高中生物第十二章植物的成熟和衰老生理競賽教案

1、“高中生物穎韜工作室”整理第十二章植物的成熟與衰老生理一、教學時數(shù)計劃教學時數(shù)6學時。二、教學大綱基本要求了解花粉的構造、主要成分、花粉萌發(fā)和花粉管的生長；掌握被子植物中存在的兩種自交不親和性及其特點，了解克服不親和的方法；了解胚和胚乳的發(fā)育，以及種子中貯藏物質的積累過程；熟悉果實的生長模式、單性結實現(xiàn)象和果實成熟時的變化；掌握種子和芽的休眠并了解其調控方法；熟悉植物衰老時的生理生化變化和引起衰老的原因、影響衰老的因素；掌握器官脫落的細胞學及生物化學過程，并了解影響脫落的內外因素及調控方法。三、教學重點和難點(一)重點1 .精細胞有二型性和偏向受精的特性?；ǚ?/p>

2、的主要成分，特別是脯氨酸、蔗糖或淀粉等與花粉的育性有關?；ǚ酃艿亩ㄏ蛏L與Ca2+梯度有關?；ǚ酆椭^的相互識別，被子植物的自交不親和性以及克服方法。影響受精的因素。2 .種子的形成與成熟，外界條件對種子形成的影響。3 .果實成熟時內部發(fā)生的生理生化變化。4 .引起種子休眠的三個原因，以及種子休眠的解除或延長方法。種子活力與種子的保存方法。引起芽休眠的原因及調控方法。5 .植物衰老時的生理生化變化。解釋引起植物衰老原因的幾個學說。衰老的遺傳調控、激素調控以及環(huán)境調控。6 .脫落的細胞學和生物化學過程。影響器官脫落的內外因素。(二)難點1 .果實成熟時的生理生化變化及其與果實品質的關系。2 .植

3、物衰老的生理機理與調控。3 .植物激素與脫落的關系。四、本章知識要點(一)名詞解釋1 .雄性生殖單位(malegeremunit,MGU)包含兩個相互連接的精細胞和一個營養(yǎng)核，它作為一個功能團，經花粉管傳遞到胚囊，與雌性生殖單位發(fā)生雙受精。2 .精細胞的二型性(heteromorphism)指同一花粉粒中的兩個精細胞在形態(tài)、大小及內含的細胞器等方面有差異的特性。3 .偏向受精(preferentialfertilization)同一花粉粒中的兩個精細胞在雙受精過程中，其中一個精細胞只能與卵細胞融合，而另一個精細胞只能與中央細胞融合的現(xiàn)象。4 .配子體型不親和(gamatophyticself-

4、incompatibility,GSI)受花粉本身的基因控制的不親和，引起自交不實。5 .抱子體型不親和(sporphyricself-incompatibility,SSI)受花粉親本基因控制的不親和，引起自交不實。6 .識別反應(recognitionresponse)識別(recognition)是細胞分辨"自己"與“異己”的一種能力，表現(xiàn)在細胞表面分子水平上的化學反應和信號傳遞。本文中的識別反應是指花粉粒與柱頭間的相互作用，即花粉壁蛋白和柱頭乳突細胞壁表層蛋白薄膜之間的辨認反應，其結果表現(xiàn)為“親和”或“不親和”。親和時花粉粒能在柱頭上萌發(fā)，花粉管能伸入并穿過柱頭進入

5、胚囊受精；不親和時，花粉則不能在柱頭上萌發(fā)與伸長，或不能發(fā)生受精作用。7 .蒙導花粉(mentorpollen)親和的花粉可使柱頭不能識別不親和的花粉，以克服雜交不親和性，實現(xiàn)受精。8 .集體效應(groupeffect)在一定面積內，花粉數(shù)量越多，花粉的萌發(fā)生長越好的現(xiàn)象。9 .胚胎發(fā)育晚期豐富蛋白(lateembryogenesisabundantprotein,LEA)種子發(fā)育晚期生成的蛋白，特點是具有很高的親水性和熱穩(wěn)定性，并可被ABA和水分脅迫等誘導合成，在種子成熟過程中起到保護細胞免受脫水傷害的作用。10 .無融合生殖(apomixis)被子植物中由未經受精的卵或胚珠內某些細胞直接

