第4章 植物的物质和能量的转化 知识清单

4植物的物质和能量转化4.1绿色植物开花的营养器官一、根1、根系的定义：一株植物所有的根合在一起。2、根的作用：①固定作用：植物的根十分发达，生长范围比枝叶大，把植物牢牢固定在地上；②吸收土壤中的水分和无机盐等营养物质。3、根系类型直根系：有明显发达的主根和侧根之分的根系（如：大豆、青菜、棉花、菠菜等双子叶植物的根系)须根系：没有明显主根和侧根之分的根系（如：水稻、小麦、蒜、葱等单子叶植物的根系）★注意：主根：由胚根直接发育而成的根，数量只有一条，向下生长；侧根：从主根上依次长出的根叫侧根，数量众多，向四周扩展；不定根：从茎或叶上长出的根；4、影响植物的根在土壤中分布的因素（向水向肥）：植物种类、外界环境（土壤结构、肥力、通气状况、水分等）。5、根尖的结构和功能根尖是指从根的顶端到着生根毛的部分，它是根生长、分化、吸收养料最活跃的部位。从根尖的尖端起，根据它的形态结构和生理功能的不同，依次可以分为根冠、分生区、伸长区和根毛区四个部分。根尖是植物根吸收水的主要部分。在移植幼苗作物时带土移植的原因是：根系及根尖上的根毛不易断裂，使根的吸收功能不会减弱，有利于移植的作物幼苗成活。根尖结构细胞结构特点主要作用根冠位于根的最顶端，细胞壁薄，外层细胞排列疏松，内部细胞小、排列紧密。保护作用，有利于根在土壤中不断生长分生区位于根冠内侧，长度约1-3毫米。细胞小、排列紧密，细胞壁薄，细胞质浓，没有液泡，细胞核大；分生区细胞具有分裂能力，可以使根的细胞数目不断增加。分生区产生的细胞大部分成为伸长区的细胞，进而形成根的各部分结构，使根细胞数目不断增加伸长区细胞逐渐停止分裂，细胞显著伸长，细胞壁薄、有较小液泡，能较快生长，体积增大变长使根不断伸长，伸向土壤深处根毛区由伸长区细胞进一步分化而来，表皮细胞向外突起形成根毛（扩大了根的吸收面积）细胞细胞壁厚，有较大的液泡，内有导管（把根吸收的水分运送到茎）。是根尖吸收水分和无机盐的主要部位二、茎的结构1、茎的分类：（1）按生长方式不同分：自然界最常见的茎是直立茎，其次还有攀缘茎、匍匐茎、缠绕茎。①直立茎：最常见，直立向上生长如：果树②匍匐茎：较软，不能直立生长，只能在地面匍匐生长如：草莓、甘薯③缠绕茎：本身缠绕他物，如：牵牛花、菜豆④攀缘茎：茎借助他物“直立上升”，常常借助叶和茎的变态结构（卷须）如：丝瓜、黄瓜、爬山虎此外还有:以气生根攀援、以叶柄攀援、以钩刺攀援、以吸盘攀援（2）按组成成分分：草质茎（单子叶植物，一般为绿色，较细），木质茎（双子叶植物，较粗）★注意：无论茎呈现什么特点，都是对环境的一种适应，是对光合作用这种营养方式的一种适应，即从环境中最大可能地获取其生长所需的阳光（3）茎的功能：①输送作用②支持作用2、茎的结构【观察】三年生木质茎的横切面：表皮、木栓层、皮层、韧皮部、形成层、木质部、髓。①树皮：可分为最外层的表皮、韧皮部。A.表皮：细胞排列紧密、细胞间隙比较小，起保护作用。B.韧皮部：在茎的横切面上呈环状排列，由筛管、韧皮纤维和薄壁细胞等组成。茎里的筛管与根和叶里的筛管相连通，属于输导组织，筛管的功能是运输有机物，韧皮纤维属于机械组织，最大的特点就是韧性强。②形成层：在韧皮部和木质部之间，细胞只有2--3层，呈环状排列，细胞扁平，能不断分裂产生新细胞，向外形成新的韧皮部，向内形成新的木质部，使得茎能逐渐增粗。③木质部：位于茎的中央，其中较大的细胞是导管，较小的细胞是木纤维A.