高中生物 第十二章 植物的成熟和衰老生理竞赛教案Word格式文档下载.docx
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解释引起植物衰老原因的几个学说。
衰老的遗传调控、激素调控以及环境调控。
6.脱落的细胞学和生物化学过程。
影响器官脱落的内外因素。
(二)难点
1.果实成熟时的生理生化变化及其与果实品质的关系。
2.植物衰老的生理机理与调控。
3.植物激素与脱落的关系。
四、本章知识要点
(一)名词解释
1.雄性生殖单位(malegeremunit,MGU)包含两个相互连接的精细胞和一个营养核,它作为一个功能团,经花粉管传递到胚囊,与雌性生殖单位发生双受精。
2.精细胞的二型性(heteromorphism)指同一花粉粒中的两个精细胞在形态、大小及内含的细胞器等方面有差异的特性。
3.偏向受精(preferentialfertilization)同一花粉粒中的两个精细胞在双受精过程中,其中一个精细胞只能与卵细胞融合,而另一个精细胞只能与中央细胞融合的现象。
4.配子体型不亲和(gamatophyticself-incompatibility,GSI)受花粉本身的基因控制的不亲和,引起自交不实。
5.孢子体型不亲和(sporphyricself-incompatibility,SSI)受花粉亲本基因控制的不亲和,引起自交不实。
6.识别反应(recognitionresponse)识别(recognition)是细胞分辨“自己”与“异己”的一种能力,表现在细胞表面分子水平上的化学反应和信号传递。
本文中的识别反应是指花粉粒与柱头间的相互作用,即花粉壁蛋白和柱头乳突细胞壁表层蛋白薄膜之间的辨认反应,其结果表现为“亲和”或“不亲和”。
亲和时花粉粒能在柱头上萌发,花粉管能伸入并穿过柱头进入胚囊受精;
不亲和时,花粉则不能在柱头上萌发与伸长,或不能发生受精作用。
7.蒙导花粉(mentorpollen)亲和的花粉可使柱头不能识别不亲和的花粉,以克服杂交不亲和性,实现受精。
8.集体效应(groupeffect)在一定面积内,花粉数量越多,花粉的萌发生长越好的现象。
9.胚胎发育晚期丰富蛋白(lateembryogenesisabundantprotein,LEA)种子发育晚期生成的蛋白,特点是具有很高的亲水性和热稳定性,并可被ABA和水分胁迫等诱导合成,在种子成熟过程中起到保护细胞免受脱水伤害的作用。
10.无融合生殖(apomixis)被子植物中由未经受精的卵或胚珠内某些细胞直接发育成胚的现象。
11.单性结实(parthenocarpy)不经过受精作用,子房直接发育成果实的现象。
单性结实一般都形成无籽果实,故又称“无籽结实”。
12.多聚半乳糖醛酸酶(polygalacturonase,PG)催化多聚半乳糖醛酸α-1,4键的水解的酶,促使果实软化。
13.休眠(dormancy)植物的整体或某一部分生长暂时停顿的现象。
它是植物抵制不良自然环境的一种自身保护性的生物学特性。
一、二年生植物大多以种子为休眠器官;
多年生落叶树以休眠芽过冬;
多种多年生草本植物则以休眠的根系、鳞茎、球茎、块根、块茎等渡过不良环境。
14.强迫休眠(epistoticdormancy)指由于不利于生长的环境条件引起的植物休眠。
如秋天树木落叶后芽的休眠。
15.生理休眠(physiologicaldormancy)在适宜的环境条件下,因为植物本身内部的原因而造成的休眠。
如刚收获的小麦种子的休眠。
16.层积处理(stratification)一种解除休眠的方法,即将种子埋在湿沙中置于低温(1~10℃)环境中,放置数月(1~3月)的处理。
这种处理能使一些木本植物种子中抑制发芽的物质含量下降,而促进发芽的GA和CTK等物质含量升高,提高了萌发率。
另外层积处理也有促进胚后熟的作用。
17.种子寿命(seedlongevity)种子从成熟到丧失生活力所经历的时间。
种子寿命受遗传基因和贮藏环境的影响。
