【本讲教育信息】
一. 教学内容：
植物激素调节
二. 教学重点：
（1）生长素的发现过程
（2）生长素的生理作用
（3）其他植物激素的种类和作用
三. 教学难点：
（1）生长素的产生、运输和分布
（2）科学实验设计的严谨性分析
（3）植物生长调节剂的应用四. 具体内容
植物激素调节
一. 生长素发现
1. 研究植物向光性的一组实验
（1）1880年，达尔文的向光性实验：如下图所示。
达尔文的实验结果是：感受光刺激的部位是胚芽鞘的尖端，弯曲的部位是在胚芽鞘尖端下面一段。达尔文对此所作的推测是：胚芽鞘的尖端可能会产生某种物质，这种物质在单侧光的照射下，对胚芽鞘下面的部分生长产生某种影响。
（2）詹森的实验：尖端产生的刺激可以通过琼脂片传递给下部
（3）拜尔的实验：弯曲生长是因为尖端产生的刺激在其下部分布不均匀造成的。
（4）1928年，温特的实验：如下图所示
温特的结论：胚芽鞘的尖端确实产生了某种物质，这种物质从尖端运输到下部，并且能够促进胚芽鞘下面某些部分的生长。对照实验：缺乏空白琼脂放于胚芽鞘一侧。
（5）1934年郭葛的实验：荷兰科学家郭葛等人分离出了这种物质，经过鉴定，确定它是吲哚乙酸。具有促进植物生长的功能，故被称为生长素。
2. 植物向光性的成因：① 胚芽鞘尖端能产生生长素；② 单侧光能改变生长素的分布。由于生长素受单侧光的影响，运输到尖端下部的背光一侧较多，而向光一侧较少，所以背光一侧长得快，向光一侧长得慢，胚芽鞘就会弯向光源方向生长。
IAA的产生与光无关，单侧光与IAA的不均匀分布有关。
3. 生长素的产生、分布和运输
（1）主要产生部位：叶原基、嫩叶和发育着的种子等，均为幼嫩且生长旺盛的部位。根尖和成熟叶片合成生长素极少。
（2）分布：较广泛。大多集中在生长旺盛的部位（如胚芽鞘、芽、根尖、形成层、受精后的子房和幼嫩的种子等），而在趋向衰老的组织和器官中含量极少。
（3）运输：
① 运输方向：
a. 极性运输：
两组实验可推出，生长素只能从形态学上端向下端运输，而不能倒过来运输，即极性运输。
b. 非极性运输：成熟组织韧皮部
c. 横向运输：
单侧光及地心引力等刺激，也可引起生长素从向光侧到背光侧及从远地侧到近地侧的横向运输，如图所示：
①②为极性运输，③④为横向运输
水平放置植物的生长素运输
注：由于胚芽鞘的感光部位在尖端，当去除尖端后，将失去接受光刺激的能力，此时即使给予单侧光，也不会再发生生长素由向光侧到背光侧的横向运输。
② 运输方式：主动运输
③ 运输部位：在胚芽鞘中生长素通过薄壁组织运输，而在茎中是通过韧皮部运输的。
二. 生长素的生理作用
1. 促进植物的生长。主要促进细胞纵向伸长
（1）实例：植物的向光性生长
（2）原理：
促进生长的原理：促进RNA和蛋白质合成
2. 生长素的作用特点。
（1）作用特点：具有两重性。即生长素即能促进植物生长，也能抑制植物生长；既能促进发芽，也能抑制发芽，既能防止落花落果，也能疏花疏果。此特点可用下图表示：
（2）两重性的相关因素：
① 生长素浓度：一般来说，低浓度的生长素可以促进植物生长，而高浓度的生长素则抑制植物生长，甚至杀死植物。
② 植物器官种类：同一株植物的不同器官对生长素浓度反应不一样。适宜生长浓度顺序是茎>芽>根。（见下图）
（3）体现生长素作用特点的实例
① 顶端优势
定义：植物的顶芽优先生长而侧芽受到抑制的现象。
原因：顶芽产生的生长素向下运输，大量地积累在侧芽部位，使侧芽的生长受到抑制的缘故。
注：距离顶芽越近的侧芽抑制越显著（注意：大小比较）。
② 植物向重力性
（4）生长素促进生长与其浓度的关系
生长素可通过促进细胞的伸长生长来促进植物生长，但其作用具有两重性，即低浓度促进生长，高浓度则抑制生长。
这里的“低浓度”与“高浓度”是相对的，具体数值随植物种类及同一植物的器官不同而不同，如双子叶植物对生长素的敏感性强于单子叶植物，而同一植物体中，根、芽、茎对生长素的敏感性依次减小，即茎的敏感性最差。
不同植物及同一植物不同器官均有一促进生长的浓度“阈值”，在此阈值之前均为促进生长的“低浓度”，只有超过阈值后，才会“抑制生长”，这时的浓度才成为抑制生长的“高浓度”。如图所示：
① 当生长素浓度小于i时均为“低浓度”，高于i时才会抑制植物生长，成为“高浓度”。
② 曲线中的OH段表明：随生长素浓度增高，促进生长作用增强。
③ 曲线HC段表明：随生长素浓度增高，促进生长作用减弱（但仍为促进生长）。
④ H点表示促进生长的最适宜生长素浓度为g。
⑤ C点表示促进生长的“阈值”，即大于C所处的生长素浓度，将会使生长受抑制，此即所谓的“高浓度”。
