第2节 生长素的生理作用
[学习目标] 1.理解生长素生理作用的两重性。2.探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度，并归纳生长素在生产实际中的应用。
一、生长素的生理作用
1．观察甲、乙、丙三图，据图分析：
(1)甲图中各段的含义
①AB段：生长素浓度低于最适浓度时，随生长素浓度的增加，促进作用逐渐增强。
②BC段：生长素浓度高于最适浓度时，随生长素浓度的增加，促进作用逐渐减弱。
③C点：生长素的作用特点是既不促进，也不抑制。
④CD段：生长素浓度过高，抑制生长。
(2)综合三图可知，生长素对根、芽、茎的生长调节有什么共同点？
答案 都表现出低浓度促进生长，高浓度抑制生长的特性，我们称之为两重性。
(3)促进根、芽、茎生长的最适生长素浓度分别是多少？说明什么？
答案 促进根、芽、茎生长的最适生长素浓度分别是10－10 mol·L－1、10－8 mol·L－1和10－4 mol·L－1；说明不同器官对生长素的反应敏感程度不同，依次为根>芽>茎。
2．两重性的实例
(1)顶端优势
①图1中，顶芽产生的生长素向下运输，侧芽A、B、C的生长素浓度高，由于侧芽对生长素浓度比较敏感，生长发育受到抑制，而顶芽生长素浓度低，优先发育，植株从而表现出顶端优势。
②图2中，顶芽被去掉，侧芽的生长素浓度降低，抑制被解除，侧芽得以发育，顶端优势被打破。
③图3中，去掉顶芽后用含生长素的琼脂块代替，推测侧芽A、B、C的发育情况仍受到抑制，说明顶端优势确实是由于生长素分布不均匀造成的。
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(2)根的向地性
①当幼苗横放时，由于重力的作用，生长素在近地侧浓度较高，即：B>A，D>C。茎对生长素敏感性弱，A、B两侧都是促进作用，且B侧促进作用更强，使茎背地生长；根对生长素敏感性高，D侧浓度高，抑制生长，因此生长速度C>D，使根向地生长，这体现了生长素生理作用的两重性。
②若该植物在太空中的空间站内生长，情况会如何？
答案 由于没有受到单一方向刺激，故各自横向生长。
二、生长素生理作用在实践中的应用
1．利用生长素培育无子果实
(1)正常有子果实的形成过程(如图)
有子果实
据图可知，要形成无子果实，首先雌蕊不能(能、不能)受粉；其次，由于无种子，就无法合成子房发育所需要的生长素，因此需要人为施加外源生长素(类似物)。
(2)请模仿上图画出无子果实形成的过程。
答案 如图所示
2．除草
在农业生产中，常常向栽种单子叶农作物的农田中喷洒一定浓度的2,4－D(生长素类似物)，以杀死双子叶杂草。
据此推测，上图曲线中，表示单子叶农作物的是②；表示双子叶杂草的是①；生长素类似物的浓度应控制在C浓度左右。
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3．运用生长素促进插条生根
用生长素类似物处理浸泡插条，能促进插条生根。处理时应浸泡插条形态学的下端，所用的生长素类似物的浓度应该适宜。
三、探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度
1．实验原理
适宜浓度的2,4－D或NAA可以使杨树或月季插条基部的薄壁细胞恢复分裂能力，产生愈伤组织，长出大量不定根。
2．实验步骤
(1)分组：把形态、大小基本一样的插条平均分成10组，每组3枝。
(2)处理枝条：把一定浓度的2,4－D或NAA按不同比例稀释成10份具有浓度梯度(实验前通过预实验确定的梯度范围)的溶液，用浸泡法或者沾蘸法处理插条。
(3)培养：将处理过的插条放入营养花钵中，适宜温度(25～30 ℃)下培养。
(4)观察：一段时间后，观察、记录各组插条的生根情况，如生根条数，根的长度等。
3．实验结果
生根数目最多且不定根的长度最长的一组对应的生长素类似物浓度接近促进插条生根的适宜浓度。
一、例析生长素作用的两重性
下图是生长素对根的生理作用曲线和根的向地性图示，分析下列问题：
1．生长素的生理作用具有两重性，即低浓度促进生长，高浓度抑制生长，图中的“高浓度”和“低浓度”的界限是什么？
