高三生物復(fù)習(xí)專(zhuān)題6專(zhuān)題六植物的新陳代謝及其調(diào)節(jié)

1、專(zhuān)題六 植物的新陳代謝及其調(diào)節(jié)邱國(guó)強(qiáng) (重慶市黔江中學(xué))*知識(shí)聯(lián)系框架種子的成熟與萌發(fā)生理植物的水分代謝植物的礦質(zhì)代謝植物的光合作用植物的呼吸作用植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)素 生長(zhǎng)素的合成部位及分布生長(zhǎng)素的生理功能赤霉素細(xì)胞分裂素脫落酸乙烯植物的新陳代謝及其調(diào)節(jié)植物生命活動(dòng)調(diào)節(jié)植物的新陳代謝 *重點(diǎn)知識(shí)聯(lián)系與剖析一、植物的新陳代謝 1.種子的成熟與萌發(fā)生理*胚珠中的卵細(xì)胞完成受精后，經(jīng)過(guò)細(xì)胞分裂、組織分化、器官形成，最后發(fā)育成成熟的胚的過(guò)程中，發(fā)生著一系列的生理變化。首先在受精卵發(fā)育成胚的過(guò)程中，開(kāi)始合成大量的生長(zhǎng)素，生長(zhǎng)素的生理功能之一能夠改變植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分配。正在發(fā)育的胚

2、中合成的大量生長(zhǎng)素就使得整個(gè)胚珠及子房都處在適宜濃度的生長(zhǎng)素的環(huán)境中，形成了植物體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分配中心。植物的葉片進(jìn)行光合作用制造的有機(jī)物(主要是糖類(lèi))源源不斷地運(yùn)輸?shù)阶臃恐衼?lái)。剛運(yùn)來(lái)的糖類(lèi)都是可溶性的糖，如蔗糖、棉子糖等。在成熟過(guò)程中，這些可溶性的糖逐漸轉(zhuǎn)變成淀粉等不溶性的物質(zhì)?？扇苄缘奶侨芙庠谒?，使幼嫩種子的滲透壓較高，所以幼嫩種子的含水量較高。但隨著種子的成熟，可溶性的糖逐漸轉(zhuǎn)變成不溶性的糖，種子內(nèi)的滲透壓逐漸下降，種子的含水量也逐漸下降。植物根系吸收的氮素被轉(zhuǎn)變成氨基酸后也源源不斷地運(yùn)輸?shù)桨l(fā)育著的種子中，在胚乳或子葉中被合成貯藏蛋白。植物必需的礦質(zhì)元素也被運(yùn)輸?shù)椒N子中貯藏起來(lái)?？傊?/p>

3、種子成熟過(guò)程中，含水量在逐漸下降，有機(jī)物的含量在逐漸增加，有機(jī)物的種類(lèi)相對(duì)減少。*種子解除休眠后，吸水膨脹，就開(kāi)始進(jìn)行旺盛的呼吸作用，種子中的許多酶被合成或被激活，如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等。種子的胚乳或子葉中貯藏的蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪等不溶性的大分子物質(zhì)被分解成可溶性的氨基酸、麥芽糖、甘油和脂肪酸等小分子物質(zhì)，轉(zhuǎn)運(yùn)到胚芽、胚軸和胚根中，胚芽、胚軸、胚根中的細(xì)胞開(kāi)始分裂、分化、發(fā)育，最后形成幼苗。所以種子在萌發(fā)過(guò)程中，隨著吸水量的增加，呼吸作用逐漸旺盛，鮮重逐漸增加。由于呼吸消耗，干重卻在減少。在萌發(fā)過(guò)程，利用種子中的貯藏物質(zhì)合成了種類(lèi)繁多的有機(jī)小分子物質(zhì)，滿(mǎn)足生長(zhǎng)發(fā)育所需。種子在萌發(fā)過(guò)程中是不

4、能進(jìn)行光合作用的，待種子發(fā)育成幼苗后，便可進(jìn)行光合作用，獨(dú)立生活了。 2.植物的水分代謝植物吸收水分的方式有兩種：吸脹作用和滲透作用。*吸脹作用是沒(méi)有液泡的植物細(xì)胞吸收水分的方式，如生長(zhǎng)點(diǎn)的細(xì)胞、干種子細(xì)胞、莖的形成層細(xì)胞等。原理是細(xì)胞中有大量親水性物質(zhì)，這些親水性能夠從外界吸收大量的水分，活細(xì)胞、死細(xì)胞都能通過(guò)吸脹作用吸收水分。*滲透作用是具有液泡的成熟的植物細(xì)胞吸收水分的方式。原理是原生質(zhì)層具有選擇透過(guò)性，原生質(zhì)層內(nèi)外的溶液存在著濃度差，水分子就可以從溶液濃度低的一側(cè)通過(guò)原生質(zhì)層擴(kuò)散到溶液濃度高的一側(cè)。溶液滲透壓的高低與溶液中溶質(zhì)分子的物質(zhì)的量的多少有關(guān)，溶液中溶質(zhì)分子物質(zhì)的量越多，滲透壓

