一、植物生命活動(dòng)調節的基本形式:激素調節
1、植物的向性運動(dòng)
(1)概念:是植物體受到單一方向的外界刺激(如光、重力等)而引起的定向運動(dòng)。
(2)外界刺激:光照、重力、溫度、濕度、化學(xué)物質(zhì)、各種射線(xiàn)等。
(3)原因:與生長(cháng)素的調節有關(guān)
(4)類(lèi)型
①向光性:莖的向光性、根的背光性
②向地性:根的向地性
③背地性:莖的背地性
④向水性:根對水的感受部位是根尖,有向水源生長(cháng)的趨勢,表現為向水性。
⑤向肥性:根的向肥性。當植物生長(cháng)在一側肥力充足,另一側肥力不充足的條件下,肥力充足一側的根生長(cháng)的將明顯發(fā)達,從而說(shuō)明根的生長(cháng)具有向肥性。
⑥向觸性:植物器官在接觸到固體而產(chǎn)生方向性的反應。這個(gè)方向性的反應是因生長(cháng)改變所造成,例如豆科的卷須接觸柱子后會(huì )產(chǎn)生纏繞反應。牽牛花花的莖和黃瓜卷須的前端接觸到支架,就向接觸的方向卷曲,邊卷曲、邊生長(cháng)。
2、植物的感性運動(dòng)
(1)概念:植物體受到不定向的外界刺激而引起的局部運動(dòng),稱(chēng)為感性運動(dòng)。作用機理較為復雜,但是發(fā)生感性運動(dòng)的器官多半具有腹、背兩面對稱(chēng)的結構。
(2)類(lèi)型
感性運動(dòng)一般分為感夜性、感震性和感觸性等,但各自的作用機理卻有所不同。
①感夜性:主要是由晝夜光暗變化引起的。蒲公英的花序、睡蓮的花瓣、合歡的小葉等晝開(kāi)夜合;而煙草、紫茉莉、月見(jiàn)草等植物的花則相反是夜開(kāi)晝合。
②感溫性:溫度變化而引起的,如郁金香從冷處移到暖處3min~5min就可開(kāi)放。
③感震性:含羞草的感震運動(dòng)是由于其復葉的葉柄基部葉褥細胞的膨壓變化引起的。
④感觸性
(1)①表中沒(méi)有列出的植物激素是乙烯,乙烯的作用是促進(jìn)果實(shí)成熟.
②分析表格中的信息可知,伸長(cháng)莖沒(méi)有細胞分裂素,只含有生長(cháng)素和赤霉素,因此赤霉素和細胞分裂素的作用是通過(guò)促進(jìn)細胞伸長(cháng)而促進(jìn)植物生長(cháng);細胞分裂素主要通過(guò)細胞分裂增加細胞的數量而促進(jìn)生長(cháng).
(2)由題意知,該實(shí)驗的目的是證明細胞分裂素有延緩葉片衰老的作用,實(shí)驗原理是葉綠素逐漸喪失而失去綠色的葉片衰老最明顯的特點(diǎn),離體葉片很快就會(huì )出現衰老的特點(diǎn),因此,可通過(guò)用細胞分裂素來(lái)處理離體葉片,記錄葉片失綠變黃所需的時(shí)間來(lái)證明,實(shí)驗的自變量是否用細胞分裂素處理離體葉片,因變量是葉片失綠變黃所需的時(shí)間,實(shí)驗所以的葉片材料等屬于無(wú)關(guān)變量,無(wú)關(guān)變量應保持一致且適宜,按照實(shí)驗設計的對照原則和單一變量原則,實(shí)驗步驟如下.
第一步:選取同種植物、同樣大小和發(fā)育狀況相同的葉片隨機分成兩組,分別標記為甲組、乙組.
第二步:在甲組葉片的局部位置涂上一定濃度的細胞分裂素,乙組葉片在相同位置相同面積上涂等量的蒸餾水作為對照.
第三步;觀(guān)察并記錄甲、乙兩組葉片失綠變黃所需的時(shí)間.
結果預期及結論:
如甲組葉片失綠變黃所需的時(shí)間比乙組長(cháng),說(shuō)明細胞分裂素有延緩葉片衰老的作用.
