2020 2021学年生物竞赛ppt课件：7 植物的生殖生理.ppt

03,植物的生殖生理,营养生长,生殖生长,衰老死亡,花芽的分化是植物从营养生长转入生殖生长的重要标志,内因,外界条件,由基因型决定,低温,光周期,植物的生长发育过程就是基因在一定时间、空间上顺序表达的过程。,幼年期,幼年期与花熟状态,1、幼年期：植物的早期营养生长阶段，即使给予合适的成花条件，仍不能进行花芽分化的个体发育时期。植物在达到花熟状态之前的营养阶段，称为幼年期。2、花熟状态：植物在感受外界刺激而开花之前必须达到的生理状态称为花熟状态。,幼年期,花熟状态,植物开花,低温或光周期,营养生长,感受,决定,表达,开花,光周期,诱导,激素？,信号,成花诱导（成花决定）：进行着营养生长的植物感受到外界环境信号及自身产生的开花信号，向生殖生长转变。花原基形成：茎端分生组织转变为花分生组织。花器官形成：从花原基上顺序形成花萼、花瓣、雄蕊、雌蕊以及胚珠等花器官。,花的早期发育：,二、幼年期的生理特征,生长快，呼吸强，核酸代谢和蛋白质合成快,组织成熟，代谢和生理活动较慢，光合速率和呼吸速率下降,成年期,幼年期,三、不同植物幼年期的长短不同,草本植物幼年期较短,牵牛、油菜23天;木本植物幼年期几年，桃三杏四梨五年。,第二节 成花诱导,一、春化作用,1、概念：春化作用：低温诱导植物开花的过程。,1918年，加斯纳用不同温度(124)处理冬黑麦，结果:12处理的能开花。1928年，李森科将吸水萌动的冬小麦经低温处理后春播，当年可以开花结实。将这种处理方法称为春化作用。,第二节 成花诱导,一、春化作用,3、需要春化的植物,大多数二年生植物：芹菜、胡萝卜、白菜、天仙子等一些冬性一年生植物：冬小麦、冬黑麦等有些多年生植物：牧草,（二）春化作用的条件,1、低温和时间,有效温度：010 最有效的春化温度：17春化时间：数天到二三十天,脱春化作用：在春化过程结束之前，如遇高温（2540），低温效果会削弱甚至消除，这种现象称为脱春化作用或去春化作用。重返低温，可再度春化。但春化一旦完成则不能脱春化作用。,（三）春化作用的时期、部位和刺激传导,1、时期：一般在种子萌发和苗期进行：如小麦等，有些植物只能在苗期进行：如胡萝卜等,2、感受部位：茎尖端的生长点,栽培于温室中的芹菜,温室,茎尖生长点低温处理,栽培在低温条件下芹菜,茎尖生长点25处理,低温,3.春化效应的传递刺激传导,春化刺激可以稳定保持并能在植株间进行传递，有春化信息传递。春化素。,未低温春化,低温春化,未低温春化接穗,低温春化砧木,（四）春化过程中的生理生化变化,低温诱导春化过程前期是糖类和能量代谢旺盛，中期是核酸代谢的关键期，中后期是蛋白质起主导作用。说明春化作用是多种代谢方式顺序作用的结果，并可能由多种基因调控。,近年来分子机理研究表明，低温可以改变基因表达，导致基因去甲基化而开花。,（四）春化过程中的生理生化变化,赤霉素可代替低温促进某些植物开花。如天仙子、白菜、胡萝卜等结论：GA以某种方式代替低温的作用，但GA春化素?GA处理：茎先伸长，后花芽形成春化处理：花芽的形成与茎的伸长几乎同时出现,低温和外施赤霉素对胡萝卜开花的效应左：对照；中：未冷处理，每天施用10gGA；右：冷处理8周。,（五）春化作用在农业生产上的应用,1、人工春化处理,概念：使萌动种子通过春化的低温处理，称为春化处理。,春季补苗，冬小麦春播:闷麦法：萌动的冬小麦种子闷在罐中，05下4050d；七九小麦：冬至将种子浸在井水中，次晨取出阴干，每九日处理1次，共7次。加速育种进程:育种中利用春化处理，可在一年中培育34代冬性作物。,2、调种引种:在南北方地区之间引种时，了解对低温的要求。,3、控制花期,低温处理还可使秋播的一、二年生草本花卉改为春播，当年开花，如石竹等。利用脱春化的作用能延迟某些植物开花，实现增产、增质，如洋葱、当归。