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江苏省2010届高三生物二轮复习专题：微生物的代谢和植物的新陈代谢及其调节【知识联系框架】【重点知识联系与剖析】一、植物的新陈代谢1．植物的水分代谢植物吸收水分的方式有两种：吸胀作用和渗透作用。吸胀作用是没有液泡的植物细胞吸收水分的方式，如生长点的细胞、干种子细胞等，原理是细胞中有大量亲水性物质，这些亲水性能够从外界吸收大量的水分，活细胞、死细胞都能通过吸胀作用吸收水分。渗透作用是具有液泡的成熟的植物细胞吸收水分的方式，原理是：原生质层具有选择透过性，原生质层内外的溶液存在着浓度差，水分子就可以从溶液浓度低的一侧通过原生质层扩散到溶液浓度高的一侧。溶液渗透压的高低与溶液中溶质分子的物质的量的多少有关，溶液中溶质分子物质的量越多，渗透压越高，反之则越低。在比较两种溶液渗透压高低时以两种溶液中的溶质分子的物质的量为标准进行比较。如果溶质分子相同，也可以质量分数比较。能够通过渗透作用吸水的细胞一定是一个活细胞。一个成熟的植物细胞是一个渗透系统。验证通过渗透作用吸水或失水的最佳实例是质壁分离和质壁分离复原的实验。盐碱地里大多数农作物不能正常生长的原因之一也是土壤溶液浓度过高造成的。淹制的鱼、肉等不易变质，是由于高浓度的盐溶液使细胞等微生物失水死亡之故。蒸腾作用蒸腾作用是植物散失水分的主要方式。蒸腾作用是指植物叶肉细胞中的水分以水蒸气的形式通过叶的气孔散失到大气中的过程。气孔不仅是水蒸气扩散出去的门户，也是叶片内部与外界进行气体交换的门户。气孔关闭不仅降低了植物的蒸腾作用，同时也阻碍了大气中的CO2进入植物细胞，从而影响到植物的光合作用。蒸腾作用的生理意义主要有3个方面一是植物吸收水分和运输水分的主要动力二促进植物运输溶解在水中的矿质元素，这里强调的是溶解在水中并随水分在导管中的运输，如果是矿质元素从一种细胞运输到另一个细胞的运输，则是由呼吸作用提供能量的；三能够降低叶片的温度。移栽的植物必须去掉一部分枝叶，降低蒸腾作用，减少植物体内水分的散失。2．植物的矿质代谢植物吸收矿质元素的过程分为两个阶段先交换吸附后主动运输。交换吸附是在细胞外进行的，主动运输使离子从细胞外运输到细胞内。呼吸作用与矿质元素离子的吸收有着密切的联系，呼吸作用为交换吸附提供H+和HCO3-，为主动运输提供能量。长期水淹影响植物的正常生长和发育，原因主要有两点：一是根细胞无氧呼吸产生酒精对细胞有毒害作用二是无氧呼吸提供的能量少，导致植物吸收矿质元素离子的数量减少而不能满足植物生长发育的需要。植物对矿质元素离子的吸收具有选择性是与根细胞膜上载体的数量多少有关，与土壤溶液中离子的浓度不成比例。植物细胞吸收矿质元素离子的速度与溶液中离子的浓度和呼吸作用强度之间的关系用图6-1所示的曲线表示，对此的解释都是载体饱和了。矿质元素离子在植物体的存在状态一是以离子的形式存在，不形成任何形式的化合物，如K+二是形成易溶的、不稳定的化合物，如N、P、Mg等，因为蛋白质、核酸、叶绿素等都是不稳定的，在正常的细胞中，合成和分解达到一种动态的平衡三是形成难溶的、稳定的化合物，如Fe、Ca等，在植物细胞中形成一些有机酸的钙盐和铁盐均不溶于水，也不易分解。以前两种形成存在的矿质离子在植物体内是可以重复利用的，后一种形式存在的矿质离子是不可以重复利用的，即在植物体内只能利用一次。缺元素对植物的影响是：缺少可重复利用的元素，一般先受伤的是老的部位，幼嫩的部位在短时间内还正常生长；缺少不可重复利用的元素，一般先受伤的是幼嫩的部位，老的部位还能保持正常。通过灰分成分来判断植物对某种矿质离子的利用状况，一般来说，老叶灰分中含较多而嫩叶灰分中较少的元素，常是不可重复利用的元素，因为在衰老脱落前这些元素没有转移出去。可重复利用的元素，在老叶和嫩叶中的含量一般相差不大。3．植物体内营养物质的运输植物体内营养物质的运输分为长途运输和短途运输两类。长途运输也称纵向运输，水和无机盐的纵向运输是要在根、茎、叶中的导管中进行的，运输的主要动力是蒸腾作用，不消耗ATP。