植物的生長與變化探索植物從種子到成熟植物的神奇旅程了解影響植物生長的關(guān)鍵因素課程目標(biāo)理解基本概念掌握植物生長發(fā)育的基本原理觀察能力培養(yǎng)學(xué)會觀察記錄植物生長變化環(huán)境意識建立植物生長的基本概念細(xì)胞分裂植物通過細(xì)胞分裂增加數(shù)量細(xì)胞伸長細(xì)胞吸水膨大增加體積細(xì)胞分化細(xì)胞獲得特定功能形成組織植物生長的主要階段1種子萌發(fā)休眠種子吸水膨脹萌發(fā)2幼苗生長形成根系莖葉進(jìn)行光合作用3營養(yǎng)生長植株體積增加儲存養(yǎng)分4生殖生長開花結(jié)果完成生命周期種子的結(jié)構(gòu)種皮保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)防止損傷胚包含胚根胚芽發(fā)育為新植株子葉儲存營養(yǎng)供胚發(fā)育使用胚乳某些種子中提供額外營養(yǎng)種子萌發(fā)的條件適宜溫度不同種子有特定溫度范圍充足水分吸水是萌發(fā)的首要條件氧氣供應(yīng)呼吸作用需要足夠氧氣實驗：觀察種子萌發(fā)準(zhǔn)備材料種子、培養(yǎng)皿、濕潤紙巾設(shè)置環(huán)境保持濕潤放置溫暖處定時觀察每天記錄種子變化記錄數(shù)據(jù)繪制萌發(fā)過程草圖測量長度種子萌發(fā)的過程吸水膨脹種皮吸水變軟種子體積增大1酶活性增加激活儲存物質(zhì)分解供能2胚開始生長細(xì)胞分裂加速胚根伸出3種皮破裂胚根突破種皮向下生長4胚根的生長1-2天突破時間胚根首先突破種皮3-5毫米/天生長速度根尖細(xì)胞活躍分裂伸長75%向地性大多數(shù)植物根系向下生長胚芽的生長1保護(hù)結(jié)構(gòu)胚芽鞘保護(hù)幼嫩真葉2突破土壤彎曲形態(tài)減少阻力3向上生長展示負(fù)向地性向光性子葉的作用營養(yǎng)儲存為早期生長提供能量物質(zhì)保護(hù)功能保護(hù)胚芽免受機械損傷光合作用部分植物子葉變綠參與光合幼苗的生長根系的發(fā)育主根由胚根發(fā)育形成向下生長1側(cè)根從主根側(cè)面生出增加吸收面積2根毛根表皮細(xì)胞延伸吸收水分礦物質(zhì)3根冠保護(hù)根尖感知重力信號4莖的生長葉的展開葉原基形成莖尖分生組織產(chǎn)生葉原基細(xì)胞伸長葉細(xì)胞伸長擴張葉面積增大葉綠素合成葉片變綠準(zhǔn)備進(jìn)行光合作用功能成熟氣孔發(fā)育完善葉片功能完備光合作用的開始葉綠體光合作用的主要場所光能吸收葉綠素捕獲光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能氣體交換吸收二氧化碳釋放氧氣植物生長的環(huán)境因素：光光照強度影響光合作用速率和能量獲取不同植物對光強需求差異大光照時間調(diào)控開花時間和季節(jié)性行為長日照植物和短日照植物光質(zhì)不同波長光影響植物形態(tài)發(fā)育紅光促進(jìn)開花藍(lán)光抑制徒長植物生長的環(huán)境因素：水植物生長的環(huán)境因素：溫度最低溫度低于此溫度生長停滯或死亡最適溫度生長發(fā)育速度最快的溫度范圍最高溫度超過此溫度蛋白質(zhì)變性生長停止溫差效應(yīng)晝夜溫差影響呼吸作用和養(yǎng)分分配植物生長的環(huán)境因素：土壤物理性質(zhì)質(zhì)地影響透氣性和保水性結(jié)構(gòu)影響根系穿透能力溫度影響根系活性化學(xué)性質(zhì)pH值影響?zhàn)B分可利用性有機質(zhì)含量決定肥力鹽分含量影響滲透壓生物性質(zhì)微生物活動促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)土壤生物改良土壤結(jié)構(gòu)根際微生物協(xié)助養(yǎng)分吸收植物的營養(yǎng)需求1微量元素鐵錳鋅硼銅鉬需量極少2中量元素硫鈣鎂需量適中3大量元素氮磷鉀需量最多植物激素的作用激素類型主要功能典型效應(yīng)生長素促進(jìn)細(xì)胞伸長向光性向地性調(diào)控赤霉素刺激細(xì)胞分裂