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植物的向光性
植物生長器官受單方向光照射而引起生長彎曲的現(xiàn)象稱為向光性。以下是小編為大家收集的植物的向光性,歡迎大家借鑒與參考,希望對(duì)大家有所幫助。
你知道植物的向光性嗎?你知道植物為什么會(huì)向著有陽光的方向生長嗎?我在《我們愛科學(xué)》雜志上提到植物會(huì)向著有光的方向生長,為了證實(shí)這個(gè)說法,我決定親自做實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。
首先,我準(zhǔn)備了一顆綠豆種子,一只裝有泥土的植被、一個(gè)小紙箱和三塊硬紙板,接著把綠豆種子埋進(jìn)泥土中,再用硬紙板在紙杯里隔幾個(gè)方格,形成一個(gè)簡單的迷宮,在紙箱的一面開一個(gè)窗口,把紙杯放在紙箱里面遠(yuǎn)離窗口的一角,最后把紙箱封好并放在陽臺(tái)上。兩個(gè)星期后綠豆芽從小紙箱窗口探出頭來了!我急忙打開紙箱,被那一幕給驚呆了,原來,綠豆芽竟彎彎曲曲地繞過圍成迷宮的硬紙板到達(dá)窗口。
這是為什么呢?原來,植物是具有向光性的。植物的向光性是因?yàn)樯L素不均勻。生長素也指植物體內(nèi)的生長激素,能促進(jìn)植物的生長速度,可它不喜歡陽光,所以總是藏在植物背光的一面。背光的一面生長素過多,植物的生長速度就加快,植物就會(huì)向光彎曲。
還有些植物自己會(huì)“追”著陽光生長,如向日葵,它的莖上的葉子就能得到更多陽光,加速光合作用,花追著向光的一面就能讓自己更加鮮艷芬芳,吸引更多的昆蟲來傳授花粉。
植物身上對(duì)光最敏感的部分是嫩莖尖,胚芽梢和幼苗。哪怕在我們?nèi)庋劾锟雌饋砟屈c(diǎn)點(diǎn)微弱的光線,他們也能捕捉到。這就是植物向著陽光生長的秘密!
擴(kuò)展資料:
定義
向光性是向性的一種,指生物的生長受光源的方向而影響的性質(zhì),常見于植物之中。植物向光生長,有利于獲得更大面積、更多的光照,有利于光合作用,維持植物更好的生長。
解釋
達(dá)爾文根據(jù)實(shí)驗(yàn)提出,胚芽鞘尖端受單側(cè)光刺激后,就會(huì)向下面的伸長區(qū)傳遞某種“影響”,造成伸長區(qū)背光面比向光面生長快,因而會(huì)有胚芽鞘向光性彎曲。
1910年,鮑森詹森的實(shí)驗(yàn)證明,胚芽鞘尖端產(chǎn)生的影響可以透過瓊脂片傳遞給下端。胚芽鞘是可以直接傳遞(生長素),但是無法直接證明是傳遞了某種化學(xué)物質(zhì),也許是產(chǎn)生了某種刺激。而通過瓊脂就可以證明是產(chǎn)生了一種化學(xué)物質(zhì)
1914年拜爾的實(shí)驗(yàn)證明,初步證明“影響”是一種化學(xué)物質(zhì)。頂尖產(chǎn)生的刺激可能是一種化學(xué)物質(zhì),這種化學(xué)物質(zhì)的分布不均勻造成了胚芽鞘的彎曲生長。
1928年荷蘭科學(xué)家溫特的實(shí)驗(yàn)證明了“影響”確實(shí)是一種化學(xué)物質(zhì)。溫特在實(shí)驗(yàn)中,把切下的胚芽尖端放在瓊脂塊上,幾小時(shí)以后,移去胚芽的尖端,再將這塊瓊脂切成小塊,放在切去尖端的胚芽切面的一側(cè),結(jié)果發(fā)現(xiàn)這個(gè)胚芽會(huì)向放瓊脂塊的對(duì)側(cè)彎曲生長,如果把沒有接觸過胚芽尖端的瓊脂小塊,放在切去尖端的胚芽切面的一側(cè),結(jié)果發(fā)現(xiàn)這個(gè)胚芽既不生長也不彎曲,由此說明,胚芽鞘的尖端確實(shí)產(chǎn)生了某種物質(zhì),這種物質(zhì)從尖端運(yùn)輸?shù)较虏,并且能夠促使胚芽鞘下面某些部分的生長。
1931年科學(xué)家首次提取成功生長素-吲哚乙酸。
實(shí)例
植物的向光性以嫩莖尖、胚芽鞘和暗處生長的幼苗最為敏感。生長旺盛的向日葵、棉花等植物的莖端還能隨太陽而轉(zhuǎn)動(dòng)。燕麥、小麥、玉米等禾本科植物的黃化苗以及豌豆、向日葵的上下胚軸,都常用作向光性的研究材料。向光性是植物的一種生態(tài)反應(yīng),如莖葉的向光性,能使葉子盡量處于吸收光能的最適位置進(jìn)行光合作用。
