高中生物第二册第5章生物体对信息的传递和调节55植物生长发育的调节学案2沪科版讲解.docx
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高中生物第二册第5章生物体对信息的传递和调节55植物生长发育的调节学案2沪科版讲解
第5节植物生长发育的调节
一、生长素
(一)、生长素的发现
1.生长素(auxin)是最早发现的一种植物激素。
2.生长素发现的一些关键性试验:
(1)英国的CharlesDarwin和他的儿子FrancisDarwin:
胚芽鞘产生向光弯曲是由于幼苗在单侧光照下,产生某种影响,从上部传到下都,造成背光面和向光面生长快慢不同。
(2)丹麦的Boysen-Jensen(1913)的实验证明,Darwin所谓“影响”是可以透过凝胶片的。
(二)生理作用
1.促进:
增加雌花,单性结实,子房壁生长,细胞分裂,维管束分化,光合产物分配,叶片扩大,茎伸长,偏上性,乙烯产生,叶片脱落,形成层活性,伤口愈合,不定根的形成。
种子发芽,侧根形成,根瘤形成,种子和果实生长,座果,顶端优势。
2.抑制:
花朵脱落,侧枝生长,块根形成,叶片衰老。
3.生长素对细胞伸长的促进作用,与生长素浓度、细胞年龄和植物器官种类有关。
(1)一般在低浓度时可促进生长,浓度较高则会抑制生长,如果浓度更高则会使植物受伤;
(2)细胞年龄不同对生长素的敏感程度不同。
一般来说,幼嫩细胞对生长素反应非常敏感,老细胞则比较迟钝。
(3)不同器官对生长素的反应敏感也不一样,根最敏感,茎最不敏感,芽居中。
(三)作用机理
生长素作用于细胞时,首先与受体结合,经过一系列过程,使细胞壁介质酸化和蛋白质形成。
最终表现出细胞长大。
二、赤霉素
赤霉素(gibberellins)是日本人黑泽英一从水稻恶苗病的研究中发现的。
作用机理
(一)促进生长
1.赤霉素显著地促进植物生长,包括细胞分裂和细胞扩大两个方面。
2.GA显著促进燕麦节间初段伸长的同时,细胞壁可塑性也增加。
3.赤霉素促进细胞生长和生长素促进细胞生长的作用机理不完全相同,表现在:
(1)生长素促进细胞延长与渗透吸水有关,而赤霉素对高直下胚轴的延长与细胞液渗透压浓度无关,但增加细胞壁的伸展性;
(2)生长素引起细胞壁酸化而疏松,而赤霉素不引起细胞壁酸化;(3)生长素对细胞廷长的影响有较短的停滞期,而赤霉素的停滞期长达45min。
4.赤霉素促进细胞延长的原因
(1)有人用赤霉素消除细胞壁中Ca的作用来解释赤霉素促进细胞延长的原因。
(2)有人认为赤霉素阻止细胞壁的硬化过程。
赤霉素能抑制细胞壁过氧化物酶的活性,所以细胞壁不硬化,有延展性,细胞就延长。
在诱发细胞延长的同时,赤霉素也加强细胞壁聚合物的生物合成。
(二)促进RNA和蛋白质合成
赤霉素对a-淀粉酶合成的影响是控制DNA转录为mRNA,能一定程度地增强翻译水平,产生a-淀粉酶。
(三)、赤霉素的生理作用及应用
1.生理作用
(1)促进:
两性花的雄花形成,单性结实,某些植物开花,细胞分裂,叶片扩大,抽首,茎延长,侧枝生长,胚轴弯钩变直,种子发芽,果实生长,某些植物座果。
(2)抑制:
成熟,侧芽休眠,衰老,块茎形成。
2.生产上的应用:
(1)促进麦芽糖化,赤霉素诱发a-淀粉酶的形成用于啤酒生产;
(2)促进营养生长;赤霉素对根的伸长无促进作用,但显著促进茎叶生长;(3)防止脱落,可阻止花柄和果辆离层的形成,防止花果脱落,提高座果率;(4)打破休眠。
三、细胞分裂素
(一)细胞分裂素发现
1.细胞分裂素类是一类促进细胞分裂的植物激素。
此类物质中最早被发现的是激动素。
2.发现过程:
1955年F.Skoog等培养烟草髓部组织时,偶然在培养基中加入放置很久的鲜鱼精子DNA,髓部细胞分裂就加快;如加入新鲜的DNA,则完全无效;可是当新鲜的DNA与培养基一起高压灭菌后,又能促进细胞分裂。
从DNA降解物中分离出一种物质—6-呋喃氨基嘌呤,它能促进细胞分裂,被命名为激动素。
3.把具有和激动素相同生理活性的天然的和人工合成的化合物,都称为细胞分裂素(cytokinin)。
(二)作有机理
1.细胞分裂素的结合位点
专一性、高亲和性的CTK结合蛋白
2.细胞分裂素对转录和翻译的控制
.细胞分裂素促进转录作用,激动素能与豌豆芽染色质结合,调节基因活性,促进RNA合成;.促进翻译,细胞分裂素可以促进蛋白质的生物合成。
因为细胞分裂素存在于核糖体上促进核糖体与mRNA结合,形成多核糖体,加速翻译速度,形成新的蛋白质。
(三)细胞分裂素的生理作用及应用
1.细胞分裂素的生理作用如下:
(1).促进:
细胞分裂,地上部分化,侧芽生长,叶片扩大,气孔张开,偏上性,伤口愈合,种子发芽,形成层活动,根瘤形成,果实生长,某些植物座果。
(2)抑制:
不定根形成,侧根形成,叶片衰老(延缓)。
2几种生理作用与应
(1).促进细胞分裂和扩大,细胞分裂素的生理作用也是多方面的,它主要的作用是促进细胞分裂;细胞分裂素也可以使细胞体积加大,但和生长素不同的是它的作用主要是使细胞扩大,而不是伸长。
(2)诱导芽的分化:
愈伤组织产生根或产生芽,取决于生长素和激动素依次的比值。
当激动素/生长素的比值低时,诱导根的分化;两者比值处于中间水平时,愈伤组织只生长而不分化;两者比值较高时,则诱导芽的形成。
(3).延缓叶对衰老:
延缓叶片衰老是细胞分裂素特有的作用。
细胞分裂素可以显著延长保绿时间,推迟离休叶片衰老。
原因有两个:
细胞分裂素抑制核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶和蛋白酶等的活性,延缓了核酸、蛋白质和叶绿素等的降解;细胞分裂素促使营养物质向其应用部位移动;激动素诱发定向运输。
四、脱落酸
植物在它的生活周期中,如果生活条件不适宜,部分器官(如果实、叶片等)就会脱落:
或者到了生长季节终了,叶子就会脱落,生长停止,进人休眠。
在这些过程中,植物体内就会产生一类抑制生长发育的植物激素,即脱落酸(abscisicacid,简称ABA)。
作用机理
(一)脱落酸的结合位点
两种不同的观点:
1.以蚕豆叶片保卫细胞原生质体为材料证明,脱落酸专一地与质膜受体结合。
2.用棉花子房细胞的质膜和核做材料,发现脱落酸只与细胞核专一结合,而与质膜结合不专一。
(二)脱落酸抑制核酸和蛋白质合成
1.脱落酸只在转录水平上起作用,而不在翻译水平上起作用。
2.然而,许多试验也证明脱落酸抑制蛋白质的合成
脱落酸的生理作用和应用
(一)生理作用
1.促进:
叶、花、果脱落,气孔关闭,侧芽、块茎休眠,叶片衰老,光合产物运向发育着的种子,果实产生乙烯,果实成熟。
2.抑制:
种子发芽,IAA运输,植株生长。
(二)几种主要生理作用的应用
1.促进脱落;2.促进休眠;3.提高抗逆性,脱落酸在逆境条件下迅速形成,使植物的生理发生变化,以适应环境,所以脱落酸又称为“应激激素”。
五、乙烯
1901年,俄国植物生理学家Neljubow报道,照明气中的乙烯会引起黑暗中生长的豌豆幼苗,产生“三重反应”,他认为乙烯是生长调节剂。
英国Gane(1934)首先证明乙烯是植物的天然产物。
美国Crocker等认为乙烯是一种果实催熟激素,同时也有调节营养器官的作用。
Burg(1965)提出,乙烯是一种植物激素,以后得到公认。
作用机理
乙烯形成以后,还需要与金属(可能是一价铜)蛋白质结合,进一步通过代谢后才起生理作用。