5、越高，反之則越低。在比較兩種溶液滲透壓高低時(shí)以?xún)煞N溶液中的溶質(zhì)分子的物質(zhì)的量為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。如果溶質(zhì)分子 相同，也可以質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較。能夠通過(guò)滲透作用吸水的細(xì)胞一定是一個(gè)活細(xì)胞。一個(gè)成熟的植物細(xì)胞是一個(gè)滲透系統(tǒng)。驗(yàn)證通過(guò)滲透作用吸水或失水的最佳實(shí)例是質(zhì)壁分離和質(zhì)壁分離復(fù)原的實(shí)驗(yàn)。一次施肥過(guò)多引起“燒苗”，是由于土壤溶液的濃度突然增高，導(dǎo)致植物的根細(xì)胞吸水發(fā)生困難或不能吸水所至。鹽堿地里大多數(shù)農(nóng)作物不能正常生長(zhǎng)的原因之也是土壤溶液濃度過(guò)高造成的。淹制的魚(yú)、肉等不易變質(zhì)，是由于高濃度的鹽溶液使細(xì)胞等微生物失水死亡之故。*蒸騰作用是植物散失水分的主要?jiǎng)恿?。蒸騰作用是指植物葉肉細(xì)胞中的水分以水蒸氣的形式

6、通過(guò)葉的氣孔散失到大氣中的過(guò)程。氣孔不僅是水蒸氣擴(kuò)散出去的門(mén)戶(hù)，也是葉片內(nèi)部與外界進(jìn)行氣體交換的門(mén)戶(hù)。氣孔關(guān)閉不僅降低了植物的蒸騰作用，同時(shí)也阻礙了大氣中的co2進(jìn)入植物細(xì)胞，從而影響到植物的光合作用。蒸騰作用的生理意義主要有3個(gè)方面：一是植物吸收水分和運(yùn)輸水分的主要?jiǎng)恿?；二促進(jìn)植物運(yùn)輸溶解在水中的礦質(zhì)元素，這里強(qiáng)調(diào)的是溶解在水中并隨水分在導(dǎo)管中的運(yùn)輸，如果是礦質(zhì)元素從一種細(xì)胞運(yùn)輸?shù)搅硪粋€(gè)細(xì)胞的運(yùn)輸，則是由呼吸作用提供能量的；三能夠降低葉片的溫度。移栽植物必須去掉一部分枝葉才容易成活的原因是：移栽時(shí)，植物的根系受到損傷，吸收水分的能力大大降低。這時(shí)如果不降低蒸騰作用，植物因失水過(guò)多而死亡。所以

7、必須去掉一部分枝葉，以降低蒸騰作用，減少植物體內(nèi)水分的散失。 3.植物的礦質(zhì)代謝植物吸收礦質(zhì)元素的過(guò)程分為兩個(gè)階段：先交換吸附后主動(dòng)運(yùn)輸。*交換吸附是在細(xì)胞外進(jìn)行的，主動(dòng)運(yùn)輸使離子從細(xì)胞外運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞內(nèi)。呼吸作用與礦質(zhì)元素離子的吸附有著密切的聯(lián)系：呼吸作用為交換吸附提供h+和hco3-，為主動(dòng)運(yùn)輸提供能量。長(zhǎng)期水淹影響植物正常生長(zhǎng)和發(fā)育的原因主要有兩點(diǎn)：一是根細(xì)胞無(wú)氧呼吸產(chǎn)生酒精對(duì)細(xì)胞有毒害作用；二是無(wú)氧呼吸提供的能量少，導(dǎo)致植物吸收礦質(zhì)元素離子的數(shù)量減少而不能滿(mǎn)足植物生長(zhǎng)發(fā)育的需要。植物對(duì)礦質(zhì)元素離子的吸收具有選擇性原因是：與根細(xì)胞膜上載體的數(shù)量多少有關(guān)，與土壤溶液中離子的濃度不成比例。植物細(xì)