分類
正向光性
植物的`上部分受光照影響引起生長趨向于光照一側(cè)的現(xiàn)象。
負(fù)向光性
王忠(1999)用透明容器(如玻璃缸)水培剛萌發(fā)的水稻等,并以單側(cè)光照射根,也觀察到根具有負(fù)向光性,即種子根向背光的一面傾斜生長(與水平面夾角約60°)。
實(shí)驗(yàn)與研究表明,根具有負(fù)向光性,且負(fù)向光性與向重性的控制機(jī)構(gòu)相互獨(dú)立存在。(石黑和岡田,1994)
橫向光性
植物器官與射來的光線垂直的特性。
溫特假說
傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為,植物的向光性反應(yīng)是由于生長素濃度的差異分布而引起的。溫特用生物測定法顯示生長素活性的分布比率為向光面32%,背光面68%(相對(duì)比值為27∶57)。這是喬羅尼-溫特假說的主要依據(jù)。這個(gè)假說認(rèn)為,植物向光性是由于光照下生長素自頂端向背光側(cè)運(yùn)輸,背光側(cè)的生長素濃度高于向光側(cè),使背側(cè)生長較快而導(dǎo)致莖葉向光彎曲的緣故。
20世紀(jì)70年代,有人分別采用生物測定法和物理化學(xué)方法重復(fù)了溫特的實(shí)驗(yàn),用生物測定法得到了與溫特類似的數(shù)據(jù),但物理化學(xué)方法顯示,向光側(cè)和背光側(cè)的生長素含量沒有明顯差異。這使人推測,溫特采用的生物測定法由于專一性差,所測出瓊脂塊中的刺激生長的物質(zhì)可能不單純是IAA,還可能包括生長抑制物質(zhì)。
光源選擇
對(duì)向光性起主要作用的光是420~480nm的藍(lán)光,其峰值在445nm左右,其次是360~380nm紫外光,峰值約在370nm。從作用光譜推測,其光敏受體為藍(lán)光受體。
各向光性
真菌向光性
以綠色向日葵為材料的測定結(jié)果指出,IAA在下胚軸兩側(cè)的含量相同,但抑制物質(zhì)黃質(zhì)醛則是向光側(cè)含量高;此后從蘿卜苗下胚軸中分離與鑒定出蘿卜寧和蘿卜酰胺,用蘿卜寧單側(cè)處理可導(dǎo)致黃化蘿卜苗下胚軸生長失衡,處理側(cè)生長受抑;從玉米胚芽鞘中分離與鑒定出6-甲氧基-2-苯并噻唑啉酮等生長抑制物質(zhì),并發(fā)玉米胚芽鞘中向光側(cè)的MBOA含量較背光側(cè)高1.5倍,而向光側(cè)與背光側(cè)IAA含量無明顯差異;外施MBOA或類似物,能導(dǎo)致胚芽鞘發(fā)生類似向光彎曲生長的現(xiàn)象,處理側(cè)生長慢。另外,還發(fā)現(xiàn)這些抑制劑的濃度不僅在向光側(cè)增加,而且與光強(qiáng)呈正相關(guān)。由此表明,向光性反應(yīng)并非是背光側(cè)IAA含量大于向光側(cè)所致,而是由于向光側(cè)的生長抑制物質(zhì)多于背光側(cè),向光側(cè)的生長受到抑制的緣故。生長抑制劑抑制生長的原因可能是妨礙了IAA與IAA受體結(jié)合,減少IAA誘導(dǎo)與生長有關(guān)的mRNA的轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)的合成。還有試驗(yàn)表明,生長抑制物質(zhì)能阻止表皮細(xì)胞中微管的排列,引起器官的不均衡生長。
向日葵向光性
向日葵的生長素主要在莖尖形成,并向基部運(yùn)輸。生長素的分布受到光的影響:向光的一側(cè)生長素濃度低,背光的一側(cè)濃度高。這樣,向光的一側(cè)生長區(qū)生長較慢,背光的一側(cè)生長區(qū)生長較快,由此莖就產(chǎn)生了向光性彎曲。向日葵的莖的生長區(qū)內(nèi)含有較高濃度的葉黃氧化素。這種物質(zhì)與生長素相反,會(huì)抑制細(xì)胞生長?茖W(xué)實(shí)驗(yàn)表明:當(dāng)光由一側(cè)照射30分鐘后,在向日葵幼苗生長區(qū)的兩側(cè),其葉黃氧化素的濃度分布為:向光的一側(cè)濃度高,背光的一側(cè)濃度低。這正好與生長素的濃度分布規(guī)律相反。所以,向日葵的向光性是生長素與葉黃氧化素共同作用的結(jié)果。
主要影響