导管：运输水分和无机盐，属于输导组织。B.木纤维：是又细又长的死细胞，细胞壁厚，没有弹性，有很强的支持力。韧皮部、形成层、木质部合称维管束。④髓：位于茎的中央，由薄壁细胞构成，有贮存营养的功能。★注意：草质茎结构（甘庶、水稻、玉米、小麦）：A表皮：一层细胞构成有保护作用；B维管束：a、韧皮部；b、木质部。没有形成层，茎加粗依靠细胞体积增大。C薄壁细胞：构成机械组织，有支持作用。【思考】1、如果铁丝缠绕小树，会影响茎中有机物的运输。所以铁丝下面部分的茎和根得不到有机物或得到很少，最后会导致小树死亡或发育不良，故铁丝缠绕势必影响小树的生长。2、制作课桌椅，主要利用茎的木质部，是因为它又硬又有韧性。【读图】年轮：指树木的春材和秋材所形成同心圆环。3、年轮：木质部生长，由于气候等条件的不同，尤其是温带地区，在气温、降水、光照等外界气候因素呈现周期性变化影响下，前一年的秋材和后一年的春材，有比较明显的分界线，每年生成一轮，（只在木质部中，不包括树皮、韧皮部、形成层等环状结构），其中较光亮且宽的线条生长于春季，较暗且窄的线条多生长于秋季。细胞数目体积壁木材质地春材多大薄疏松秋材少小厚致密年轮的作用：①根据木质部中年轮数可推算树的年龄；植物生长一年一般形成一个年轮②可以判断该植物哪年生长比较快？当时的气候怎样？哪年气候比较恶劣，不适宜植物生长？有没有连续几年的气候特别干旱或特别湿润？答：当气温、水分等环境条件比较好的时候，植物生长比较快，形成的年轮较疏松，颜色较浅（如春材）年龄较稀疏的地方为南方。反之，年轮较密，颜色较深（如秋材）为北方。③判断年轮上的“斑点缺损”会是什么原因造成的？答：可能是该部分树皮曾受到伤害或曾出现枝条而形成。表皮、木栓皮、皮层、韧皮部合称为树皮。韧皮部、形成层、木质部合称维管束。用肉眼可以判出桉树三个结构，树皮（外）质地软，木质部质地坚硬，髓（里）质地疏松。年轮：指树木的春材和秋材所形成同心圆环。三、物质的运输1、水分和无机盐的运输实验（重难点）（1）实验步骤：①取粗细大小相似、叶片数相同的同种木本植物枝条3根②将每根枝条的下端用刀片削成面积相似的斜面，再分别进行处理：A组为带叶枝条（不进行处理）；B组为剥去下半部树皮的带叶枝条；C组为除去木质部和髓的带叶枝条，只留下树皮。③处理好后，将每组枝条分别插入3瓶盛有等量稀释红墨水的烧杯中，并用3个夹子将各组枝条分別固定（B组枝条只将剥去树皮的木质部部分浸入红墨水中），置于温吸、光照充足的地方④10钟后取出枝条，用刀片横切枝条的中上部，用放大镜观察横切面的染色部位，并记录实验现象。（2）实验现象：A、B组枝条只有木质部被染色，C组枝条未被染色。（3）实验结论：水分和无机盐在茎木质部的导管中能自下而上地向枝端运输。注：①刀片切成斜面：增大面积，有利于物质运输；②横切面现象：木质部被染色；③纵截面现象：越向上，染色越浅（说明水分和无机盐运输是自下而上）2、水和无机盐运输的途径土壤内的水和无机盐→根毛细胞→根的木质部内的导管→蒸腾作用→到达叶等各个器官植物的茎运输水分和无机盐，主要在木质部的导管中进行，在“茎运输水分和无机盐的部位”的实验中，看到红色的部分主要在木质部，一般越往上颜色越浅，这说明运输水分和无机盐一般是自下而上进行的。3、影响水和和无机盐运输的因素土壤溶液浓度、土壤温度、土壤通气状况。另外，在一定范围内，光照、温度、空气相对湿度也会影响根部细胞的吸水能力；运输动力：根压、蒸腾拉力4、有机物的运输实验（1）实验步骤：①在一株盆栽木本植物上选取一个枝条，用解剖刀在枝条中部剥除约1厘米宽的一圈树皮，露出木质部。