验证生长素极性输
备课素材：生长素极性运输的机理2022-2023学年高二上学期生物人教版选择性必修1
生长素极性运输的机理高中生物学选择性必修一植物激素调节介绍，生长素是最重要的植物激素，主要合成部位是芽、幼嫩的叶和发育中的种子，通过极性运输分配到植物各处组织，调控生长发育——低浓度生长素促进生长，高浓度生长素抑制生长。
生长素的极性运输对生长素的分配至关重要。
那么，生长素极性运输是如何实现的呢？原来，生长素转运蛋白PIN介导生长素极性运输。
19世纪末，英国著名生物学家、进化论的奠基人达尔文在研究植物向性运动时，发现植物胚芽鞘的尖端受单侧光刺激后，向下面的伸长区传递了某种“影响”，造成伸长区背光面比向光面生长快，胚芽鞘出现向光性弯曲（图1）。
这就是中学生物教科书上被大家广为熟知的达尔文向光性实验。
1928年，荷兰科学家温特证实胚芽鞘弯曲生长是由一类化学物质引起的，并命名为生长素（auxin）。
1946年，科学家从高等植物中首次分离出生长素，其主要成分为吲哚乙酸IAA。
生长素不仅与植物向光性相关，还与植物向地性（向重力性）、向化性（包括向肥性）等相关。
植物受单向的环境刺激而呈现的定向反应统称为向性（tropism）。
这种向性主要是由生长素在植物体内极性分配造成的。
因此，生长素的极性运输在这一过程中就变得非常关键。
图1. 达尔文植物向光性实验示意图生长素极性运输主要依赖于三种定位于细胞膜上的转运蛋白：AUX/LAX家族蛋白、PIN家族蛋白和ABCB家族蛋白，其中生长素外排蛋白PIN起最主要作用。
pin突变体通常表现出相应组织生长素极性运输缺陷的表型，如向光性、向重力性受损等。
PIN如何识别和转运生长素？通过拟南芥PIN3（AtPIN3）在未结合配体（AtPIN3apo）和结合IAA （AtPIN3IAA）两种状态的高分辨率结构解析，发现AtPIN3以二聚体形式存在，每个亚基包含10个跨膜螺旋（TM1–10），TM1–5和TM6–10组成反向重复结构（图2a）。
AtPIN3apo与AtPIN3IAA结构类似，且均为向内开放状态。
高中生物学选择性必修1P95【思维训练】“验证植物生长素的极性运输”教学设计
选择性必修1P95【思维训练】“验证植物生长素的极性运输”教学设计一、教学目标1.概述生长素的产生、运输和分布。
2.用实验验证生长素的极性运输，理解极性运输方式。
3.培养学生科学探究能力、实验创新能力，体会科学理论往往在生产实践应用过程中需要探索解决的问题。
二、教学内容基于学生在学习了植物生长素的发现过程的基础上进行实验，验证生长素的极性运输方式。
三、教学策略及过程（一）基本策略验证实验的一般方法和步骤（二）过程1.实验原理：IAA在胚芽鞘内只能从形态学上端向下端运输，不能倒过来运输。
2.实验材料、用具3.实验步骤：（1）切去胚芽鞘尖端和幼苗的其他部分，留下中间一段胚芽鞘，分为A、B两组；（2）将含有生长素的琼脂块分别放在A组胚芽鞘的i形态学上端和B组胚芽鞘的i 形态学下端，将两组胚芽鞘放置在不含生长素的琼脂块上。
（3）一段时间后，将每组下部的琼脂块放在另一段切去胚芽鞘的形态学上端。
4.得出结论：经过一段时间，A组胚芽鞘生长，B组不生长。
说明IAA只能从形态学上端向下端运输。
5.表达交流，分析课本实验的可行性与严谨性。
四、“讨论问题”的参考答案1.不严密，没有考虑到将胚芽鞘倒过来放置时的情况。
2.结论2不严谨。
没有实验证明生长素不能从形态学下端运输到形态学上端。
3.用过增加一组胚芽鞘形态学上端朝下的实验，以研究生长素能不能从形态学下端运输到形态学上端。
选择性必修1P49【思维训练】“探究性激素在胚胎生殖系统发育中所起的作用”教学设计一、教学目标1.识别和分析性激素的来源及功能，探讨其在生理和临床中的应用。
二、教学内容1.性激素种类、来源及功能：性激素可根据雌雄不同，分为雌性激素和雄性激素。
睾丸是雄性生殖器官，产生雄性激素，卵巢是雌性生殖器官，产生雌性激素，雄性激素和雌性激素分别能够促进雄性生殖器官的发育和雌性生殖器官的发育，维持第二性征。