答案 “高浓度”生长素是指大于C点的浓度，“低浓度”生长素是指小于C点的浓度。
2. AC段的含义是什么？
答案 在这个区间，随着生长素浓度的增加，对根的促进作用逐渐减弱。
3．推测D点对应的生长素浓度对茎的生长起什么作用？
答案 促进生长。
4．在太空中，根的向地性会消失，是不是因为坐标图中生长素的曲线不适用于根的生长？
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答案 不是。在太空中，无重力作用，a、b两侧的生长素浓度相同，根水平生长，坐标图中生长素浓度作用曲线仍适用于根的生长。
5. 如果根a侧的生长素浓度在曲线的A点(为10－10 mol·L－1)，则b侧的生长素浓度应该位于哪个区间？
答案 应该位于大于C点(10－8 mol·L－1)对应的生长素浓度范围。
二、“探索生长素类似物(2,4－D)促进插条生根的最适浓度”的实验拓展
以下是某同学所做“探索生长素类似物(2,4－D)促进插条生根的最适浓度”的实验。请分析回答：
实验材料：每种插条若干(种类如图)、蒸馏水、培养皿、烧杯、量筒、玻璃棒、2,4－D、营养花钵等。
1．应该选择哪种幼枝做实验？
答案 每枝条应留3～4个芽，即选B枝条合适。
2．某同学设计了下列实验步骤：
第一步：配制不同浓度的2,4－D溶液，并分别向7个培养皿中各注入50 mL。
培养皿
1
2
3
4
5
6
7
2,4－D(g/L)
10－8
10－7
10－6
10－5
10－4
10－3
10－2
第二步：将枝条均分成7组，每组1根，再分别放入7个培养皿中处理适宜时间。
第三步：将处理后的枝条分别放入营养花钵中，适宜条件下培养10天，观察并记录新生根的数量和长度。
上述实验步骤有几处错误，分别是什么？(至少写出两种)
答案 (1)缺少预实验；(2)浓度梯度设置不合理，应有更低的浓度；(3)每组应该有多根枝条。
3．如果观察到生根情况如下图所示。从实验结果分析，最适浓度大约是多少？
答案 最适浓度应该介于a、b之间。
1. 下列关于植物生长素作用及其应用的叙述，错误的是( )
A．成熟细胞比幼嫩细胞对生长素更为敏感
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B．顶端优势能够说明生长素作用的两重性
C．适宜茎生长的一定浓度的生长素往往抑制根的生长
D．可利用生长素类似物防止落花落果
答案 A
解析 不同细胞对生长素的敏感程度不同，成熟细胞比幼嫩细胞对生长素的敏感性差。
2．下列不能解除植物顶端优势的措施是( )
A．去掉顶芽
B．在去掉顶芽的断口处放一块含有生长素的羊毛脂
C．在去掉顶芽的断口处放一块含有细胞分裂素的羊毛脂
D．在去掉顶芽的断口处放上琼脂小块
答案 B
解析 顶端优势是由于顶芽处产生的生长素不断向下运输，导致侧芽部位的生长素浓度高，抑制了侧芽的生长。解除顶端优势最常用的方法就是摘掉顶芽。B项中虽然摘掉顶芽，但由于在顶芽断口处放一块含有生长素的羊毛脂，羊毛脂中的生长素会运往侧芽，从而不能解除顶端优势。C项与B项的区别是摘掉顶芽后，在顶芽断口处放一块含有细胞分裂素的羊毛脂，没有生长素运往侧芽。D项中琼脂小块不能提供生长素。
3．图1是将含有生长素的琼脂块放在切去尖端的胚芽鞘一侧，一段时间后，测定胚芽鞘弯曲的情况(弯曲角度用α表示)；图2是生长素浓度对胚芽鞘生长的作用示意图，下列相关叙述正确的是( )
A．琼脂块中生长素浓度为B时，α具有最大值
B．只用图1实验即可证明生长素有促进生长的作用
C．琼脂块中生长素浓度为D时，胚芽鞘向左侧弯曲
D．琼脂块中生长素浓度不同，但可能形成相同的α
答案 D
解析 琼脂块中生长素浓度为B时，促进作用最强，α具有最小值，A错误；由图2可知生长素浓度小于C时，对胚芽鞘的生长作用是促进，生长素浓度大于C时，对胚芽鞘的生长作用是抑制，B错误；生长素浓度大于D时，抑制生长，但不是不生长，而是指生长速度减慢，所以胚芽鞘仍向右弯曲生长，C错误；根据图2可知生长素浓度不同时，促进程度可能相同，形成相同的α，D正确。
