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5.3 植物生长调节剂的应用
第5章 植物生命活动的调节
在玫瑰葡萄种植过程中，合理施用人工合成的赤霉素、细胞分裂素类物质，可以提高葡萄结果率和单果质量，提高果实无核化程度。但如果施用不合理，可能会造成果实空心等问题。
葡萄植株里有自身合成的植物激素，为什么还要施用人工合成的植物激素类物质呢？
问题探讨
仅靠葡萄植株自身合成的植物激素来调节植株的生长发育，不一定能满足人们对葡萄产量或品质的需要。适当施用人工合成的植物激素类物质，可以提高作物产量或提升产品品质。
玫瑰葡萄
一、植物生长调节剂的类型和作用
1.植物生长调节剂：由人工合成的，对植物的生长、发育有调节作用的化学物质。
2.优点：原料广泛、容易合成、效果稳定等。
3.类型：
（1）分子结构和生理效应与植物激素类似，如吲哚丁酸。
（2）分子结构和生理效应与植物激素完全不同，但具有与植物激素类似的生理效应，如α-萘乙酸（NAA）、矮壮素等。
评述植物生长调节剂在生产中的应用
事例1 用传统的方法生产啤酒时，大麦芽是不可缺少的原材料。利用大麦芽，实质是利用其中的α—淀粉酶。有人用赤霉素处理大麦，可以使大麦种子无须发芽就可以产生α—淀粉酶，这样就可以简化工艺、降低成本。
思考·讨论
评述植物生长调节剂在生产中的应用
事例2 对西瓜、草莓、葡萄等使用一定浓度的膨大剂（也叫膨大素），会使水果长势加快、个头变大，加快水果成熟，使其提前上市。但使用膨大剂的水果与正常水果相比，口感较差，汁水较少，甜味不足，而且不宜长时间储存。
有研究发现膨大剂可能对人体有危害，主要是神经系统，造成儿童脑炎、发育不良、痴呆等。
思考·讨论
事例3 在蔬菜水果上残留的一些植物生长调节剂会损害人体健康。例如，可以延长马铃薯、大蒜、洋葱贮藏期的青鲜素（抑制发芽）可能有副作用。中国科学院植物生理研究所用荔枝为原料研究表明，残留期为1～2个月。
评述植物生长调节剂在生产中的应用
思考·讨论
事例4 天然状态下的凤梨（菠萝）开花结果时期参差不齐，一片凤梨田里需要分五六次收获，费时费工，晚上市还卖不出好价钱。到了冬季，由于气温低、日照弱，果实成熟慢、品质差。用乙烯利催熟，就可以做到有计划地上市。
评述植物生长调节剂在生产中的应用
思考·讨论
1.你还知道哪些植物生长调节剂在农产品和园艺生产上应用的例子？
评述植物生长调节剂在生产中的应用
思考·讨论
（1）用GA (赤霉素类）打破莴苣、马铃薯、人参种子的休眠；促进苋菜、芹菜等的营养生长，增加产量。
（2）用NAA促进甘薯、黄杨、葡萄的生根；对苹果、鸭梨进行疏花疏果，促进脱落；对棉花进行保花保果，防止脱落。
（3）用乙烯利促进黄瓜、南瓜的雌花分化，促进香蕉、柿子、番茄的果实成熟。
（4) 施用矮壮素（生长延缓剂）防止棉花徒长、促进结实。
2.在生产过程中施用植物生长调节剂要注意哪些事项？
3.我国禁止销售、使用未经国家有关部门批准的植物生长调节剂。这是为什么？
要根据实际情况和施用目的，综合考虑植物生长调节剂的作用效果、价格等；同时还需要考虑适当的施用时间，以及国家法律法规的要求等。
有些植物生长调节剂是人工生产的化学药剂，可能具有一定的毒性，因此上市之前需要经过国家有关部门的检测、评估。
评述植物生长调节剂在生产中的应用
思考·讨论
4、植物生长调节剂应用的利与弊
（1）应用领域广，提高作物产量、改善产品品质等。
如：延长或终止种子、芽及块茎的休眠，调节花的雌雄比例，促进或阻止开花，诱导或控制果实脱落，控制植株高度、形状等。
（2）减轻人工劳动。
（3）需要关注可能存在的负面影响。
使用不当，可能影响作物产量和产品品质；过量使用，可能对人体健康和环境带来不利影响。
（4）我国对于植物生长调节剂的生产、销售和使用都有明确的规定。
如植物生长调节剂必须经国家指定单位检验并进行正规田间试验，充分证明其效益，无毒、无害方可批准登记；在销售中禁止夸大植物生长调节剂的功能；禁止在肥料中添加植物生长调节剂，等等。
4、植物生长调节剂应用的利与弊
二、植物生长调节剂的施用
1、根据实际情况，选择适当的植物生长调节剂。
（1）促进扦插枝条的生根——生长素类植物生长调节剂。
（2）果实催熟——乙烯利。
2、综合考虑施用目的、效果和毒性，调节剂残留、价格和施用是否方便等因素。
对于某种植物生长调节剂来说，施用浓度、时间、部位以及施用时植物的生理状态和气候条件等，都会影响施用效果，施用不当甚至会影响生产。
