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［教材优化全析］
一、生长素的发现过程 1.达尔文的实验
实验方法：①取金丝雀草的胚芽鞘于黑暗中培养，会直立生长，给予单侧光照射会出现向光弯曲。②去掉尖端，给予单侧光照射，胚芽鞘不生长、不弯曲。③用锡箔罩子把尖端罩上，则不发生弯曲。④如果用锡箔把胚芽鞘尖端下面一段罩上，胚芽鞘还会弯曲生长。
全析提示
单子叶植物，特别是禾本科植物胚芽外的锥形套状物叫做胚芽鞘，它能保护生长中的胚芽。种子萌发时，胚芽鞘首先钻出地面，出土后能进行光合作用。
要点提炼
分别分析①②、③④发现，都是只有一个因素不同，很多可能对结果有影响的因素是相同的（如阳光、温度、水分等）。由此分析，实验结果的不同是由于这个唯一不同的因素造成的。像这种两组实验只有一个因素不同进行对照的，称为单一因素自变量原则。
图3－1－1
实验分析：科学重视事实，注意到别人熟视无睹的现象，设计实验研究，并运用科学的思维方法分析，是一个科学家的基本素质。对于实验①②可以分析如下：二者只有一个因素不同，即有还是无胚芽鞘的尖端，而其他因素如光照、温度、水分等因素都是相同的，但结果不同：①向光弯曲生长，②不生长不弯曲。我们有理由作出判断：结果的不同与实验的唯一不同的因素有关，即胚芽鞘的尖端与向光性有关，有什么关系呢？还不能作出进一步的判断。是哪一部分感受单侧光的刺激呢？将③④的实验进行对比，发现也只有一个因素不同，即能够接受光照的胚芽鞘部位不同，③实验中接受单侧光照的是胚芽鞘的尖端，④实验中是尖端下边一段接受单侧光照。两组实验的结果是不同的，③向光弯曲生长，④直立生长，由此分析，感受单侧光刺激的部位是胚芽鞘的尖端。
综合以上达尔文实验，可以得出结论：单侧光照射使胚芽鞘尖端产生某种刺激（或说某种影响），当这种刺激传递到尖端下部的伸长区时，造成背光侧比向光侧生长快，表现为向光弯曲。
观察猜想：
这种刺激可能是什么？
顶端产生的这种刺激传到下部为什么能使伸长区两侧生长不均匀呢？ 2.詹森和拜尔的实验
实验过程：詹森的实验：把胚芽鞘的尖端切掉放上一个琼脂片，琼脂片上再放一个胚芽鞘的尖端，给予单侧光照射，结果发生向光弯曲。
拜尔的实验：切去胚芽鞘的尖端并将顶芽不对称地重新放回切口处，在黑暗中实验一段时间，发现胚芽鞘弯曲生长。
思维拓展
作为一个科学家，应该拥有探索未知世界的勇气和科学的思维方法。这种刺激是什么，是一个开放性的问题，可以猜想，可能是一种物质，可能是一种磁场，也可能是……
詹森的实验 拜尔的实验
图3－1－2
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从以上实验能得出什么结论呢？从詹森的实验我们可以看出，胚芽鞘尖端产生的“刺激”可以透过琼脂片传递给下部。拜尔的实验则证明胚芽鞘的弯曲生长，是因为尖端产生的刺激在其下部分布不均匀造成的。
以上两位科学家的实验初步证明胚芽鞘尖端产生的“刺激”很可能是一种化学物质，这种化学物质的分布不均匀造成胚芽鞘的弯曲生长。
观察猜想：
如果是一种化学物质，是一种什么样的化学物质呢？如果有这样一种化学物质，我们应该可以提取到这样一种物质，那么如何提取呢？让我们看看科学家的实验。
3.温特的实验
实验过程：1928年荷兰的温特（当时他作为研究生在其父亲的实验室里工作）进行了创造性的实验。把切下的燕麦尖端放在琼脂块上，几小时后，移去胚芽鞘尖端，将琼脂切成小块。把经处理过的琼脂块放在切去尖端的胚芽鞘一侧。
观察猜想：
按照前边的假设，胚芽鞘尖端可产生一种化学物质，促进尖端下部生长，当把胚芽鞘放在琼脂块上时，它产生的这种化学物质会扩散到琼脂块上，再用这种经处理的琼脂块放在去尖胚芽鞘的一侧，这种物质会在去尖胚芽鞘上分布不均匀，引起两侧生长速度不一致，而出现弯曲。实验结果是否正如我们的猜想呢？温特的实验结果：胚芽鞘会向对侧弯曲生长。
