4植物的物質和能量轉化4.1綠色植物開花的營養器官一、根1、根系的定義：一株植物所有的根合在一起。2、根的作用：①固定作用：植物的根十分發達，生長范圍比枝葉大，把植物牢牢固定在地上；②吸收土壤中的水分和無機鹽等營養物質。3、根系類型直根系：有明顯發達的主根和側根之分的根系（如：大豆、青菜、棉花、菠菜等雙子葉植物的根系)須根系：沒有明顯主根和側根之分的根系（如：水稻、小麥、蒜、蔥等單子葉植物的根系）★注意：主根：由胚根直接發育而成的根，數量只有一條，向下生長；側根：從主根上依次長出的根叫側根，數量眾多，向四周擴展；不定根：從莖或葉上長出的根；4、影響植物的根在土壤中分布的因素（向水向肥）：植物種類、外界環境（土壤結構、肥力、通氣狀況、水分等）。5、根尖的結構和功能根尖是指從根的頂端到著生根毛的部分，它是根生長、分化、吸收養料最活躍的部位。從根尖的尖端起，根據它的形態結構和生理功能的不同，依次可以分為根冠、分生區、伸長區和根毛區四個部分。根尖是植物根吸收水的主要部分。在移植幼苗作物時帶土移植的原因是：根系及根尖上的根毛不易斷裂，使根的吸收功能不會減弱，有利于移植的作物幼苗成活。根尖結構細胞結構特點主要作用根冠位于根的最頂端，細胞壁薄，外層細胞排列疏松，內部細胞小、排列緊密。保護作用，有利于根在土壤中不斷生長分生區位于根冠內側，長度約1-3毫米。細胞小、排列緊密，細胞壁薄，細胞質濃，沒有液泡，細胞核大；分生區細胞具有分裂能力，可以使根的細胞數目不斷增加。分生區產生的細胞大部分成為伸長區的細胞，進而形成根的各部分結構，使根細胞數目不斷增加伸長區細胞逐漸停止分裂，細胞顯著伸長，細胞壁薄、有較小液泡，能較快生長，體積增大變長使根不斷伸長，伸向土壤深處根毛區由伸長區細胞進一步分化而來，表皮細胞向外突起形成根毛（擴大了根的吸收面積）細胞細胞壁厚，有較大的液泡，內有導管（把根吸收的水分運送到莖）。是根尖吸收水分和無機鹽的主要部位二、莖的結構1、莖的分類：（1）按生長方式不同分：自然界最常見的莖是直立莖，其次還有攀緣莖、匍匐莖、纏繞莖。①直立莖：最常見，直立向上生長如：果樹②匍匐莖：較軟，不能直立生長，只能在地面匍匐生長如：草莓、甘薯③纏繞莖：本身纏繞他物，如：牽牛花、菜豆④攀緣莖：莖借助他物“直立上升”，常常借助葉和莖的變態結構（卷須）如：絲瓜、黃瓜、爬山虎此外還有:以氣生根攀援、以葉柄攀援、以鉤刺攀援、以吸盤攀援（2）按組成成分分：草質莖（單子葉植物，一般為綠色，較細），木質莖（雙子葉植物，較粗）★注意：無論莖呈現什么特點，都是對環境的一種適應，是對光合作用這種營養方式的一種適應，即從環境中最大可能地獲取其生長所需的陽光（3）莖的功能：①輸送作用②支持作用2、莖的結構【觀察】三年生木質莖的橫切面：表皮、木栓層、皮層、韌皮部、形成層、木質部、髓。①樹皮：可分為最外層的表皮、韌皮部。A.表皮：細胞排列緊密、細胞間隙比較小，起保護作用。B.韌皮部：在莖的橫切面上呈環狀排列，由篩管、韌皮纖維和薄壁細胞等組成。莖里的篩管與根和葉里的篩管相連通，屬于輸導組織，篩管的功能是運輸有機物，韌皮纖維屬于機械組織，最大的特點就是韌性強。②形成層：在韌皮部和木質部之間，細胞只有2--3層，呈環狀排列，細胞扁平，能不斷分裂產生新細胞，向外形成新的韌皮部，向內形成新的木質部，使得莖能逐漸增粗。③木質部：位于莖的中央，其中較大的細胞是導管，較小的細胞是木纖維A.導管：運輸水分和無機鹽，屬于輸導組織。B.