②用刀轻刮木质部表面，然后用少许凡士林涂抹环剥部位。③每隔周观察并记录枝条环剥部位的变化。（2）实验现象：经过一、两个月后，切口上方的树皮将膨大而形成枝瘤。（3）实验结论：有机物的运输主要是在茎的韧皮部中由筛管自上而下运输的。注：树皮环切后，伤口的上部出现膨大的瘤状物（有机物不能向下运输，在伤口的上方积存，导致上方细胞分裂和生长都加快）5、茎的环割如果在木本植物的树干上环割两圈，深度达到形成层，剥去两圈之间的树皮，过一段时间可以发现，根系吸收的水分和无机盐仍能够沿导管正常向上输送，所以在环割的上部，枝叶照常生长；可是，韧皮部中的筛管会因环割而被切断，光合作用的产物向下运输受阻，于是在环割的上端切口会聚集许多有机物，引起树皮组织增生，从而会形成粗大的愈伤组织，有时甚至会形成瘤状物。如果环割主茎的下部，长时间后，根系原来贮存的有机物会消耗完，根部就会因“饥饿”而停止生命活动，最终会导致植物体的死亡。导管筛管不同点位置木质部韧皮部结构特点由死细胞构成的由活细胞构成的功能运输水分和无机盐运输有机物在茎中运输方向自下而上自上而下相同点都属于输导组织，贯穿于植物体各器官中四、叶叶的结构：由表皮、叶肉和叶脉三部分组成的。A.表皮：a表皮细胞：分为上下表皮，有一层形状不规则、排列紧密、无色透明的扁平细胞构成，有利于光线的透过，细胞壁较厚，角质化，并由角质层，主要起保护作用，并能水分散失过度和病虫的侵害。b保卫细胞：呈现半月形；里面有叶绿素，气孔周围的细胞壁较厚；叶片受热后，气孔内的气体会排出体外，在叶表皮表面形成气泡。形成气泡数目多，说明气孔就多。——气孔是叶片排出气体的门户。B.叶肉；在上下表皮之间，叶肉细胞是进行光合作用的主要场所。C.叶脉：是生长在叶片上的维管束，多由导管和筛管构成，是水、无机盐、有机物的运输通道，同时对叶片有支持作用。4.2水在植物体中的代谢一、根的吸水与失水1、细胞吸水和失水的条件（原理）：一般情况下，当植物根毛细胞的细胞液溶质质量分数高于土壤溶液溶质质量分数时，细胞吸水；反之，细胞失水（溶液中的水分由浓溶液流向稀溶液）。2、一般情况下植物根毛细胞的细胞液溶质质量分数大于土壤溶液溶质质量分数。植物放入清水中，吸水；放入盐水中，失水，出现萎蔫现象（失水造成的）。因此，施肥过多使土壤中溶液浓度过高，容易造成“烧苗”。3、根毛细胞吸水的具体过程可表示为：水——根毛细胞——各层细胞间隙——木质部的导管——茎——叶二、蒸腾作用1、概念：水分从活的植物体表面（主要是叶片）以气体状态散失到大气中的过程，叫做蒸腾作用。植物根部吸收的水分大约有99%通过蒸腾作用散失到植物体外，只有大约1%的水会用于光合作用和其他生理过程。2、蒸腾作用的部位主要通过叶片进行，并且主要通过叶片上的气孔进行；其次在叶柄和幼嫩茎处也能进行3、物质蒸腾作用的意义：（1）是根部吸水的主要动力，利于植物对水的吸收和运输，也利于溶解在水中的无机盐在植物体内的运输（2）有效降低叶片温度，使植物在强光下进行光合作用而不致受到伤害。蒸腾作用不仅是根部吸水的主要动力，它还能把茎内木质部的水往上拉，根部的水也随着上升，促进了水的吸收和运输，同时也促进了植物体内溶解在水中的无机盐的运输。此外，随着蒸腾作用的进行，植物体内的水不断变成水蒸气，会吸收周闹大气的热量，从而降低植物叶片表面的温度，避免因强烈阳光的照射而灼伤叶片。