第十章 植物的成熟衰老与器官脱落.docx
《第十章 植物的成熟衰老与器官脱落.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第十章 植物的成熟衰老与器官脱落.docx（19页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
第十章植物的成熟衰老与器官脱落
第十章植物的成熟、衰老与器官脱落
Ⅰ教学大纲基本要求和知识要点
一、教学大纲基本要求
了解胚和胚乳的发育，以及种子中贮藏物质的积累过程；熟悉果实的生长模式、单性结实现象和果实成熟时的变化；掌握种子和芽的休眠并了解其调控方法；熟悉植物衰老时的生理生化变化和引起衰老的原因、影响衰老的因素；掌握器官脱落的细胞学及生物化学过程，并了解影响脱落的内外因素及调控方法。
二、知识要点
种子中的贮藏物质主要有淀粉、蛋白质和脂类，它们分别贮藏在不同组织的细胞器中。
禾本科植物的胚乳主要贮藏淀粉与蛋白质，胚中盾片主要贮藏脂类与蛋白质。
子叶的贮藏物质因植物而不同，如大豆、花生的子叶以贮藏蛋白质和脂肪为主，而豌豆、蚕豆的子叶则以贮藏淀粉为主。
种子粒重及其组成成分主要由基因控制，但基因的表达又受外界环境条件的影响。
在种子成熟过程中，影响光合作用的各种因素都会影响种子的发育。
小麦种子灌浆期间若遇高温，特别是夜温偏高，则不利于干物质积累，从而影响籽粒的饱满度。
温度、水分条件对种子的化学成分有显著的影响。
土壤水分供应不足，种子灌浆较困难，通常淀粉含量少，而蛋白质含量高。
我国北方雨量及土壤含水量比南方少，所以北方栽种的小麦比南方栽种的小麦蛋白质含量高。
温度高低直接影响着油料种子的含油量和油分性质，成熟期适当低温有利于油脂的积累，而低温、昼夜温差大有利于不饱和脂肪酸的形成，相反情形下则利于饱和脂肪酸的形成。
因此，最好的干性油是从纬度较高或海拔较高的地区生长的油料种子中获得的。
植物营养条件对种子的化学成分也有显著影响。
氮是蛋白质组分之一，适当施氮肥能提高淀粉性种子的蛋白质含量。
钾肥能促进糖类的运输，增加籽粒或其它贮存器官的淀粉含量。
合理施用磷肥对脂肪的形成有良好作用。
但在种子灌浆、成熟期过多施用氮肥会使大量光合产物流向茎、叶，引起植株贪青迟熟而导致减产。
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。
Ⅱ习题
一、名词解释
衰老活性氧休眠一稔植物
脱落正常脱落真正休眠自由基胁迫脱落强迫休眠
生物自由基生理脱落程序性细胞死亡
二、写出下列符号的中文名称
O2
1O2?
OHRO?
PuFAHbFe
LFPP?
PP?
P（P）nP?
MDAJA
MJGSH-PXVitcSODPODCAT
GSH-RPCD
三、填空题
1.活性氧是指性质活泼、氧化能力很强的含氧物质的总称，主要有（）、（）、（）和（），植物体内活性氧主要是在（）和（）中产生的。
2.植物衰老的类型包括（）、（）、（）和（）。
3.细胞的保护酶主要有（）、（）、（）等。
4.膜脂过氧化产物是（）。
5.非酶类的活性氧清除剂（抗氧化剂）有（）、（）、（）、（）。
6.植物衰老的最基本特征是（）。
7.叶片衰老最明显的标志是（），叶片衰老的顺序是从（）开始，逐渐过渡到（）。
8.植物体内的氧自由基可分为两类，一是无机氧自由基，如（）、（）、（）；二是有机氧自由基，如（）、（）、（）。
9.在植物细胞内自由基产生的部位主要有（）、（）、（）、（）、（）。
10.自由基产生具有多渠道多途径的特点，可通过（）、（）、（）和（）四种作用产生。
另外，逆境条件如（）、（）、（）、（）等亦可引起自由基的产生。
11.自由基对核酸的损伤主要通过（）反应和（）反应使碱基降解破坏，造成碱基缺失或使主链断裂而实现的。
12.自由基对脂类的伤害主要表现为（）作用。
13.被称为衰老激素的植物激素是（）、（），被视为死亡激素的物质是（）、（）。
14.SOD是一种含金属的酶，根据含金属的不同可分为三种类型，即（）、（）和（）。
15.在Cu-ZnSOD中，Cu与Zn之比为（），酶的活力与（）元素有关，酶结构的稳定性与（）元素有关。
SOD的作用主要是清除（），通过歧化反应，生成无毒的（）和毒性较低的（）。