银离子抑制乙烯作用,其原因可能是银离子取代金属蛋白质中的金属,而使金属蛋白质无法与乙烯结合。
EDTA是一种与金属结合的螫合物,所以Fe-EDTA也抑制乙烯的作用;二氧化碳也抑制乙烯的作用,因为二氧化碳与乙烯竞争一个作用部位。
一般来说,与乙烯结合的膜蛋白质对热敏感,乙烯可促进核酸和蛋白质的合成
生理作用和应用
(一)生理作用
1.促进:
解除休眠,地上部和根的生长和分化,不定根形成,叶片和果实脱落,某些植物的花诱导形成,两性花中雌花形成,开花,花和果实衰老,果实成熟,茎增粗,萎蔫。
2.抑制:
某些植物开花,生长素的转运,茎和根的伸长生长。
乙烯是气体,在合成部位起作用,不被转运,但是乙烯的前体ACC在植物体内是能被运输的。
所以有人认为ACC才是激素,因为它符合植物激素的定义。
不过,这仅是一些人的观点。
(二)乙烯的生理功能的主要表现
1.促进细胞扩大:
黄化豌豆幼苗对乙烯的生长反应是“三重反应”。
即矮化、加粗、偏上生长。
2.促进果实成熟:
乙烯促进果实成熟的原因可能是:
增强质膜的透性,加速呼吸,引起果肉有机物的强烈转化。
3.促进器官脱落:
在叶片脱落过程中,乙烯能促进离层中纤维素酶的合成,并促使该酶由原生质体释放到细胞壁中,引起细胞壁分解,同时也刺激寓居区近侧细胞膨胀,叶柄便分离开。
(三)乙烯利在农业生产上的应用
1.果实催熟和改善品质;2.促进次生物质排出,乙烯也能增加漆树、松树和印度紫檀等重要木本经济植物的次生物质的产量;3.促进开花:
用乙烯利对菠萝灌心催花,开花提早,花期一致;4.化学杀雄。
一、种子的休眠与萌发
种子是种子植物特有的繁殖器官,是植物生活周期的开始。
(一)种子萌发过程及期控制
1、种子萌发
1)概念:
种子解除休眠后,在适宜的条件下,胚转入活动状态,开始生长,这个生长过程称为种子萌发。
2)生长的顺序
吸水→膨胀→酶活性增强→物质转运→胚根突破种→胚芽生长→幼苗
3)萌发需要的外界条件
充足的水分:
适宜的温度,足够的氧气。
①水分:
在植物体中水分占大部分。
当原生质失水到一定阶段,变成凝胶状,代谢很弱,消耗很小。
水分多多代谢加强。
水对种子萌发的作用:
a种皮吸水变软、膨胀、改善透气条件,如O2。
b使原生质由凝胶变成溶胶状态,酶活性增强。
c水为各种物质运输提供介质
d胚的生长和细胞分裂需要水分
植物种在萌发过程中需水量不同,一般25—50%。
大豆120%、豌豆186%、花生40—60%、油菜48%、水稻40%
一般蛋白质高需多,含油脂高的需水量少。
②温度:
种子在萌发过程中要求适应有温度,才能萌发。
温度影响酶的活动和呼吸作用。
不同的植物对温度有不同的要求,一般高纬度地区的植物,萌发时要求温度较低;一般低纬度地区的植物,萌发时要求温度较高。
温度的三基点:
最低点(开始生长),最适点(生长最快),最高点(停止生长)。
温度过低萌发慢,易烂种,适时插种。
温度过高呼吸加快,养分消耗过多,不利于幼苗根。
③氧气:
种子萌发需要能量来自呼吸代谢,它需要O2,当空气中为O210%时,才能萌发,低5%不能萌发。
④其它条件:
以上三种条件是种子萌发必备的条件,除此之外,还有其它条件,如光照,激素等。
据对光的反应将种子萌发分为:
需光种子:
如:
烟草、莴苣、要求满足光照光条件才能萌发。
嫌光种子:
如:
西红柿、茄子、瓜类、光会抑制萌发。
(二)、幼苗类型
种子萌发→胚根突破种皮→胚轴生长伸长→胚菜发育。
根据胚轴伸长的部位不同将幼苗分为:
1)子叶出萌发幼苗:
在种子萌发过程中下胚轴伸长,将子叶顶出地面。
如:
大豆、瓜类等。
2)子叶留土萌发幼苗:
在种子萌发过程中,上胚轴伸长,子叶留到土中,如:
蚕豆、玉米、小麦。
3)中类型:
播种深子叶留土,播种浅子叶出土。
二、植物营养生长的过程及其控制
1、植物生长的大周期(S形生长曲线)
在植物生长过程中表示不均性,即出现慢一快一慢的过程。
用函数作图呈“S”形。
①前期生长慢(幼苗期):
a种子提供营养,异养阶段;b植物小,根系不发达,光合面积小,制作营养物能力差。
②快速生长期(中期):
根子发达,自养阶段;光合面积迅速扩大,光合能力明显提高,合成有机物质全部用于生长。
③稳定期:
a营养物质的库发生转移,由营养生长转入生殖生长,合成有机物质用于生殖生长;b营养器官趋于衰老,代谢能力下降。
2、影响和控制植物营养生长的因素
影响植物营养生长的因素包括二个方面即因内和外因。
1)外界环境因子对植物营养生长的影响包括温度,光照和水分。
温度:
对于植物影响包括以下几方面。
A影响酶的活性,生物体内的一切代谢活动都在酶的作用下完成;B三基点,最低,最高,最适;C不同的植物对温度有不同的要求;D温周期(昼夜的变化,温差)
温周期:
植物适应昼夜温度变化的现象称温周期。
水分:
水分需要的“三基点”,超出最低点会出现旱灾,超出最高点出现涝灾。
土根水分
植物水分因素包括三个方面空气湿度
蒸腾量
光:
包括以下几方面
a光合作用的能源,光合产物促进生长,红、蓝光
b抑制植物生长:
主要蓝紫光和紫外光
①抑制顶芽生长,如高山植物矮小,呈垫状
②机理是光破坏植物体内的生长素
③调节因基的表达,控制生活史中各个阶段发育。
光形态发生:
通过光的作用来调节不同基因的表达,实现各个发育阶段的过程称。
简单说,通过光来调节植物的发育过程。
植物体内主要由光的受体来感受环境中信号。
光敏素:
红光、红外光受体
三种受体:
蓝光受体
紫外光受体
光对植物影响→控制基因→生长情况
2)植物内源激素对植物营养生长的调节
正面作用(正面)
负面作用(反面)
等诸多方面有调节作用
生长习性
植物激素细胞分裂
器官分化
浓度
作用结果器官种类
细胞年龄
植物激素主要有几下几类
a生长素:
是在植物界中发观最早的激素,达尔文在禾本科植物中发现的。
对植物的作用有:
①促进生长:
是生长素的重要生理功能。
促进细胞纵向伸长,集中分布在生长旺盛部位,根尖、茎尖,形成层等
②促进器官的分化:
能诱导根与花菜的分化,在农业生产中广泛应用。
如奈乙酸处理插条。
诱导薄壁细胞分裂,形成俞伤组织。
③生长素与项端优势形成有关:
项端优势:
植物项芽生长抑制侧芽生长的现象。
顶端优势学说认为:
顶芽中生长素抑制侧芽生长,10-8mol/L,作用变成抑制作用。
④生长素与植物向光有关
向光性:
植物在生长过程中向太阳光一侧弯曲称向光性,向光一侧少,生长慢,背光一侧多,生长快。
三、植物的生殖生长
生殖生长:
植物生殖器官(花、果实、种子)的形成与发育过程称为生殖生长。
一般说为,花芽形成后,代表着营养生长转入生殖生长。
(一)从营养生长到生殖生长的转变。
植物经过一段生长过程后,由于接受外界因素的,内部因素的一系列变化,使营养分生组织转化为有性分生织组。
在自然界中诱导开花的因子很多,主要有:
a光周期:
长日照,水物、珠、大豆
短日照,萝卜、菠菜、天仙子
b低温诱导:
冬麦、萝卜、油菜等
c内激发变化:
对开花也有重要影响。
1、光周期诱导—光周期现象:
光是绿色植物依赖生存的环境因子,不仅提供能量,也能诱导花芽的形成,促使由营养生长→生殖生长
光周期:
在一天中,昼夜相对长度影响植物生长的现象。
光周期的季节的变化和地区的变化。
光周期对植物的花芽形成起到重要作用。
是重要诱导因子,据植物对光周期的反应,将植物分为三种类型。
短日照植物:
指日照长度短于临界日长度时,开花的植物,要求较长的黑夜,又称长夜植物。
