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专题十九: 植物生命活动的调节


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专题十九:植物生命活动的调节
[竞赛要求] 植物激素及其对生长发育的调节 [知识梳理] 激素定义又称化学信使,是特定细胞合成的能使生物体发生一定反应的有机分子;激素 的特点有:1. 量少、作用力强;2. 寿命短;3. 特异

性;4. 只能调节生物体内存在的反应, 不能激发体内原本不存在的反应;5. 不能作为能量。 一、植物的感性运动和向性运动 感性运动是植物体受到不定向的外界刺激(如光暗转变、触摸等)而引起的局部运动。 外界刺激方向与感性运动的方向无关。感性运动有些是生长运动,不可逆的细胞伸长;有些 是紧张性运动,由叶枕膨压变化产生,是可逆性变化。 向性运动是植物体受到一定方向的外界刺激(如光、重力等)而引起的局部运动,它的 方向取决于外界刺激的方向。向性运动是生长引起的、不可逆的运动。依外界因素的不同, 向性运动又可分为向光性、向重力性、向化性和向水性等。 二、植物激素 (一)生长素 1.生长素的研究历史和化学性质 向光性:① C. Francis Darwin 得出结论:胚芽鞘的顶端对光敏感,顶端接受光刺激后, 产生一种“影响物” ,从顶端向下传递,从而引起下面部分弯曲。②P. Boysen-Jensen 认为通 过实验研究认为,达尔文的“影响物”应是一种从胚芽鞘顶端产生,并能扩散的化学物质。 这种物质在照光的时候, 从背光的一面向下流动, 引起背光的一侧更快地生长。 ③Frits Went 通过实验证明达尔文所产的“影响物”是能够扩散的化学物质,这种化学物质有促进生长的 作用,命名为生长素。 ④Frits Went 和 K.V. Thimann 胚芽鞘的弯曲程度随琼脂块中生长素 的含量的增加而增加。 2.生长素在植物体内的分布和作用 IAA 随时产生, 随时被吲哚乙酸氧化酶破坏,故含量极微。IAA 在植物体内呈极性运输, 即只有从植物的形态学上端处形态学下端运输,而不能倒过来运输。这不是地心引力所致, 而是由于各细胞的底部的细胞膜上有携带 IAA 的载体蛋白,顶端细胞膜上没有这种蛋白质。 IAA 的生理作用: (1)刺激植物生长:一定浓度的生长素刺激细胞伸长生长,也有刺激细胞分裂的作用, 如愈伤组织的形成。但超过一定浓度的生长素不但不促进,反而抑制细胞延长。这可能是过 高浓度的生长素诱导细胞合成另一种激素,即乙烯,乙烯有抑制植物生长的作用。 (2)生长素和向性 向光性是生的原因是由于生长素在光下的不对称运输,近光面含量低。向地性产生的原 因是根对 IAA 的敏感性高于茎, 近地面由于生长素浓度高, 抑制生长, 而远地侧则促进生长。 (3)生长素和顶端优势:顶芽生长占有优势,顶芽的存在抑制侧芽生长的现象,称为
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顶端优势。 原因是顶芽和侧芽对生长素的敏感度不同, 一定浓度的生长素促进顶芽的生长时, 都抑制侧芽的生长。顶芽合成的生长素,形成一个从顶芽开始的浓度梯度,只有当生长素的 浓度低到不抑制、反而促进侧芽生长时,顶端优势才不复存在。 顶端优势的存在,还有其它因素,一个重要因素与细胞分裂素有关。 (4)生长素和果实发育:通常没有授粉的花不能发育为果实,从与茎相连的地方产生离 层而脱落。授粉后,子房接受了来自花粉的生长素,抑制离层的产生,使果实不脱落。生长 素刺激子房(或花托)的细胞长大并分裂,子房中新种了也能合成生长素,保证了子房的继 续生长、成熟。 香蕉的组织里能合成大量的生长素,不授粉也能发育为无籽果实。 (5)生长素的其他生物学效应 促进植物休眠,抑制块茎、块根和鳞茎的发芽,增加坐果率,诱导开花,促进形成层细 胞的分裂,并调节其分化。 3. 生长素作用的机制 激素作用于细胞的首要条件是能够为细胞所识别和接受。靶细胞具有能与激素分子结合 的特定受体蛋白是激素特异性的根源。 结合后可能有如下原因使之促进细胞生长:(1) IAA 促进 RNA 和蛋白质增加; (2) 酸生长假说。 4. 人工合成的生长素(生长调节剂) 萘乙酸(NAA) ,2,4-D (二)赤霉素 日本科学家从水稻恶苗病中发现了赤霉菌,其分泌物为赤霉素。赤霉素是 60-70 种类似 化合物的总称。普遍存在于植物各种器官和组织中,未成熟种子中含量最高。赤霉素的合成 主要在胚、顶端分生组织、幼叶等部位合成。赤霉素的作用是刺激细胞延长,从而引起茎秆 伸长和植物增高;刺激酶的合成;促进花粉萌发和花粉管的生长。此外,它还有促进麦芽糖 化,促进营养生长,防止器官脱落和解除种子、块茎休眠促进萌发等作用。 (三)细胞分裂素 细胞分裂素的作用主要是: (1)促进细胞分裂; (2)与生长素共同作用诱导愈伤组织生 根和出芽,两者比例不同,结果不一样; (3)促进种子萌发、果实发育、开花等; (4)防止 和延缓器官衰老; (5)参与顶端优势的产生; (6)促进蛋白质的合成。 (四)多胺 含两个或两个以上-NH2 的化合物,如腐胺、尸胺。多胺的作用是促进某些组织生长; 维持膜的正常功能。 (五)乙烯 乙烯的作用有: (1)抑制茎的延长; (2)影响开花; (3)促进果实成熟; (4)乙烯和 脱落酸都有促进组织和器官老化的作用。 (六)脱落酸 (十五碳化合物) :主要生理作用是抑制生长。 是十五碳化合物,是在植物的叶绿体及其它质体中合成的。作用是促进离层产生,与花 和果实及叶的脱落有关。但只有内生的脱落酸才有作用,外界施加的脱落酸效果甚微,比乙 烯差得多。脱落酸的另一个作用是抑制生长。
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植物激素的相互作用:五大类植物激素的生理作用大致分为两方面:促进植物的生长发 育和抑制植物的生长发育。植物的生长发育过程,不是受单一激素的调节,而是由多种激素 相互协调,共同调节的。 (七)光周期和开花 1.光周期 光周期现象:植物对于光照和黑暗时间长短发生反应的现象。 (1)长日植物:对日照的要求有一个最低极限,它们只能在长于该极限(阈值,临界 日长)的日照下开花,如小麦、菠菜、燕麦等。 (2)短日植物:对日照的要求有一个最高极限,它们只能在短于该极限(阈值,临界 日长)的日照下开花,如苍耳、菊花等。 (3)中日性植物:长短日都能开花,如甘蔗。 临界日长是每时在昼夜周期中,引起长日植物开花的最小日照长度或引起短日植物开花 的最大日照长度。临界暗期是每时在昼夜周期中,短日植物能够开花的最小暗期长度或长日 植物能够开花的最大暗期长度。诱导开花起本质作用的是暗期的长短。 2.光敏色素 植物体中有一种光敏色素,是蛋白质与色结合的物质。这种色素在植物体内以两种状态 存在,一种是吸收红光的状态(Pr) ,吸收峰为 660nm;另一种是吸收远红光的状态(Pfr) , 吸收峰为 730nm ,Pr 是比较稳定的,而 Pfr 是不稳定的,在黑暗在几个小时后就可能转变 成 Pr 了。Pr 吸收红光后则转变成 Pfr,而 Pfr 吸收远红光后则转变成 Pr。Pfr 是具有生理活 性的形式。当 Pfr 与某些物质形成复合物后,则引起成花刺激物的合成。所以光敏色素在成 花反应中的作用在于感受光,并诱导成花刺激物的形成。 光敏色素除了作为诱导植物开花的光受体外,还在许多光调节过程如需光种子萌发和光 形态建成反应中起光受体作用。 3.成花素 叶片是光周期的感受器官,它受刺激后产生成花素,使芽分化为花芽。成花素可通过嫁 接而传递。但至今未能分离到成花素。 [典型例题] 例 1.若向茎的一侧照光,它会向光弯曲(下图 a) 。这种正向光性是由于茎顶端所合成 的物质引起的。在一株曾经是两侧都照光植物顶端之下作一横切口(不切断) ,并向切口中 插入一玻璃片,然后从切口的一侧向植物照光。现在植物会怎样生长?这种现象的正确解释 是什么(下图 b)?( )