8、胞吸收礦質(zhì)元素離子的速度與溶液中離子的濃度和呼吸作用強(qiáng)度之間的關(guān)系用下圖所示的曲線(xiàn)表示，對(duì)此的解釋都是載體飽和了。*礦質(zhì)元素離子在植物體的存在狀態(tài)有3種：一是以離子的形式存在，不形成任何形式的化臺(tái)物，如k+； 二是形成易溶的、不穩(wěn)定的化合物，如n、p、mg等，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)、核酸、葉綠素等都是不穩(wěn)定的，在正常的細(xì)胞中，合成和分解達(dá)到種動(dòng)態(tài)的平衡；三是形成難溶的、穩(wěn)定的化合物，如fe、ca等。在植物細(xì)胞中形成一些有機(jī)酸的鈣鹽和鐵鹽均不溶于水，也不易分解、。以前兩種形成存在的礦質(zhì)離子在植物體內(nèi)是可以重復(fù)利用的，后一種形式存在的礦質(zhì)離子是不可以重復(fù)利用的，即在植物體內(nèi)只能利用一次。*缺素對(duì)植物的影響是：

9、缺少可重復(fù)利用的元素，一般先受傷的是老的部位，幼嫩的部位在短時(shí)間內(nèi)還正常生長(zhǎng)；缺少不可重復(fù)利用的元素，一般先受傷的是幼嫩的部位，老的部位還能保持正常。*通過(guò)灰分成分來(lái)判斷植物對(duì)某種礦質(zhì)離子的利用狀況：一般來(lái)說(shuō)，老葉灰分中含較多而嫩葉灰分中較少的元素，常是不可重復(fù)利用的元素，因?yàn)樵谒ダ厦撀淝斑@些元素沒(méi)有轉(zhuǎn)移出去?？芍貜?fù)利用的元素，在老葉和嫩葉中的含量一般相差不大。 4.植物的光合作用和呼吸作用植物的光合作用和呼吸作用過(guò)程及其外界因素對(duì)光合作用的影響（在此略，詳見(jiàn)專(zhuān)題五）。 5.植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸分為：長(zhǎng)途運(yùn)輸和短途運(yùn)輸兩類(lèi)。長(zhǎng)途運(yùn)輸也稱(chēng)縱向運(yùn)輸，水和無(wú)機(jī)鹽的縱向運(yùn)輸是要

10、在根、莖、葉中的導(dǎo)管中進(jìn)行的，運(yùn)輸?shù)闹饕獎(jiǎng)恿κ钦趄v作用，不消耗atp。有機(jī)物的縱向運(yùn)輸是在植物的篩管中進(jìn)行的，主要?jiǎng)恿κ怯珊粑饔锰峁┑模丛谶\(yùn)輸過(guò)程中要消耗atp。短途運(yùn)輸也稱(chēng)橫向運(yùn)輸，是在植物的薄壁細(xì)胞之間的運(yùn)輸。水分的橫向運(yùn)輸主要是通過(guò)滲透作用實(shí)現(xiàn)的；礦質(zhì)元素離子的橫向運(yùn)輸主要是通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸完成。有機(jī)物的橫向運(yùn)輸也是在植物的薄壁細(xì)胞之間進(jìn)行，運(yùn)輸方式也是主動(dòng)運(yùn)輸。有機(jī)物運(yùn)輸?shù)闹饕问剑旱鞍踪|(zhì)是以氨基酸的形式被運(yùn)輸?shù)?，糖?lèi)主要是以蔗糖的形式被運(yùn)輸?shù)?。有機(jī)物運(yùn)輸還有一個(gè)很重要的特點(diǎn)：就近運(yùn)輸。這個(gè)特點(diǎn)可以減少能量的消耗。在植物體內(nèi)有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分配中心：一般來(lái)講，植物生長(zhǎng)最旺盛的部位、貯藏器官