知识链接
琼脂：也叫“琼胶”“冻粉”，由石花菜、江蓠等红藻经水煮提取胶质，再经冻结、脱水、干燥而制成。为透明、无味、无臭、胶冻状块片或粉末，不溶于冷水，而融于温水呈胶稠液。它的10%溶液冷却后即冻结为凝胶状。主要成分为多聚半乳糖的硫酸脂。由于它的化学性质稳定，不能被生物体利用，因此常用作微生物培养基及食品工业的配料。
全析提示
温特工作的重要性表现在两方面：一是证实了胚芽鞘尖端存在调节物质，二是建立了提取和定量分析活性物质的方法，即科学家们所熟知并经常使用的“燕麦弯曲测试法”。
图3－1－3 温特的实验
这就足以证明胚芽鞘尖端可以产生某一种促进尖端下部生长的化学物质吗？去尖胚芽鞘向对侧弯曲，是不是琼脂起的作用呢？如何排除琼脂对实验结果的干扰呢？这就需要设计对照实验排除干扰因素。实验组和对照组只有一个因素不同，其他因素则尽可能的相同，该实验的对照实验如何设计？
在去尖、胚芽鞘的切口上放上一个与实验组琼脂块形状、大小相同的没有经过处理的琼脂块，在相同条件下培养相同时间，观察结果。实验结果是：对照组的去尖胚芽鞘不生长不弯曲。温特的实验进一步证明了造成胚芽鞘弯曲的“刺激”确实是一种化学物质。温特认为这可能是一种和动物激素类似的物质，因为有促进生长的作用，所以把这种物质命名为生长素。
4.郭葛等人的实验
生长素究竟是一种什么化学物质呢？1934年，荷兰科学家郭葛等人首先从人尿中分离出具有生长素效应的化学物质——吲哚乙酸（IAA）。由于生长素在植物体内含量很少，直到1942年人们才从高等植物体内分
思维拓展
设计实验必须遵循对照的原
则，对照的方法有：空白对照：不给对照组任何处理因素。
条件对照：给对照组部分实验因素，但不是所要研究的处理因素。
自身对照：对照和实验都在同一研究对象上进行。
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离出生长素，并确认是IAA，进一步研究发现，植物体内具有生长素效应的物质除IAA外还有苯乙酸（PAA）、吲哚丁酸（IBA）等。 相互对照：不单设对照组，
而是几个实验组相互对照。
图3－1－4 吲哚乙酸的化学结构
5.植物激素
继发现生长素之后，人们又陆续发现了赤霉素、细胞分裂素、脱落酸和乙烯等植物激素。所谓植物激素即由植物体内产生，能从产生部位运到作用部位，对植物的生长发育有显著影响的微量有机物，称作植物激素。
6.研究性课题——植物的向光性
总结生长素的发现过程，再回头探究向光性的原因，你能不能用自己的话解释一下植物向光性产生的原因？
简单地说，植物的向光性是由于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，因而引起两侧的生长素不均匀，从而造成向光弯曲。进一步探究向光性产生的原因，如图3－1－5所示：
知识链接
激素又称“荷尔蒙”（Homone）,是生物体自身产生的调节物质，它既非机体的供能物质，又非机体的结构物质，而是通过传递信息，协调新陈代谢、生长发育等生理过程。动物、植物体内都能产生激素。
图3－1－5 植物的向光性
①四周均匀光照或无光时，尖端产生的生长素均匀运输到尖端以下各部位，生长素分布均匀，则各部分生长均匀，胚芽鞘表现为直立生长。
②当给胚芽鞘以单侧光照时，会影响尖端合成的生长素向下运输，促使生长素在尖端由向光侧向背光侧横向运输，尖端下部生长素分布不均匀，背光侧多，向光侧少，背光侧生长快，胚芽鞘发生向光弯曲。由此可见，向光性产生的内部因素是生长素分布不均匀，外部因素是单侧光的照射。
二、生长素的产生、分布和运输 1.合成