三. 生长素在农业生产中的应用
1. 生长素类似物在生产中的作用。
（1）顶端优势的应用。
果树和某些农作物的生产上，通过打顶摘心，破坏顶端优势，以达到增产的目的。盆景、花卉的栽培上，通过打顶摘心，破坏顶端优势，使侧芽萌发形成枝条，再对新生的枝条加以取舍，就可以造成一定形状的树冠。木材生产上，要保护好顶芽，充分利用顶端优势。
（2）培育无子果实。（不可遗传）
利用一定浓度的人工合成的生长素溶液处理未授粉的花蕾，可以获得无子果实，提高果实的质量和产量。（无子蕃茄、无子黄瓜）但无子西瓜的培育是利用染色体变异的原理。
正常情况下，植物的果实发育过程可简要总结为：
如果切断生长素的自然来源（不让其受粉或除去正在发育着的种子），果实因缺乏生长素而停止发育，甚至引起果实早期脱落。在没有授粉的雌蕊柱头上涂上一定浓度的生长素溶液，子房正常发育为果实，因为没有受精，果实内没有种子，据此原理可应用生长素或其类似物培育“无子果实”。以上事实充分证明，生长素是果实正常发育必需的，自然情况下，果实发育所需生长素是由发育着的种子合成提供的。
（3）提高扦插的成活率。
用一定浓度的人工合成的生长素溶液处理不易生根的枝条，可以促进枝条多生根，提高扦插的成活率。
（4）防止落花落果。用高浓度生长素类似物进行疏花疏果后，可以使存在的花芽成为代谢中心，营养供给充足，防止落花落果。
2. 应用需要注意的问题。
使用植物激素，要注意应用的剂量与方法，作物的生长发育时期以及处理的时间。
（1）用生长素除杂草
（2）促进生长与促进扦插枝条生根，生长素的这两项功能不能混为一谈。
促进扦插枝条生根是指刺激枝条的一端生出许多不定根来（细胞分裂），而不只是刺激不定根的生长（细胞生长）。
（3）无子果实中的无子番茄和无子西瓜的培育原理不同。前者是根据生长素促进果实发育的原理。在未受粉的前提下，用生长素处理幼嫩子房，从而发育成无子番茄；后者用多倍体育种的方法获得三倍体植株，因不能形成正常生殖细胞而无法结实的前提下，用二倍体植株的花粉刺激三倍体植株的幼嫩子房，从而结出无子西瓜。
（4）植物生长调节剂
四. 植物激素的种类和比较
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内容比较 激素名称 |
主要合成部位 |
分布 |
生理作用 |
联系 |
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生长素 |
幼嫩的芽、叶、发育中的种子 |
在植物各器官中都有分布，但相对集中地分布在生长旺盛的部位，如胚芽鞘、芽和根的顶端分生组织、形成层、发育中的种子、果实等 |
具两重性： 既能促进生长，也能抑制生长，既能促进发芽，也能抑制发芽，既能促进果实发育防止落花落果，也能疏花疏果 |
在植物生长发育的过程中，任何一种生理活动都不是单一激素控制的，而是各种激素相互作用的结果。如脱落酸强烈地抑制生长，并使衰老的过程加速，但是这些作用又会被细胞分裂素解除 |
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赤霉素 |
生长中的种子和果实、幼叶、幼根和幼芽 |
较多存在于植株生长旺盛的部位，如茎端、嫩叶、根尖、果实和种子 |
调节细胞的伸长、促进蛋白质和RNA的合成，从而促进茎的伸长、抽薹、叶片扩大、促进种子发芽、打破休眠及促进果实生长 |
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细胞分裂素 |
主要是根尖、生长中的种子和果实 |
主要分布于进行细胞分裂的部位， 如茎尖、根尖、未成熟的种子、萌发的种子、生长着的果实 |
促进细胞分裂和组织分化，诱导芽的分化，促进侧芽生长，抑制不定根和侧根形成，延缓叶片的衰老等 |
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乙烯 |
成熟中的果实、衰老中的组织、茎节 |
各器官都存在 |
促进细胞扩大（横向生长），促进果实成熟，促进器官脱落等 |
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脱落酸 |
根冠、老叶、茎 |
各器官、组织中都有，将要脱落或休眠的器官和组织中较多，逆境条件下会增多 |
抑制核酸和蛋白质的合成，表现为促进叶、花、果的脱落，促进果实成熟，抑制细胞分裂，抑制种子发芽（延长休眠期），抑制植株生长等 |
生长素与其他植物激素协调共同促进植物生长
【典型例题】
1.