11、、果實(shí)、種子等在植物生長(zhǎng)發(fā)育的不同階段都能成為植物體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分配中心。葉片進(jìn)行光合作用制造的有機(jī)物首先運(yùn)輸?shù)诫x它最近的分配中心。 重點(diǎn)知識(shí)聯(lián)系與剖析二、植物生命活動(dòng)的調(diào)節(jié) 植物生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)是通過(guò)植物體內(nèi)的激素來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的。植物體內(nèi)沒(méi)有合成激素的專(zhuān)門(mén)器官。植物激素是在植物體內(nèi)的一定部位合成的。植物激素在植物體內(nèi)的含量極少，但對(duì)植物的生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖等生理活動(dòng)有著重要的調(diào)節(jié)作用。 1.生長(zhǎng)素生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)：向光性是指植物莖的生長(zhǎng)總是朝著光源的方向生長(zhǎng)的現(xiàn)象。生長(zhǎng)素是通過(guò)研究植物莖生長(zhǎng)的向光性現(xiàn)象的過(guò)程中被發(fā)現(xiàn)的。*植物感受光刺激的部位是莖的頂端，在燕麥胚芽的實(shí)驗(yàn)中是胚芽鞘的尖端，彎曲是頂端的

12、下面一段。原因是莖的頂端產(chǎn)生了某種物質(zhì)，這種物質(zhì)在向下運(yùn)輸時(shí)，背光側(cè)分布得多，生長(zhǎng)得快；向光側(cè)分布得少，生長(zhǎng)得慢。這樣莖就彎向光源生長(zhǎng)。后來(lái)通過(guò)精密的化學(xué)分析手段，分析出這種物質(zhì)是吲哚乙酸。*植物生長(zhǎng)素的合成部位及分布：植物合成生長(zhǎng)素最活躍的部位是具有分生能力的組織，特別是芽頂端的分生組織。植物生長(zhǎng)素在植物體內(nèi)的分布大部分集中在生長(zhǎng)旺盛的部位。*植物生長(zhǎng)素的生理作用及其作用原理：*生長(zhǎng)素對(duì)生長(zhǎng)的促進(jìn)作用主要是促進(jìn)細(xì)胞的生長(zhǎng)，特別是細(xì)胞的伸長(zhǎng)，對(duì)細(xì)胞分裂沒(méi)有影響。植物感受光刺激的部位是在莖的尖端，但彎曲的部位是在尖端的下面一段，這是因?yàn)榧舛说南旅嬉欢渭?xì)胞正在生長(zhǎng)伸長(zhǎng)，是對(duì)生長(zhǎng)素最敏感的時(shí)期，所以

13、生長(zhǎng)素對(duì)其生長(zhǎng)的影響最大。趨于衰老的組織生長(zhǎng)素是不起作用的。*生長(zhǎng)素能夠促進(jìn)果實(shí)的發(fā)育和扦插的枝條生根的原因是：生長(zhǎng)素能夠改變植物體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分配，在生長(zhǎng)素分布較豐富的部分，得到的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)就多，形成分配中心。*生長(zhǎng)素能夠誘導(dǎo)無(wú)籽番茄的形成就是因?yàn)椋河蒙L(zhǎng)素處理沒(méi)有受粉的番茄花蕾后，番茄花蕾的子房就成了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分配中心，葉片進(jìn)行光合作用制造的養(yǎng)料就源源不斷地運(yùn)到子房中，子房就發(fā)育了。*生長(zhǎng)素的類(lèi)似物：常見(jiàn)的生長(zhǎng)素的類(lèi)似物有萘乙酸和2，4-d等。利用生長(zhǎng)素類(lèi)似物處理植物的效果比天然的生長(zhǎng)素有效，而且能夠長(zhǎng)時(shí)間起作用。原因是：植物體內(nèi)天然的激素有一個(gè)代謝的過(guò)程，合成與分解保持著一種動(dòng)態(tài)的平衡。當(dāng)

14、使用天然的生長(zhǎng)素處理植物體時(shí)，生長(zhǎng)素的量就超過(guò)其體內(nèi)正常的水平，此時(shí)植物體內(nèi)分解生長(zhǎng)素的酶就會(huì)迅速地將多余的生長(zhǎng)素分解掉，以維持正常的激素水平。人工合成的生長(zhǎng)素的類(lèi)似物，具有生長(zhǎng)素的作用，但植物體內(nèi)沒(méi)有分解它的酶，所以可以長(zhǎng)時(shí)間發(fā)揮作用。*植物體內(nèi)生長(zhǎng)素的運(yùn)輸：植物體內(nèi)生長(zhǎng)素的運(yùn)輸是一種極性運(yùn)輸，即總是從形態(tài)學(xué)的上端運(yùn)向下端，不能從形態(tài)學(xué)的下端運(yùn)輸?shù)缴隙?。只有在根尖處能從下端向上運(yùn)輸，但運(yùn)輸?shù)木嚯x很短。*植物運(yùn)輸生長(zhǎng)素的部分是：莖韌皮部中的篩管，如果將韌皮部切斷或蒸汽殺死或麻醉等，均可阻斷生長(zhǎng)素的運(yùn)輸。植物對(duì)生長(zhǎng)素的運(yùn)輸是需要消耗能量的，是一種主動(dòng)運(yùn)輸，用呼吸作用抑制劑處理也能阻斷生長(zhǎng)素的運(yùn)輸