木纖維：是又細又長的死細胞，細胞壁厚，沒有彈性，有很強的支持力。韌皮部、形成層、木質部合稱維管束。④髓：位于莖的中央，由薄壁細胞構成，有貯存營養的功能。★注意：草質莖結構（甘庶、水稻、玉米、小麥）：A表皮：一層細胞構成有保護作用；B維管束：a、韌皮部；b、木質部。沒有形成層，莖加粗依靠細胞體積增大。C薄壁細胞：構成機械組織，有支持作用。【思考】1、如果鐵絲纏繞小樹，會影響莖中有機物的運輸。所以鐵絲下面部分的莖和根得不到有機物或得到很少，最后會導致小樹死亡或發育不良，故鐵絲纏繞勢必影響小樹的生長。2、制作課桌椅，主要利用莖的木質部，是因為它又硬又有韌性。【讀圖】年輪：指樹木的春材和秋材所形成同心圓環。3、年輪：木質部生長，由于氣候等條件的不同，尤其是溫帶地區，在氣溫、降水、光照等外界氣候因素呈現周期性變化影響下，前一年的秋材和后一年的春材，有比較明顯的分界線，每年生成一輪，（只在木質部中，不包括樹皮、韌皮部、形成層等環狀結構），其中較光亮且寬的線條生長于春季，較暗且窄的線條多生長于秋季。細胞數目體積壁木材質地春材多大薄疏松秋材少小厚致密年輪的作用：①根據木質部中年輪數可推算樹的年齡；植物生長一年一般形成一個年輪②可以判斷該植物哪年生長比較快？當時的氣候怎樣？哪年氣候比較惡劣，不適宜植物生長？有沒有連續幾年的氣候特別干旱或特別濕潤？答：當氣溫、水分等環境條件比較好的時候，植物生長比較快，形成的年輪較疏松，顏色較淺（如春材）年齡較稀疏的地方為南方。反之，年輪較密，顏色較深（如秋材）為北方。③判斷年輪上的“斑點缺損”會是什么原因造成的？答：可能是該部分樹皮曾受到傷害或曾出現枝條而形成。表皮、木栓皮、皮層、韌皮部合稱為樹皮。韌皮部、形成層、木質部合稱維管束。用肉眼可以判出桉樹三個結構，樹皮（外）質地軟，木質部質地堅硬，髓（里）質地疏松。年輪：指樹木的春材和秋材所形成同心圓環。三、物質的運輸1、水分和無機鹽的運輸實驗（重難點）（1）實驗步驟：①取粗細大小相似、葉片數相同的同種木本植物枝條3根②將每根枝條的下端用刀片削成面積相似的斜面，再分別進行處理：A組為帶葉枝條（不進行處理）；B組為剝去下半部樹皮的帶葉枝條；C組為除去木質部和髓的帶葉枝條，只留下樹皮。③處理好后，將每組枝條分別插入3瓶盛有等量稀釋紅墨水的燒杯中，并用3個夾子將各組枝條分別固定（B組枝條只將剝去樹皮的木質部部分浸入紅墨水中），置于溫吸、光照充足的地方④10鐘后取出枝條，用刀片橫切枝條的中上部，用放大鏡觀察橫切面的染色部位，并記錄實驗現象。（2）實驗現象：A、B組枝條只有木質部被染色，C組枝條未被染色。（3）實驗結論：水分和無機鹽在莖木質部的導管中能自下而上地向枝端運輸。注：①刀片切成斜面：增大面積，有利于物質運輸；②橫切面現象：木質部被染色；③縱截面現象：越向上，染色越淺（說明水分和無機鹽運輸是自下而上）2、水和無機鹽運輸的途徑土壤內的水和無機鹽→根毛細胞→根的木質部內的導管→蒸騰作用→到達葉等各個器官植物的莖運輸水分和無機鹽，主要在木質部的導管中進行，在“莖運輸水分和無機鹽的部位”的實驗中，看到紅色的部分主要在木質部，一般越往上顏色越淺，這說明運輸水分和無機鹽一般是自下而上進行的。3、影響水和和無機鹽運輸的因素土壤溶液濃度、土壤溫度、土壤通氣狀況。另外，在一定范圍內，光照、溫度、空氣相對濕度也會影響根部細胞的吸水能力；運輸動力：根壓、蒸騰拉力4、有機物的運輸實驗（1）實驗步驟：①在一株盆栽木本植物上選取一個枝條，用解剖刀在枝條中部剝除約1厘米寬的一圈樹皮，露出木質部。