有机物的纵向运输是在植物的筛管中进行的，主要动力是由呼吸作用提供的，即在运输过程中要消耗ATP。短途运输也称横向运输，是在植物的薄壁细胞之间的运输。水分的横向运输主要是通过渗透作用实现的，矿质元素离子的横向运输主要是通过主动运输完成。有机物的横向运输也是在植物的薄壁细胞之间进行，运输方式也是主动运输。在植物体内有营养物质的分配中心，一般来讲，植物生长最旺盛的部位、贮藏器官、果实、种子等在植物生长发育的不同阶段都能成为植物体内的营养物质的分配中心。叶片进行光合作用制造的有机物首先运输到离它最近的分配中心。有机物运输的主要形式：蛋白质是以氨基酸的形式被运输的，糖类主要是以蔗糖的形式被运输的。有机物运输还有一个很重要的特点：就近运输。这个特点可以减少能量的消耗。二、植物生命活动的调节植物生命活动的调节是通过植物体内的激素来实现调节的。植物体内没有合成激素的专门器官，植物激素是在植物体内的一定部位合成的。植物激素在植物体内的含量极少，但对植物的生长、发育、繁殖等生理活动有着重要的调节作用。1．生长素①生长素的发现：向光性是指植物茎的生长总是朝着光源的方向生长的现象。生长素是通过研究植物茎生长的向光性现象的过程中被发现的。植物感受光刺激的部位是茎的顶端，在燕麦胚芽的实验中是胚芽鞘的尖端，弯曲是顶端的下面一段②植物生长素的合成部位及分布：③植物生长素的生理作用及其作用原理：生长素的产生与光无关！植物合成生长素最活跃的部位是具有分生能力的组织，特别是芽顶端的分生组织。植物生长素在植物体内的分布大部分集中在生长旺盛的部位。生长素对生长的促进作用主要是促进细胞的生长，特别是细胞的伸长，对细胞分裂没有影响。植物感受光刺激的部位是在茎的尖端，但弯曲的部位是在尖端的下面一段，这是因为尖端的下面一段细胞正在生长伸长，是对生长素最敏感的时期，所以生长素对其生长的影响最大。趋于衰老的组织生长素是不起作用的。④生长素能够促进果实的发育和扦插的枝条生根的原因是：生长素能够改变植物体内的营养物质分配，在生长素分布较丰富的部分，得到的营养物质就多，形成分配中心。生长素能够诱导无籽番茄的形成就是因为用生长素处理没有受粉的番茄花蕾后，番茄花蕾的子房就成了营养物质的分配中心，叶片进行光合作用制造的养料就源源不断地运到子房中，子房就发育了。常见的生长素的类似物有萘乙酸和2，4—D等。利用生长素类似物处理植物的效果比天然的生长素有效，而且能够长时间起作用。原因是：植物体内天然的激素有一个代谢的过程，合成与分解保持着一种动态的平衡。当使用天然的生长素处理植物体时，生长素的量就超过其体内正常的水平，此时植物体内分解生长素的酶就会迅速地将多余的生长素分解掉，以维持正常的激素水平。⑤生长素的类似物：人工合成的生长素的类似物，具有生长素的作用，但植物体内没有分解它的酶，所以可以长时间发挥作用。⑥植物体内生长素的运输：植物体内生长素的运输是一种极性运输，即总是从形态学的上端运向下端，不能从形态学的下端运输到上端。只有在根尖处能从下端向上运输，但运输的距离很短。植物运输生长素的部分是茎韧皮部中的筛管，如果将韧皮部切断或蒸汽杀死或麻醉等，均可阻断生长素的运输。植物对生长素的运输是需要消耗能量的，是一种主动运输，用呼吸作用抑制剂处理也能阻断生长素的运输。⑦植物生长素生理作用的两重性：较低浓度促进生长，较高浓度抑制生长。植物不同的器官对生长素最适浓度的要求是不同的如图6-2所示。根的最适浓度约为10-10mol／L，芽的最适浓度约为10-8mol／L，茎的最浓度约为10-5mol／L。植物茎生长的顶端优势是由植物对生长素的运输特点和生长素生理作用的两重性两个因素决定的，植物茎的顶芽是产生生长素最活跃的部位，但顶芽处产生的生长素浓度通过主动运输而不断地运到茎中，所以顶芽本身的生长素浓度是不高的，而在幼茎中的浓度则较高，最适宜于茎的生长，对芽却有抑制作用。越靠近顶芽的位置生长素浓度越高，对侧芽的抑制作用就越强，这就是许多高大植物的树形成宝塔形的原因。