4．将植物横放，测量不同浓度生长素条件下根和茎的生长状况，如图甲所示。则曲线上的P点最可能对应乙图中的位置是( )
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A．a B．b C．c D．d
答案 D
解析 生长1 cm所用时间较长，说明生长速率较低；P点所在的曲线说明，生长素浓度越高，生长越慢，也就是对生长起抑制作用；所以P点时，生长素浓度较高，抑制生长，作用对象应该为根，具体部位最可能为d点。
5．生长素对植物生长的作用具有两重性，既可以促进生长，也可以抑制生长，若用横坐标表示生长素的生理作用，纵坐标表示生长素浓度，则下列图示中正确的是( )
A．甲：①促进；②抑制 B．甲：①抑制；②促进
C．乙：③促进；④抑制 D．乙：③抑制；④促进
答案 D
解析 利用假设法，甲图中，若①促进、②抑制，则顺时针转90 ℃来看，不存在最适浓度；若①抑制、②促进，则低浓度抑制生长，而高浓度促进生长，都不符合生长素的作用特点。乙图中，若③促进、④抑制，则顺时针旋转90 ℃来看，不存在最适浓度，也不符合生长素的作用特点；若③抑制、④促进，在一定浓度范围内，随着生长素浓度增大，促进作用增强，超过一定浓度时，随生长素浓度增大，促进作用减弱，而浓度过高时，则起抑制作用，符合生长素的作用特点。
知识点一 生长素的生理作用
1．如图所示，如果根a侧的生长素浓度在曲线的A点(为10－10 mol·L－1)，下列有关描述正确的是( )
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A．在FC的范围内均能促进生长
B．AD属于生长抑制范围
C．b侧的生长素浓度低于a侧，相当于曲线FE段浓度，因而细胞伸长生长慢
D．在太空中(重力为0)，根的生长将不同于图中的弯曲生长，坐标图中生长素的曲线也不适用于根的生长
答案 A
解析 曲线FC段均能促进生长，CD段抑制生长；根向地性的产生是由于重力作用，引起近地侧(b)生长素浓度高，抑制细胞生长；背地侧(a)生长素浓度低，促进细胞生长，从而使根向下弯曲生长；在太空中，无重力作用，a、b两侧的生长素浓度相同，根水平生长，坐标图中生长素浓度作用曲线仍适用于根的生长。
2．如图表示生长素浓度对植物根、芽和茎生长的影响，下列说法正确的是( )
A．生长素对根、芽、茎3种器官生长的作用都具有两重性
B．C点对应的生长素浓度对根、芽、茎的生长都有促进作用
C．D点对应的生长素浓度对茎的生长具有促进作用，但抑制了芽的生长
D．3种器官对生长素反应的灵敏程度依次为：茎＞芽＞根
答案 A
解析 从图中可以看出，生长素对三种器官的作用具有两重性，低浓度促进生长，高浓度抑制生长，A正确； C点对应的生长素浓度对茎具有促进作用，对根和芽都有抑制作用，B错误； D点对应的生长素浓度对茎和芽的生长都具有促进作用，但抑制了根的生长，C错误；从题中曲线可以看出植物不同的器官，生长素的作用曲线不同，根最敏感，因此3种器官对生长素反应的灵敏程度依次为：根＞芽＞茎，D错误。
3．如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( )
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A．图中①代表的是芽，②代表的是根
B．图中体现了生长素生理作用的两重性
C．C～D段表示生长素对②的促进作用在增强
D．图中C点对应的浓度是①生长的最适浓度
答案 B
解析 根、芽、茎对生长素的敏感度依次下降，图中曲线①代表根，②代表的是芽，A错误；图中体现了低浓度促进生长，高浓度抑制生长，即生长素具有两重性，B正确；C～D段表示生长素对②的促进作用在减弱，C错误；图中C点对应的浓度是②生长的最适浓度，D错误。
4．当植物受到环境刺激时，如图表示的生长素分布与生长的情形正确的是(黑点代表生长素的分布)( )
A．①④ B．②⑤ C．③⑥ D．②⑥
答案 A