预实验
进行科学研究时，有时需要在正式实验前先做一个预实验。
预实验目的：
（1）为进一步的实验摸索条件；
（2）检验实验设计的科学性和可行性。
例如：探索生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度时，通过预实验确定有效浓度的大致范围，可为确定最适浓度打下基础。
科学方法
一、探索生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度
1.实验原理：生长素类植物生长调节剂的生理作用与其浓度有很大的关系。适宜浓度的2，4—D可以促进插条生根，浓度过高会抑制生根，甚至会杀死双子叶植物。
探索植物生长调节剂的应用
2.提出问题：所选定的生长素类调节剂促进某种植物插条生根的最适浓度是多少呢？
3.材料用具：当地主要绿化树种或花卉生长旺盛的一年生枝条；蒸馏水；花盆；细沙；常用的生长素类调节剂：NAA、2，4—D，吲哚丙酸，IBA；所用药品包装说明上所列举的其他材料。
探究·实践
4.实验设计
（1）生长素类调节剂处理插条的方法
①浸泡法：溶液的浓度较低时使用；把插条的基部浸泡在配制好的溶液中，深约3cm；处理几小时至一天；最好是在遮阴和空气湿度较高的地方进行处理。
②沾蘸法：溶液的浓度较高时使用；把插条基部在药液中沾蘸一下（约5s）,深约1.5cm。
（2）设置自变量
该实验的自变量是生长素类调节剂的浓度；先设计预实验进行摸索，再在其基础上设计更合理的浓度梯度进行实验。
探索植物生长调节剂的应用
探究·实践
（3）注意控制无关变量
例如药物处理的时间长短、实验所用的植物材料。
（4）确定因变量的检测指标
枝条的生根数量。
探索植物生长调节剂的应用
探究·实践
5.4 环境因素参与调节植物的生命活动
第5章 植物生命活动的调节
唤醒沉睡的种子，
调控幼苗的生长。
引来繁花缀满枝，
瓜熟蒂落也有时。
靠的是雨露阳光，
离不开信息分子。
种子萌发后，根向地生长、茎背地生长。如果将幼苗横过来，茎会弯曲向上生长，根则弯曲向下生长。
1.茎和根的生长是受哪种因素调节的？
2.如果将该幼苗横放在太空中的“天宫二号”内，它的根、茎可能会怎样生长？为什么？
问题探讨
是由重力因素调节的。
根和茎很可能会继续横向生长，因为太空中几乎没有重力。
茎向上生长
植物的生命活动的调节主要依靠激素调节，同时受环境因素调节。光、温度、重力对植物生长发育都有调节作用。
光是植物进行光合作用的能量来源，还参与调节植物的生命活动。
一、光对植物生长发育的调节
01
02
03
光
温度
重力
光在植物生长发育中的调节作用
资料1 少数植物（如烟草和莴苣）的种子，需要在有光的条件下才能萌发。
有些植物（如早熟禾、毛蕊花）的种子在有光条件下萌发的好一些。
还有一些植物（如洋葱、番茄）的种子萌发则受光的抑制。
研究发现，萌发需要光的种子一般较小，储藏的营养物质也很少。
思考·讨论
资料2 豆芽是在黑暗的环境中培育的，它的细胞中不含叶绿素，茎（实际上很大一部分是下胚轴）比在光下要长很多。豆芽一旦见光，就会发生形态变化并长成豆苗。
豆芽（黑暗中培育）
豆苗见光培育
光在植物生长发育中的调节作用
思考·讨论
资料3 很多植物的开花与昼夜长短有关。例如，菠菜只有白天长度超过13小时才开花；菊、水稻则要在白天短于一定的时长才开花。当然，也有不少植物的开花与昼夜长短没有关系，如黄瓜、棉花、向日葵等。
光在植物生长发育中的调节作用
思考·讨论
光在植物生长发育中的调节作用
1.那些需要光才能萌发的种子是需要光照给种子萌发提供能量吗
不是。
思考·讨论
2.从豆芽到豆苗，光对植物的颜色和形态有什么影响
光既促进叶绿素的合成从而使豆苗变成绿色，也会影响豆苗的形态。
3.有些植物根据昼夜长短“决定”是否开花，是哪种环境因素在起作用 这与植物激素的分泌有关系吗
是光照时长( 黑暗时长)在起作用；与植物激素的分泌有关。
4.种子发芽，植株生长、开花接受光的调控，是如何体现植物对环境的适应的
萌发需要光照的种子一般较小，这是对环境的适应——萌发后能立即进行光合作用，从而避免在无光条件下萌发后“饿死”；植株在生长、开花过程中，跟随着光照的节奏，能保证生命活动正常进行，能保证正常地繁衍后代，这也是植物对环境的适应。
光在植物生长发育中的调节作用
思考·讨论
一、光对植物生长发育的调节
1.光对植物生长发育的作用
