芽生长的最适浓度可能为 b 点浓度 答案 C 解析 ae 段代表低浓度生长素的促进作用，A 错误；ef 段代表高浓度生长素的 抑制作用，B 错误；茎的背光侧生长素
20、浓度高于向光侧，且其促进作用也大于向 光侧， 故若向光侧生长素浓度为 b 点浓度， 则背光侧的生长素浓度在 bd 之间， C 正确；与芽相比，根对生长素较敏感，若根生长的最适浓度为 c 点浓度，则芽 生长的最适浓度应大于 c 点的浓度，D 错误。 联想质疑 生长素促进背光侧细胞伸长生长。 (1)顶端优势和根的向地性都体现了生长素具有低浓度促进生长，高浓度抑制生 长的生理作用； 植物的向光性和茎的背地性只体现了生长素对植物生长的促进作 用。 (2)根也有顶端优势现象，即植物的主根优先生长，侧根生长受到抑制。 利用多倍体育种得到的无子西瓜和用生长素类似物处理得到的无子西瓜是否属 于同一类变异？ 提
21、示：不是，利用多倍体育种方式得到的无子西瓜属于可遗传的变异，利用生长 素类似物处理得到的无子西瓜属于不可遗传的变异。 发育中的种子能产生生长素，促进果实发育。例如，西瓜果实发育瘪的部位， 一般切开后会发现种子发育不好或未发育。 顶端优势及其解除。 顶端优势表现比较明显的杉树。 茎的背地性与根的向地性 水平放置的幼苗，会出现茎背地生长和根向地生长的现象，分别称为茎的背地 性和根的向地性。 这是由于重力的作用使生长素在幼根和幼茎中沿着重力的方向 发生了横向运输。 思维导图 晨读必背 1.植物的向光性是由生长素分布不均匀 造成的：单侧光照射后，胚芽鞘背光一 侧的生长素含量多于向光一侧，因而引 起两侧
22、的生长不均匀，从而造成向光弯 曲。 2.由植物体内产生，能从产生部位运送 到作用部位，对植物的生长发育有显著 影响的微量有机物，叫作植物激素。 3.生长素主要的合成部位是芽、幼嫩的 叶和发育中的种子。在这些部位，色氨 酸经过一系列反应可转变成生长素。 4.在胚芽鞘、芽、幼叶和幼根中，生长 素只能从形态学上端运输到形态学下 端，而不能反过来运输，也就是只能单 方向运输，称为极性运输。极性运输是 一种主动运输。 5.在植物体内，生长素在细胞水平上起 着促进细胞伸长生长、诱导细胞分化等 作用； 在器官水平上则影响器官的生长、 发育，如促进侧根和不定根发生，影响 花、叶和果实发育等。 6.一般情况下，
23、生长素在浓度较低时促 进生长，在浓度过高时则会抑制生长。 随堂检测 1.(2021 河北承德期末)1926 年，温特做了以下实验：首先把切下的燕麦胚芽鞘尖 端放在琼脂块上，几小时后，移去胚芽鞘尖端，将琼脂切成小块；再将处理过的 琼脂块放在切去尖端的胚芽鞘的一侧， 结果胚芽鞘会朝放置琼脂块的对侧弯曲生 长。该实验结果不能直接证明( ) A.胚芽鞘尖端能产生影响生长的物质 B.影响生长的物质自尖端向下运输 C.该物质能促进胚芽鞘的生长 D.单侧光刺激使该物质在胚芽鞘内不均匀分布 答案 D 解析 该实验的结果是胚芽鞘朝放置琼脂块的对侧弯曲生长， 说明胚芽鞘的尖端 能产生影响生长的物质，该物质能促进胚
24、芽鞘的生长，且由尖端向下运输，A、 B、C 正确；由实验过程可知，这种影响生长的物质来自胚芽鞘尖端，本实验中 并未提及单侧光影响其分布，D 错误。 2.(2021 黑龙江大庆实验中学)如下图所示，a、b、c 为对胚芽鞘进行不同处理的 实验，d 为一植株被纸盒罩住，纸盒的一侧开口，有单侧光照。下列对实验结果 的描述，正确的是( ) A.图 a、b 中胚芽鞘向光弯曲生长，图 c 中胚芽鞘背光弯曲生长 B.图 a 中胚芽鞘直立生长，图 b、c 中胚芽鞘向光弯曲生长 C.图 d 中如果固定植株，旋转纸盒，一段时间后，植物向左弯曲生长 D.图 d 中如果将纸盒和植株一起旋转，则植株向纸盒开口方向弯曲生长
25、 答案 D 解析 图 a 中胚芽鞘尖端的生长素无法透过玻璃片，因此接受单侧光照后，并没 有出现生长素的横向运输，胚芽鞘尖端以下的向光侧和背光侧生长素浓度相等， 因而表现为直立生长； 图 b 中胚芽鞘的尖端接受单侧光后， 生长素出现横向运输， 并可透过琼脂片向下运输， 最终使尖端以下部位的向光侧生长素浓度小于背光侧， 胚芽鞘向光弯曲生长；图 c 中没有胚芽鞘尖端，单侧光照射对生长素的运输没有 影响，琼脂块中的生长素向下运输，使向光侧生长素浓度大于背光侧，最终出现 胚芽鞘背光弯曲生长，A、B 错误；图 d 中如果固定植株，旋转纸盒，则只有植 物的右侧能接受单侧光，最终向右弯曲生长，C 错误；图 d
26、 中将纸盒和植株一起 旋转， 则植物只有纸盒开口的一侧能接受单侧光，从而出现植物向纸盒开口方向 弯曲生长的现象，D 正确。 3.(2021 山东日照调研)植物体内的生长素主要是通过韧皮部运输的。实验证明， 生长素的运输速率与韧皮部细胞的呼吸速率呈正相关，这一事实不能说明的是 ( ) A.生长素的运输是主动运输 B.生长素的运输需要消耗 ATP C.细胞内氧气供应充足时，生长素的运输速率相对较大 D.生长素的运输是极性运输 答案 D 解析 由题干所给的信息判断，生长素在韧皮部的运输需要细胞呼吸提供能量， 因此，生长素的运输是主动运输，需要消耗能量。细胞内氧气供应充足时，能量 供应充足，生长素运输
27、速率相对较大。而极性运输则是指生长素只能从形态学上 端向形态学下端运输，由题干信息不能得出生长素的运输是极性运输的结论。 4.(2021 河南名校联盟)下图是不同浓度生长素对根和芽生长的生理作用。下列说 法正确的是( ) A.图中代表的是芽，代表的是根 B.图中不能体现生长素低浓度促进生长，高浓度抑制生长 C.cd 段表示生长素对生长的促进作用逐渐减弱 D.图中 c 点对应的浓度是促进生长的最适浓度 答案 C 解析 由于根对生长素的敏感度高于芽，故曲线表示的是根，曲线表示的是 芽，A 错误；对于根而言，生长素浓度小于 c 时表现为促进生长，大于 c 时表现 为抑制生长；对于芽而言，生长素浓度小于 d 时表现为促进生长，大于 d 时表现 为抑制生长，B 错误；cd 段表示生长素对芽的促进作用逐渐减弱，C 正确；c 点对应的浓度对的生长既不促进，也不抑制，D 错误。
