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沪科版教案.docx

1、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沪科版教案第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 Charles Darwin 和他的儿子 Francis Darwin ：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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、）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（ abscisic acid ，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：

10、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

11、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

12、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

13、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

14、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。 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 O 2 。 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。 温度：种子在萌发过

15、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。 氧气：种子萌发需要能量来自呼吸代谢，它需要 O 2 ，当空气中为 O 2 10% 时，才能萌发，低 5% 不能萌发。 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

16、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“”形。 前期生长慢（幼苗期）： a 种子提供营养，异养阶段；

17、b 植物小，根系不发达，光合面积小，制作营养物能力差。 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。 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；

18、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 抑制顶芽生长，如高山植物矮小，呈垫状 机理是光破坏植物体内的生长素 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

19、 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： 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 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。 生长素与项端优势形成有关： 项端

20、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 -8 mol/L ，作用变成抑制作用。 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

21、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

22、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

23、、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

24、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。 花的起始阶段：营养器接受诱导信号，传递茎端。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）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

25、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。