生长素的化学本质是吲哚乙酸，是在植物生长旺盛的部位由色氨酸经过一系列的反应合成的。生长素的合成部位是幼嫩的芽、叶和发育中的种子。
2.运输
生长素是如何从合成部位运输到植物全身而起到调节植物生长作用的呢？实验证明在胚芽鞘、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
全析提示
人类的许多科学发现，就像这样经过一代又一代人的探索，才一步一步地接近事实的真相。每位科学家所取得的进展可能只是一小步，众多的一小步终将汇合成科学前进的一大步。
思维拓展
现在已知，生长素分子是在薄壁组织中顺序通过一个个细胞而向下运输的，由于细胞底部细胞膜上有携带生长素的载体蛋白，顶端细胞膜上没有这种蛋白分子，所以生长素只能从细胞底
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极性运输。顶端优势现象能充分说明这一特点，顶端优势的产生是由于部由载体蛋白携带出，再进入下顶芽产生的生长素不断下运积累于侧芽，使侧芽生长素浓度过高造成的。面的细胞中（如图3－1－6）。
尽管侧芽处的生长素浓度比顶芽生长素浓度高，但顶芽合成的生长素仍
能源源不断地逆浓度梯度由顶芽向侧芽运输，还有实验证明，在缺氧时，
生长素的运输受到影响，这充分说明生长素的运输是一种消耗ATP的主动运输过程。此外，单侧光照射胚芽鞘使生长素极性运输的同时，也会产生一定程度的横向运输，从而使尖端下部背光一侧生长素比向光一侧生长素分布多。
图3－1－6 生长素的
运输机制
3.分布
生长素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分，如胚芽鞘、芽和顶端的分生组织、形成层、发育中的种子和果实等处。
技能训练：
评价实验设计和结论
全析提示
分析以下实验和结论之间的逻辑关系：
取一段玉米胚芽鞘，切去顶端2 mm,使胚芽鞘不再产生生长素。生长素的分布与其功能有直在上端放一块有生长素的琼脂，下端放一块不含生长素的琼脂（如接关系。
图3－1－7所示，胚芽鞘形态学上端朝上），过一段时间检测，发现
下端的琼脂块逐渐有了生长素。
评价实验是高考试题考查的一种重要能力。科学结论都是依据一定的证据得出，实验结果是非常重要的证据。实验设计、从
实验结果推导出实验结论的逻辑
图3－1－7 生长素的运输实验组 都要非常严密才有说服力。
结论：
1.下端琼脂块上的生长素来自上端的琼脂块。
2.生长素在胚芽鞘内只能由形态学上端运输到形态学下端。 实验讨论：
1.这个实验设计显然不够严密，缺乏对照实验。
要点提炼
2.从实验结果到结论之间的逻辑推理结论一严谨，结论二不够严谨。分析实验过程看出，玉米胚芽鞘尖端已经切去，对于去尖胚芽鞘本身来本实验实验组与对照组只说，已经失去了生长素的来源，下端琼脂块上的生长素显然来自上端富有一个因素不同，即胚芽鞘的放含生长素的琼脂块。从实验中可以推测，生长素可以从形态学上端运输置方向不同，同时在上方放富含到形态学下端，是由于重力的作用，还是由于胚芽鞘自身的结构所决定生长素的琼脂块，下方放不含生的？生长素能否从形态学下端向形态学上端运输呢？从实验结果得不出长素的琼脂块，排除重力对实验明确的结论。 结果的干扰，从而证明生长素只
3.要验证上述结论是否正确，可以设计一个对照实验：另取一段与能由形态学上端运输到形态学实验组相同的玉米胚芽鞘切去尖端，形态学上端朝下，形态学下端朝上，下端。 上面放一富含生长素的琼脂块，下面放一不含生长素的琼脂块。如果对照组的下面的琼脂块检测不到生长素，则说明生长素只能由形态学上端
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向形态学下端运输。
人教版新课标高中生物必修三教材知识点解析（植物生长素的发现）