解析 单侧光照使生长素由向光一侧移向背光一侧，从而使背光侧生长素浓度升高，而尖端用锡箔帽罩住，感受不到单侧光照，所以胚芽鞘的两侧生长素均匀分布；根横放时由于重力作用，近地一侧生长素浓度高于远地一侧，故①和④正确。
5．如图所示为黄化燕麦幼苗中生长素相对含量的分布，据所学知识和图中信息判断，下列叙述错误的是( )
A．生长素主要在生长旺盛的部位合成
B．B点所对应的细胞体积比A点所对应的细胞体积大
C．A点对应浓度的生长素作用于D点可能会抑制D点细胞的生长
D．A点生长素浓度较高是由B、C点细胞合成的生长素运输到A点所致
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答案 D
解析 生长素的合成部位是幼嫩的芽、叶、发育中的种子等生长旺盛的部位，A正确；A点是芽尖分生区部位的细胞，B点是芽尖下部伸长区细胞，与A点相比，B点细胞体积大，B正确；D点细胞是根细胞，根细胞对生长素敏感，若将A点对应浓度的生长素作用于D点对应的细胞，可能会因为生长素浓度过高抑制生长，C正确；生长素的运输是极性运输，只能从A向B、C运输，不能倒过来，D错误。
知识点二 生长素在实践中的应用
6．下列关于生长素应用的叙述，正确的是( )
A．用一定浓度的生长素类似物溶液处理番茄的花就能得到无子番茄
B．不用生长素处理的枝条，扦插时不能成活
C．用较高浓度的生长素类似物溶液处理马铃薯的块茎能抑制其发芽
D．用较高浓度的生长素类似物溶液处理棉花的顶芽能解除其顶端优势
答案 C
解析 要利用生长素获得无子果实必须用生长素处理未受粉的花才行；生长素可促进扦插枝条生根，但枝条若不用生长素处理，仍可能成活；要解除顶端优势应破坏顶芽才行。
7．下列关于“探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度”实验的叙述，错误的是( )
A．除了扦插枝条以外，其他实验条件均要相同
B．每根枝条处理的时间长短应该一致
C．可用单位时间每根枝条生根数作为记录指标
D．相同的生长素类似物浓度作用不一定产生相同的生根效果
答案 A
解析 探究实验应遵循单一变量原则，A项中的变量应是生长素类似物的浓度，扦插枝条应相同。
8. 在现代农业生产中植物生长素已被广泛使用。下列各项中，与植物生长素应用无关的是
( )
A．培育无子番茄 B．棉花保蕾、保铃
C．延长种子寿命 D．促进插条生根
答案 C
解析 植物生长素在农业生产上的应用，主要有以下几方面：①促进扦插的枝条生根；②促进果实发育，农业上获得了无子番茄、黄瓜、辣椒等；③防止落花落果。种子寿命的长短与种子自身新陈代谢强度有关，农业上常通过晾晒使种子干燥，由于自由水大量减少，种子的代谢减弱，从而可延长种子的寿命。
9．玉米植株的高度达到1.5 m
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以上时，遇到大风雨天气，很容易造成倒伏，某玉米品种种植密度、茎直径、倒伏率之间的关系如图1、图2所示，玉米倒伏后的状况如图3所示，下列有关说法不正确的是( )
A．合理密植可有效地降低玉米在大风雨天气的倒伏率
B．根据图1、图2可以推知，种群密度越大，玉米的倒伏率越高
C．倒伏后的玉米茎背地竖直向上生长，其主要外界因素是光照
D．与图3中倒伏玉米茎竖直向上生长有关的植物激素主要是生长素
答案 C
解析 根据图1、图2可知，种植密度越小，茎的直径越大，而茎的直径越大，玉米的倒伏率越低，所以合理密植可有效地降低玉米在大风雨天气中的倒伏率，A正确；根据图1、图2可以推知，种植密度越大，茎的直径越小，而茎的直径越小，玉米的倒伏率越高，B正确；倒伏后的玉米茎背地竖直向上生长，其主要外界因素是重力；由于重力作用，使近地侧生长素浓度大于背地侧，近地侧生长快，从而表现为背地竖直向上生长，C错误；与图3中倒伏玉米茎竖直向上生长有关的植物激素主要是生长素，是由于重力作用导致生长素分布不均匀，近地侧生长素浓度大于背地侧，D正确。
10．如图1表示不同浓度生长素溶液对植物根、芽生长的影响，图2表示燕麦胚芽鞘尖端，下列有关叙述中，正确的是( )
A．若图2胚芽鞘接受左侧单向光照射，b侧生长素浓度接近10－10 mol·L－1