2.实验设计：在家兔胚胎生殖系统分化之前，通过手术摘除即将发育为卵巢或睾丸的组织。
植物生长素的极性运输载体研究进展_李运合
西北植物学报,2009,29(8):1714-1722Acta Bot.Boreal.-Occident.Sin.文章编号:1000-4025(2009)08-1714-09*植物生长素的极性运输载体研究进展李运合1,孙光明1,吴蓓2(1中国热带农业科学院南亚热带作物研究所,广东湛江524091;2华南理工大学生物科学与工程学院,广州510006)摘要:生长素极性运输在植物生长发育中起重要的调控作用。
植物细胞间的生长素极性运输主要通过生长素运输载体进行调控。
该文对近年来有关生长素极性运输载体,包括输入载体A U X/L A X、输出载体PIN、尤其是新近发现的兼有输入和输出载体功能的M DR/P GP等蛋白家族,以及生长素极性运输中P IN与M DR/PG P蛋白间相互作用关系进行综述。
关键词:生长素;极性运输;输入载体;输出载体中图分类号:Q945.3;Q789文献标识码:AAdvances on C arriers of Plant Polar Auxin TransportLI Yun-he1,SUN Guang-m ing1,WU Bei2(1South Sub tr opical Crop Resear ch In stitute,Chin ese Academy of T ropical Agricultural Science,Zh anjiang,Guangdong524091,C hina;2College of Bioscience and Bioengin eering,South China University of Technology,Guangzh ou510006,China)Abstract:Po lar aux in transpor t(PAT)play s a central ro le in m any plant g row th and developmental proces-ses.Cellular aux in transpo rt is prim arily mediated by PAT carriers.This r ev iew fo cus o n the advances of aux in influx carriers and efflux carriers in recent years,including AUX/LAX and PIN protein families,and especially focus o n m ult-i drug-resistant/P-g lycopr otein(MDR/PGP)protein fam ilies and the functional in-teraction betw een PIN and PGP pro teins in PAT.Beside that,this review also indicated some pr oblem s a-bout PA T resear ch and one of the im por tant study fields in the future.Key words:aux in;polar aux in tr ansport;influx car riers;efflux carriers高等植物不能逃离对其不利的环境,只有通过改变自己的生长发育进程来适应外界环境的刺激(光、重力等),以更好地获得水分、光照等来维持正常生长发育。
生长素的极性运输
生长素的极性运输林科院 9310031 傅建平摘要生长素的极性运输与植物生长发育密切相关并受许多因素调控，研究植物生长素的极性运输具有十分重要的意义。
本文综述了生长素极性运输的研究进展情况。
关键词生长素极性运输抑制剂输出载体输入载体生长素是第一个被发现的植物激素。
生长素在植物叶原基、幼叶以及发育的种子等部位合成，沿茎或根进行传输。
生长素在茎切段试验和胚芽鞘试验中表现刺激细胞伸长生长，它的主要生理作用还包括诱导不定根发生促进维管束分化、控制向性生长和顶端优势，以及调节植物开花坐果等生理过程。