后者可进一步由（）酶清除掉。
16.根据引起植物器官脱落的原因的不同，可将脱落分为三种，即（）、（）和（）。
17.光照强度和日照长度均能影响器官的脱落。
强光（）脱落，弱光（）脱落。
长日照（）脱落，短日照（）脱落。
18.日照长短对植物营养体休眠有不同影响，对冬休眠植物来说，短日照（）休眠，长日照（）休眠。
对于夏休眠的植物来说，长日照（）休眠，短日照（）休眠。
19.植物通过休眠期对低温有量上的要求，长期适应北方寒冷地区的植物休眠期对低温的需要量（），而适应南方温度地区的植物对低温的需要量（）。
20.丙二醛与两个蛋白质分子交联形成的物质为（）。
21.种子成熟时，P、Ca、Mg等营养元素结合在（）上，该化合物称为（）。
22.根据果实成熟过程中有无呼吸高峰，可分为两类：
（）和（）。
23.在果实的果皮中存在的主要色素是（）、（）和（）。
24.油料种子发育过程中，最初形成的物质是（），以后转化为（）。
25.果实成熟后涩味消失是因为（）。
26.果实成熟后变软是主要是因为（）。
27.使果实致香的物质主要是（）类和（）类物质。
28.跃变型果实在成熟过程中释放（）。
29.随着油料作物种子的成熟，种子内碳水化合物的含量会（），酸价会（），碘价会（）。
30.当禾谷类的淀粉种子萌发时，非丁分解会放出（）、（）和（）元素供幼胚发育所需。
31.一般说来，在低温干旱条件下，小麦籽粒内蛋白质含量较（），而在温暖潮湿条件下，则淀粉含量较（）。
32.引起禾谷类作物籽粒空秕的两个主要生理过程是（）、（）。
33.种子成熟时，累积的磷化合物主要是（）。
四、选择题
1.在衰老的植物组织或器官中，蛋白质含量明显下降，其原因是（）
（1）蛋白质周转速率降低
（2）氨基酸的生物合成受阻
（3）蛋白水解酶活性增加（4）土壤中氮素含量下降
2.下列植物生长物质中，仅有哪种是死亡激素。
（）
（1）赤霉素
（2）茉莉酸（3）三十烷醇（4）芸苔素
3.以下几种酶中，仅有哪种与器官脱落有密切关系。
（）
（1）酯酶
（2）核酸酶（3）纤维素酶（4）淀粉酶
4.树龄已有4913年之久的刺果松正在衰老，其衰老的类型应属于（）
（1）整体衰老
（2）地上部分衰老
（3）脱落衰老（4）渐近衰老
5.在空气中氧浓度升高时，对棉花叶柄脱落产生的影响是（）
（1）促进脱落
（2）抑制脱落
（3）没有影响（4）可能促进，也可能抑制
6.在不产生低温伤害的条件下，降低温度时则（）
（1）促进衰老
（2）抑制衰老
（3）可能促进，也可能抑制（4）对衰老无影响
7.用呼吸抑制剂碘乙酸、氟化钠和丙二酸处理叶柄时（）
（1）促进脱落
（2）抑制脱落
（3）对脱落没有影响（4）促进衰老
8.下列哪组代谢变化能较正确的代表叶片衰老时所发生的生理变化（）
（1）叶绿素含量减少，光合速率下降，蛋白质含量减少，可溶性碳水化合物含量增加。
（2）叶绿素含量减少，光合速率下降，蛋白质含量减少，可溶性碳水化合物含量减少。
（3）叶绿素含量减少，光合速率下降，蛋白质含量增加，可溶性碳水化合物含量增加
（4）叶绿素含量减少，光合速率略增，蛋白质含量增加，可溶性碳水化合物略增。
9.在下列哪种情况下，会加速叶片脱落。
（）
（1）当远轴端与近轴端IAA的比值大时
（2）当离层内IAA与ABA的比值增大时
（3）当离层内IAA与ABA的比值变小时
（4）当远轴端与近轴端IAA的比值小时
10.油料种子发育过程中，最先累积的贮藏物质是（）
（1）淀粉
（2）蛋白质（3）脂肪酸（4）油脂
11.油料种子成熟时，脂肪的碘值（）
（1）逐渐减小
（2）逐渐升高（3）没变化（4）变化没规律
12.在衰老的植物或器官中，RNA含量显著下降，其原因是（）
（1）DNA聚合酶活性下降
（2）RNA聚合酶活性下降
（3）核糖核酸酶活性升高（4）脱氧核糖核酸酶活性升高
五、是非题
1.衰老的组织内所含的内含物大量向幼嫩部分或子代转移的再分配是生物学中的一个普遍规律。
（）
2.叶片中SOD活性和O2
等随衰老而呈增加趋势。
（）
3.MDA积累速率可代表组织中总的清除自由基能力的大小。
（）
4.SOD、CAT和POD是植物体内重要的保护酶，一般称为自由基清除剂。
（）
5.缺水和N素供应不足均能促进植物休眠。
（）