,二、光周期现象,菊花在自然条件下秋季开花,同一植物品种在同一地区种植时，尽管在不同时间播种，但开花期都差不多；同一品种在不同纬度地区种植时，开花期表现有规律的变化。,油菜花在自然条件下春季开花,（一）光周期、光周期现象的概念及其发现,光周期:自然界一天之中白天和黑夜的相对长度。,2.光周期现象:植物对白天和黑夜相对长度的反应,1920年，美国科学家加纳尔和阿拉尔德研究影响美洲烟草开花的因素:,美洲烟草,株高35米,不开花,株高不足1米,开花,夏季大田生长,缩短日照长度,冬季温室生长,开花,延长日照长度,不开花,结论:光周期是控制植物开花的主要环境因子。,（二）光周期反应类型,1.长日植物（long-day plant，LDP）指在24h昼夜周期中，日照长度长于一定时数，才能成花的植物。延长光照，加速开花；缩短光照，延迟或不能开花。例：小麦、黑麦、燕麦、油菜、菠菜、萝卜、白菜、甘蓝、芹菜、甜菜、胡萝卜、天仙子等。,（二）光周期反应类型,2.短日植物（short-day plant，SDP）：在24h昼夜周期中，日照长度必须短于一定时数（临界日长）才能成花的植物。适当缩短光照可以提早开花；延长光照，延迟或不能开花。例：水稻、玉米、大豆、高粱、棉花、甘蔗、大麻、黄麻、苍耳、烟草、菊花、日本牵牛、秋海棠等。,（二）光周期反应类型,3.日中性植物（day-neutral plant，DNP）：在任何长度的日照下均能开花。例：月季、黄瓜、茄子、番茄、辣椒、菜豆等。,4.长-短日植物：要求先长日后短日的双重日照条件才能开花的植物。例如大叶落地生根等。,5.短-长日植物（SLDP）:要求先短日后长日的双重日照条件才能开花的植物。例如风铃草等。,6.中日性植物:只有在某一定中等长度的日照条件下才能开花，而在较长或较短日照下均保持营养生长状态的植物。例如某些甘蔗的成花要求每天有11.512.5h日照。,（三）临界日长,临界日长：是指昼夜周期中诱导短日植物开花所必需的最长日照或诱导长日植物开花所必需的最短日照。,长日植物：指在日照长度长于临界日长才能正常开花的植物；短日植物：指在日照长度短于临界日长才能正常开花的植物。,LDP的临界日长不一定长于SDP；SDP的临界日长不一定短于LDP。关键：超过还是短于其临界日长,临界暗期：指昼夜周期中LDP能够开花的最长暗期长度或SDP开花所需的最短暗期长度，SDP是长夜植物，LDP是短夜植物。,用不同波长的光来间断暗期的试验：,表明：无论是抑制短日植物开花，还是诱导长日植物开花，都是红光最有效。但这种效果，可以被远红光所抵消。说明成花诱导需要光敏色素的参与。,（四）纬度与SDP、LDP的关系：,在低纬度地区，没有长日照，只有SDP。在中等纬度地区，SDP和LDP都有。在高纬度地区，由于短日照时气温已低，所以只能生存LDP。,（五）光周期刺激的感受和传导,1、感受光周期的部位 叶片,菊花,2、开花刺激物的传导嫁接,SDP紫苏嫁接实验,用蒸汽或麻醉剂处理叶柄或茎，可以阻止开花刺激物的运输。证明：运输途径是韧皮部。,证明：植株间确有开花刺激物通过嫁接的愈合而传递,（六）光周期的诱导,光周期诱导植物只需要一定时间适宜的光周期处理，以后即使处于不适宜的光周期下，仍然可以长期保持刺激的效果。,苍耳光周期诱导实验,不同植物所需的光周期诱导的数目不同,大豆为SDP，南方大豆在北京种植时，生育期延长，开花太晚，天气变冷，造成结实不多，产量不高。东北大豆在北京种植时，生育期大大缩短，产量也不高。,(八）光周期理论在生产中应用,长日植物和短日植物引种指导,2、控制花期,菊花(SDP)，秋季10月开花；遮光处理，提前至5.1节开花；延长光照或夜间闪光，推迟至春节开花。山茶、杜鹃(LDP)：延长光照或夜间闪光，提前开花。,3、调节营养生长和生殖生长,考虑引种作物的经济器官：麻(SDP)、烟草(SDP)：南种北移，生育期延长，提高产量。