在植物茎尖合成的生长素需要通过极性运输到达靶细胞才能调节植物的生长和发育, 因此生长素极性运输广泛参与植物的叶片发育、花的分化、维管的分化、胚胎发育、光形态建成以及侧根的发育等。
早期对生长素极性运输的研究主要采取施加极性运输抑制剂如NPA、HFCA、TIBA、CA的方法。
后来通过对生长素极性运输突变体的研究, 从分子水平上为生长素极性运输的化学渗透偶联学说提供了新的证据, 进一步发现了极性运输与植物的生长发育现象之间的联系。
1生长素的极性运输特点生长素的极性运输是指生长素在植物体内由形态学的上端向形态学的下端单向运输的现象。
在高等植物茎中, 生长素由茎尖合成位点极性运输到茎基部的作用位点。
生长素极性运输具有依赖于能量、需要O2、对温度敏感、随年龄增加而减弱等生理特点,是一种需要消耗代谢提供能量的主动运输。
其运输的速度比维管系统中的运输速度慢得多。
极性运输需要消耗能量, 可逆浓度梯度运输。
一些化合物如TIBA和NPA等能抑制生长素极性运输, 缺氧会严重地阻碍生长素的运输。
此外, 生长素又有自动抑制现象, 即先发育的器官通过其合成并向外输出的生长素抑制后发育期器官生长素的输出。
2 极性运输处于主导地位从整体组织看, 生长素的移动方向是向基性的。
极性运输与能量消耗有关, 它包括生长素从上部细胞的透出和向下部细胞的透入, 透入时几乎不受代谢抑制剂或缺氧等因素的影响, 而透出却明显地受这些因素阻碍。
植物生长素极性运输调控机理
VS
质子泵与极性运输的关系
质子泵的活性可以影响生长素的极性运输 。当质子泵活性增强时，氢离子浓度增加 ，导致细胞内生长素与氢离子的结合增加 ，从而促进生长素的极性运输。相反，当 质子泵活性降低时，氢离子浓度降低，生 长素极性运输受到抑制。
细胞骨架与极性运输的关系
细胞骨架的作用
细胞骨架是指由蛋白质纤维组成的细胞内部 结构网络，它能够维持细胞的形态和结构， 同时也参与细胞的物质运输和信号传导。
技术创新与产业发展的紧密结 合
通过技术创新和产业发展，将植物生长素极性运输调控 机理的研究成果应用于农业、园艺、林业等领域，推动 相关产业的可持续发展，提高经济效益和社会效益。
THANKS FOR WA、羟基化等修饰，这些修饰可影响生长素的极 性运输和活性。
极性运输相关基因的表达与调控
基因表达
植物体内有一系列与生长素极性运输相关的基因，这些基因在特定的组织和细胞 中表达，控制生长素的运输方向。
调控
基因表达受到多种因素的影响，包括激素、营养物质、环境等，这些因素可调节 生长素的极性运输。
细胞间生长素梯度的形成与维持
要点一
形成
要点二
维持
在植物体内，生长素在细胞间进行极性运输，形成生长素 浓度梯度。
细胞通过调节生长素的合成、修饰和转运等过程，维持细 胞间生长素梯度的稳定，以保证植物的正常生长。
CHAPTER 03
植物生长素极性运输的细胞 生物学机制
生长素极性运输的跨膜转运
01
生长素的跨膜转运
生长素极性运输受到多种信号分子的 调控，这些信号分子之间如何相互作 用、相互调节，以及它们对生长素极 性运输的精确调控机制仍需进一步研 究。
03
探讨生长素极性运输 与植物发育的关系
笔记5植物生命活动的调节(PDF)
笔记5.植物生命活动的调节笔记22：植物激素调节1.生长素的发现（1）植物的向光性（2）植物向光性的原因（现代解释）：单光照射后，胚芽鞘背光一侧的生长素含量多于向光一侧，生长素多生长的快,生长素少生长的慢，因而引起两侧的生长不均匀，从而造成向光弯曲。
①植物具有向光性的原因分析。
►原因：►总结：外因：单侧光照射。
内因：生长素分布不均匀。
学生批注：C.纵向运输（极性运输）是由植物遗传决定的，不受重力的影响D.失重条件下，生长素不会横向运输，生长素分布均匀，植物各部分怎么放怎么长。
E.极性运输是主动运输的例证：a.可以逆浓度梯度运输（低浓度的顶芽→高浓度的侧芽）；b.缺氧时，生长素的运输受到影响。
科学家实验结论达尔文_胚芽鞘的尖端_产生某种影响，该影响传递到下部伸长区时，由于_单侧光_的作用造成_背光_面比_向光_面生长快。