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A.茎向照光侧的对面弯曲,因为玻片使得促进生长的物在照光一侧积累 B.茎向照光侧的对面弯曲,因为切口中的玻片阻止了抑制生长的物质在照光一侧的运 输 C.茎不弯曲,未经处理的植物的正向光性不是由于照光一侧的生长减慢 D.茎向照光一侧弯曲,因为光的作用是引起促进生长的物质向背光一侧下运 解析:植物细胞的细胞壁有一定的刚性,细胞失水时发生质壁分离,原生质体收缩,但 整个细胞收缩不多。 如果没有细胞壁, 植物细胞和动物细胞在失水时的行为不会有多大差别。 答案:D。 例 2:玉米的根冠被切除后,约 5 天即可再生出完整的新根冠。但在飞行中的宇宙飞船 中却不能再生根冠。其理由最可能是下列各条中的哪一条? A.根冠的形成与大气中的 CO2 含量有关 B.根冠的形成与光周期有关 C.根冠的形成与昼夜温差有关 D.根冠的形成与重力有关 解析: 飞行中的宇宙飞船与地面的最大差别是没有重力的影响,而且已有实验证明, 根冠与根的重力有密切关系。所以其最可能的原因是根冠的形成与重力有关。 答案:D 例 3:下图中,图一表示燕麦胚芽鞘在单侧光照下的生长情况,图二表示胚芽鞘对不同 浓度生长素的不同反应,则图三中表示 a、b 二点生长素浓度变化的曲线应依次是 ( )