因此，植物的蒸腾作用对植物自身具有非常重要的意义。4、影响蒸腾作用的环境因素温度、光照、湿度和气流速度等。一般，气孔周围如果湿度大、温度低、光照弱、气流速度慢，则蒸腾作用弱；如果湿度小、温度高、光照强、气流速度快，则蒸腾作用就强。三、水的散发结构——气孔1、存在位置：叶的表皮细胞之间2、构成：有两个半月形的保卫细胞围合成的小孔。保卫细胞靠近气孔一侧的细胞壁比较厚，背着气孔一侧的细胞壁比较薄。根据蓝色的氯化钴试纸遇水变红色，水越多，颜色越深可知：下表皮散发出来的水分要多于上表皮散发出来的水分。3、气孔的张开与闭合a张开：当保卫细胞周围的表皮细胞吸水而膨胀，体积增大时，比较薄的细胞壁容易伸展，细胞就会向外弯曲，这是气孔就张开。水份充足→保卫细胞吸水膨胀→气孔张开→蒸腾作用强b当保卫细胞失水体积缩小时，保卫细胞的紧张度就会自然下降，变得萎焉，这时保卫细胞就伸直，气孔关闭。水份缺少→保卫细胞失水收缩→气孔闭合→蒸腾作用弱4、气孔的作用：气孔是植物体与外界进行气体交换的“窗户”（如二氧化碳经过气孔进入植物体内，光合作用产生的氧气从气孔释放到空气中），同时也是蒸腾失水的“门户”（如植物体内的水蒸气通过气孔散失到大气中）。气孔的关闭和张开控制着植物蒸腾作用的强度，决定着植物体与环境之间气体交换的强度。★注意：一般植物的叶片，上下表皮的气孔数目是不相等的，上表皮气孔少，下表皮气孔多。将一片新鲜的蚕豆叶放入60%左右的热水中，会看到下表皮的气泡数比上表皮的气泡数多。5、水在植物体内的运输路径土壤中的水分由根毛进入根内，然后通过根、茎、叶的导管输送到叶肉细胞，绝大部分通过气孔散失。土壤中的水——根毛——根中的层层细胞——根导管——茎、叶中的导管——叶肉——气孔——大气。6、无机盐在植物体内的运输无机盐溶解在水中，它们被根吸收后，随着导管中的水流被运输到植物体的茎、叶等器官。4.3无机盐在植物体中的代谢一丶植物生长需要无机盐1、无机盐：植物生长除了要从土壤中吸收水分外，还需要吸收无机盐。不同的无机盐对植物的生长起到不同的作用。植物生长需要量最多的元素是氮、磷、钾。★注意：植物的根并不能直接吸收有机质，而是需要靠微生物分解成无机质后再被根吸收利用。且固态的无机盐也不能被根吸收利用，根直接吸收的是溶解在土壤中的无机盐。2、氮磷钾的作用及异常时的症状：（氮叶、钾茎、磷根）元素对植物生长的作用植物缺乏和过量时的症状含氮（N）的无机盐促进细胞的分裂和生长，使枝叶长的繁茂，增加产量，延缓衰老缺乏症状：植株矮小瘦弱，叶片发黄，严重时叶脉呈淡棕色过量症状：生长会过于旺盛，从而影响植物的生殖生长，如开花、结果会推迟含磷（P）的无机盐促进幼苗的发育和花的开放，使果实、种子的成熟提前，增强抗性等缺乏症状：生长缓慢，发育迟缓，嫩叶变小，老叶先呈暗绿色，后转变为微红色或紫红色过量症状：开花提前含钾（K）无机盐是合成糖和转运糖的重要元素，也是许多酶的活化剂；可以调节气孔的开闭，增加细胞壁的厚度，尤其能促进植物茎秆健壮，促进淀粉的合成缺乏症状：生长缓慢、茎细，易倒状，叶片易干尖，老叶易发黄，出现褐斑过量症状：会出现节间变短、叶片泛黄等中毒现象二、植物和土壤的关系1、土壤为植物生长提供水和无机盐；2、植物可以帮助土壤积累有机物，使土壤更为肥沃。因此，在农业生产中常提倡“秸杆还田”，以提高农田的肥力。同时，农业生产也会对土壤产生一些负面影响。①过多施用化肥会使土壤板结，改变土壤的结构。②过多施用化肥有可能造成水体富营养化污染。