【感受光刺激的部位在胚芽鞘尖端；向光弯曲的部位在胚芽鞘尖端下部（伸长区）；产生生长素的部位在胚芽鞘尖端（有光无光都产生生长素）；能够横向运输的也是胚芽鞘尖端】鲍森·詹森胚芽鞘尖端产生的影响可以透过_琼脂块_传递给下部拜尔胚芽鞘的弯曲生长是因为尖端产生的影响在其下部_分布不均匀_造成的温特造成胚芽鞘弯曲的是一种_化学物质_，后来被命名为_生长素_（生长素的化学本质：吲哚乙酸）提示：①生长素的合成与光无关（即有光无光均能合成）②生长素不能透过云母片。
③生长素是植物激素，成分是吲哚乙酸；生长激素是动物激素，成分是蛋白质。
（注意区分）②茎的负向重力性、根的向重力性原因分析：原因：地心引力→生长素分布不均匀→近地侧浓度高→茎对生长素敏感性差→茎背地生长(负向重力性)根对生长素敏感性强→根向地生长(向重力性)2.生长素的产生、运输和分布（1）产生部位：主要在幼嫩的芽、叶和_发育中的种子_。
（2）运输（2）分布部位：相对集中地分布在_生长旺盛_的部分。
极性运输也就是主动运输。
总结：（1）影响生长素运输的条件分析①横向运输只发生在产生部位受外界因素的影响时，如单侧光和重力、离心力等。
概述生长素的极性运输
顶端优势（左）及其解除（右）
例题4：下列关于顶端优势的叙述中错误的是 A．除去顶芽，侧芽生长被抑制 B．若顶芽被虫蛀时，侧芽生长加快 C．顶芽优先生长时，侧芽生长受到抑制 D．切除顶芽，切口涂以高浓度生长素，侧芽生长抑制
解析：正确把握顶端优势的概念是解答本题的关键。顶端优 势是指顶芽优先生长而侧芽受到抑制的现象。A选项中除去了 顶芽，侧芽的生长不再被抑制，开始萌发生长，所以A选项符 合题目要求；B选项中，若顶芽被虫蛀时就接近于除去顶芽， 所以侧芽生长加快，是正确的；C选项就是正确的顶端优势概 念；D选项中，虽然切除了顶芽，但切口涂以高浓度生长素， 因为生长素能够极性运输，所以侧芽生长仍然被抑制。答案：
答案：C
完成【变式训练2】
【变式训练2】
燕麦胚芽鞘经如下图一所示处理，一段时间后， 取其甲、乙两块琼脂，置于已切去尖端的胚芽 鞘A、B上，A以单侧光照处理如图二所示。则 弯曲程度 （ A ）
A．A=B B．A>B C．A<B D．不一定
根的向地性生长的解释（向重力性）
作用的两重性
促根
芽
茎
进
生
长
完成【变式训练3】
【变式训练3】
下图是表示生长素浓度对芽生长发育的影响， 下列叙述中正确的是 （ ）D
①a点对应的是对芽生长无作用的浓度 ②b点对应的是促进芽生长的最适浓度 ③c点对应的是抑制芽生长的浓度 ④d点对应的是抑制芽生长的浓度 A．①② B．②③ C．③④ D．②④
生长素作用的两重性
植物的顶芽产生的 生长素 向下运输到侧芽，过 多地积累在近顶端的 侧芽 部位，由于生长素 的 两重性 特性，抑制了近顶端的侧芽的生长， 从而形成 顶端优势 现象。
不是每个器官都能合成生长素的，下列各项中，不能
“生长素的极性运输”开放性实验探究和改进
“生长素的极性运输”开放性实验探究和改进作者：梁玮来源：《中学生物学》2018年第01期1问题的提出生长素是一类重要的植物激素，能从产生部位运送到作用部位而发挥作用。
研究表明，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，也就是只能单方向地运输，称为极性运输。
如何证明生长素的极性运输呢？人教版教材必修三第三章第一节的技能训练侧重于训练学生依据科学实验的要素分析其实验设计的严密性，提出改进意见。
同时，它也有助于学生理解生长素的极性运输。
[例]取一段玉米胚芽鞘，切去顶端2mm，使胚芽鞘不再产生生长素。
在上端放一块有生长素的琼脂，下端放一块不含有生长素的琼脂（图1A，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（图1B）。
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从形态学的上端运输到形态学的下端。