②用刀輕刮木質部表面，然后用少許凡士林涂抹環剝部位。③每隔周觀察并記錄枝條環剝部位的變化。（2）實驗現象：經過一、兩個月后，切口上方的樹皮將膨大而形成枝瘤。（3）實驗結論：有機物的運輸主要是在莖的韌皮部中由篩管自上而下運輸的。注：樹皮環切后，傷口的上部出現膨大的瘤狀物（有機物不能向下運輸，在傷口的上方積存，導致上方細胞分裂和生長都加快）5、莖的環割如果在木本植物的樹干上環割兩圈，深度達到形成層，剝去兩圈之間的樹皮，過一段時間可以發現，根系吸收的水分和無機鹽仍能夠沿導管正常向上輸送，所以在環割的上部，枝葉照常生長；可是，韌皮部中的篩管會因環割而被切斷，光合作用的產物向下運輸受阻，于是在環割的上端切口會聚集許多有機物，引起樹皮組織增生，從而會形成粗大的愈傷組織，有時甚至會形成瘤狀物。如果環割主莖的下部，長時間后，根系原來貯存的有機物會消耗完，根部就會因“饑餓”而停止生命活動，最終會導致植物體的死亡。導管篩管不同點位置木質部韌皮部結構特點由死細胞構成的由活細胞構成的功能運輸水分和無機鹽運輸有機物在莖中運輸方向自下而上自上而下相同點都屬于輸導組織，貫穿于植物體各器官中四、葉葉的結構：由表皮、葉肉和葉脈三部分組成的。A.表皮：a表皮細胞：分為上下表皮，有一層形狀不規則、排列緊密、無色透明的扁平細胞構成，有利于光線的透過，細胞壁較厚，角質化，并由角質層，主要起保護作用，并能水分散失過度和病蟲的侵害。b保衛細胞：呈現半月形；里面有葉綠素，氣孔周圍的細胞壁較厚；葉片受熱后，氣孔內的氣體會排出體外，在葉表皮表面形成氣泡。形成氣泡數目多，說明氣孔就多。——氣孔是葉片排出氣體的門戶。B.葉肉；在上下表皮之間，葉肉細胞是進行光合作用的主要場所。C.葉脈：是生長在葉片上的維管束，多由導管和篩管構成，是水、無機鹽、有機物的運輸通道，同時對葉片有支持作用。4.2水在植物體中的代謝一、根的吸水與失水1、細胞吸水和失水的條件（原理）：一般情況下，當植物根毛細胞的細胞液溶質質量分數高于土壤溶液溶質質量分數時，細胞吸水；反之，細胞失水（溶液中的水分由濃溶液流向稀溶液）。2、一般情況下植物根毛細胞的細胞液溶質質量分數大于土壤溶液溶質質量分數。植物放入清水中，吸水；放入鹽水中，失水，出現萎蔫現象（失水造成的）。因此，施肥過多使土壤中溶液濃度過高，容易造成“燒苗”。3、根毛細胞吸水的具體過程可表示為：水——根毛細胞——各層細胞間隙——木質部的導管——莖——葉二、蒸騰作用1、概念：水分從活的植物體表面（主要是葉片）以氣體狀態散失到大氣中的過程，叫做蒸騰作用。植物根部吸收的水分大約有99%通過蒸騰作用散失到植物體外，只有大約1%的水會用于光合作用和其他生理過程。2、蒸騰作用的部位主要通過葉片進行，并且主要通過葉片上的氣孔進行；其次在葉柄和幼嫩莖處也能進行3、物質蒸騰作用的意義：（1）是根部吸水的主要動力，利于植物對水的吸收和運輸，也利于溶解在水中的無機鹽在植物體內的運輸（2）有效降低葉片溫度，使植物在強光下進行光合作用而不致受到傷害。蒸騰作用不僅是根部吸水的主要動力，它還能把莖內木質部的水往上拉，根部的水也隨著上升，促進了水的吸收和運輸，同時也促進了植物體內溶解在水中的無機鹽的運輸。此外，隨著蒸騰作用的進行，植物體內的水不斷變成水蒸氣，會吸收周鬧大氣的熱量，從而降低植物葉片表面的溫度，避免因強烈陽光的照射而灼傷葉片。