18.种子生活力(viability)是衡量种子活力的一种术语,一般就是指种子的发芽力(germinatingenergy)或发芽率(germinationpercentage),种子的生活力强,则发芽率高。
19.种子活力(seedvigor)指种子的健壮度,即种子迅速、整齐发芽出苗的潜在能力。
20.种子的老化(aging)种子活力的自然衰弱。
高温、高湿条件下种子老化过程往往加快。
21.种子劣变(deterioration)种子的结构和生理机能的恶化。
劣变不一定都是老化引起的,突然性的高温或结冰会使蛋白质变性,细胞受损,也会引起种子劣变。
22.正常性种子(orthodoxseed)指成熟期耐脱水,在干燥和低温条件下能长期贮藏的种子,如禾谷类、豆类、十字花科类种子。
这些种子在发育后期随着贮藏物质积累的结束,要进入一个脱水期,种子失去大部分水后进入静止休眠状态。
正常种子可在很低的含水量下长期贮藏而不丧失活力。
23.顽拗性种子(recalcitrantseed)指成熟时有较高的含水量,贮藏中忌干燥和低温的种子,如茭白、菱、椰子、芒果等种子。
这些种子采收后不久便可自动进入萌发状态,一旦脱水即影响其萌发,导致生活力迅速丧失。
因而人们曾称顽拗性种子为“短命种子”。
24.衰老(senescence)在正常条件下发生在生物体的机能衰退并逐渐趋于死亡的现象。
本文指的是植物的细胞、组织、器官或整个植株的生理功能衰退的现象。
25.脱落(abscission)植物细胞、组织或器官脱离母体的过程。
脱落可以分为三种:
一是由于衰老或成熟引起的脱落叫正常脱落,比如果实和种子的成熟脱落;
二是因植物自身的生理活动而引起的生理脱落,如营养生长与生殖生长竞争、源与库不协调等引起的脱落;
三是因逆境条件引起的胁迫脱落。
26.离区与离层(abscissionzoneandabscissionlayer)离区是指分布在叶柄、花柄、果柄等基部一段区域中经横向分裂而形成的几层细胞。
离层是离区中发生脱落的部位。
27.自由基(freeradical)带有未配对电子的离子、原子、分子以及基团的总称。
根据自由基中是否含有氧,可将自由基分为氧自由基和非含氧自由基。
自由基的特点是①不稳定,寿命短;
②化学性质活泼,氧化能力强;
③能持续进行链式反应。
28.生物自由基(biologicalfreeradical)通过生物体内自身代谢产生的一类自由基。
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,它又可分为两类:
无机氧自由基,如超氧自由基(O2·
-)、羟自由基(·
OH);
有机氧自由基,如过氧化物自由基(ROO·
)等。
生物自由基对细胞膜和许多生物大分子产生破坏作用。
29.活性氧(activeoxygen)是指化学性质活泼、氧化能力很强的含氧物质的总称。
包括含氧自由基和含氧非自由基。
如:
超氧阴离子自由基(O2?
?
)、羟自由基(?
OH)、单线态氧(1O2)、烷基自由基(如O2·
-、ROO-等)和含氧非自由基过氧化氢(H2O2)等,这类物质都是由氧转化而生成的氧代谢产物及其衍生物,由于它们都含有氧,并且具有比氧活泼的化学反应性,所以统称为活性氧。
活性氧有很强的氧化能力,对生物大分子和许多其他功能分子具有破坏性,如引起膜脂过氧化、蛋白质变性、核酸降解等,因此活性氧的积累必然会导致细胞的伤害。
30.超氧化物歧化酶(super-oxidedismutase,SOD)是存在植物细胞中最重要的清除自由基的酶,它能催化生物体内分子氧活化的第一个中间物超氧阴离子自由基(O2·
-),发生歧化反应,生成O2和H2O2:
O2·
-+O2·
-+2H+→O2+H2O2
从而减轻O2·
-对植物体的毒害作用。
植物体内的SOD有Cu-Zn-SOD,Mn-SOD或Fe-SOD三种类型,主要分布在叶绿体、线粒体和细胞质中。
31.过氧化氢酶(catalase,CAT)一种催化过氧化氢分解为水和氧反应的酶:
2H2O2→2H2O+O2
CAT主要存在于过氧化体中,负责过氧化体中产生的H2O2的清除。
