生长素发现史、极性运输、两重性曲线、向光性与顶端优势、五大激素分工、生长素类似物应用——把"谁产生、往哪运、什么浓度干什么"理顺,实验题曲线题一眼看穿。
四个经典实验层层递进,把"尖端 → 影响 → 化学物质 → IAA"一步步坐实。这是实验分析题的母题,必须能复述每步的处理、现象、结论。
| 科学家 | 处理 | 现象 | 结论(新增了什么) |
|---|---|---|---|
| 达尔文 (1880) | 胚芽鞘受单侧光;分别切除尖端、用不透光罩罩住尖端 / 罩住尖端以下 | 有尖端且尖端见光才向光弯;去尖端或罩住尖端则不弯 | 感受光刺激的部位是尖端;弯曲发生在尖端下面;尖端会向下部传递某种"影响" |
| 詹森 (1910) | 尖端与下部之间插入琼脂块 | 仍能向光弯曲 | 尖端产生的"影响"可以透过琼脂传给下部(是可扩散的化学物质,不是电信号) |
| 拜尔 (1914) | 黑暗中,把尖端切下移放到切口一侧 | 胚芽鞘向对侧弯曲(尖端偏哪侧,哪侧长得快) | "影响"在下部分布不均造成弯曲;无需光也能弯 → 弯曲源于化学物质分布不均 |
| 温特 (1928) | 把尖端放琼脂块上一段时间,再把这块琼脂放到去尖端胚芽鞘一侧(设空白琼脂对照) | 放琼脂侧的胚芽鞘向对侧弯曲;空白琼脂不弯 | 证明尖端确实产生一种促进生长的化学物质,并命名为生长素(auxin) |
后来(1934 年郭葛等)从植物中分离,确定生长素的化学本质是吲哚乙酸(IAA)。此外植物体内色氨酸可经一系列反应转变成生长素。
⚠ 达尔文只说"影响",没证明是化学物质;詹森证明能透过琼脂(可扩散);拜尔证明是分布不均致弯;温特才证明是化学物质并命名。四步各证一层,别张冠李戴——这是最高频的选择题陷阱。
点"下一步"逐个走完四位科学家,每步看装置示意、现象与结论。体会"证据链"如何一步步逼近生长素。
主要在幼嫩的部位:胚芽鞘尖端、芽、幼叶、发育中的种子。合成前体是色氨酸。
▸ 极性运输:只能从形态学上端 → 形态学下端单方向运输,不能倒过来。是主动运输,需要载体、消耗能量(ATP),与重力方向无关(倒插也照样上端→下端)。发生在成熟组织的韧皮部薄壁细胞及分生区细胞间。
▸ 横向运输:只发生在尖端(分生区),受单侧光或重力刺激时,生长素由向光侧运向背光侧、由远地侧运向近地侧,造成两侧分布不均。
▸ 在成熟部位还可通过韧皮部非极性地随物质流运输。
相对集中在生长旺盛的部位:胚芽鞘、芽、根的尖端分生组织,形成层,发育中的种子和果实。
⚠ 极性运输是主动运输(耗能、需载体),缺氧或呼吸抑制剂会阻碍它。别答成自由扩散。横向运输只在尖端,离开尖端后就只剩极性运输(纵向)。
生长素的作用与浓度有关:低浓度促进生长,高浓度抑制生长(甚至更高会杀死植物)。这就是"两重性"。同一浓度对不同器官效果不同,是解释一切向性现象的钥匙。
拖滑块改变生长素浓度,看根、芽、茎三条曲线的促进/抑制。零线以上=促进,以下=抑制。每条曲线的顶点是该器官的最适浓度。
| 现象 | 生长素分布 | 两侧生长 | 结果 / 关键判断 |
|---|---|---|---|
| 向光性(茎、胚芽鞘) | 单侧光使生长素运向背光侧,背光侧浓度高 | 茎对高浓度仍表现促进 → 背光侧长得快 | 向光源弯曲(茎不敏感,高浓度=更快) |
| 顶端优势 | 顶芽产生生长素向下运,积累在侧芽处浓度高 | 侧芽对高浓度敏感 → 被抑制;顶芽自身浓度低被促进 | 顶芽优先生长、侧芽受抑;去顶芽侧芽浓度降 → 解除抑制而生长 |
| 根的向地性 / 茎的背地性 | 重力使生长素运向近地侧,近地侧浓度高 | 根敏感:近地侧高浓度被抑制→ 远地侧长得快 → 根向下弯; 茎不敏感:近地侧高浓度仍促进→ 近地侧长得快 → 茎向上弯 | 同一"近地侧高浓度",在根被抑制、在茎被促进,导致根向地、茎背地——两重性最漂亮的统一解释 |
⚠ 顶端优势的原因是"侧芽处生长素浓度过高被抑制",不是顶芽把养料抢光(养料是次要说法,主流用生长素浓度解释)。太空失重时无重力横向运输 → 根不再向地。
开单侧光 → 生长素在尖端横向运向背光侧 → 背光侧浓度高、细胞伸长快 → 胚芽鞘向光源弯曲。可切换光源方向。
点"去顶芽",观察顶芽处生长素来源消失、侧芽处浓度下降、侧芽被解除抑制而萌发生长。
| 激素 | 主要产生部位 | 主要作用 |
|---|---|---|