多在早春和秋季开花、如:
大豆、菊花、烟草、棉花
缩短日照长度,延长黑暗时间,能提早开花。
长日照植物:
在日照长度长于临界日长度时,开花的植物。
延长暗期会延迟开花,又称短夜植物。
如:
大麦、小麦、油菜、菠菜、风仙花等。
中日照植物:
白天与黑夜比较接近时开发的植物。
如:
甘蔗
中性植物:
开花不受光照的影响,其它条件主要满足均可开花,如:
黄瓜、西红柿、蒲公英、四季豆等
影响植物开花的因素除与光周期外,还与周期数与光质有关。
光周期数(天数),光周期敏感植物成花诱导所需的光周期数(天数)。
在植物对光照反应中,红光最为有效,远红光可以消除红光长夜中照射对短日照植物的影响。
2、低温诱导——春化作用
1)春化作用:
低温对植物开花的促进作用。
2)机理:
目前了解比较少,研究表明春化后RNA、可溶性蛋白、游离氨基酸、新蛋白质合成有所增加。
3)时期:
种子萌发阶段小麦萌发期,营养生长时期,苗期。
4)春化时间:
4—8周,温度,1—7℃
5)接受春化部位:
生长点(茎)
3、激素对开花的影响
激素对植物开花影响关系十分复杂
• 生长素:
少时能促进开花。
多时抑制开花。
原因能诱导RNA合成,改变蛋白质性质,利于营养生长。
2)赤霉素:
需要冷的植物在常温下开花;长照植物在短日照条件下开花;短日照植物在长日照条件下开花。
3)细胞分裂素:
对开花有抑制或促进作用,单独使用效果不明显
4)乙烯:
能促菠萝开花,效果与处理时间有关。
5)脱落酸:
促进短照植物在长日下开花;抑制长日照植物在短日照下开花,引起花芽枯委,脱落。
4、突变体(基因)对开化有影响,机理不详。
(二)花的形成与发育
1、花序分组织和花分生组织的结构与发育
植物经过多因诱导人用,发生成花反应。
茎尖分生组织形态变化:
营养生长锥→生殖生长锥,开始花序长芽分化,整个过程分三个阶段。
①花的起始阶段:
营养器接受诱导信号,传递茎端。
②花的诱动阶:
按到信息后开始诱动,营养分生组织→性分生组织(花序分生组织)③花器官分化与发育阶段:
花序分生组织产生花分组织开始花的分化。
花序→花
根据植物运动的性质和反应的方式不同,将植物运动分为两类,即向性运动和感性运动。
(一)向性运动:
由光,重力等外界刺激而产生的运动。
运动方向取决于外部刺激的方向。
分为三步:
感受→传导→反应
据外部刺激因素不同向性运动又分为:
向光性,向地性(向重力性)
1、向光性:
指植物随着光的方向而弯曲生长的地方。
很多植物的叶子有向光性的特点。
使叶子最适合利用光的位置。
向光性的解释有二种不同的观点:
其一:
生长素分布不均引起,向光则分布少,背光则分布多。
其二:
抑制物分布不均引起。
(2)向地性(向重力性):
在重力影响下保持一定生长方向的特性。
正向地性:
根向下生长的特性。
解释:
由于细胞中含有淀粉体,每个体内有1-8个淀粉粒。
即平衡石。
引起细胞下侧积累更多的钙与生长素,形成不均匀生长。
3、向触性:
植物与固定物接触时,很快,发生生长变化的反应。
4、向水性:
学增水分分布不均时,根总是向较潮湿土一侧生长。
(二)感性运动:
由光暗较变,触摸或内部时间机制而发的运动,与外界刺激方向无关。
据外界刺激因子的不同分为感液性和感震性。
1、感夜性:
如植物的叶了或花,白天开放或展开,夜间闭合的现象。
如合欢,蒲公英等。
有的相反,白天闭合夜间开放。
如茉莉,烟草。
2、感震性:
植物的由振动引起的运动特征。
如含羞草,叶片受触摸后很快闭合。
接到刺激后,很快传到叶柄茎部,使叶片闭合。
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