其他部位产生的H2O2可扩散到过氧化体而被CAT清除。
避免了过氧化氢对植物体的毒害作用。
32.过氧化物酶(peroxidase,POD)一种催化以H2O2为氧化剂的氧化还原反应,将H2O2还原为H2O,用以清除细胞内的H2O2的酶:
H2O2+R(OH)2→2H2O+RO2
(二)缩写符号
1.MGU雄性生殖单位
2.GSI配子体型不亲和
3.SSI孢子体型不亲和
4.PG多聚半乳糖醛酸酶
5.LEA胚胎发育晚期丰富蛋白
6.LOX脂氧合酶
7.SOD超氧物歧化酶
8.POD过氧化物酶
9.CAT过氧化氢酶
(三)知识要点
花粉粒是由小孢子发育而成的雄配子体,内含营养细胞和生殖细胞,外有两层壁,壁中富含蛋白质。
外壁蛋白由绒毡层合成,为孢子体起源;
内壁的蛋白由花粉本身细胞合成,为配子体起源。
花粉萌发和花粉管生长所需的营养物质主要来自营养细胞。
缺少脯氨酸、蔗糖或淀粉等营养物质的花粉常为不育花粉。
营养细胞核与由生殖细胞分裂产生的2个精细胞组成雄性生殖单位。
胚囊为雌配子体,其中的卵细胞、2个助细胞和具有双核的中央细胞构成雌性生殖单位。
双受精在雌、雄性生殖单位内进行。
助细胞释放的Ca2+在诱导花粉管定向生长和雌雄配子融合中起重要作用。
精细胞的二型性和偏向受精特性,有助于双受精的同步进行。
花粉能否在柱头萌发,花粉管能否在雌蕊中生长,取决于花粉与雌蕊的亲和性与识别反应。
花粉的识别物质是壁蛋白,而雌蕊的识别物质是柱头表面和花柱介质中的蛋白质。
只有二者亲和时,花粉管才能伸长,雄性生殖单位才能经花粉管传到胚囊完成双受精。
植物受精成败受花粉活力、柱头生活力和环境温度、湿度等影响。
被子植物中普遍存在自交和远缘杂交不亲和的情况。
克服不亲和的可能途径主要有两条:
一是从遗传改良着手,选育亲和性品种,二是从生理上考虑,建立避开不亲和识别反应的方法,其中采用细胞融合和DNA导入等生物技术,可能是最有效的方法。
受精后的合子经原胚、球形胚、心形胚、鱼雷形胚最后发育为成熟胚。
初生胚乳核发育成胚乳,胚珠发育成种子,而子房膨大发育成果实。
种子发育过程中,除了胚和胚乳细胞的增殖和扩大以外,还有核酸的合成,酶活性的变化,激素的调节,以及贮藏物质的合成和积累。
种子的化学成分还受水分、温度和营养条件等外界环境的影响。
种子的发育促进果实的发育,这主要是种子内合成的激素能吸引光合产物、水分、矿质向果实和种子运输。
果实的生长模式主要有单“S”形生长曲线和双“S”形生长曲线两类。
果实的细胞数目和细胞大小是决定果实大小的主要因子,尤其是后者。
许多果实在成熟过程中发生以下变化:
呼吸跃变、淀粉水解成蔗糖、葡萄糖、果糖等可溶性糖;
有机酸含量减少,糖酸比上升;
多聚半乳糖醛酸酶(PG)等胞壁水解酶活性上升,果实软化;
形成微量挥发性物质,散发出特有的香味;
单宁等物质转化,涩味下降;
叶绿素含量下降,花色苷和类胡萝卜素等增加。
使果实表现出特有的色、香、味。
休眠是生理或环境因素引起植物生长暂时停止的现象,种子休眠主要是由于胚未成熟、种(果)皮的限制以及萌发抑制物的存在引起的。
解除种子休眠的方法有:
机械破损、浸泡冲洗、层积、药剂、激素、光照和X射线等处理。
种子活力是指种子萌发速度、生长能力和对逆境的适应性;
种子老化是指种子活力的自然衰退;
种子劣变则是指种子生理机能的恶化。
正常性种子通常在干燥低温下可以长期贮藏,而顽拗性种子在贮藏中忌干燥和低温。
存在这种区别的一个重要原因是前者含有较多的LEA蛋白,而后者较少。
许多植物或其器官以芽休眠的形式渡过不良条件。
短日照、ABA等对芽休眠有促进作用。
GA能有效地解除芽休眠,而青鲜素等能防止芽萌发。
衰老是植物发育的组成部分,是植物在自然死亡之前的一系列恶化过程。
它可以在细胞、组织、器官以及整体水平上发生。
植物衰老时在生理生化上有许多变化,主要表现在光合色素逐渐丧失,DNA和RNA含量下降,蛋白质水解,光合和呼吸作用下降,促进生长的生长素,细胞分裂素和赤霉素等植物激素含量下降,而诱导衰老和成熟的激素如ABA、乙烯、茉莉酸等含量增加。