使淡水出现“水华”现象，海水出现“赤潮”现象。3、水体富营养化：主要指水体中氮、磷含量过高，引起藻类等生物过量繁殖生长，从而破坏水质的现象原因主要是人体将含大量氮、磷的城市生活污水(如含大量洗涤剂的生活污水等)或者某些工业废水直接排入河流、湖泊、海洋等水体中，还有农业上大量施有化肥等。4、无土栽培：根据植物生长所需要的无机盐种类和数量配制适宜的营养液，用营养液来栽培植物，就是无土栽培。原理：跟只是从土壤中吸收水分和无机盐，而土壤仅对植物体起固定作用。无土栽培法有许多优点：人口增多使可耕种土地面积不断减少，因此，无土壤栽培植物的方法就显得十分重要；通常，无土栽培法生产的水果和蔬菜还会含有更多的营养成分；用营养液栽培法种植植物更便宜，更利于保护环境。4.4植物的光合作用和呼吸作用一、光合作用1、绿色植物的光合作用绿叶在光下制造有机物：①步骤：暗处理→叶片遮光→光照→酒精脱色→漂洗→滴碘液检验。a.暗处理的目的：让叶片中原有的淀粉运走耗尽。b.叶片遮光的目的：进行对照实验。c.酒精脱色：溶解叶绿素；酒精要水浴加热，目的是防止酒精燃烧发生火灾。且受热均匀。②结果分析：叶片遮光部分遇碘不变蓝；光照部分遇碘变蓝。③结论：光是光合作用的必要条件，淀粉是光合作用的产物之一。绿叶进行光合作用需要二氧化碳：①步骤：植株暗处理→光照几小时→叶片酒精脱色→漂洗→滴碘液检验。a.暗处理的目的：让叶片中原有的淀粉运走耗尽。b.密封花盆的目的：防止外界空气的干扰。c.氢氧化钠溶液：吸收瓶内二氧化碳。d.清水：起对照作用。②结果分析：放置氢氧化钠的一组遇碘液不变蓝；放置清水的一组遇碘液变蓝。③结论：二氧化碳是光合作用的原料。绿色植物光合作用原理在生产上的应用：(1)提高光能利用效率的方法：合理密植等。(2)提高作物产量的方法：增加二氧化碳的浓度；增加光照强度和延长光照时间；适当调节昼夜温差等。二、绿色植物的呼吸作用1、影响光合作用、呼吸作用外界因素A.影响光合作用的外界因素①光照强度。光照增强，光合作用随之加强。但光照增强到一定程度后，光合作用不在加强。夏季中午，由于气孔关闭，影响二氧化碳的进入，光合作用反而下降。因而中午光照最强的时候，并不是光合作用活动最强的时候。②二氧化碳浓度。二氧化碳是光合作用的原料，其浓度影响光合作用的强度。温室种植蔬菜可适当提高大棚内二氧化碳的浓度以提高产量。③温度。植物在10～35℃正常进行光合作用，其中25～30℃最适宜，35℃以上开始下降，甚至停止。B.影响呼吸作用的外界因素温度、水分、氧气和二氧化碳浓度是影响呼吸作用的主要因素。①温度。温度对呼吸作用强弱影响最大。温度升高，呼吸作用加强；温度过高，呼吸作用强度减弱。②水分。植物含水量增加，呼吸作用加强。③氧气。一定范围内随氧气浓度的增加，呼吸作用显著加强。④二氧化碳。二氧化碳浓度大，抑制呼吸作用。在贮藏蔬菜、水果、粮食时用低温、干燥、充加二氧化碳等措施可以延长贮藏时间。2、光合作用在农业生产上的应用①农业上常采取的措施有间接套种和合理密植。合理密植：合理密植是指种植农作物时，单位面积土地上的植株不能过密，也不能过稀，这样既充分利用了单位面积上的光照而避免浪费，又不至于让叶片相互遮挡，影响光合作用。间接套种：立体种植就是把两种或两种以上的作物，在空间和时间上进行优化组合，以达到增产、增收、延长供应的目的。立体种植主要优点也是充分利用光照，提高光合作用的效率。②在温室大棚内，可适当控制温度和提高二氧化碳浓度，提高光合作