6.休眠芽在整个休眠期间，呼吸速率的变化呈倒置的单峰曲线。
（）
7.衰老的最早信号表现在叶绿体的解体上，但衰老并不是叶绿体启动的。
（）
8.茉莉酸甲酯能显著地促进衰老进程。
（）
9.在衰老的植物组织或器官中，RNA与蛋白质的含量均显著增加。
（）
10.植物的组织、器官和个体的衰老是从细胞衰老开始的，细胞衰老的重要标志是膜的衰老。
（）
11.在细胞趋向衰老的过程中，膜脂的不饱和脂肪酸含量增加，且脂肪链加长，使膜由液晶相逐渐转变的凝固相。
（）
12.植物细胞内多胺类物质的存在会加速植物的衰老进程。
（）
13.干旱地区生长的小麦种子，其蛋白质含量较高。
（）
14.对淀粉种子来说，氮肥可提高蛋白质含量，磷钾肥可增加淀粉含量。
（）
15.小麦籽粒成熟时，ABA含量大大减少。
（）
16.外源ETH能诱导非跃变型果实本身产生ETH，使成熟加快。
（）
17.高温促进油料种子不饱和脂肪酸的合成，因而碘值升高。
（）
六、问答题
1.衰老的生物学意义如何？
2.植物衰老时的生理生化变化如何？
3.导致脱落的外界因素有哪些？
4.自由基通过哪几种方式伤害蛋白质？
5.写出植物体内能清除活性氧的抗氧化物质与抗氧化酶类。
6.到了深秋，树木的芽为什么会进入休眠状态？
7.如何调控器官的衰老与脱落?
8.禾谷类种子成熟过程中发生哪些生理生化变化？
9.肉质果实成熟过程中内部有机物质发生哪些生理生化变化？
10.引起植物衰老的可能因素有哪些？
11.光对植物衰老有何影响？
12.钙素为什么能延缓衰老？
13.你怎样理解植物细胞的程序化死亡？
14.何谓呼吸跃变？
出现呼吸跃变的原因是什么？
Ⅲ参考答案
一、名词解释
衰老是指一个器官或整个植株的生理活动及功能自然衰退，最终导致自然死亡的一系列恶化过程，既受基因的调节，也受环境的影响。
脱落植物器官（如叶片、花、果实、种子或枝条等）自然离开母体的现象。
自由基是指带有未配对电子的原子、离子、分子以及基团的总称。
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。
生物自由基是通过生物体内自身代谢产生的一类自由基。
生物自由基包括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：
一类是无机氧自由基，如超氧自由基（O2
）、羟自由基（·OH）；另一类是有机氧自由基，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。
活性氧是化学性质活泼，氧化能力很强的含氧物质的总称。
生物体内的活性氧主要包括氧自由基、单线态氧（1O2）和H2O2等，它们能氧化生物分子，破坏细胞膜的结构与功能。
正常脱落由于衰老或成熟而引起的脱落。
如叶片和花朵衰老脱落，果实和种子成熟后脱落。
胁迫脱落是指由于胁迫的环境条件（高温、低温、干旱、水涝、盐渍、污染）和生物因素（病、虫危害）而引起的脱落。
生理脱落由于植物本身生理活动而引起的脱落。
如营养生长与生殖生长的竞争，源与库的不协调，光合产物运输受阻或分配失控等引起的脱落。
休眠是指一年之中不良环境条件或季节来临之时，植物的某些器官甚至整株处于生长极为缓慢或者暂停的一种状态，并出现保护性结构或形成贮藏器官，以利于植物抵抗或适应恶劣的外界环境。
真正休眠（亦称深休眠）是指由植物内部原因而引起的自发性休眠。
这种休眠程度深沉，在刚进入休眠或休眠中期不易解除。
强迫休眠（亦称相对休眠）是指由于不利于生长的逆境而引起的被迫性休眠。
这种休眠可因提供适宜生长的条件而解除并恢复生长。
程序性细胞死亡（programmedcelldeath，PCD）与通常意义上的细胞死亡不同，是一种主动的受细胞自身基因调控的衰老死亡过程。
在PCD发生过程中，通常伴随有特定的形态变化和生化反应，如细胞核和细胞质浓缩、DNA降解等。
它是多细胞生物中某些细胞所采取的主动死亡方式，在细胞分化、过敏性反应和抗病抗逆中有特殊作用，如维管束中导管的形成
一稔植物在一生中只开一次花，开花结实后整株便衰老死亡的植物。
多稔植物在一生中多次开花结实，营养生长和生殖生长交替进行的植物。
二、写出下列符号的中文名称
O2
：
超氧自由基；1O2：
单线态氧；
?