故答案為:
(1)①促進(jìn)果實(shí)的成熟 ②細胞的伸長(cháng) 細胞的分裂
(2)④第一步:同種植物、同樣大小和發(fā)育狀況相同的
第二步:在相同位置相同面積上涂等量的蒸餾水
第三步:觀(guān)察并記錄甲、乙兩組葉片失綠變黃所需的時(shí)間
⑤甲組葉片失綠變黃所需的時(shí)間比乙組長(cháng)
(1)植物激素共有五大類(lèi),除上表中的四大類(lèi)外還有一種就是乙烯,其主要生理作用是促進(jìn)果實(shí)的成熟.
(2)莖尖中生長(cháng)素、赤霉素、細胞分裂素的含量都比較高,生長(cháng)素和赤霉素主要通過(guò)促進(jìn)細胞的伸長(cháng),而促進(jìn)細胞的生長(cháng);伸長(cháng)莖中生長(cháng)素和赤霉素的含量比較高,細胞分裂素主要通過(guò)促進(jìn)細胞分裂,從而細胞的生長(cháng).
(3)從條件知,應對離體葉片處理:離體葉片衰老的快慢可用葉片發(fā)黃的時(shí)間來(lái)判斷.因此,用細胞分裂素處理離體葉片,記錄葉片失綠變黃所需的時(shí)間來(lái)證明.
實(shí)驗步驟:
第一步:要特別注意單一變量原則,因此要取同種植物、同樣大小和發(fā)育狀況相同的
第三步:觀(guān)察因變量,而因變量是葉片失綠變黃所需的時(shí)間,因而需記錄甲、乙兩組葉片失綠變黃所需的時(shí)間
實(shí)驗結果預測:驗證實(shí)驗只有一種現象和結論.題意要證明細胞分裂素有延緩葉片衰老的作用,故現象為甲組葉片失綠變黃所需的時(shí)間比乙組長(cháng).
實(shí)驗結論:細胞分裂素有延緩葉片衰老的作用,與題意相吻合.
故答案為:
(1)促進(jìn)果實(shí)的成熟
(2)細胞的伸長(cháng) 細胞的分裂
(3)用細胞分裂素處理離體葉片,記錄葉片失綠變黃所需的時(shí)間
第一步:同種植物、同樣大小和發(fā)育狀況相同的
第三步:記錄甲、乙兩組葉片失綠變黃所需的時(shí)間
甲組葉片失綠變黃所需的時(shí)間比乙組長(cháng)
細胞分裂素有延緩葉片衰老的作用
植物激素是植物體內合成的對植物生長(cháng)發(fā)育有顯著(zhù)作用的幾類(lèi)微量有機物質(zhì)。
也被成為植物天然激素或植物內源激素。它們在植物體內部分器官合成后轉移到其它植物器官,能影響生長(cháng)和分化。
在個(gè)體發(fā)育中,不論是種子發(fā)芽、營(yíng)養生長(cháng)、繁殖器官形成以至整個(gè)成熟過(guò)程,主要由激素控制。在種子休眠時(shí),代謝活動(dòng)大大降低,也是由激素控制的。
最早發(fā)現的激素是吲哚乙酸(IAA),這是一種生長(cháng)素,它是研究最多的一種激素。吲哚乙酸在植物體內普遍存在,是生理活性最強的生長(cháng)素。
赤霉素(GA)屬于雙萜化合物。其中GA3被發(fā)現得最早、研究得最廣泛。
細胞分裂素(CTK)是一類(lèi)腺嘌呤衍生物。其中玉米素是從高等植物中分離得到的第一種天然細胞分裂素。
以上三種激素主要促進(jìn)植物生長(cháng),而脫落酸和乙烯主要抑制植物生長(cháng)。 脫落酸(ABA)是一種倍半萜衍生物。
乙烯是化學(xué)結構十分簡(jiǎn)單的不飽和烴。 在五大激素之外,油菜素被認為是第6類(lèi)激素。
這是一類(lèi)以甾醇為骨架的植物內源甾體類(lèi)生理活性物質(zhì),又稱(chēng)蕓薹素。 植物激素的作用機理是這樣的。
植物體內的激素與細胞內某種稱(chēng)為激素受體的蛋白質(zhì)結合后即表現出調節代謝的功能。激素受體與激素有很強的專(zhuān)一性和親和力。