| 生长素(IAA) | 幼嫩尖端、芽、幼叶、发育种子 | 促进细胞伸长(两重性);促进生根、防落花落果、诱导无子果实 |
| 赤霉素(GA) | 幼芽、幼根、未成熟种子 | 促进细胞伸长→ 植株增高;促进种子萌发、解除休眠;促进开花结实 |
| 细胞分裂素 | 主要在根尖 | 促进细胞分裂;促进芽的分化;延缓叶片衰老(保绿) |
| 脱落酸(ABA) | 根冠、萎蔫的叶等 | 抑制细胞分裂;促进叶和果实的脱落、促进休眠;干旱时促进气孔关闭 |
| 乙烯 | 植物体各部位(气态) | 促进果实成熟;促进器官脱落、抑制伸长 |
协同(方向一致):生长素 + 赤霉素都促进茎伸长;生长素 + 细胞分裂素共同调控组织培养中根/芽的分化。
拮抗(方向相反):脱落酸(促脱落、促休眠)⇄ 赤霉素/细胞分裂素(促萌发、延缓衰老);生长素(低浓度促进)⇄ 乙烯(抑制伸长)。
顺序 / 剂量决定净效果:组织培养中,生长素/细胞分裂素比值高 → 促生根;比值低 → 促长芽。
先点上排一种"作用",再点下排你认为对应的激素,判对错。全部答对即通关。
生长素类似物(如 萘乙酸 NAA、2,4-D)化学性质稳定、不易被分解,应用广:
| 应用 | 原理(用哪一面) |
|---|---|
| 防止落花落果(棉花、番茄) | 适宜低浓度促进果实发育、抑制离层形成 |
| 促进扦插枝条生根 | 适宜浓度促进不定根发生;浓度要通过预实验找最适值 |
| 培育无子果实(无子番茄) | 生长素能诱导子房发育成果实,不经受精 → 无种子 |
| 作除草剂(除双子叶杂草) | 用高浓度使双子叶杂草生长素浓度过高被抑制/杀死;单子叶作物(如小麦)较不敏感 → 选择性除草 |
⚠ 除草剂用的是两重性的"高浓度抑制/致死"面,不是"促进"。无子番茄与无子西瓜(三倍体)机理不同:无子番茄是生长素诱导,无子西瓜是染色体变异(联会紊乱)。生长素类似物不是植物激素,是人工合成的。
选择处理方式(是否有尖端、云母片插哪侧、是否单侧光),预测胚芽鞘的弯向。检验你对"感光在尖端、生长素能否横向/纵向通过"的理解。
① 两重性只针对生长素(及其类似物)。别把"低促高抑"套到赤霉素、乙烯头上。
② "低浓度促进"里的低浓度是相对的:比最适浓度低时,浓度升高促进作用增强;超过最适后促进作用减弱直至变抑制。同一"促进"区间也有强弱之分,别以为低浓度=促进最强。
③ 顶端优势=侧芽处生长素浓度过高被抑制,不是顶芽产的生长素直接杀侧芽,也主要不是"抢养料"。去顶后侧芽浓度下降才萌发。
④ 极性运输是主动运输(耗能、需载体、只能上端→下端);与重力无关,倒插也不改方向。横向运输只在尖端。
⑤ 感受单侧光的部位是尖端,弯曲(生长)发生在尖端下面的伸长区。切了尖端就既不感光也没生长素来源。
⑥ 向光性:茎/胚芽鞘背光侧浓度高、长得快 → 弯向光。这依赖茎对高浓度仍是促进。根若单侧光,近似不敏感或表现相反,别硬套。
⑦ 除草剂原理是高浓度抑制/杀死双子叶,用的是抑制面;单双子叶敏感性不同实现选择性。
⑧ 生长素类似物不是激素(人工合成);无子番茄靠生长素诱导,无子西瓜靠三倍体(染色体变异)。
▸ "同一浓度双结果"是命题金矿: 只要题目让同一浓度作用于不同器官,立刻调出"根>芽>茎"的敏感性。经典陷阱:某浓度促进茎却抑制根;水平放置的植株根向地(近地侧抑制)、茎背地(近地侧促进),根源是同一横向分布+不同敏感性。
▸ 曲线读图三问: ①零线在哪(促进/抑制分界)?②顶点横坐标=最适浓度;③"抑制"段仍可能>对照0点以上(只是促进减弱)还是真的低于对照?看曲线相对不加生长素的对照(纵轴0点)而非相对峰值。同一效应值对应两个浓度(促进段一个、抑制段一个),识别"低浓度促进=高浓度抑制"的等效点。
▸ 发现史实验的对照设计: 温特实验的灵魂是空白琼脂对照——排除"是琼脂本身或机械刺激致弯"的可能。任何"证明是化学物质"的题都要求这一组对照,能自己补出对照组是拔高分水岭。
▸ 探究最适浓度的规范答法: 先做预实验确定大致范围,再在该范围内设系列浓度梯度+清水(蒸馏水)空白对照,每组多个重复取平均值,以生根数/长度为因变量,画曲线找峰值。强调"梯度、重复、对照、定量指标"。
▸ 协同/拮抗的整体观: 植物生长发育不是单一激素决定,而是多种激素协调作用的结果,且受基因组控制、受环境(光、重力、温度)影响。答"某激素唯一决定"通常是错的。
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