A.①和② B.①和③ C.②和③ D.②和④ 解析:由图一可知,左图在单侧光照前,a、b 两侧生长素浓度相同,受单侧光照一段时 间后,B 侧生长素浓度高于 A 侧;由图二可知,在低于 10-9 时,为促进生长,高于该浓度时, 为抑制作用;图三中,起点浓度应为促进生长的浓度,故选 D。 答案:D。 例 4: “红柿摘下未熟,每篮用木瓜三枚放入,得气即熟,并无涩味” ,这是宋朝苏轼《植 物粗谈·果品》中记录的一种方法。此文中“气”指的是什么,其功能是什么? A. “气”指的是气为 CO2,作用是使柿成熟; B. “气”指的是乙烯,作用是去除柿的涩味; C. “气”指的是乙烯,作用是使果实催熟; D. “气”指的是生长素,作用是促使子房发育为成熟的果实; 解析:据此题干,知该“气”的作用可使果实催熟,故为乙烯。 答案:C。
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例 5:为了研究单侧光引起的生长素分布不均匀的原因,科学家曾做了下列实验:①切 取燕麦胚芽鞘的顶端,按下图所示分别插入云母片;②把 A 和 B 分别置于完整的琼脂块上, C 和 D 分别置于中间分开的琼脂块上;③再把 A 放在暗处,B、C、D 沿箭头方向照光。若 A 琼脂块中生长素的含量相对值为 100,则 B、C 和 D 的各值如图所示。下述关于单侧光引 起生长素分布不均的结论,错误的是( ) A.生长素在胚芽鞘的尖端合成; B.胚芽鞘尖端是感受光刺激的部位; C.生长素从向光一侧向背光一侧横向运输; D.背光一侧生长素合成得多,向光一侧生长素合成得少; 解析:A、B 对比,可知感光部位为胚芽鞘的尖端。C、D 比较,可知生长素在单侧光照 时,发生了横向运输;各图均可说明生长素由尖端全成。故 D 不正确。 答案:D。 [智能训练] 1.由外部环境中有一定方向刺激所引起的运动叫做 ( ) A.向性运动 B.感性运动 C.趋向 D.生物钟 2.下列植物感应活动中,不是由于环境因素的单向刺激引起的是 ( ) A.根向着地心方向生长 B.茎背着地心方向生长 C.含羞草的小叶合拢 D.根朝向肥料较多的地方生长 3.在紫茉莉尖端涂以含有生长素的羊毛脂后,茎的生长是 ( ) A.促进侧芽生长 B.抑制侧芽生长 C.不促进也不抑制 D.与对照植株相同 4.赤霉素属于 ( ) A.磷脂 B.甘油三酯 C.固醇 D.萜类 5.下列关于植物激素的叙述不正确的是 ( ) A.用赤霉素处理植物,能显著促进茎叶生长 B.细胞分裂素可以延长蔬菜的贮藏时间 C.脱落酸抑制生长,但能提高植物的抗逆性 D.乙烯有催熟果实和延迟开花的作用 6.在方形暗箱内放一盆幼苗,暗箱一侧开一小窗,固定光源的光可从窗口射入,把暗箱放 在旋转器上水平旋转,保持每 15min 均速转一周。一星期后幼苗生长状况为 ( )