但也不是所有的植物都具有强烈的顶端优势，有些灌木类植物顶芽发育了一段时间后就开始退化，甚至萎缩，失去原有的顶端优势，所以灌木的树形是不成宝塔形的。由于高浓度的生长素具有抑制植物生长的作用，所以生产上也可用高浓度的生长素的类似物作除草剂，特别是对双子叶杂草很有效。⑧地球引力对生长素分布的影响：茎的背地生长和根的向地生长是由地球的引力引起的，原因是地球引力导致生长素分布的不均匀，在茎的近地侧分布多，背地侧分布少。由于茎的生长素最适浓度很高，茎的近地侧生长素多了一些对其有促进作用，所以近地侧生长快于背地侧，保持茎的向上生长；根的向地生长和茎的背地生长是要有地球引力诱导的，是由于在地球引力的诱导下导致生长素分布不均匀造成的。在太空失重状态下，由于失去了重力作用，所以茎的生长也就失去了背地性，根也失去了向地生长的特性。但茎生长的顶端优势仍然是存在的，生长素的极性运输不受重力影响。对根而言，由于根的生长素最适浓度很低，近地侧多了一些反而对根细胞的生长具有抑制作用，所以近地侧生长就比背地侧生长慢，保持根的向地性生长。⑨在失重状态对植物生长的影响：2．其他植物激素植物激素除生长素外，还有赤霉素、细胞分裂素、脱落酸和乙烯。其中生长素、细胞分裂素和赤霉素对植物的生长、发育有促进作用，称为植物生长促进剂；脱落酸和乙烯对植物的生长、发育有抑制作用，称为植物生长抑制剂。激素类型赤霉素细胞分裂素脱落酸乙烯合成部位幼芽、幼根和未成熟的种子等幼嫩组织正在进行细胞分裂的幼嫩根尖幼嫩或衰老的绿色组织中都能合成植物体的各个部位都能产生生理功能促进细胞的伸长；解除种子、块茎的休眠并促进萌发等作用促进细胞分裂；诱导芽的分化；防止植物衰老抑制植物细胞的分裂和种子的萌发；促进植物进入休眠；促进叶的果实的衰老、脱落促进果实成熟；促进器官脱落；促进多开雌花三、微生物的营养1．微生物的营养物微生物的营养物可为它们正常生命活动提供结构物质、能量、代谢调节物质和良好的生理环境。包括碳源、氮源、能源、生长因子、无机元素、水分，还常包括光能这种非物质形式的能源在内。(1)营养物的营养要素3、生长素与实践应用园艺盆景造型；绿化造型；农作物摘心打顶；无籽果实（无籽番茄）促枝条扦插生根；生产优质木材。注：无籽西瓜利用染色体变异原理培育而来。香蕉是染色体数目方面的原因不能形成正常的精子和卵细胞。营养要素来源最适来源功能碳源自养型微生物无机碳源(CO2、NaHCO3、CaCO3等含碳无机物)异养型微生物有机碳源：即含碳有机物糖、脂、蛋白质、有机酸等和天然含碳物质(石油)糖类(尤其是单糖)，其次是醇类、有机酸、脂类(1)用于构成微生物的细胞物质和一些代谢产物(2)既是碳源能源又是一种双功能的营养物氮源氨基酸自养型(将非氨基酸类的简单氮源合成所需的一切氨基酸，如所有的绿色植物和很多的微生物)无机氮：NH3、铵盐、硝酸盐、N2铵盐、硝酸盐将无机氮合成菌体蛋白或含氮的代谢产物(如氨基酸等)氨基酸异养型(从外界吸收现成的氨基酸，包括所有的动物和大量异养型微生物)有机氮：复杂蛋白质(如牛肉膏、蛋白陈)、核酸、尿素、一般氨基酸复杂蛋白质、核酸合成微生物的蛋白质、核酸及含氮的代谢产物(如氨基酸等)生长因子生长因子自养型(不需要外界提供生长因子)自行合成所需的生长因子生长因子异养型(需要外界提供某种生长因子)维生素、氨基酸、碱基①酶和核酸的组成成分②参与代谢过程中的酶促反应生长因子过量合成微生物能够合成大量维生素作为维生素的生产菌(如阿舒假囊酵母生产维生素B12)(2）能源：为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。代谢类型不同的微生物能源来源不同。(3)无机盐：为微生物提供除碳、氮源以外的各种重要元素。2．培养基配制原则(1)目的要明确；(2)营养要协调：注意各种营养物质的浓度和比例。如：营养物质浓度过高，微生物细胞内的水分通过细胞膜不断向外渗透，细胞发生质壁分离，影响微生物的正常生命活动，抑制微生物的生长；(3)pH要适宜；(4）经济节约。