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任務二 植物的生長發育與環境

【學習重點】

◆了解:生長與發育的概念及相互關系。

◆理解:植物生長的相關性及在農業生產中的應用。

◆掌握:種子萌發的過程及影響條件;植物激素的特點與應用。

【學習難點】

◆控制植物生長發育的途徑。

◆溫度與光照對開花的影響及其在農業生產中的應用。

植物生長發育是十分重要的生理過程,包括生長、分化和發育三個既有區別又有聯系的生命現象。

生長是指由于原生質的增加而引起植物體的體積或重量的不可逆增加,是量的變化,通過細胞數目的增多和細胞體積的擴大來實現。例如根、莖、葉、花、果實和種子體積擴大或重量的增加。分化是指植物體各部分形成特異性結構的過程,即指分生細胞轉變為具有專化的穩定結構和功能成熟細胞的過程,在細胞水平、組織水平和器官水平上表現出來。例如由一個受精卵細胞轉變為胚的過程,由生長點細胞轉變為葉原基、花原基的過程,由形成層細胞轉變為輸導組織、機械組織、保護組織的過程都是分化現象。發育是指個體生命周期中植物體的構造和機能從簡單到復雜的質變過程,是植物體各部分、各器官相互作用的結果,只能在整體上表現出來。

一、植物的生長發育

(一)生長和發育的概念

在植物的一生中有兩種基本生命現象,即生長和發育。生長是指植物在體積和重量上的增加,是一個不可逆的量變過程。生長是通過細胞分裂、伸長來體現的。發育是指植物的形態、結構和機能上發生的質的變化過程。發育表現為細胞、組織和器官的分化形成。

(二)生長和發育的關系

1.區別

生長是植物生命過程的量變過程;而發育是植物生命過程的質變過程。

2.聯系

在植物生活周期中,生長和發育是交織在一起的,二者互相依存不可分割,具有密切的“互為基礎”關系。

(三)植物的營養生長和生殖生長

1.概念

植物的生長發育又可分為營養生長和生殖生長,一般以花芽分化為界限。

(1)營養生長:植物的營養器官根、莖、葉等的生長稱為營養生長,它是指以分化、形成營養器官為主的生長。

(2)生殖生長:植物的生殖器官花、果實、種子等的生長稱為生殖生長,它是指以分化、形成生殖器官為主的生長。

2.營養生長和生殖生長的關系

營養生長和生殖生長具有密切關系。營養生長是植物轉向生殖生長的必要準備。二者也存在矛盾,即如果營養生長過旺,必然影響生殖生長,造成植物生長不協調;反之,營養生長不良也會影響生殖生長。只有營養生長和生殖生長協調,植物生長發育才最理想。

(四)植物生長的細胞學基礎

1.植物生長的細胞學基礎概述

植物的生長是以細胞的生長為基礎的,細胞的生長分為以下三個時期。

(1)分裂期 原生質迅速增加,達到不協調、影響內部生理生化變化時,細胞即開始分裂(有絲分裂)。

(2)伸長期 細胞停止分裂,體積增大,細胞大量吸水,同時構成細胞核、質、壁的結構物質含量提高,代謝旺盛。

(3)分化期 細胞伸長停止,形態發生變化,形成各種各樣的細胞,細胞在形態和機能上的變化稱為分化。

2.細胞分化的影響因素

主要受遺傳基因、極性、營養元素、激素、細胞群體等因素的影響。

極性是細胞兩端表現的生理上的差異。極性使細胞發生不均等分裂,從而形成不同的結果,植物體只有在細胞建立極性的前提下,進行有組織的細胞分裂、伸長和分化,才能形成一個嚴密有序的形態結構,否則只能形成一堆愈傷組織。

3.組織培養

組織培養就是在含有營養物質和植物生長物質的培養基上培養離體植物組織(器官和細胞)的技術,是研究植物形態發生的重要手段。

二、種子的萌發與環境

植物學中的種子是指由胚珠受精后發育而成的有性生殖器官。作物生產中所說的種子則泛指用來繁殖下一代作物的播種材料,通常包括:由胚珠發育而成的種子;由子房發育而成的果實;進行無性繁殖的根或莖等營養器官。