6、發(fā)育成胚的現(xiàn)象。11 .單性結實(parthenocarpy)不經過受精作用，子房直接發(fā)育成果實的現(xiàn)象。單性結實一般都形成無籽果實，故又稱“無籽結實”。12 .多聚半乳糖醛酸酶(polygalacturonase,PG)催化多聚半乳糖醛酸a-1,4鍵的水解的酶，促使果實軟化。13 .休眠(dormancy)植物的整體或某一部分生長暫時停頓的現(xiàn)象。它是植物抵制不良自然環(huán)境的一種自身保護性的生物學特性。一、二年生植物大多以種子為休眠器官；多年生落葉樹以休眠芽過冬；多種多年生草本植物則以休眠的根系、鱗莖、球莖、塊根、塊莖等渡過不良環(huán)境。14 .強迫休眠(epistoticdormancy)指由于不利

7、于生長的環(huán)境條件引起的植物休眠。如秋天樹木落葉后芽的休眠。15 .生理休眠(physiologicaldormancy)在適宜的環(huán)境條件下，因為植物本身內部的原因而造成的休眠。如剛收獲的小麥種子的休眠。16 .層積處理(stratification)一種解除休眠的方法，即將種子埋在濕沙中置于低溫(110C)環(huán)境中，放置數(shù)月(13月)的處理。這種處理能使一些木本植物種子中抑制發(fā)芽的物質含量下降，而促進發(fā)芽的GA和CTK等物質含量升高，提高了萌發(fā)率。另外層積處理也有促進胚后熟的作用。- 1 “高中生物穎韜工作室”整理17 .種子壽命(seedlongevity)種

8、子從成熟到喪失生活力所經歷的時間。種子壽命受遺傳基因和貯藏環(huán)境的影響。18 .種子生活力(viability)是衡量種子活力的一種術語，一般就是指種子的發(fā)芽力(germinatingenergy)或發(fā)芽率(germinationpercentage),種子的生活力強，貝U發(fā)芽率高。19 .種子活力(seedvigor)指種子的健壯度，即種子迅速、整齊發(fā)芽出苗的潛在能力。20 .種子的老化(aging)種子活力的自然衰弱。高溫、高濕條件下種子老化過程往往加快。21 .種子劣變(deterioration)種子的結構和生理機能的惡化。劣變不一定都是老化引起的，突然性的高溫或結冰會使蛋白質變性，細胞

9、受損，也會引起種子劣變。22 .正常性種子(orthodoxseed)指成熟期耐脫水，在干燥和低溫條件下能長期貯藏的種子，如禾谷類、豆類、十字花科類種子。這些種子在發(fā)育后期隨著貯藏物質積累的結束，要進入一個脫水期，種子失去大部分水后進入靜止休眠狀態(tài)。正常種子可在很低的含水量下長期貯藏而不喪失活力。23 .頑拗性種子(recalcitrantseed)指成熟時有較高的含水量，貯藏中忌干燥和低溫的種子，如菱白、菱、椰子、芒果等種子。這些種子采收后不久便可自動進入萌發(fā)狀態(tài)，一旦脫水即影響其萌發(fā)，導致生活力迅速喪失。因而人們曾稱頑拗性種子為“短命種子”。24 .衰老(senescence)在正常條件下

10、發(fā)生在生物體的機能衰退并逐漸趨于死亡的現(xiàn)象。本文指的是植物的細胞、組織、器官或整個植株的生理功能衰退的現(xiàn)象。25 .脫落(abscission)植物細胞、組織或器官脫離母體的過程。脫落可以分為三種：一是由于衰老或成熟引起的脫落叫正常脫落，比如果實和種子的成熟脫落；二是因植物自身的生理活動而引起的生理脫落，如營養(yǎng)生長與生殖生長競爭、源與庫不協(xié)調等引起的脫落；三是因逆境條件引起的脅迫脫落。26 .離區(qū)與離層(abscissionzoneandabscissionlayer)離區(qū)是指分布在葉柄、花柄、果柄等基部一段區(qū)域中經橫向分裂而形成的幾層細胞。離層是離區(qū)中發(fā)生脫落的部位。27 .自由基(free

11、radical)帶有未配對電子的離子、原子、分子以及基團的總稱。根據(jù)自由基中是否含有氧，可將自由基分為氧自由基和非含氧自由基。自由基的特點是不穩(wěn)定，壽命短；化學性質活潑，氧化能力強；能持續(xù)進行鏈式反應。28 .生物自由基(biologicalfreeradical)通過生物體內自身代謝產生的一類自由基。生物自由基分氧自由基和非含氧自由基，其中氧自由基是最主要的，它又可分為兩類：無機氧自由基，如超氧自由基(O2-)、羥自由基(OH);有機氧自由基，如過氧化物自由基(ROO)等。生物自由基對細胞膜和許多生物大分子產生破壞作用。29 .活性氧(activeoxygen)是指化學性質活潑、氧化能力很強