OH：
羟基自由基；RO?
：
烷氧自由基；
PuFA：
多元不饱和脂肪酸；HbFe：
血红蛋白；
LFP：
脂褐素；P?
：
蛋白质自由基；
PP?
：
二聚蛋白质自由基；P（P）nP?
：
多聚蛋白质自由基；
MDA：
丙二醛；JA：
茉莉酸；
MJ：
茉莉酸甲酯；GSH-PX：
谷胱甘肽过氧化酶；
Vitc：
抗坏血酸；SOD：
超氧歧化酶；
POD：
过氧化物酶；CAT：
过氧化氢酶；
GSH-R：
谷胱甘肽还原酶；PCD：
程序性细胞死亡
三、填空题
1.O2
，?
OH，1O2，H2O2,叶绿体，线粒体
2.整体衰老，地上部衰老，脱落衰老，渐进衰老
3.超氧化物歧化酶（SOD），过氧化物酶（POD），过氧化氢酶（CAT）
4.丙二醛（MDA）
5.还原型谷胱甘肽（GSH），类胡萝卜素，Cytf，铁氧还蛋白，（答甘露糖醇、维生素C和维生素E等也可）
6.生活力下降
7.由绿变黄，顶部，基部
8.超氧自由基（O2
），单线态氧（1O2），羟基自由基（?
OH），过氧自由基（ROO?
），烷氧自由基（RO?
），多元不饱和脂肪酸自由基
9.细胞壁，细胞核，叶绿体，线粒体，微体
10.单电子的氧化还原反应，共价键的断裂，高能辐射，光（主要是紫外光）分解，高温，低温，干旱，大气污染
11.加成，夺H
12.脂质过氧化
13.ABA，ETH，JA，MJ
14.Mn-SODFe-SODCu-ZnSOD
15.1︰1，Cu,ZnO2
O2H2O2CAT
16.正常脱落，胁迫脱落，生理脱落
17.延迟，促进，延迟，促进
18.促进，解除，促进，解除
19.偏高，偏低
20.脂褐素
21.肌醇，非丁（植酸钙镁）
22.跃变型，非跃变型
23.叶绿素，类胡萝卜素，花色素
24.碳水化合物，脂肪
25.单宁被氧化
26.原果胶水解为可溶性果胶
27.酯类，醛类
28.ETH
29.降低，降低，升高
30.Pi，Ca，Mg
31.高，高
32.没有受精，有机物供应不足或运输受阻
33.非丁
四、选择题
1.（3）2.
（2）3.（3）4.（4）5.
（1）6.
（2）
7.
（2）8.
（1）9.（4）10.
（1）11.
（2）12.（3）
五、是非题
1.√2.×3.√4.×5.√6.√
7.√8.√9.×10.√11.×12.×
13.√14.√15.×16.×17.×
六、问答题
1.总起来说，衰老既有积极的一面又有消极的一面。
对于一年生植物而言，在成熟衰老的过程中，营养器官中的物质降解后可转移到种子、或块茎、球茎等贮藏器官中，以备新个体形成时再利用。
并通过种子繁殖，避开严冬不利条件，防止生境被新老个体充满，有利于具有优良遗传特性的个体迅速增殖，保持种的优势。
对于多年生植物而言，衰老（尤其是器官衰老）可使器官不断弃旧出新，回收和再利用衰老器官的分解产物，有利于保证新生器官（特别是生殖器官）的正常发育。
但是也应看到，由于逆境条件的影响，引起某些器官过早衰老，如叶片过早过多的衰老，会因光合产物少，营养不足，造成营养体矮小，果实不饱满，种子不充实，或者植物寿命缩短，结实次数减少，导致生产上减产歉收。
2.