（1）光是植物进行光合作用的能量来源；
（2）光作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程。
在自然界中，种子萌发，植株生长、开花、衰老等等，都会受到光的调控。植物的向光性生长，实际上也是植物对光刺激的反应。
植物能够对光作出反应，表明植物可以感知光信号，并据此调整生长发育，那么植物是怎样感受到光照的呢？
2.光信号传导的结构基础之一——光敏色素
（1）化学本质：蛋白质（色素——蛋白复合体）
（2）分布：植物的各个部位，其中在分生组织的细胞内比较丰富。
（3）吸收光的类型：主要是红光和远红光。
植物体内除了光敏色素，还有感受蓝光的受体。可以认为，环境中的红光、蓝光，对于植物的生长发育来说，是非常关键的。
一、光对植物生长发育的调节
3.光调控植物生长发育的反应机制
(1)感受信号：光敏色素被激活，其结构发生变化
(2)传导信号：信号经过转导传递到细胞核内
(3)发生反应：细胞核内特定基因转录变化
(4)表现出生物学效应：相应mRNA翻译出特定蛋白质
资料1:温带地区，树木年复一年的加粗，构成一圈圈的年轮，表现出季节周期性变化。年轮的形成的原因是：在春夏季细胞分裂快、细胞体积大，在树干上形成颜色较浅的带；在秋冬季细胞分裂慢、细胞体积较小，树干上形成颜色较深的带。
温度参与植物生长发育的调节
思考·讨论
资料2:有些植物在生长期需要经历一段时期的低温之后才能开花。这种经历低温诱导促使植物开花的作用，称为春化作用。冬小麦、冬大麦，蕙兰等就是这样。
温度参与植物生长发育的调节
思考·讨论
1、树木的年轮与季节的温度变化有什么直接关系
2、有的植物需要经过春化作用才能开花，这对于它们适应所生存的环境有什么意义？
3、关于温度参与调节植物生长发育的实例，你还能举出一些吗？
年轮的形成是树木生长对一年中不同时期环境温度反应的结果
避免出现在冬季来临之前开花从而无法正常结果的情况
温度参与植物生长发育的调节
思考·讨论
光合作用：夏日正午光照充足，但因温度过高，气孔关闭，CO2进入叶片受阻，光合作用减弱。
叶片脱落：落叶树的叶片在秋冬季变黄、脱落。
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
1、温度
（1）随着季节轮回，气温周期性变化，植物发芽、开花、落叶、休眠，生命活动的节奏追随着季节的步伐；
（2）随着昼夜交替，气温午高夜低，植物的代谢也会有旺盛和缓慢之分；
（3）植物的所有生理活动都是在一定的温度范围内进行；
（4）温度可以通过影响种子萌发、植株生长、开花结果和叶的衰老、脱落等生命活动，从而参与调节植物的生长发育；
（5）植物分布的地域性很大程度上就是由温度决定的。
2、重力
（1）重力是调节植物生长发育和形态建成的重要环境因素。
植物的根、茎中具有感受重力的物质和细胞，可以将重力信号转换成运输生长素的信号，造成生长素分布的不均衡，从而调节植物的生长方向。
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
根向地生长，可以深扎根，利于吸收水分和无机盐；
茎背地生长，可以将枝条伸向天空，利于吸收阳光进行光合作用
根的向地生长和茎的背地生长有什么意义呢？
（2）淀粉—平衡石假说：植物对重力的感受是通过体内一类富含“淀粉体”的细胞，即平衡石细胞来实现的。
根尖中的平衡石细胞示意图
2、重力
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
重力方向改变
平衡石细胞中的“淀粉体”会沿着重力方向沉降
引起一系列信号分子的改变
如影响生长素的运输，导致生长素沿着重力刺激的方向不对称分布
对植物生长产生影响
三、植物生长发育的整体调控
高等植物是由许多细胞组成的高度复杂的有机体，它的正常生长发育需要各个器官、组织和细胞之间的协调和配合。
1.基因表达调控：植物细胞里储存着全套基因，但是某个细胞的基因如何表达则会根据需要作调整。
2.激素调节：激素作为信息分子，会影响细胞的基因表达，从而起到调节作用。同时，激素的产生和分布是基因表达调控的结果，也受到环境因素的影响。
3.环境因素调节：植物响应环境变化，调控基因表达以及激素产生、分布，最终表现在器官和个体水平上的变化。

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