(一)種子的休眠

1.種子休眠及其意義

絕大多數種子成熟后,遇到適宜的條件就可萌發,但有些種子即使條件適合也不萌發,必須經過一段時間后才能發芽。這種生長暫時停頓的現象稱為休眠(或生理性休眠、熟休眠)。對因萌發條件不具備而不能萌發的現象,從廣義上講也可稱為休眠,這是被迫處于靜止狀態,故稱之為強迫休眠或外因性休眠。

2.種子休眠的原因

主要受種皮透性不良、胚未成熟、抑制物質存在、休眠的調控等因素影響。打破休眠是根據引起休眠的不同原因采取不同的措施。種皮堅實引起的休眠,可采取機械破壞、硫酸腐蝕、脂溶等手段破壞其種皮。

(二)種子萌發的過程

1.吸脹

種子吸水后逐漸變為溶膠狀態,種子便慢慢膨脹。

2.萌動

種子胚乳和子葉中儲藏的養料分解轉化,用于構成新細胞,使胚生長,出現萌動。當胚根突破種皮露出白嫩的根尖時,即稱萌動(露白)。

3.發芽

種子萌動后,胚根伸長扎入土中形成根,胚軸伸長生長將胚芽推出地面,當根與種子等長、胚芽等于種子一半時,稱發芽。

(三)種子萌發的條件

1.種子萌發的內部條件

內部條件是具有生活力的種子或具有完整而健康的胚的種子。

2.種子萌發的環境條件

種子萌發所需要的外界條件是:適當的水分、適宜的溫度和足夠的氧氣。

三、植物營養生長與環境

(一)植物生長的周期性

1.植物生長大周期

植物的生長不論壽命的長短,生長速度都具有一共同規律,即開始時生長慢,而后逐漸加快到最高點,然后又減慢,最后停止生長。生長速度上表現“慢-快-慢”的規律稱植物生長大周期。

植物生長大周期的產生比較復雜,與一生中光合面積和生命活動的變化有關。生長初期,生命活動雖強,但光合面積小,根系不甚發達,合成有機物較少,限制了生長速度。生長中期,光合面積的擴大和根系擴展,生命活動加強,合成有機物增多,各器官生長加快。進入生長后期,植株趨向衰老,一部分器官生命活動已減弱,根系停止生長,光合面積又趨減小,除生殖結實器官外,已無器官生長,故生長轉慢。

了解植物生長大周期在生產上具有重要的實踐意義:植物生長是不可逆的,一切促進或抑制生長的措施必須在生長最快速度到來之前采取行動。

2.周期性

植物生長在一定時間內表現快慢的節奏性。根據周期性與環境間的關系可分為晝夜周期性和季節周期性。

植物的生長隨晝夜變化而表現快慢節奏的現象稱晝夜周期性。季節周期性是指植物生長隨季節變化而表現的快慢節奏。

3.無限性

植物生長與動物生長有本質的不同,動物的生長只是各種器官的生長增大,不再形成新的器官,并且生長有一定的限度;植物由于存在始終保持胚胎狀態的頂端分生組織和側生分生組織,一生中不但能不斷長高增粗,還能不斷產生新的器官。植物的無限性表明了植物的可塑性,也給生產提供了可控性。

(二)植物生長的影響因素

植物生長決定于植物內部的營養狀況、激素水平和外界的環境因素。

1.營養狀況

營養是植物生長發育的物質和能量基礎。營養物質是植物體的建筑材料,植物生命活動過程中所需能量靠營養物質提供,只有擁有良好的營養狀況,植物才能正常生長。

2.植物激素

植物激素是植物體內正常生理活動產生的生理活性物質,植物除需營養物質滿足供應外,還要在各種激素的調節(IAA、GA、CTK促進生長,ABA和乙烯抑制生長)下,才能以適宜的速度生長發育。