B．若图2胚芽鞘处于黑暗中，尖端生长素浓度为小于10－5 mol·L－1
C．用浓度高于10－10 mol·L－1生长素溶液浸泡扦插的枝条，会抑制根的萌出
D．用浓度为10－7 mol·L－1生长素溶液浸泡刚萌发的种子，对根和芽的发育均不利
答案 B
解析 若图2胚芽鞘接受左侧单向光照射，则b侧的生长素浓度大于a侧，且促进生长，因此b侧生长素浓度接近10－8 mol·L－1，A错误；光照不影响生长素的产生，因此图2胚芽鞘处于黑暗中时，尖端生长素浓度仍小于10－5 mol·L－1，促进生长，B正确；促进生根的最适浓度为10－10 mol·L－1，用浓度高于10－10 mol·L－1生长素溶液浸泡扦插的枝条，不一定会抑制根的萌出，如用10－9 mol·L－1
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生长素溶液浸泡扦插的枝条，仍能促进生根，C错误；用浓度为10－7 mol·L－1生长素溶液浸泡刚萌发的种子，能促进芽的生长，但会抑制生根，D错误。
综合训练
11．同一植株的不同器官或同一器官不同部位的生长素浓度往往不同。甲图是一株盆栽植物，乙图表示该植物不同器官对生长素浓度的反应。据图回答下列问题(要求：用乙图根、芽、茎三条曲线上相应字母所对应的浓度来表示甲图相应各点的生长素浓度)：
(1)乙图________点浓度可表示甲图①处生长素浓度，________点浓度表示②处生长素浓度。②处结构长不出来的原因是________________________________________________
________________________________________________________________________，
解决的办法是________________________________________________。
(2)将该植物较长时间置于右侧光照下，乙图________点浓度可表示③侧生长素浓度；________点表示④侧生长素浓度。此时，植物茎将____________生长。
(3)将该植物向左侧放倒，水平放置一段时间，可表示⑦侧浓度的是乙图中________点浓度，表示⑧侧生长素浓度的是乙图中________点浓度，因此根将____________生长。表示⑤侧浓度的是________点浓度，表示⑥侧浓度的是________点浓度，所以________侧生长快，茎将________生长。
(4)能够促进茎生长的浓度范围是____________mol·L－1，能够同时促进根、茎、芽生长的浓度范围是________mol·L－1。
答案 (1)B或D F ①处(顶芽)产生的生长素向下运输积累在②处(侧芽)，抑制②生长 去除顶芽 (2)G或K C 向右(向光)弯曲 (3)E A 向重力弯曲 G或K C ⑤ 向上(背重力)弯曲 (4)10－10～10－2 10－10～10－8
解析 (1)根据甲图所示，①表示顶芽，②表示侧芽，顶芽产生的生长素向下运输，在侧芽部位积累。顶芽处生长素浓度处于促进生长的浓度范围内，乙图中B、D两点对应的浓度处于该范围内；侧芽处生长素浓度过高抑制侧芽生长，乙图中F点浓度处于抑制生长范围内，所以导致植物具有顶端优势，解除方法是去除顶芽。(2)植物在单侧光照射下，引起顶芽产生生长素向背光侧横向运输，造成向光侧浓度低于背光侧浓度，所以③侧生长素浓度高于④侧，促进生长的程度大，③侧生长素浓度可处于G或K点，④侧浓度可处于C
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点，此时植物茎向光弯曲生长。(3)当植物水平放置时，由于受到重力作用，近地侧生长素浓度高于背地侧生长素浓度，近地侧生长素浓度促进茎的生长，抑制根的生长，背地侧生长素浓度促进茎的生长，但促进程度小，同时也促进根生长，所以⑦侧对应E点浓度，⑧侧对应A点浓度，所以根向重力弯曲生长。⑤侧生长素浓度可用G或K点表示，⑥侧用C点表示。所以茎⑤侧生长快，茎背重力生长。(4)由乙图可看出，促进茎生长的生长素浓度范围是10－10～10－2 mol·L－1，同时促进茎、芽、根生长的生长素浓度范围是10－10～10－8 mol·L－1。