15、。植物生長(zhǎng)素生理作用的兩重性：較低濃度促進(jìn)生長(zhǎng)，較高濃度抑制生長(zhǎng)。植物不同的器官對(duì)生長(zhǎng)素最適濃度的要求是不同的：如下圖所示。根的最適濃度約為10-10mol/l， 芽的最適濃度約為10-8mol/l，莖的最濃度約為10-4mol/l。在生產(chǎn)上常常用生長(zhǎng)素的類(lèi)似物(如萘乙酸、2，4d等)來(lái)調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)，如生產(chǎn)豆芽菜時(shí)就是用適宜莖生長(zhǎng)的濃度來(lái)處理豆芽，結(jié)果根和芽都受到抑制，而下胚軸發(fā)育成的莖很發(fā)達(dá)。植物莖生長(zhǎng)的頂端優(yōu)勢(shì)是由植物對(duì)生長(zhǎng)素的運(yùn)輸特點(diǎn)和生長(zhǎng)素生理作用的兩重性?xún)蓚€(gè)因素決定的，植物莖的頂芽是產(chǎn)生生長(zhǎng)素最活躍的部位，但頂芽處產(chǎn)生的生長(zhǎng)素濃度通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸而不斷地運(yùn)到莖中，所以頂芽本身的生長(zhǎng)素濃

16、度是不高的，而在幼莖中的濃度則較高，最適宜于莖的生長(zhǎng)，對(duì)芽卻有抑制作用。越靠近頂芽的位置生長(zhǎng)素濃度越高，對(duì)側(cè)芽的抑制作用就越強(qiáng)，這就是許多高大植物的樹(shù)形成寶塔形的原因。但也不是所有的植物都具有強(qiáng)烈的頂端優(yōu)勢(shì)，有些灌木類(lèi)植物頂芽發(fā)育了一段時(shí)間后就開(kāi)始退化，甚至萎縮，失去原有的頂端優(yōu)勢(shì)，所以灌木的樹(shù)形是不成寶塔形的。由于高濃度的生長(zhǎng)素具有抑制植物生長(zhǎng)的作用，所以生產(chǎn)上也可用高濃度的生長(zhǎng)素的類(lèi)似物作除草劑，特別是對(duì)雙子葉雜草很有效。地球引力對(duì)生長(zhǎng)素分布的影響：莖的背地生長(zhǎng)和根的向地生長(zhǎng)是由地球的引力引起的，原因是地球引力導(dǎo)致生長(zhǎng)素分布的不均勻，在莖的近地側(cè)分布多，背地側(cè)分布少。由于莖的生長(zhǎng)素最適濃度

17、很高，莖的近地側(cè)生長(zhǎng)素多了一些對(duì)其有促進(jìn)作用，所以近地側(cè)生長(zhǎng)快于背地側(cè)，保持莖的向上生長(zhǎng)；對(duì)根而言，由于根的生長(zhǎng)素最適濃度很低，近地側(cè)多了一些反而對(duì)根細(xì)胞的生長(zhǎng)具有抑制作用，所以近地側(cè)生長(zhǎng)就比背地側(cè)生長(zhǎng)慢，保持根的向地性生長(zhǎng)。在失重狀態(tài)對(duì)植物生長(zhǎng)的影響：根的向地生長(zhǎng)和莖的背地生長(zhǎng)是要有地球引力誘導(dǎo)的，是由于在地球引力的誘導(dǎo)下導(dǎo)致生長(zhǎng)素分布不均勻造成的。在太空失重狀態(tài)下，由于失去了重力作用，所以莖的生長(zhǎng)也就失去了背地性，根也失去了向地生長(zhǎng)的特性。但莖生長(zhǎng)的頂端優(yōu)勢(shì)仍然是存在的，生長(zhǎng)素的極性運(yùn)輸不受重力影響。 2.其他植物激素植物激素除生長(zhǎng)素外，還有赤霉素、細(xì)胞分裂素、脫落酸和乙烯。其中生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素和赤霉素對(duì)植物的生長(zhǎng)、發(fā)育有促進(jìn)作用，稱(chēng)為植物生長(zhǎng)促進(jìn)劑