下图4个实验中燕麦胚芽鞘能继续伸长生长的是（ ）
解析：该题主要考查生长素的产生、分布、生理作用及其影响因素。选项A在胚芽鞘尖端套上锡纸帽，只影响A感受单侧光，而不影响其产生生长素，因此，A能继续生长。将B的胚芽鞘尖端拿掉，再放上一片琼脂片，这样，胚芽鞘尖端的生长素不能向下运输，琼脂中也不含生长素，B将因缺乏生长素而不能继续生长。选项C的胚芽鞘尖端产生的生长素通过琼脂向下运输，因此，C能继续生长。D项的盖玻片能阻止生长素向下运输，因此，它也停止生长。
答案：AC
2. 用燕麦幼苗作实验材料，在黑暗环境中分别进行以下两项实验：
（1）将被切下来的胚芽鞘顶端C水平放置，分别取两个琼脂块A和B，紧贴在胚芽鞘顶端C的切面上。几小时后，将琼脂块取下，分别放在已切去顶端的胚芽鞘D及胚根E 上（已知胚根比胚芽对生长素的浓度更敏感）。实验装置如下图所示：
再经过数小时后，胚芽鞘D的生长方向是_____________，原因是______________；胚根E的生长方向是______________，原因是____________________________。
（2）将附有琼脂块X和Y的胚芽鞘顶端放在旋转器上，如下图所示。在旋转器以适宜的速度旋转数小时后，将琼脂块X和Y取下，分别放在已除去顶端的胚芽鞘G上。
经数小时后，胚芽鞘G的生长方向是_______________，原因_____________________。
解析：此题是关于生长素的运输、生理作用及其作用的二重性方面的综合练习。题目有一定的难度，考查学生综合运用知识，分析问题、解决问题的能力。
胚芽鞘的尖端产生的生长素向下运输，促进细胞的生长。在一定的范围内（低浓度），随着生长素浓度的升高，生长素的促进作用加强，但生长素浓度超过一事实上的范围（浓度过高），生长素抑制细胞的生长、这就是生长素作用的二重性。植物不同器官对生长素浓度的敏感性不同，胚根比胚芽对生长素的浓度更敏感，促进胚芽生长的生长素浓度，对于胚根来说已经过高，因此，抑制胚根的生长。重力作用可使胚芽鞘向地一侧生长素浓度高。
答案：（1）向左弯曲 琼脂块B中含生长素多，胚芽鞘的右侧由于生长素含量多而比右侧生长得快 向右弯曲 琼脂块B中含生长素多，因此，胚根右侧生长素含量也多，从而抑制了胚根右侧细胞的生长
（2）不弯曲 琼脂块X、Y所含生长素量相同，胚芽鞘G中的生长素分布均匀
3. 从一株常绿植物母体上选取相似的四段枝条作处理后进行扦插（如图所示），扦插后生长和管理条件相同。从理论上分析下列枝条中最容易成活的是（ ）
解析：扦插时应选用带芽、去掉叶的枝条。这是因为：一是芽能产生生长素，生长素具有促进扦插枝条生根的作用；二是叶的蒸腾作用会散失大量水分，使枝条中缺水，不利于生根；三是无叶有芽的枝条，茎中的养分可供给新根生长用。考查生长素促进扦插枝条生根与蒸腾作用的关系。
答案：A
4. 下图表示植物生长素与植物生长的促进作用的关系，据图回答下列问题：
（1）曲线OH段说明___________________。
（2）曲线HB段说明___________________。
（3）曲线上C点表示___________________。
（4）若某植物顶芽的生长素浓度为g时，产生顶端优势现象的侧芽生长素浓度是图中曲线的____________________区间。