伸長促進(jìn)莖伸長打破休眠細(xì)胞分裂素促進(jìn)細(xì)胞分裂延緩衰老促進(jìn)側(cè)芽生長脫落酸抑制生長促進(jìn)休眠氣孔關(guān)閉種子休眠乙烯促進(jìn)成熟和衰老果實成熟葉片脫落植物的向光性光感受莖尖感知光的方向和強度激素分布生長素在背光側(cè)富集差異伸長背光側(cè)細(xì)胞伸長更快彎曲生長植物朝向光源方向彎曲植物的向地性重力感知根冠淀粉體沉降感受重力方向信號傳遞轉(zhuǎn)化為植物激素分布變化生長調(diào)整激素引起細(xì)胞生長差異3向下生長根朝向重力方向生長植物的生長周期1萌發(fā)期種子吸水萌發(fā)形成幼苗2營養(yǎng)生長期植株快速生長積累營養(yǎng)3生殖生長期形成花芽開花授粉4結(jié)實期形成果實和種子5衰老期植株逐漸衰老死亡一年生植物的生長周期春季播種種子萌發(fā)出苗生長1夏季生長植株快速生長發(fā)育2秋季成熟開花結(jié)果完成繁殖3冬季死亡完成生命周期植株死亡4多年生植物的生長周期建植期側(cè)重于根系和莖葉建立生長期每年進(jìn)行營養(yǎng)生長和生殖生長休眠期不良季節(jié)進(jìn)入休眠狀態(tài)循環(huán)往復(fù)周而復(fù)始多年持續(xù)生長植物的營養(yǎng)生長1根系擴展根系向下向四周拓展吸收水分養(yǎng)分2莖稈伸長莖稈向上生長增加高度3葉片增加不斷產(chǎn)生新葉擴大光合面積4分枝增多產(chǎn)生側(cè)枝增加空間利用率植物的生殖生長營養(yǎng)轉(zhuǎn)向生殖生理狀態(tài)從營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)向生殖生長花芽分化莖尖分生組織形成花芽開花花芽發(fā)育成熟花朵綻放授粉受精花粉傳播到柱頭完成受精果實發(fā)育子房發(fā)育成果實種子成熟花芽的形成3-5個關(guān)鍵基因調(diào)控花芽分化的主要基因數(shù)量16小時光周期許多植物開花所需臨界日照長度5-30天分化時間從營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)變到花芽形成的時間花的結(jié)構(gòu)花萼最外層綠色保護(hù)結(jié)構(gòu)由萼片組成保護(hù)花蕾花冠由花瓣組成常有鮮艷顏色吸引傳粉者傳播花粉雄蕊由花絲和花藥組成花藥產(chǎn)生花粉雌蕊由柱頭花柱子房組成子房內(nèi)有胚珠發(fā)育為種子花粉的傳播風(fēng)媒傳播花粉輕小干燥被風(fēng)吹散蟲媒傳播昆蟲攜帶花粉從一花到另一花鳥媒傳播鳥類啜飲花蜜時沾染花粉水媒傳播水生植物花粉通過水流傳播受精作用花粉萌發(fā)花粉粒在柱頭上萌發(fā)花粉管生長形成花粉管向下伸入子房精子細(xì)胞釋放花粉管到達(dá)胚珠釋放精子細(xì)胞雙受精一個精子與卵細(xì)胞結(jié)合形成受精卵另一個與極核結(jié)合形成胚乳果實的形成受精后變化子房壁細(xì)胞迅速分裂增大果實膨大細(xì)胞伸長果實體積增大營養(yǎng)積累積累糖分有機酸等營養(yǎng)物質(zhì)成熟變色果皮顏色變化果肉軟化種子的形成胚胚乳種皮子葉果實和種子的傳播方式風(fēng)力傳播具有翅膀如楓樹種子有絨毛如蒲公英體積小重量輕如蘭花種子動物傳播粘附動物皮毛如牛蒡被動物食用排出如漿果被動物儲藏如松鼠藏松子水流傳播能漂浮如椰子耐水濕如睡蓮種子雨水濺射如罌粟自體傳播彈射如鳳仙花爆裂如豆莢鉆入土壤如燕麥植物的休眠生理調(diào)控植物激素協(xié)同調(diào)控休眠進(jìn)入和解除保護(hù)機制防止不良環(huán)境造成傷害環(huán)境觸發(fā)溫度光照等環(huán)境因素誘導(dǎo)休眠落葉現(xiàn)象環(huán)境信號日照縮短溫度降低1激素變化脫落酸增加乙烯釋放2形成離層葉柄基部形成分離細(xì)胞層3葉片脫落離層細(xì)胞分解葉片脫離樹干4植物的年輪形成原理生長季節(jié)和休眠季節(jié)交替形成環(huán)境記錄記錄氣候變化和生長條件寬窄差異良好生長條件形成寬年輪植物生長測量方法植物生長曲線植物生長的周期性初始緩慢期植物剛開始生長速度緩慢快速生長期進(