有些受體存在與質(zhì)膜上,與吲哚乙酸結合后改變質(zhì)膜上質(zhì)子泵活力,影響膜透性。有些受體存在與細胞質(zhì)和細胞核中,與激素結合后影響DNA、RNAH和蛋白質(zhì)的合成,并對特殊酶的合成起調控作用。
激素間存在各種相互作用。一是增效作用。
例如GA3與IAA共同使用可強烈促進(jìn)形成層的細胞分裂。對某些蘋(píng)果品種,只有同時(shí)使用才能誘導無(wú)籽果實(shí)形成。
二是促進(jìn)作用。外源GA3能促進(jìn)內源生長(cháng)素的合成,因為施用的GA3可抑制組織內IAA氧化酶和過(guò)氧化物酶的活性,從而延緩IAA的分解。
高濃度的外源生長(cháng)素促進(jìn)乙烯的生成。 三是配合作用。
例如生長(cháng)素可促進(jìn)根原基的形成,細胞分裂素可誘導芽的產(chǎn)生。進(jìn)行植物細胞和組織培養時(shí),培養基中必須有配合適當比例的生長(cháng)素和細胞分裂素才能表現出細胞的全能性,即長(cháng)根又長(cháng)芽,成為完整植株。
四是拮抗作用。例如植物頂端產(chǎn)生的生長(cháng)素向下運輸能控制側芽的萌發(fā)生長(cháng),表現頂端優(yōu)勢,如將細胞分裂素外施與側芽,可以克服生長(cháng)素的控制,促進(jìn)側芽萌發(fā)生長(cháng)。
又例如GA3誘導大麥籽粒糊粉層中α-淀粉酶生成作用可被ABA抑制。反之,ABA對馬鈴薯芽的萌發(fā)抑制作用可被GA3抵消。
外源乙烯促進(jìn)組織內IAA氧化酶的產(chǎn)生,從而加速I(mǎi)AA的分解,是植物體內IAA水平降低。 人工合成的具有生理活性、類(lèi)似植物激素的化合物稱(chēng)為植物生長(cháng)調節劑,或植物外源激素。
它們少量施加即可有效地控制植物的生長(cháng)發(fā)育,增加農作物產(chǎn)量,在農業(yè)和園藝上得到廣泛應用。這些植物生長(cháng)調節劑有以下幾類(lèi)。
1. 生長(cháng)促進(jìn)劑。為人工合成的類(lèi)似生長(cháng)素、赤霉素、細胞分裂素類(lèi)物質(zhì)。
能促進(jìn)細胞分裂和伸長(cháng),新器官的分化和形成,防止果實(shí)脫落。它們包括:2,4-D、吲哚乙酸、吲哚丁酸、萘乙酸、2,4,5-T、2,4,5-TP、胺甲萘(西維因)、增產(chǎn)靈、GA3赤霉素、激動(dòng)素、6-BA、PBA、玉米素等。
2. 生長(cháng)延緩劑。為抑制莖頂端下部區域的細胞分裂和伸長(cháng)生長(cháng),使生長(cháng)速率減慢的化合物。
導致植物體節間縮短,誘導矮化、促進(jìn)開(kāi)花,但對葉子大小、葉片數目、節的數目和頂端優(yōu)勢相對沒(méi)有影響。生長(cháng)延緩劑主要起阻止赤霉素生物合成的作用。
這些物質(zhì)包括:矮壯素(CCC)、B9(比久)、阿莫-1618、氯化膦-D(福斯方-D)、助壯素(調節安)等。 3. 生長(cháng)抑制劑。
與生長(cháng)延緩劑不同,主要抑制頂端分生組織中的細胞分裂,造成頂端優(yōu)勢喪失,使側枝增加,葉片縮小。它不能被赤霉素所逆轉。
這類(lèi)物質(zhì)有:MH(抑芽丹)、二凱古拉酸、TIBA(三碘苯甲酸)、氯甲丹(整形素)、增甘膦等。 4. 乙烯釋放劑。
人工合成的釋放乙烯的化合物,可催促果實(shí)成熟。乙烯利是最為廣泛應用的一種。
乙烯利在pH值為4以下是穩定的,當植物體內pH值達5~6時(shí),它慢慢降解,釋放出乙烯氣體。 5. 脫葉劑。
脫葉劑可引起乙烯的釋放,使葉片衰老脫落。其主要物質(zhì)有三丁三硫代丁酸酯、氰氨鈣、草多索、氨基三唑等。