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7.植物能够运动,我们把运动分为感性运动和向性运动。写出发生这两种运动常见的机理。 从下列各选出一项。 ① 通过收缩蛋白 ② 通过有关的一群细胞的延长 ③ 通过抑制有关的一群细胞的分 裂 ④ 通过刺激有关的一群细胞的分裂 ⑤ 通过改变原生质层的透性 ⑥ 通过有关 的一群细胞的吸水 A.向性 。 B.感性运动 。 8.下列问题与下图有关,其中与该图符合的是( )

① 茎对植物生长素没有反应 ② 根对植物生长素没有反应 ③ 根对植物生长素的反 应不同于茎 ④ 高浓度的植物生长素增加根的生长 ⑤ 加入生长素总会使茎生长加 快 ⑥ 促进根生长的生长素浓度较促进茎生长的生长素浓度小 ⑦ 根的生长受茎的 生长抑制 ⑧ 根的生长受茎的生长促进 A.①④ B.②⑤ C.③⑥ D.④⑧ 9.含羞草受到机械刺激时会引起感震运动,其生理原因是 ( ) A.叶柄基部表皮细胞的膨压发生变化 B.叶柄基部叶褥细胞的膨压发生变化 C.叶柄基部表皮细胞内的生长素增加 D.叶柄基部叶褥细胞内的生长素增加 10.将四株长势相似具顶芽的健壮植株,分别进行下列处理,其中侧芽能发育成枝条的是 ( ) A.去顶芽后,在断口上放一琼脂小块 B.去顶芽后,在断口上放一富含生长素的琼服小块 C.不去顶芽,在侧芽上涂以含低浓度生长素的琼脂 D.不去顶芽,在侧芽上涂以琼脂 11.飞行于太空中的宇宙飞船中,放置一株水平方向的幼苗,培养若干天后,根茎生长的方 向是 ( ) A.根向下、茎向上生长 B.根和整都向下生长 C.根向水平方向、茎向上生长 D.根和茎都向水平方向生长 12.右下图中曲线描述关于植物生长素浓度和茎组织的细胞生 长的关系。如果对侧芽施用同样浓度范围的植物生长素, 则哪种曲线代表该生长关系 ( ) A.① B.② C.③ D.④
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13.土壤表层中的种子萌发后,根总是垂直向下长,与种子存在的位置(横放,竖放等)无 关。其原因是 ( ) A.负向光性 B.正向地性(正向重力性) C.土层的结构 D.正向水性 14.下列物质中哪一种可对果实催熟? ( ) A.生长素 B.赤霉素 C.细胞分裂素 D.干扰素 E.乙烯 15.以下对乙烯的论断哪个是错误的? ( ) A.是一种气体植物激素 B.所有的植物细胞都可以生产这种气体 C.不能进行细胞间的传递 D.不同果实之间可以传递 E.浓度越高,果实成熟越快 16.以下对生物节律的论断哪个是错误的? ( ) A.动植物都有生物节律 B.在没有外界刺激的情况下,动植物的生物节律会维持 C.生物节律是由生物体内在的生物钟控制的 D.生物钟是无法调整的 E.外界环境会影响生物钟的运转 17.下面列出的哪个不是植物的感光的受体? ( ) A.隐花色素 l B.细胞色素 c C.光敏色素 A D.光敏色素 B 18.以下哪个关于 C4 植物的描述是正确的? ( ) A.均为单子叶植物 B.叶片只进行 C4 光台作用途径 C.光呼吸中放出的 CO2 能被高效利用 D.氧气对其 CO2 饲定影响较小 19.热带雨林在中国主要分布在 ( ) A.西双版纳 B.海南岛 C.台湾 D.上述各项 20.脱落酸具有下列哪些作用 ( ) A.气孔关闭 B.种子休眠 C.果实成熟 D.抑制顶端优势 21.将培植在琼脂培养基内的蚕豆幼苗分别放入四个暗箱中一段时间(如下图) ,其中第② 和第④号暗箱分别在顶部和右侧开孔,使光线能射入,请据图回答。

(1)选择 两个装置进行实验,可了解蚕豆茎的生长与光的关系。 (2)选择 两个装置进行实验,可了解蚕豆茎和根的生长与重力的关系。 (3)④装置中的蚕豆幼苗的茎尖生长情况是 。如将④装置放在匀速 旋转器上,茎尖的生长情况是 。
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参考答案
1. A 2.C 3. B 4. D 5. D 6. B 7. A② B⑥ 8. C 9.B 10. A 11. D 13.B 14.E 15.C 16.D 17.B 18.D 19.A 20.AB 21. (1)③④ (2)①③ (3)向光(右)弯曲生长 直立向上生长 12. A

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