因此，植物的蒸騰作用對植物自身具有非常重要的意義。4、影響蒸騰作用的環境因素溫度、光照、濕度和氣流速度等。一般，氣孔周圍如果濕度大、溫度低、光照弱、氣流速度慢，則蒸騰作用弱；如果濕度小、溫度高、光照強、氣流速度快，則蒸騰作用就強。三、水的散發結構——氣孔1、存在位置：葉的表皮細胞之間2、構成：有兩個半月形的保衛細胞圍合成的小孔。保衛細胞靠近氣孔一側的細胞壁比較厚，背著氣孔一側的細胞壁比較薄。根據藍色的氯化鈷試紙遇水變紅色，水越多，顏色越深可知：下表皮散發出來的水分要多于上表皮散發出來的水分。3、氣孔的張開與閉合a張開：當保衛細胞周圍的表皮細胞吸水而膨脹，體積增大時，比較薄的細胞壁容易伸展，細胞就會向外彎曲，這是氣孔就張開。水份充足→保衛細胞吸水膨脹→氣孔張開→蒸騰作用強b當保衛細胞失水體積縮小時，保衛細胞的緊張度就會自然下降，變得萎焉，這時保衛細胞就伸直，氣孔關閉。水份缺少→保衛細胞失水收縮→氣孔閉合→蒸騰作用弱4、氣孔的作用：氣孔是植物體與外界進行氣體交換的“窗戶”（如二氧化碳經過氣孔進入植物體內，光合作用產生的氧氣從氣孔釋放到空氣中），同時也是蒸騰失水的“門戶”（如植物體內的水蒸氣通過氣孔散失到大氣中）。氣孔的關閉和張開控制著植物蒸騰作用的強度，決定著植物體與環境之間氣體交換的強度。★注意：一般植物的葉片，上下表皮的氣孔數目是不相等的，上表皮氣孔少，下表皮氣孔多。將一片新鮮的蠶豆葉放入60%左右的熱水中，會看到下表皮的氣泡數比上表皮的氣泡數多。5、水在植物體內的運輸路徑土壤中的水分由根毛進入根內，然后通過根、莖、葉的導管輸送到葉肉細胞，絕大部分通過氣孔散失。土壤中的水——根毛——根中的層層細胞——根導管——莖、葉中的導管——葉肉——氣孔——大氣。6、無機鹽在植物體內的運輸無機鹽溶解在水中，它們被根吸收后，隨著導管中的水流被運輸到植物體的莖、葉等器官。4.3無機鹽在植物體中的代謝一丶植物生長需要無機鹽1、無機鹽：植物生長除了要從土壤中吸收水分外，還需要吸收無機鹽。不同的無機鹽對植物的生長起到不同的作用。植物生長需要量最多的元素是氮、磷、鉀。★注意：植物的根并不能直接吸收有機質，而是需要靠微生物分解成無機質后再被根吸收利用。且固態的無機鹽也不能被根吸收利用，根直接吸收的是溶解在土壤中的無機鹽。2、氮磷鉀的作用及異常時的癥狀：（氮葉、鉀莖、磷根）元素對植物生長的作用植物缺乏和過量時的癥狀含氮（N）的無機鹽促進細胞的分裂和生長，使枝葉長的繁茂，增加產量，延緩衰老缺乏癥狀：植株矮小瘦弱，葉片發黃，嚴重時葉脈呈淡棕色過量癥狀：生長會過于旺盛，從而影響植物的生殖生長，如開花、結果會推遲含磷（P）的無機鹽促進幼苗的發育和花的開放，使果實、種子的成熟提前，增強抗性等缺乏癥狀：生長緩慢，發育遲緩，嫩葉變小，老葉先呈暗綠色，后轉變為微紅色或紫紅色過量癥狀：開花提前含鉀（K）無機鹽是合成糖和轉運糖的重要元素，也是許多酶的活化劑；可以調節氣孔的開閉，增加細胞壁的厚度，尤其能促進植物莖稈健壯，促進淀粉的合成缺乏癥狀：生長緩慢、莖細，易倒狀，葉片易干尖，老葉易發黃，出現褐斑過量癥狀：會出現節間變短、葉片泛黃等中毒現象二、植物和土壤的關系1、土壤為植物生長提供水和無機鹽；2、植物可以幫助土壤積累有機物，使土壤更為肥沃。因此，在農業生產中常提倡“秸桿還田”，以提高農田的肥力。同時，農業生產也會對土壤產生一些負面影響。①過多施用化肥會使土壤板結，改變土壤的結構。②過多施用化肥有可能造成水體富營養化污染。