脫葉劑常為除草劑。 6. 干燥劑。
干燥劑通過(guò)受損的細胞壁使水分急劇喪失,促成細胞死亡。它在本質(zhì)上是接觸型除草劑。
主要有百草枯、殺草丹、草多索、五氯苯酚等。 使用植物生長(cháng)調節劑雖然可以調節植物生長(cháng),但濫用激素往往造成無(wú)法彌補的產(chǎn)量損失,因此使用濃度一定要適當,使用次數一定不能過(guò)多。
植物激素 是指植物細胞接受特定環(huán)境信號誘導產(chǎn)生的、低濃度時(shí)可調節植物生理反應的活性物質(zhì)。
它們在細胞分裂與伸長(cháng)、組織與器官分化、開(kāi)花與結實(shí)、成熟與衰老、休眠與萌發(fā)以及離體組織培養等方面,分別或相互協(xié)調地調控植物的生長(cháng)、發(fā)育與分化。這種調節的靈活性和多樣性,可通過(guò)使用外源激素或人工合成植物生長(cháng)調節劑的濃度與配比變化,進(jìn)而改變內源激素水平與平衡來(lái)實(shí)現。
編輯本段植物激素有六大類(lèi) 即生長(cháng)素(auxin)、赤霉素(GA)、細胞分裂素(CTK)、脫落酸(abscisic acid,ABA)、乙烯(ethyne,ETH)和油菜素甾醇(brassinosteroid,BR)。它們都是些簡(jiǎn)單的小分子有機化合物,但它們的生理效應卻非常復雜、多樣。
例如從影響細胞的分裂、伸長(cháng)、分化到影響植物發(fā)芽、生根、開(kāi)花、結實(shí)、性別的決定、休眠和脫落等。所以,植物激素對植物的生長(cháng)發(fā)育有重要的調節控制作用。
植物激素的化學(xué)結構已為人所知,有的已可以人工合成,如吲哚乙酸;有的還不能人工合成,如赤霉素。目前市場(chǎng)上售出的赤霉素試劑是從赤霉菌的培養過(guò)濾物中制取的。
這些外加于植物的吲哚乙酸和赤霉素,與植物體自身產(chǎn)生的吲哚乙酸和赤霉素在來(lái)源上有所不同,所以作為植物生長(cháng)調節劑,也有稱(chēng)為外源植物激素。 最近新確認的植物激素有,多胺,水楊酸類(lèi),茉莉酸(酯)等等。
植物體內產(chǎn)生的植物激素有赤霉素、激動(dòng)素、脫落酸等。現已能人工合成某些類(lèi)似植物激素作用的物質(zhì)如2,4-D(2,4-二氯苯酚代乙酚)等。
植物自身產(chǎn)生的、運往其他部位后能調節植物生長(cháng)發(fā)育的微量有機物質(zhì)稱(chēng)為植物激素。人工合成的具有植物激素活性的物質(zhì)稱(chēng)為生長(cháng)調節劑。
已知的植物激素主要有以下5類(lèi):生長(cháng)素、赤霉素、細胞分裂素、脫落酸和乙烯。而油菜素甾醇也逐漸被公認為第六大類(lèi)植物激素。
編輯本段生長(cháng)素 Charles.D.Darwin在1880年研究植物向性運動(dòng)時(shí),只有各種激素的協(xié)調配合,發(fā)現植物幼嫩的尖端受單側光照射后產(chǎn)生的一種影響,能傳到莖的伸長(cháng)區引起彎曲。1928年荷蘭F.W.溫特從燕麥胚芽鞘尖端分離出一種具生理活性的物質(zhì),稱(chēng)為生長(cháng)素,它正是引起胚芽鞘伸長(cháng)的物質(zhì)。
1934年荷蘭F.克格爾等從人尿得到生長(cháng)素的結晶,經(jīng)鑒定為吲哚乙酸。促進(jìn)>橡膠樹(shù)漆樹(shù)等排出乳汁。
在植物中,則吲哚乙酸通過(guò)酶促反應從色氨酸合成。十字花科植物中合成吲哚乙酸的前體為吲哚乙腈,西葫蘆中有相當多的吲哚乙醇,也可轉變?yōu)檫胚嵋宜帷?/p>