植物的向光性是植物向性運(yùn)動(dòng)之一。植物器官的向光性又分為正向光性、負(fù)向光性、橫向光性(指器官與射來的光線垂直的特性),但一般植物的莖向光彎曲,呈正向光性。實(shí)驗(yàn)證明,正向光性運(yùn)動(dòng)與生長素分布有關(guān),高級(jí)中學(xué)《生物》(全一冊)中對(duì)此作了說明:光線能使生長素在背光一側(cè)比向光一側(cè)分布多,因此,背光側(cè)比向光側(cè)生長得快,……使植物的莖顯示出向光性。但是,光是如何造成生長素分布不均勻的,在一些教學(xué)輔導(dǎo)書及高校教材中對(duì)此說法各異,至今尚無定論。主要有以下幾種觀點(diǎn):
側(cè)向運(yùn)輸觀點(diǎn)
在單側(cè)光作用下,生長素自莖的頂端向背光面?zhèn)认蜓乇”诮M織向下運(yùn)輸,背光側(cè)的生長素濃度高于向光側(cè),背光側(cè)的細(xì)胞生長大于向光的一側(cè),這一生長差異引起向光彎曲。溫特(1928年)證明燕麥胚芽鞘經(jīng)單側(cè)照光后,背光一側(cè)胚芽鞘尖擴(kuò)散到瓊脂的生長素含量差不多等于向光一側(cè)的2倍。并推測,生長素移動(dòng)是由于單向光導(dǎo)致胚芽鞘尖不同部位產(chǎn)生電勢差,向光的一側(cè)帶負(fù)電荷,背光的一側(cè)帶正電荷,吲哚乙酸呈弱酸性,其陰離子向背光一側(cè)移動(dòng),使背光側(cè)生長素含量高,生長較快,植株就呈現(xiàn)向光性生長。但這一途徑至今還沒有被證實(shí)。
橫向轉(zhuǎn)移觀點(diǎn)
W.Briggs和他的同事們用玉米胚芽鞘做實(shí)驗(yàn),結(jié)果說明,在單方向照光下,生長素從照光一側(cè)向背光側(cè)移動(dòng)。換言之,單側(cè)光對(duì)生長素的分布影響就在于能促進(jìn)生長素沿薄壁組織從向光一側(cè)轉(zhuǎn)移到背光一側(cè),結(jié)果背光側(cè)的生長素比向光側(cè)的多。
生長抑制劑作用觀點(diǎn)
Hasegawa等(1975年)提出了不同的看法。他們重復(fù)了溫特的試驗(yàn),結(jié)果證明,用生物測定法測出燕麥胚芽鞘背光一側(cè)擴(kuò)散的生長素確是多于向光一側(cè)的,兩者相對(duì)活性與溫特的數(shù)據(jù)相同,但用物理化學(xué)法測定兩側(cè)擴(kuò)散的生長素含量并沒有區(qū)別。經(jīng)過層析分析,發(fā)現(xiàn)瓊脂塊中至少有兩種抑制物,向光一側(cè)的抑制物活性高于背光一側(cè)的。因此,他們認(rèn)為,燕麥胚芽鞘在單側(cè)光照射后向光彎曲,并不是因背光一側(cè)生長素含量大于向光一側(cè),而是由于向光一側(cè)的生長抑制物比背光一側(cè)的多,造成生長速度差異而引起向光彎曲。近年來,一些科學(xué)家提出,這些抑制物質(zhì)主要是蘿卜寧、蘿卜酰胺、黃質(zhì)醛等。
其他觀點(diǎn)
也有人認(rèn)為,向光性產(chǎn)生的原因是:在單側(cè)光刺激下,生長素在向光側(cè)和背光側(cè)的不對(duì)稱運(yùn)輸及向光側(cè)生長抑制物質(zhì)活性增強(qiáng)兩種現(xiàn)象同時(shí)存在,造成了莖的向光側(cè)生長較慢。也就是說,植物的向光性不純粹是生長素的作用,而是生長促進(jìn)物和生長抑制物兩種化合物作用的總反應(yīng)。LamS.L和A.C.Leopld通過研究向日葵綠色幼苗的向光性后提出了綠葉調(diào)節(jié)向光性的另外一種見解,他們認(rèn)為,在照光的和遮蔭的葉片中生長素以及生長素運(yùn)輸抑制劑的實(shí)驗(yàn)表明,在綠色幼苗中向光彎曲主要是由葉片提供的極性運(yùn)輸?shù)纳L素所調(diào)節(jié)的,而不需要側(cè)向的生長素運(yùn)輸。
上述幾種觀點(diǎn)都能在一定程度上對(duì)植物的向光性作出解釋,但都缺乏更有說服力的證據(jù)。向光性產(chǎn)生的機(jī)理仍在研究之中,隨著科學(xué)的發(fā)展和科技手段的現(xiàn)代化,這一疑難問題將會(huì)得到科學(xué)而圓滿的解釋。
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