12．为了验证植物向光性与植物生长素的关系，有人设计了如下实验方案。
(1)方法步骤：取6个小花盆，各栽入一株品种、粗细和大小都相同的玉米幼苗(要求幼苗的真叶未突破胚芽鞘)，按下图所示方法进行实验处理。单侧光照射24 h后，打开纸盒，观察并记录6株玉米幼苗的生长情况。
(2)实验结果预测：在如图所示装置中，玉米幼苗保持直立生长的是________号装置，而玉米幼苗基本停止生长的是________号装置。
(3)部分实验结果的分析与推论：
①根据________号和________号装置之间实验记录的对照分析，可以说明玉米幼苗产生向光性是由单侧光照射引起的。
②根据1号和2号装置实验记录的对照分析，可以说明玉米幼苗的向光生长与__________________有关。
③根据1号和4号装置实验记录的对照分析，可以说明______________________________
________________________________________________________。
④根据5号和6号装置实验记录的对照分析，只能说明________________________________
_____________________________________________________。
答案 (2)3、4、5 2 (3)①1 3 ②玉米幼苗尖端的存在 ③玉米幼苗感光部位在尖端 ④玉米幼苗发生弯曲生长与生长素在玉米幼苗胚芽鞘两侧分布不均匀有关
13．为验证适宜浓度的生长素通过促进细胞分泌H＋，进而促进细胞伸长，有人设计了如下实验。
Ⅰ.实验：
(1)实验材料与药品：10－5 mol/L的生长素溶液、pH分别为5.0、9.0的缓冲液、黑暗中萌发的小麦种子若干、镊子、刀片、刻度尺、培养皿等。
(2)实验步骤：
13
①材料处理：选择________________的黑暗中萌发的小麦种子若干，用镊子取其胚芽鞘并切掉尖端，平均分成三组。
②将平均分组的胚芽鞘放入编号为1、2、3的培养皿中，加等量的不同试剂，置于相同且适宜的温度下培养。
③一定时间后，__________________________，再进行若干次重复实验，记录结果。
(3)实验结果(补充完整)：
组别
处理方法
结果
1
10个胚芽鞘＋10－5 mol·L－1的生长素溶液
①________
2
②________________
胚芽鞘生长不明显
3
10个胚芽鞘＋pH为5.0的缓冲液
胚芽鞘生长明显
Ⅱ.问题：
(1)步骤①中切除胚芽鞘尖端的目的是_______________________________________
________________________________________________________________________。
(2)步骤③中重复实验的目的是___________________________________________，
其他步骤中还有哪些措施也是为了达到这一目的？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 Ⅰ.(2)①生长状况一致 ③测量并统计各组胚芽鞘的平均长度 (3)①胚芽鞘生长明显 ②10个胚芽鞘＋pH为9.0的缓冲液
Ⅱ.(1)排除胚芽鞘尖端产生的生长素对实验的干扰
(2)减小实验误差 选择生长状况一致的幼苗；平均分组；置于相同且适宜的温度下培养；测量并统计各组胚芽鞘的平均长度
解析 本实验属于验证性实验，目的是验证适宜浓度的生长素通过促进细胞分泌H＋，进而促进细胞伸长。第1组与第2、3组形成对照，结果是第1组与含H＋的第3组一致，胚芽鞘生长均明显，而第2组由于呈碱性(无H＋)而生长不明显，从而证明了第1组生长素促进生长的原因与第3组一致：含H＋。
13
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