另外细胞膜降解、细胞器破坏、细胞发生自溶。
有关衰老的学说有:
自由基损伤学说、蛋白质水解学说、激素平衡学说等。
这些学说都有一定的实验证据,但还不能解释不同器官的衰老机理。
正常的脱落是衰老引起的,是植物适应环境、保存自己和保证后代繁衍的一种生物学特性。
器官脱落可受多种因子的诱导,如落叶树木叶子的脱落起因于短日照的环境信号。
短日照有利于ABA的合成,ABA又刺激乙烯的合成,而ABA和乙烯激活了纤维素酶、果胶酶和过氧化物酶活性,促使离层的溶解。
五、教学内容
§
10.1成熟生理
一、谷物种子成熟的生理生化变化
1、贮藏物质的变化:
(1)糖类的变化,
(2)脂肪的变化,(3)蛋白质的变肥,(4)非丁的变化;
2、其它生理生化变化:
(1)呼吸速率的变化
(2)种子含水量的变化,(3)核酸含量的变化;
3、内源激素的变化;
4、环境条件对种子成熟的影响:
(1)温度
(2)光照(3)水分(4)矿质营养
二、谷物籽粒空瘪的原因
1、空壳瘪粒产生的内在因素;
2、空壳瘪粒形成的外部条件;
3、减少空壳瘪粒的有效途径。
三、果实的生长与果实成熟的生理生化变化
1、果实生长;
2、果实成熟时生理生化变化:
(1)呼吸作用的变化:
概念:
呼吸跃变(respiratoryelimacteric)
(2)各种物质的变化:
糖类的物质的转化、有机酸类转化、单宁物质转化、芳香物质转化、果胶物质转化、色素物质转化(3)内源激素的变化;
3、鲜果贮藏保鲜的原理和技术:
(1)鲜果采后的生理变化
(2)保持鲜果特性的技术。
10.2植物的衰老及其进程
一、植物衰老的概念、类型与意义
1、植物衰老的概念。
2、植物衰老的特征。
3、植物衰老的类型:
(1)整体衰老,
(2)地上部衰老,(3)脱落衰老,(4)汽车近衰老。
二、植物衰老的进程
1、细胞衰老:
(1)细胞衰老:
膜衰老的基本特征、膜衰老的生物化学
(2)细胞器衰老;
2、器官衰老:
(1)根系衰老
(2)叶片衰老:
叶片衰老的形态指标、叶片衰老的生理指标、叶片衰老的细胞变化、叶片衰老的生理变化(3)花器官衰老;
3、整株衰老:
(1)一稔衰老
(2)多稔衰老。
10.3植物衰老的机理与调节
一、植物衰老的机理
1、营养与衰老;
2、核酸与衰老:
(1)差误理论
(2)核酸降解;
3、自由基与衰老:
(1)自由基的概念
(2)自由基的产生、超氧自由基的产生、单线态氧自由基的产生(3)自由基的伤害;
自由基对核酸的伤害;
自由基对脂类的伤害;
自由基对蛋白质的伤害;
4、内源激素与衰老。
二、植物衰老的调节
1、生境对植物衰老的调节:
(1)温度
(2)光照(3)气体(4)水分(5)矿质;
2、植物自身对衰老的调节:
(1)激素调节
(2)自身防护:
抗氧化物质——非酶保护体系、抗氧化酶类——酶促防护体系,SOD、POD、CAT、GSH-PX、GSH-R;
(3)核酸调节。
10.4器官的脱落
一、器官脱落的概念
脱落(abscission);
正常脱落(normalabscission);
胁迫脱落(stressabscission);
生理脱落(physiologicalabscission)
二、器官脱落的机理
1、离层与脱落;
2、激素与脱落:
(1)IAA
(2)ETH(3)ABA(4)GA与CTK;
3、营养与脱落:
(1)矿质
(2)糖类;
4、生境与脱落:
(1)光照
(2)水分(3)温度(4)氧气。
10.5植物的休眠
一、休眠的器官、类型和阶段
1、休眠器官:
①芽休眠②变态地下器官休眠;
2、休眠类型:
(1)真正休眠
(2)强迫休眠;
3、休眠阶段:
(1)前休眠
(2)深休眠(3)后休眠。
二、休眠诱导与解除的气象因子
1、光照与休眠2、温度与休眠
三、休眼的生理生化变化
1、呼吸作用的变化;
2、贮藏物质的变化;
3、核酸与蛋白质合成的变化。
四、植物休眠的人工控制
1、诱导休眠;
2、打破休眠
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