jìn)入最適條件生長迅速生長減緩期接近成熟生長速度減慢生長停滯期進(jìn)入休眠或衰老生長停止植物生長的晝夜節(jié)律24小時生物鐘周期植物內(nèi)在生物鐘的基本周期40%夜間生長某些植物在夜間生長更快5-15%光周期敏感性對光照時長變化的敏感程度植物生長的季節(jié)性變化冬季多數(shù)植物生長停滯或極其緩慢春季溫度回升快速生長展葉夏季光照充足生長旺盛開花結(jié)果秋季生長減緩準(zhǔn)備進(jìn)入休眠植物對環(huán)境脅迫的響應(yīng)感知脅迫特定受體感知環(huán)境脅迫信號信號轉(zhuǎn)導(dǎo)將脅迫信號傳遞到細(xì)胞核基因激活表達(dá)抗逆相關(guān)基因防御反應(yīng)產(chǎn)生保護(hù)蛋白調(diào)整代謝活動植物的抗旱機制形態(tài)適應(yīng)加厚角質(zhì)層減少蒸騰發(fā)達(dá)根系增強吸水能力葉片卷曲減少表面積生理適應(yīng)氣孔關(guān)閉減少水分蒸發(fā)滲透調(diào)節(jié)維持水勢激素調(diào)控平衡水分代謝生化適應(yīng)積累脯氨酸甜菜堿等滲透物質(zhì)合成抗氧化劑清除自由基產(chǎn)生熱休克蛋白保護(hù)酶活性植物的耐寒機制脫水保護(hù)減少細(xì)胞內(nèi)自由水避免冰晶形成2膜系統(tǒng)穩(wěn)定調(diào)整膜脂組成增加流動性抗凍物質(zhì)積累糖類脂類降低冰點冷馴化低溫預(yù)處理增強抗寒能力植物的耐鹽機制離子平衡選擇性吸收離子減少有毒離子進(jìn)入排出體內(nèi)多余鹽分滲透調(diào)節(jié)合成滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)維持細(xì)胞正常滲透勢保持水分吸收能力形態(tài)適應(yīng)發(fā)達(dá)根系提高選擇性特化器官存儲鹽分肉質(zhì)化結(jié)構(gòu)儲存水分植物與病蟲害的互作識別入侵感受器識別病原物分子模式1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)激活防御相關(guān)信號通路2全身反應(yīng)產(chǎn)生系統(tǒng)獲得性抗性3防御表達(dá)合成抗菌物質(zhì)和保護(hù)蛋白4植物的化學(xué)防御防御物質(zhì)代表植物防御作用生物堿煙草罌粟毒害食草動物昆蟲單寧橡樹茶樹使蛋白質(zhì)變性抑制消化萜類化合物薄荷松樹毒害或驅(qū)避害蟲酚類蘋果葡萄抗菌抗真菌芥子油苷芥菜卷心菜水解產(chǎn)生辛辣物質(zhì)植物的物理防御角質(zhì)層覆蓋葉面防止病原物入侵刺和棘阻止動物啃食表皮毛阻礙小型昆蟲移動腺毛分泌粘性或刺激性物質(zhì)植物生長調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用促進(jìn)生長赤霉素促進(jìn)莖伸長增加產(chǎn)量促進(jìn)成熟乙烯促進(jìn)果實催熟保證同時收獲控制落花落果防止過多結(jié)實消耗養(yǎng)分抑制生長矮壯素防止作物徒長倒伏植物生長與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)植物生長與園藝造型修剪控制生長方向塑造美觀形態(tài)開花調(diào)控調(diào)節(jié)光照溫度控制開花時間矮化處理控制植株大小適合盆栽展示植物生長與生態(tài)環(huán)境人類活動改變植物生長環(huán)境和資源利用植物群落不同植物間相互作用和競爭自然環(huán)境氣候土壤等基礎(chǔ)生態(tài)因素植物生長與全球氣候變化二氧化碳增加促進(jìn)光合作用提高水分利用效率加速生長但降低營養(yǎng)價值溫度升高延長生長季節(jié)改變物候期增加水分蒸騰損失降水格局改變干旱頻率增加暴雨幾率提高水分有效性不穩(wěn)定植物生長研究的新技術(shù)植物生長的未來研究方向基因調(diào)控機制深入了解調(diào)控植物生長的基因網(wǎng)絡(luò)環(huán)境適應(yīng)能力提高植物對極端環(huán)境的適應(yīng)性資源利用效率增