（1）光合速率降低，叶绿素含量下降，最后消失。
（2）呼吸速率下降，有些植物会出现呼吸跃变。
（3）RNA含量下降，其中以rRNA减少最明显。
DNA含量也下降，但下降速度比RNA小。
与此同时，RNA酶和DNA酶活性增强。
（4）蛋白质含量下降，蛋白质合成能力降低，降解加速，蛋白酶活性增强。
（5）有机物质和矿物质向仍然生长的组织和器官转移。
（6）促进植物生长的植物激素IAA、GA、CTK含量减少，而诱导衰老和成熟的植物激素ABA、ETH含量增加。
死亡激素JA、MJ含量亦增加。
（7）细胞器衰老核糖体和粗造型内质网的数量减少，有膜细胞器破裂，线粒体内的嵴扭曲进而收缩或消失，叶绿体肿胀，类囊体解体，间质中的嗜饿颗粒积累；核膜出现裂损；质膜，液泡膜发生降解。
3.
（1）氧浓度氧分压过高过低都能导致脱落。
高氧促进ETH合成，导致光呼吸加强，光合产物消耗过速；低氧抑制呼吸，不利水分及营养物质的吸收与运转，植物正常生长受影响。
（2）温度异常温度加速器官脱落。
高温提高呼吸速率加速物质消耗，并易引起土壤干旱，水分失调，从而导致脱落，低温影响酶的活性，也有碍物质的吸收与运转，秋天的低温是落叶的重要原因之一。
（3）水分干旱缺水会引起叶、花、果的脱落，这是植物的保护性反应，以减少水分散失。
缺水导致脱落原因是内源激素的平衡状态被破坏，干旱会提高IAA氧化酶活性，使IAA含量降低，也能降低CTK的活性，但会提高ETH和ABA的含量，促进离层形成，引起脱落。
淹水条件也造成叶、花、果的脱落，主要原因是淹水土壤中氧分压降低所致。
（4）光照光照强度和日照长度均影响器官脱落。
光照强度减弱时脱落增加，因为光直接影响碳水化合物的积累与运输，缺少营养而脱落。
长日照延迟脱落，短日照促进脱落，这可能与长日照下合成GA、短日照下合成ABA有关。
（5）矿质元素缺乏N、P、K、S、Ca、Mg、Zn、B、Mo、Fe等都可能导致脱落。
如缺Zn影响生长素的合成，缺B使花粉败育，缺N、Mg、Fe等阻碍叶绿素合成。
由于各器官间对养分的竞争发生再分配利用，便导致某些器官的衰老脱落。
4.
（1）脂性自由基（如RO?
、ROO?
）对蛋白质硫氢基的攻击在自由基的引发下，可使蛋白质的硫氢基（-SH）氧化成二硫键（-S-S-），使蛋白质发生分子间的交联。
（2）脂性自由基对蛋白质的氢抽提作用脂性自由基能对蛋白质分子（P）引发氢抽提作用，即自由基夺取蛋白质分子中的氢，形成蛋白质自由基（P?
）。
（3）蛋白质自由基与蛋白质分子的加成反应P·能与另一分子的蛋白质发生加成反应，生成二聚蛋白质自由基（PP·），如不将自由基猝灭，可继续对别的蛋白质分子进行加成反应，会产生多聚蛋白质自由基〔P（P）nP·〕。
（4）丙二醛对蛋白质的交联作用脂质过氧化的终产物丙二醛能与蛋白质等生物大分子发生交联反应。
丙二醛引发的交联反应可在蛋白质分子内进行，也可在蛋白质分子间进行。
5.抗氧化物质有：
锌、硒、硫氢基化合物（如谷胱甘肽、半胱氨酸等）、Cytf、PC、类胡萝卜素、维生素A、维生素C、维生素E、辅酶A、辅酶Q、甘露醇、山梨醇等。
抗氧化酶类有：
超氧歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化酶、谷胱甘肽还原酶等。
6.到了秋天导致树木形成休眠芽进入休眠状态的原因，主要是由于日照时数的缩短所起的。
秋天的短日照作为植物进入休眠
升级会员 