已合成的生長(cháng)素又可被植物體內的酶或外界的光所分解,因而處于不斷的合成與分解之中。 編輯本段生長(cháng)素在低等和高等植物中普遍存在。
生長(cháng)素在低等和高等植物中普遍存在。生長(cháng)素主要集中在幼嫩、正生長(cháng)的部位,如禾谷類(lèi)的胚芽鞘,它的產(chǎn)生具有“自促作用”,雙子葉植物的莖頂端、幼葉、花粉和子房以及正在生長(cháng)的果實(shí)、種子等;衰老器官中含量極少。
用胚芽鞘切段證明植物體內的生長(cháng)素通常只能從植物的上端向下端運輸,而不能相反。這種運輸方式稱(chēng)為極性運輸,能以遠快于擴散的速度進(jìn)行。
但從外部施用的生長(cháng)素類(lèi)藥劑的運輸方向則隨施用部位和濃度而定,如根部吸收的生長(cháng)素可隨蒸騰流上升到地上幼嫩部位。 低濃度的生長(cháng)素有促進(jìn)器官伸長(cháng)的作用。
從而可減少蒸騰失水。超過(guò)最適濃度時(shí)由于會(huì )導致乙烯產(chǎn)生,生長(cháng)的促進(jìn)作用下降,甚至反會(huì )轉為抑制。
不同器官對生長(cháng)素的反應不同,根最敏感,芽次之,莖的敏感性最差。種子中較高的脫落酸含量是種子休眠的主要原因。
生長(cháng)素能促進(jìn)細胞伸長(cháng)的主要原因,在于它能使細胞壁環(huán)境酸化、水解酶的活性增加,從而使細胞壁的結構松弛、可塑性增加,有利于細胞體積增大。生長(cháng)素還能促進(jìn)RNA和蛋白質(zhì)的合成,促進(jìn)細胞的分裂與分化。
生長(cháng)素具有雙重性,不僅能促進(jìn)植物生長(cháng),也能抑制植物生長(cháng)。低濃度的生長(cháng)素促進(jìn)植物生長(cháng),過(guò)高濃度的生長(cháng)素抑制植物生長(cháng)。
2,4-D曾被用做選擇性除草劑。 吲哚乙酸可以人工合成。
生產(chǎn)上使用的是人工合成的類(lèi)似生長(cháng)素的物質(zhì)如吲哚丙酸、吲哚丁酸、萘乙酸、2,4-D、4-碘苯氧乙酸等,可用于防止脫落、促進(jìn)單性結實(shí)、疏花疏果、插條生根、防止馬鈴薯發(fā)芽等方面。愈傷組織容易生根;反之容易生芽。
編輯本段赤霉素 1926年日本黑澤在水稻惡苗病的研究中,發(fā)現感病稻苗的徒長(cháng)和黃化現象與赤霉菌(Gibberellafujikuroi)有關(guān)。1935年藪田和住木從赤霉菌的分泌物中分離出了有生理活性的物質(zhì),定名為赤霉素(GA)。
從50年代開(kāi)始,英、美的科學(xué)工作者對赤霉素進(jìn)行了研究,現已從赤霉菌和高等植物中分離出60多種赤霉素,分別被命名為GA1,GA2等。以后從植物中發(fā)現有十多種細胞分裂素,赤霉素廣泛存在于菌類(lèi)、藻類(lèi)、蕨類(lèi)、裸子植物及被子植物中。
商品生產(chǎn)的赤霉素是GA3、GA4和GA7。GA3又稱(chēng)赤霉酸,是最早分離、鑒定出來(lái)的赤霉素,分子式為C19H22O6。
即6-呋喃氨基嘌呤。 高等植物中的赤霉素主要存在于幼根、幼葉、幼嫩種子和果實(shí)等部位,由甲羥戊酸經(jīng)貝殼杉烯等中間物合成。
后證明其中含有一種能誘導細胞分裂的成分,赤霉素在植物體內運輸時(shí)無(wú)極性,通常由木質(zhì)部向上運輸,由韌皮部向下或雙向運輸。赤霉素最顯著(zhù)。
“能夠適應環(huán)境”是生物的一個(gè)基本特征。但對“生物如何適應環(huán)境?”,特別是“植物如何適應環(huán)境?”這些問(wèn)題學(xué)生過(guò)去很少接觸。本節內容沿著(zhù)科學(xué)家的足跡向學(xué)生逐一介紹了一種植物激素——生長(cháng)素的合成部位、產(chǎn)生影響的部位、在植物體內運輸的規律、化學(xué)性質(zhì)、生理作用以及在生產(chǎn)實(shí)踐中的應用等多方面的知識。