,第三节 花原基和花器官的形成,一、花器官原基的形成,ABC模型中的A、B、C分别指的是控制不同花器官发育的三大类基因，A类基因决定了花萼的特征；A类+B类基因共同作用决定了花瓣特征；B类+C类基因共同作用决定了雄蕊特征；C类基因单独作用决定了雌蕊心皮的特征，同时也终止花器官在第四轮形成之后继续分化(A)。,心皮,4,野生型,AP3和PI突变体缺乏B类活性,AP2突变体缺乏A类活性,AG突变体缺乏C类活性,C,ABC模型,萼片,花瓣,雄蕊,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,心皮,雄蕊,心皮,雄蕊,萼片,萼片,心皮,心皮,4,1,2,3,萼片,萼片,花瓣,花瓣,A,B,C,A,B,C,A,B,C,A,B,二、影响花器官形成的条件,（一）气象条件,1、光 时间长，强度大，有利花的形成。雄蕊发育对光强较为敏感。,2、温度 在一定范围内，随温度升高而花芽分化加快。低温破坏花粉母细胞的发育，影响花器官的形成。,二、影响花器官形成的条件,（二）栽培条件,1、水：雌、雄蕊分化期和花粉母细胞及胚囊母细胞减数分裂期，对水分特别敏感。水分不足，会使幼穗形成延迟，并引起颍花退化。,2、肥料：氮肥过少，不能形成花芽；氮肥过多，花芽分化受阻。增施磷肥，可增加花数；缺磷则抑制花芽分化。因此，适量的氮肥，配合施用磷、钾肥，补充锰、钼等微量元素，利于花芽分化。,（三）生理条件,1、有机营养体内营养不足，花发育不良，数目少。,2、化学药剂或植物生长调节剂农业生产上利用化学药剂或植物生长调节剂使花粉发育不正常，作为母本，进行杂交而获得杂交种子，提高产量。例如，水稻的“化学杀雄2号”可诱导花粉不育。与父本杂交生产种子，具有杂种优势。,第四节 受精生理,（一）花粉的生活力不同植物花粉的生活力存在很大的差异。,（二）花粉的贮存条件 降低呼吸作用,1、湿度 较干燥的环境（相对湿度为30%40%）。2、温度 贮存最适温度：15。3、空气中CO2和O2含量增加空气中CO2的百分数，减少氧分压，可延长花粉的寿命。4、光线 以遮阴或黑暗处贮存较好。,二、柱头的生活能力,柱头生活力持续时间的长短因植物种类而异。水稻一般能持续6-7d，以开花当天活力最强，以后逐渐下降。,水稻柱头生活力随开花后时间的变化(品种：珍汕97A)(王忠，1990),三、花粉的萌发和花粉管的伸长,（一）花粉在柱头上萌发1、干性柱头：柱头不产生分泌物，通常有一层亲水蛋白质薄膜，如十字花科的柱头。2、湿性柱头：柱头能分泌脂肪富集的分泌物，如茄科和蔷薇科的柱头。,三、花粉的萌发和花粉管的伸长,（二）花粉管在花柱中生长,花粉萌发时，酶活性增强，呼吸速率增加，蛋白质合成加快。花粉落在柱头上，受到柱头分泌物的刺激，开始吸水萌发。花粉中含有淀粉和脂肪，水势较低，从柱头吸水，花粉内壁通过萌发孔向外突出形成花粉管。,群体效应：即单位面积内，花粉的数量越多，花粉的萌发和花粉管生长越好。,（三）花粉管到达胚珠进入胚囊,胚珠分泌向化性物质主要是钙和糖，当花粉管到达珠孔之前珠孔的钙含量高，而花粉管通过珠孔后，钙的含量迅速减少。表明珠孔中丰富的钙与花粉管长入胚囊有关。,（三）花粉管到达胚珠进入胚囊,花粉怎样进入胚囊？花粉管是从一个助细胞进入胚囊的。助细胞的钙离子浓度很高，形成以助细胞为中心的钙离子浓度梯度。花粉管进入助细胞后，顶端形成一个小孔，把内容物释放完成双受精。,五、受精前后雌蕊的代谢变化,1、呼吸速率增加 增加0.5-1倍2、生长素含量大大增加（1）花粉的IAA扩散到雌蕊组织（2）花粉中含有使色氨酸转变为IAA的酶 3、吸水和吸收无机盐的能力增加4、CH2O和蛋白质代谢加快5、营养物质向生殖器官输送增强,五、自交不亲和性：,（一）概念：是指植物花粉落在同花雌蕊柱头上不能受精的现象。,（二）种类：被子植物存在2种自交不亲和系统,配子体型不亲和(GSI):,发生在花柱中，表现为花粉管生长停顿、破裂。如茄科、禾本科等.,孢子体型不亲和(SSI):,发生于柱头表面，表现为花粉管不能穿过柱头。如十字花科、菊科,