（5）若用燕麦幼苗做向光性实验，并测得幼苗胚芽鞘尖端向光一侧与背光一侧生长素含量之比为1：2，则根据图示推测燕麦幼苗胚芽鞘尖端背光一侧的生长素浓度范围是___________。
解析：（1）生长素对植物生长的作用具有两重性，即生长素浓度在O 点～C点的范围内是促进生长的，而在C点以后的范围内是抑制生长的。只不过在OH段的范围内随生长素浓度升高，促进生长作用增强，而在HC段的范围内随着生长素浓度的升高，促进生长作用的速率减慢；在O点和C点时的浓度对生长无影响，既不促进，也不抑制。
（2）在促进生长范围内，①当背光侧生长素浓度=
答案：（1）随生长素浓度增高，促进生长作用增强
（2）随生长素浓度增高，促进生长作用减弱
（3）此浓度的生长素既不促进生长，也不抑制生长
（4）HC （5）小于
5.（2001年高考广东、上海卷）温室栽培的茄果类蔬菜，因花粉发育不良，影响传粉受精，如果要保证产量，可采用的补救方法是（ ）
A. 喷洒N肥 B. 提高CO2浓度
C. 喷洒P肥 D. 喷洒生长素类似物
解析：本题主要考查生长素促进果实发育。幼嫩种子具有生长素。可促进子房发育成果实。若花粉发育不良，影响传粉受精，应导致种子难以形成，由于缺乏幼嫩种子产生的生长素，果实也不能发育成熟。因此补救措施就是喷洒生长素类似物来促进子房发育成果实，保证茄果类蔬菜的产量不受影响。
答案：D
6. 向日葵和番茄都能产生果实和种子，我们平时吃的“瓜子”是向日葵的果实，“瓜子皮”是果皮，“瓜子仁”是种子。在上述两种植物开花期间，遇到连续的阴雨天，影响了植物的传粉。管理人员及时喷洒一定浓度的生长素，下列对采取这一措施产生结果的叙述中，正确的是（ ）
A. 两种植物都能形成无籽果实，产量未受影响
B. 番茄形成无籽果实，产量未受影响；向日葵形成无籽果实，产量下降
C. 两种植物都能形成无籽果实，产量下降
D. 番茄形成无籽果实，产量上升；向日葵不形成无籽果实
解析：分析题干，结合实际，明确西红柿的产量要看收获果实的多少，而瓜子的产量是看收获的种子的多少；影响传粉实际影响了种子的形成；喷洒生长素可以促进果实的发育；所以最后收获的西红柿果实是无籽果实，而收获的瓜子大多空瘪粒，产量减低。
答案：B
【模拟试题】（答题时间：60分钟）
1. 在方形暗箱内罩有放1盆幼苗，暗箱一侧开一小窗口，固定光源的光可从窗口射入。把暗箱放在旋转器上水平旋转（暗箱能转动花盆不动），保持每15min匀速1周。1星期后幼苗生长状况为（ ）
2. 生物兴趣小组的同学对某品种番茄的花进行人工去雄后，用不同浓度的生长素类似物2，4—D涂抹子房，得到的无籽番茄果实平均重量见下表。据表得出的正确结论是（ ）
|
2，4—D浓度（
mg／L） |
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
|
无籽番茄平均重量（g／个） |
0 |
13.5 |
26.2 |
46.5 |
53.6 |
53.7 |
43.0 |
30.2 |
A. 2，4—D浓度超过25
mg／L，对果实的发育起抑制作用
B. 2，4—D与生长素的作用效果相同
C. 2，4—D可以促进扦插枝条生根
D.
2，4—D诱导无籽番茄的最适浓度范围为20—25 mg／L
3.
侧芽所含生长素的浓度高于顶芽，但是顶芽产生的生长素仍大量集存于侧芽部位，这是因为生长素的运输方式属于（ ）
A.
自由扩散 B. 协助扩散 C.
主动运输 D. 渗透作用
4.