有關(guān)生長(cháng)素的合成部位、在植物體內運輸規律以及生長(cháng)素生理作用的知識,能夠使學(xué)生能夠從化合物、細胞的角度理解植物產(chǎn)生向性運動(dòng)的原因,了解有關(guān)生長(cháng)素的知識在生產(chǎn)實(shí)踐中的應用,因而成為本節的重點(diǎn)知識。
由于不同植物器官要求的最適生長(cháng)素濃度不同,植物產(chǎn)生“向地性”與產(chǎn)生“向光性”、“背地性”的機理并不完全相同,如果在教師在講述的過(guò)程中未能給予明確的區分,將會(huì )造成學(xué)生理解上的混亂,而成為學(xué)生學(xué)習上的一個(gè)難點(diǎn)。
在介紹主干知識的同時(shí),教材并沒(méi)有把學(xué)生的眼光局限在知識本身,局限在對某一種激素的認識上,而是及時(shí)介紹了科學(xué)研究成果怎樣應用于農業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐,以及與植物產(chǎn)生向光性有關(guān)的生長(cháng)抑制物和其他植物激素,使學(xué)生能夠認識到科學(xué)研究與生產(chǎn)實(shí)踐的關(guān)系,也對植物生命活動(dòng)的調節機理有一個(gè)較全面的認識。
對學(xué)生進(jìn)行能力訓練,使學(xué)生初步具備一種能力需要一個(gè)過(guò)程。這就需要教師在教學(xué)過(guò)程()中有意識地抓住教材中提供的機會(huì ),不失時(shí)機地對學(xué)生進(jìn)行能力訓練。利用科學(xué)研究的過(guò)程呈現科學(xué)知識在教材中有四處。其中比較集中而完整地反映科學(xué)研究全過(guò)程的有兩處。生長(cháng)素的發(fā)現過(guò)程是第一處,孟德?tīng)栄芯窟z傳的基本規律是第二處。與孟德?tīng)柊l(fā)現遺傳基本規律的過(guò)程相比較,對生長(cháng)素的發(fā)現、認識過(guò)程歷時(shí)較長(cháng),其中提出假設、通過(guò)實(shí)驗求證(或檢驗)假設的過(guò)程也不很清晰。因此,教師在處理教材時(shí)要特別給學(xué)生點(diǎn)明這條科學(xué)研究的線(xiàn)索,讓學(xué)生初步了解人類(lèi)認識自然的過(guò)程。并在活動(dòng)的過(guò)程中理解知識,學(xué)會(huì )運用知識,掌握科學(xué)研究的一般方法。
植物的根向下生長(cháng),莖尖向光生長(cháng)的雖然是生活中常的現象,但學(xué)生有可能對此熟視無(wú)睹,并不深究其中的原因。以此作為研究?jì)热荩瑔l(fā)學(xué)生自己設計驗證實(shí)驗,使學(xué)生在活動(dòng)中學(xué)習,既可以調動(dòng)學(xué)生學(xué)習的積極性,又給學(xué)生提供了展示自己創(chuàng )新能力的機會(huì )。教師在此過(guò)程中要充分發(fā)揮主導作用,引導學(xué)生在實(shí)驗材料的選擇、實(shí)驗裝置的設置上拓展思路,幫助學(xué)生靈活運用所學(xué)知識,考慮如何實(shí)施好自己的實(shí)驗方案。以達到使學(xué)生掌握知識、提高能力的目的。
教法建議
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