使淡水出現“水華”現象，海水出現“赤潮”現象。3、水體富營養化：主要指水體中氮、磷含量過高，引起藻類等生物過量繁殖生長，從而破壞水質的現象原因主要是人體將含大量氮、磷的城市生活污水(如含大量洗滌劑的生活污水等)或者某些工業廢水直接排入河流、湖泊、海洋等水體中，還有農業上大量施有化肥等。4、無土栽培：根據植物生長所需要的無機鹽種類和數量配制適宜的營養液，用營養液來栽培植物，就是無土栽培。原理：跟只是從土壤中吸收水分和無機鹽，而土壤僅對植物體起固定作用。無土栽培法有許多優點：人口增多使可耕種土地面積不斷減少，因此，無土壤栽培植物的方法就顯得十分重要；通常，無土栽培法生產的水果和蔬菜還會含有更多的營養成分；用營養液栽培法種植植物更便宜，更利于保護環境。4.4植物的光合作用和呼吸作用一、光合作用1、綠色植物的光合作用綠葉在光下制造有機物：①步驟：暗處理→葉片遮光→光照→酒精脫色→漂洗→滴碘液檢驗。a.暗處理的目的：讓葉片中原有的淀粉運走耗盡。b.葉片遮光的目的：進行對照實驗。c.酒精脫色：溶解葉綠素；酒精要水浴加熱，目的是防止酒精燃燒發生火災。且受熱均勻。②結果分析：葉片遮光部分遇碘不變藍；光照部分遇碘變藍。③結論：光是光合作用的必要條件，淀粉是光合作用的產物之一。綠葉進行光合作用需要二氧化碳：①步驟：植株暗處理→光照幾小時→葉片酒精脫色→漂洗→滴碘液檢驗。a.暗處理的目的：讓葉片中原有的淀粉運走耗盡。b.密封花盆的目的：防止外界空氣的干擾。c.氫氧化鈉溶液：吸收瓶內二氧化碳。d.清水：起對照作用。②結果分析：放置氫氧化鈉的一組遇碘液不變藍；放置清水的一組遇碘液變藍。③結論：二氧化碳是光合作用的原料。綠色植物光合作用原理在生產上的應用：(1)提高光能利用效率的方法：合理密植等。(2)提高作物產量的方法：增加二氧化碳的濃度；增加光照強度和延長光照時間；適當調節晝夜溫差等。二、綠色植物的呼吸作用1、影響光合作用、呼吸作用外界因素A.影響光合作用的外界因素①光照強度。光照增強，光合作用隨之加強。但光照增強到一定程度后，光合作用不在加強。夏季中午，由于氣孔關閉，影響二氧化碳的進入，光合作用反而下降。因而中午光照最強的時候，并不是光合作用活動最強的時候。②二氧化碳濃度。二氧化碳是光合作用的原料，其濃度影響光合作用的強度。溫室種植蔬菜可適當提高大棚內二氧化碳的濃度以提高產量。③溫度。植物在10～35℃正常進行光合作用，其中25～30℃最適宜，35℃以上開始下降，甚至停止。B.影響呼吸作用的外界因素溫度、水分、氧氣和二氧化碳濃度是影響呼吸作用的主要因素。①溫度。溫度對呼吸作用強弱影響最大。溫度升高，呼吸作用加強；溫度過高，呼吸作用強度減弱。②水分。植物含水量增加，呼吸作用加強。③氧氣。一定范圍內隨氧氣濃度的增加，呼吸作用顯著加強。④二氧化碳。二氧化碳濃度大，抑制呼吸作用。在貯藏蔬菜、水果、糧食時用低溫、干燥、充加二氧化碳等措施可以延長貯藏時間。2、光合作用在農業生產上的應用①農業上常采取的措施有間接套種和合理密植。合理密植：合理密植是指種植農作物時，單位面積土地上的植株不能過密，也不能過稀，這樣既充分利用了單位面積上的光照而避免浪費，又不至于讓葉片相互遮擋，影響光合作用。間接套種：立體種植就是把兩種或兩種以上的作物，在空間和時間上進行優化組合，以達到增產、增收、延長供應的目的。立體種植主要優點也是充分利用光照，提高光合作用的效率。②在溫室大棚內，可適當控制溫度和提高二氧化碳濃度，提高光合作