讨论：①这个实验的设计是否严密？②从实验结果到结论之间的逻辑推理是否严谨？③如果要验证上述结论是否正确，应该对实验方案如何进行改进？2探究讨论，得出结论在“植物生长素的发现”这一节的内容中，除了要求学生概述植物生长素的发现过程，体验发现生长素的过程和方法之外，另一个重要的教学目标就是评价实验设计和结论，训练逻辑思维的严密性。
在课堂教学过程中，采用的教学方式是先组织学生思考、讨论，找出实验设计中的问题和不足，然后由其他学生和教师共同评价、修正并完善。
大多数学生可以从实验结果推出结论①下端琼脂块上的生长素来自上端的琼脂块，而结论②的逻辑推理不严谨，即不能够证明生长素在胚芽鞘内“只能”由形态学的上端运输到形态学的下端。
学生能够提出实验的改进意见：增加一组胚芽鞘形态学上端朝下的实验，来研究生长素能否从形态学下端运输到形态学上端，如果位于形态学上端的空白琼脂块中没有收集到生长素，即可证明生长素的极性运输是单方向的。
上述实验方案的改进似乎非常合理，并且教师教学用书上也是这个改进方案。
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验证生长素极性输
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验证生长素的极性运输
一、教学设计思想
通过前面的学习，学生已知道植物生长素的发现过程，因而这次实验，是让学生体验发现生长素的过程和方法。
本实验研究最好以小组为单位进行，学生可自愿结合组成若干小组，要求选出小组长负责本组的研究工作。
二、教学目标
1、知识目标：概述植物生长素的发现过程，理解生长素的极性运输方式。
2、能力目标：
（1）学习用实验验证的方法来验证生长素的极性运输
（2）学会验证实验的一般方法和步骤。
3、情感态度和价值观目标：
（1）培养学生科学探究能力，实验创新能力。
（2)通过实验过程中小组之间的合作，培养协作精神。
（3）体会科学理论往往在生产实践应用过程中需要探索解决的问题。
三、教学重点：概述植物生长素的发现过程，理解生长素的极性运输方式。
四、教学难点：掌握验证实验的一般方法和步骤。
五、学情分析
本实验是基于学生在学习了解植物生长素的发现过程的基础上进行实验的。
学生往往比较有积极性，将课本上的科学知识融入具体的生活生产中这就是实验的出发点，即全面展示这节课的知识点，又要学生保持强烈的好奇心和求知欲，还原于生活，创设模拟科学家解决问题的方法。
六、课前准备：
加拿大飞蓬幼苗，琼脂块，生长素
七、教学过程：
（一）、目的要求：
1、学会验证性实验的一般方法和步骤，培养科学探究能力，提高创新思维能力。
2、学会用验证的实验方法来验证生长素的极性运输。
3、理解生长素的极性运输，体会科学理论在应用到生产实践的过程中，往往也有许多要探
索的问题。
（二）、实验原理：生长素(IAA)在胚芽鞘内只能从形态学上端（顶端）向下端（基端）运输，而不能倒转过来运输
（三）、实验材料：加拿大飞蓬幼苗
（四）、实验用具：琼脂块，生长素
（五）、方法步骤：
(l)准备加拿大飞蓬幼苗，切去胚芽鞘尖端和幼苗的其他部分，留下中间一段胚芽鞘，分为A、B两组。
(2)将含有生长素的琼脂块分别放在A组胚芽鞘的形态学上端和B组胚芽鞘的形态学下端，将两组胚
芽鞘放置在不含生长素的琼脂块上。
（放置如图）
(3)-段时间后，将每组下部的琼脂块放在另外一段切去尖端的加拿大飞蓬胚芽鞘的形态学上端。
（六）得出实验结论
经过一段时间，A组胚芽鞘弯曲生长，B组胚芽鞘既不弯曲也不生长。
生长素(IAA)在胚芽鞘内只能从形态学上端（顶端）向下端（基端）运输，而不能倒转过来运输。
（七）、表达与交流
实验小组每一个成员写出自己的实验报告，并汇报探究实验过程和结果、经验、教训、体会以及在科学态度、方法、精神上的收获。
（八）、进一步探究
鼓励学生进行扩展性试验和探究，在课外完成，学生互相讨论合作确定进一步探究的内容，教师给予指导，给学生更大自主性。
如：处理的时间不同，生长素浓度的不同，环境温度的不同等时加拿大飞蓬幼苗的胚芽鞘弯曲程度。
（九）、实验注意事项：
注意多次观察植株的变化，生长素的浓度应保持一致。