12、的含氧物質的總稱。包括含氧自由基和含氧非自由基。如：超氧陰離子自由基(O2?)、羥自由基(？OH）、單線態(tài)氧（1O2）、烷基自由基（如O2-、ROO-等）和含氧非自由基過氧化氫（H2O2）等，這類物質都是由氧轉化而生成的氧代謝產物及其衍生物，由于它們都含有氧，并且具有比氧活潑的化學反應性，所以統(tǒng)稱為活性氧?；钚匝跤泻軓姷难趸芰?，對生物大分子和許多其他功能分子具有破壞性，如引起膜脂過氧化、蛋白質變性、核酸降解等，因此活性氧的積累必然會導致細胞的傷害。30 .超氧化物歧化酶（super-oxidedismutase,SOD）是存在植物細胞中最重要的清除自由基的酶，它能催化生物體內分子氧活化的第一

13、個中間物超氧陰離子自由基（O2-）,發(fā)生歧化反應，生成O2和H2O2:O2-+O2-+2H+一O2+H2O2從而減輕O2-對植物體的毒害作用。植物體內的SOD有Cu-Zn-SOD,Mn-SOD或Fe-SOD三種類型，主要分布在葉綠體、線粒體和細胞質中。31.過氧化氫酶（catalase,CAT）一種催化過氧化氫分解為水和氧反應的酶：2H2O22H2O+O2CAT主要存在于過氧化體中，負責過氧化體中產生的H2O2的清除。其他部位產生的H2O2可擴散到過氧化體而被CAT清除。避免了過氧化氫對植物體的毒害作用。32.過氧化物酶（peroxidase,POD）一種催化以H2O2為氧化劑的氧化還原反應，

14、將H2O2還原為H2O,用以清除細胞內的H2O2的酶：H2O2+R（OH）22H2O+RO2（二）縮寫符號1 .MGU雄性生殖單位2 .GSI配子體型不親和3 .SSI抱子體型不親和4 .PG多聚半乳糖醛酸酶5 .LEA胚胎發(fā)育晚期豐富蛋白6 .LOX脂氧合酶7 .SOD超氧物歧化酶8 .POD過氧化物酶9 .CAT過氧化氫酶（三）知識要點花粉粒是由小抱子發(fā)育而成的雄配子體，內含營養(yǎng)細胞和生殖細胞，外有兩層壁，壁中富含蛋白質。外壁蛋白由絨氈層合成，為抱子體起源；內壁的蛋白由花粉本身細胞合成，為配子體起源?；ǚ勖劝l(fā)和花粉管生長所需的營養(yǎng)物質主要來自營養(yǎng)細胞。缺少脯氨酸、蔗糖或淀粉等營養(yǎng)物質的花粉

15、常為不育花粉。營養(yǎng)細胞核與由生殖細胞分裂產生的2個精細胞組成雄性生殖單位。胚囊為雌配子體，其中的卵細胞、2個助細胞和具有雙核的中央細胞構成雌性生殖單位。雙受精在雌、雄性生殖單位內進行。助細胞釋放的Ca2+在誘導花粉管定向生長和雌雄配子融合中起重要作用。精細胞的二型性和偏向受精特性，有助于雙受精的同步進行?；ǚ勰芊裨谥^萌發(fā)，花粉管能否在雌蕊中生長，取決于花粉與雌蕊的親和性與識別反應?；ǚ鄣淖R別物質是壁蛋白，而雌蕊的識別物質是柱頭表面和花柱介質中的蛋白質。只有二者親和時，花粉管才能伸長，雄性生殖單位才能經花粉管傳到胚囊完成雙受精。植物受精成敗受花粉活力、柱頭生活力和環(huán)境溫度、濕度等影響。被子植物

16、中普遍存在自交和遠緣雜交不親和的情況?？朔挥H和的可能途徑主要有兩條：一是從遺傳改良著手，選育親和性品種，二是從生理上考慮，建立避開不親和識別反應的方法，其中采用細胞融合和DNA導入等生物技術，可能是最有效的方法。受精后的合子經原胚、球形胚、心形胚、魚雷形胚最后發(fā)育為成熟胚。初生胚乳核發(fā)育成胚乳，胚珠發(fā)育成種子，而子房膨大發(fā)育成果實。種子發(fā)育過程中，除了胚和胚乳細胞的增殖和擴大以外，還有核酸的合成，酶活性的變化，激素的調節(jié)，以及貯藏物質的合成和積累。種子的化學成分還受水分、溫度和營養(yǎng)條件等外界環(huán)境的影響。種子的發(fā)育促進果實的發(fā)育，這主要是種子內合成的激素能吸引光合產物、水分、礦質向果實和種子運