3.影響植物生長的環境條件

影響植物生長的環境條件主要有溫度、光照、水分等。

(三)植物運動

高等植物雖不能做整體運動,但植物體的局部因受到各種因素的刺激也可發生小范圍的移動,高等植物的運動根據對刺激源的感受反應不同可分為向性運動和感性運動兩大類。

(四)植物的衰老

1.概念

衰老是指一個器官或整個植株生理功能逐漸惡化,最終自然死亡的過程,是生長界的一個普遍規律。

2.特征

對整株植物來說,衰老首先表現在葉片和根系上,然后逐漸在全株上表現出來。

3.影響因素

植物衰老受內在因素的影響。除了遺傳原因之外,許多試驗證明植株體內脫落酸和乙烯含量的增多可促使葉片衰老。另外,環境因素如高溫、干旱、缺少氮肥、短日照等都能促進衰老。尤其是短日照,它是引起自然衰老的主要因素。

(五)植物生長的相關性

植物的各部分既有一定的獨立性,又是一個統一的整體,植物體各個部分的生長不是孤立的,而是密切聯系的,既相互促進,又相互制約,植物各部分間相互促進與制約的現象稱為植物生長相關性。

1.地上部分與地下部分的相關性

地上部分與地下部分相互交流。地上部分與地下部分重量保持一定的比例,植物才能正常生長,即根冠比。環境條件、栽培技術對地下部分與地上部分都有影響。

2.主莖與側枝的相關性(頂端優勢)

頂端優勢是指由于植物的頂端生長占優勢而抑制側芽生長的現象。主根和側根也存在頂端優勢現象。

3.營養生長和生殖生長的相關性

營養生長是生殖生長的基礎,一般營養生長適度,生殖生長才較好。營養生長和生殖生長并進階段兩者矛盾大,要促使其協調發展。若營養生長過旺,則生殖生長不良;營養生長不良則會影響生殖生長。在生殖生長期,營養生長仍在進行,要注意控制營養生長,促進作物高產。

(六)植物的極性與再生

1.極性現象

是指植物某一器官的上下兩端在形態和生理上有明顯差異,通常是上端生芽下端生根的現象。一株植物總是形態學上端長芽,下端長根,就是顛倒過來,原來的形態學上端還是長芽,下端還是長根,植物體的一部分也是如此。生產上進行扦插、嫁接時必須注意極性,不能顛倒,否則將影響其成活。

2.再生現象

是指植物失去某一部分后,在適宜環境條件下,能逐漸恢復所失去的部分,再形成一個完整的新個體的現象。植物體的離體部分在適宜的環境條件下能恢復缺損的部分,重新形成完整植株。這是生產上采用的扦插、壓條繁殖的生理基礎。

(七)環境因素對植物營養生長的影響

影響植物營養生長的環境條件主要有溫度(三基點溫度)、光、水分、礦質營養等。

四、植物的生殖生長與環境

(一)春化作用

許多秋播植物在其營養生長期必須經過一段低溫誘導才能轉為生殖生長(開花結實)的現象稱為春化作用。根據其對低溫范圍和時間要求不同,可將其分為冬性類型、半冬性類型和春性類型三種。

(二)光周期現象

許多植物在開花之前的一段時間要求每天有一定的晝夜相對長度的交替影響才能開花的現象稱為光周期相現象。根據對光周期反應的不同,可將植物分成三種類型,即短日照植物、長日照植物、日中性植物。

(三)植物成花原理在農業生產上的應用

1.引種

短日照植物南種北引時,生育期延長;北種南引時,生育期會縮短。長日照植物則相反。因此,對于長日照植物,如果要南種北引,應引種中、晚熟品種;北種南引時,應引早熟品種。對于短日照植物則相反。

2.育種

通過人工光周期誘導,可以加速良種繁育、縮短育種年限。還可通過人工控制溫度和光照時間,促進或延遲植物開花,使花期相遇,進行雜交。

3.控制花期

利用低溫處理促進植物開花;利用解除春化控制某些植物開花。也可利用人工控制光周期的辦法來提前或推遲花卉植物開花。

復習思考題

1.種子萌發的過程包括哪三個階段?影響種子萌發的環境條件有哪些?

2.植物生長的相關性包括哪些內容?如何利用植物相關性原理來指導農業生產實踐?

3.如何運用植物的極性與再生現象來指導農業生產實踐?

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