下列各项中，激素和维生素共同具有的特性是（ ）
A. 都从食物中摄取 B.
都是蛋白质
C. 需要量很小，作用很大 D.
都是由体内细胞产生的
5. 黄瓜是雌雄同株异花植物。某兴趣小组将生物园里的二倍体黄瓜的雌花分为四组，处理方法如下表，其中最可能获得二倍体无子黄瓜的处理组是（ ）
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组别 |
甲 |
乙 |
丙 |
丁 |
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开花前是否套上纸袋 |
不套袋 |
不套袋 |
套上纸袋 |
套上纸袋 |
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开花后用适宜浓度的溶液处理柱头 |
不处理 |
用生长素处理 |
用生长素处理 |
用秋水仙素处理 |
A. 乙组 B. 丙组 C. 乙组和丙组 D. 丙组和丁组
6. 下图表示根和茎对生长素浓度的不同反应，其中正确的是（ ）
7. 把栽有小麦幼苗的小花盆放在图所示的装置中，装置按图方向做匀速圆周运动，则一段时间后，整个小麦幼苗的形状在图示的位置为（ ）
8. 关于植物向光性原因的研究由来已久，请根据下列事实回答有关问题：
（1）20世纪20年代就有科学家认为，生长素（IAA）在向光和背光两侧分布不均是造成向光性的原因。那么，这种分布不均，是由于单侧光破坏了向光侧的IAA造成的，还是IAA在向光和背光两侧重新分配造成的呢？有人做了如图所示的几个实验：
在甲、乙、丙、丁四个实验中，____________________可以用来说明单侧光并不会破坏向光侧的IAA；_________________________可以用来说明单侧光引起IAA的侧向再分配。由此可以形成推论：植物向光性的产生是由于________________________________。
（2）20世纪80年代以来，一些科学家在研究植物向光性的问题上又获得了新的进展。他们用更精密的方法测定了几种植物向光性器官的向光一侧和背光一侧IAA的含量，发现两者几乎没有差别。同时，他们还发现这几种植物向光性器官向光一侧的“某些物质”浓度明显高于背光一侧。根据上述两个事实可以得出新的推论：某些植物的向光性是由于向光一侧的“某些物质”具有____________________________ 的作用而造成的。
9. 将植物横放，测量根和茎生长素浓度与其生长状况的关系如图所示。则曲线上P点最可能对应于乙图中的位置是（ ）
A. a B. b C. c D. d
10. 下列关于顶端优势的叙述中错误的是（ ）
A. 顶芽生长衰弱、促进侧芽生长
B. 除去顶芽，侧芽生长被抑制
C. 顶芽优先生长时，侧芽生长受抑制
D. 切除顶芽，切口涂以高浓度生长素，侧芽生长抑制
11. 关于植物生长素，达尔文、温特等科学家相继进行了长期的具体研究。某同学对植物生长素非常有研究兴趣，设计了如下的两个实验。
（1）实验一
实验假设：如果胚芽鞘的尖端能产生生长素，则能影响胚芽鞘下端的生长。
实验材料：小麦胚芽鞘、刀片、琼脂薄片若干
实验设计：见实验设计示意图（一）
实验结论：上述实验假设成立。
有同学认为实验设计示意图（一）不完善，缺少的是________________。
（2）实验二
实验假设：如果单侧光引起生长素在小麦胚芽鞘的背光一侧比向光一侧分布多，则小麦胚芽鞘向光弯曲。
实验材料：同实验一（小麦胚芽鞘、刀片、琼脂薄片若干，不增加其他材料器具）。
实验设计：在上述示意图（一）改进(未在示意图（二）中画出改进)后的基础上进行单侧光照射，实验设计及其实验预测结果见图（二）。
实验结论：实验假设成立。
有同学认为实验设计示意图（二）中的实验结果预测是错误的，你认为正确的现象应该是_______________。
还有同学认为实验设计示意图（二）并不能得出实验结论，他画了实验设计示意图（三）中的一部分，请你将示意图（三）补充完整：在甲方框中画出与胚芽鞘尖端有关的图，在乙方框中画出实验结果预测图。
【试题答案】
1—7 CDCCBCB
8.（1）甲与丙；乙与丁；背光侧IAA多于向光侧（或IAA在向光和背光两侧分布不均） （2）抑制生长
9. D 10. B
11.（1）对照组；把没有接触过胚芽鞘尖端的琼脂小块放在去尖端的胚芽鞘的切面上
（2）去尖端的胚芽鞘不向光弯曲（或去尖端的胚芽鞘向左弯曲）；生长素不会向背光一侧转移（或感受光刺激的部位是胚芽鞘的尖端）；见答图。
甲图：琼脂两小块分开，各标字母A、B，左（或右）侧光照尖端。
乙图：琼脂块各标字母A、B，去尖端的胚芽鞘：向左（或右）弯曲、放A块的比放B块的弯一些。
（3）①、④