17、輸。果實的生長模式主要有單“S”形生長曲線和雙“S”形生長曲線兩類。果實的細胞數(shù)目和細胞大小是決定果實大小的主要因子，尤其是后者。許多果實在成熟過程中發(fā)生以下變化：呼吸躍變、淀粉水解成蔗糖、葡萄糖、果糖等可溶性糖；有機酸含量減少，糖酸比上升；多聚半乳糖醛酸酶（PG）等胞壁水解酶活性上升，果實軟化；形成微量揮發(fā)性物質，散發(fā)出特有的香味；單寧等物質轉化，澀味下降；葉綠素含量下降，花色甘和類胡蘿卜素等增加。使果實表現(xiàn)出特有的色、香、味。休眠是生理或環(huán)境因素引起植物生長暫時停止的現(xiàn)象，種子休眠主要是由于胚未成熟、種（果）皮的限制以及萌發(fā)抑制物的存在引起的。解除種子休眠的方法有：機械破損、浸泡沖洗、層積

18、、藥劑、激素、光照和X射線等處理。種子活力是指種子萌發(fā)速度、生長能力和對逆境的適應性；種子老化是指種子活力的自然衰退；種子劣變則是指種子生理機能的惡化。正常性種子通常在干燥低溫下可以長期貯藏，而頑拗性種子在貯藏中忌干燥和低溫。存在這種區(qū)別的一個重要原因是前者含有較多的LEA蛋白，而后者較少。許多植物或其器官以芽休眠的形式渡過不良條件。短日照、ABA等對芽休眠有促進作用。GA能有效地解除芽休眠，而青鮮素等能防止芽萌發(fā)。衰老是植物發(fā)育的組成部分，是植物在自然死亡之前的一系列惡化過程。它可以在細胞、組織、器官以及整體水平上發(fā)生。植物衰老時在生理生化上有許多變化，主要表現(xiàn)在光合色素逐漸喪失，DNA和R

19、NA含量下降，蛋白質水解，光合和呼吸作用下降，促進生長的生長素，細胞分裂素和赤霉素等植物激素含量下降，而誘導衰老和成熟的激素如ABA、乙烯、茉莉酸等含量增加。另外細胞膜降解、細胞器破壞、細胞發(fā)生自溶。有關衰老的學說有：自由基損傷學說、蛋白質水解學說、激素平衡學說等。這些學說都有一定的實驗證據(jù)，但還不能解釋不同器官的衰老機理。, 5 ,“高中生物穎韜工作室”整理正常的脫落是衰老引起的,是植物適應環(huán)境、保存自己和保證后代繁衍的一種生物學特性。器官脫落可受多種因子的誘導，如落葉樹木葉子的脫落起因于短日照的環(huán)境信號。短日照有利于ABA的合成，ABA又刺激乙烯的合成，而

20、ABA和乙烯激活了纖維素酶、果膠酶和過氧化物酶活性，促使離層的溶解。五、教學內容§10.1成熟生理一、谷物種子成熟的生理生化變化1、貯藏物質的變化：（1）糖類的變化，（2）脂肪的變化，（3）蛋白質的變肥，（4）非丁的變化；2、其它生理生化變化：（1）呼吸速率的變化（2）種子含水量的變化，（3）核酸含量的變化；3、內源激素的變化；4、環(huán)境條件對種子成熟的影響：（1）溫度（2）光照（3）水分（4）礦質營養(yǎng)二、谷物籽?？瞻T的原因1、空殼癟粒產生的內在因素；2、空殼癟粒形成的外部條件；3、減少空殼癟粒的有效途徑。三、果實的生長與果實成熟的生理生化變化1、果實生長；2、果實成熟時生理生化變化：

21、（1）呼吸作用的變化：概念：呼吸躍變（respiratoryelimacteric）（2）各種物質的變化：糖類的物質的轉化、有機酸類轉化、單寧物質轉化、芳香物質轉化、果膠物質轉化、色素物質轉化（3）內源激素的變化；3、鮮果貯藏保鮮的原理和技術：（1）鮮果采后的生理變化（2）保持鮮果特性的技術。§ 10.2 植物的衰老及其進程一、植物衰老的概念、類型與意義1、植物衰老的概念。2、植物衰老的特征。3、植物衰老的類型：（1）整體衰老，（2）地上部衰老，（3）脫落衰老，（4）汽車近衰老。二、植物衰老的進程1、細胞衰老：（1）細胞衰老：膜衰老的基本特征、膜衰老的生物化學（2）細胞器衰老；2、器官衰老：（1）根系衰老（2）葉片衰老：葉片衰老的形態(tài)指標、葉片衰老的生理指標、葉片衰老的細胞變化、葉片衰老的生理變化（3）花器官衰老；3、整株衰老：（1）一稔衰老（2）多稔衰老。&