高中生物补上一课1 探究“种子形成与萌发”过程中的物质变化

[必备知识]

1.种子与“水”

2.种子与有机物及检测

3.种子萌发时吸水和呼吸方式变化曲线分析

在种子吸水的第Ⅰ阶段，由于(吸胀)吸水，呼吸速率上升，胚根长出之前，萌发种子的干物质总量会减少，主要原因是种子不进行光合作用制造有机物，但进行细胞呼吸消耗有机物，在种子吸水的第Ⅱ阶段，细胞产生CO2的量要比消耗O2的量大得多，说明此期间主要进行无氧呼吸。(可产生有毒物质酒精)

4.种子与植物激素

[高考例证]

1.(2018·全国卷Ⅱ，4)有些作物的种子入库前需要经过风干处理。与风干前相比，下列说法错误的是(　　)

A.风干种子中有机物的消耗减慢

B.风干种子上微生物不易生长繁殖

C.风干种子中细胞呼吸作用的强度高

D.风干种子中结合水与自由水的比值大

解析　风干种子中自由水含量减少，细胞呼吸强度降低，有机物消耗减慢，A正确、C错误；风干种子中自由水含量减少，其上微生物不易生长繁殖，B正确；风干种子中自由水含量减少，其结合水与自由水的比值较风干前大，D正确。

答案　C

2.(2013·全国卷Ⅰ，29)某油料植物的种子中脂肪含量为种子干重的70%。为探究该植物种子萌发过程中干重及脂肪含量的变化，某研究小组将种子置于温度、水分(蒸馏水)、通气等条件适宜的黑暗环境中培养，定期检测萌发种子(含幼苗)的脂肪含量和干重。结果表明：脂肪含量逐渐减少，到第11 d时减少了90%，干重变化如图所示。

回答下列问题。

(1)为了观察胚乳中的脂肪，常用________染液对种子胚乳切片染色，然后在显微镜下观察，可见________色的脂肪颗粒。

(2)实验过程中，导致萌发种子干重增加的主要元素是________(填“C”、“N”或“O”)。

(3)实验第11 d后，如果要使萌发种子(含幼苗)的干重增加，必须提供的条件是________和__________________。

答案　(1)苏丹Ⅲ(苏丹Ⅳ)　橘黄(红)　(2)O　(3)光照

所需的矿质元素离子

3.(2012·全国卷)将玉米种子置于25 ℃、黑暗、水分适宜的条件下萌发，每天定时取相同数量的萌发种子，一半直接烘干称重，另一半切取胚乳烘干称重，计算每粒的平均干重，结果如图所示。若只考虑种子萌发所需的营养物质来源于胚乳，据图回答下列问题。

(1)萌发过程中胚乳组织中的淀粉被水解成________，再通过________作用为种子萌发提供能量。

(2)萌发过程中在________h之间种子的呼吸速率最大，在该时间段内每粒种子呼吸消耗的平均干重为________mg。

(3)萌发过程中胚乳的部分营养物质转化成幼苗的组成物质，其最大转化速率为________mg/(粒·d)。

(4)若保持实验条件不变，120 h后萌发种子的干重变化趋势是________，原因是____________________________________________________________________。

[慧眼识图　获取信息]

答案　(1)葡萄糖　呼吸(或生物氧化)　(2)72～96　26.5　(3)22　(4)下降　幼苗呼吸作用消耗有机物，且不能进行光合作用

[2020创新预测]

1.下图小麦种子发育、成熟、储存和萌发过程示意图，该过程中细胞含水量、分裂、分化程度、大分子化合物的合成和分解等都发生了一系列变化，下列有关说法错误的是(　　)

胚珠幼嫩种子成熟种子储存萌发

A．还原糖增多的阶段是②③

B．自由水与结合水的比值较高的阶段是①④

C．③阶段中若种子晾晒不彻底，则储存过程中容易发生霉变

D．DNA合成活跃的阶段为①④

解析　图中①阶段表示由胚珠发育为幼嫩种子，该阶段细胞分裂和代谢旺盛；②阶段种子由幼嫩到成熟，较①阶段代谢缓慢、细胞含水量下降；③阶段要经过晾晒，细胞大量失水；④阶段需大量吸水才能使种子由休眠状态转化为细胞分裂和代谢旺盛的萌发状态。所以①④阶段细胞分裂和代谢旺盛，自由水与结合水的比值高，②阶段种子成熟过程中还原糖大量转化为淀粉，A错误、B正确。种子晾晒不彻底，含水量较高，易滋生霉菌而导致种子霉变，C正确。①④阶段大多数细胞处于连续分裂状态，分裂间期主要发生DNA复制，D正确。

答案　A

2．如图是油菜种子在发育和萌发过程中，糖类和脂肪的变化曲线。下列分析正确的是(　　)

A．干重相等的可溶性糖和脂肪，所储存的能量大致相同

B．种子发育过程中，由于可溶性糖更多地转变为脂肪，种子需要的N增加

C．种子萌发时，脂肪酶的活性很高

D．种子萌发时，脂肪转变为可溶性糖，说明可溶性糖是种子生命活动的直接能源物质

解析　干重相等的可溶性糖和脂肪，脂肪彻底氧化分解释放的能量更多，A错误；种子发育过程中，可溶性糖更多地转变为脂肪，脂肪中含有的元素也为C、H、O，不含N，B错误；种子萌发时，脂肪等被分解，含量逐渐减少，此时脂肪酶的活性很高，C正确；种子生命活动的直接能源物质是ATP，D错误。

答案　C

3．下图1、图2表示小麦开花数天后测定种子中几种物质的变化，请据图分析并回答下列问题：

(1)构成小麦植株的细胞中含量最多的化合物是________，种子成熟后期，含水量________(填“上升”或“下降”)，结合水/自由水的比例________(填“上升”或“下降”)，进而改变干物质的量，干重的变化主要与________元素密切相关。

(2)小麦成熟过程中糖类物质之间可以发生转化，________含量增多，用________试剂检测还原糖的量，还原糖的多少可通过________________________来判断。

答案　(1)水　下降　上升　碳　(2)淀粉　斐林　砖红色沉淀的多少(或砖红色颜色的深浅)

4．甲、乙两图分别表示某植物种子在吸水萌发过程中重量(干重与鲜重)O2和CO2的变化示意图(注：底物只考虑葡萄糖)。据图回答下列问题：

(1)图甲表示萌发种子干重变化的曲线是________(填“①”或“②”)。

(2)图乙中，表示O2吸收量变化的曲线是________(填序号)，另一条曲线表示________。

(3)图甲中曲线A→C变化涉及的主要生理过程是________；曲线C→D变化的主要原因是种子萌发成幼苗，光合作用强度________(填“大于”“小于”或“等于”)呼吸作用强度。

(4)图乙中E点以前，曲线④低于曲线③的原因是____________________________

_____________________________________________________________________，

E点以后两曲线重合，表明此时种子呼吸作用的方式是________。

解析　由于干种子进行萌发前要吸足水分，鲜重开始快速增加，因此曲线①表示种子萌发过程中鲜重的变化，曲线②表示干重的变化。种子萌发过程中干重的变化主要与呼吸作用消耗有机物有关(这时是不进行光合作用的)，鲜重的变化主要与吸水有关。

(2)种子萌发过程中有氧呼吸的产物是CO2和水，无氧呼吸的产物是酒精和CO2。分析图乙可知曲线③④表示密闭容器中O2和CO2的变化量，其中曲线③刚开始高于曲线④，后来与曲线④重合，因此判断曲线③表示CO2释放量，曲线④表示O2吸收量[注意：底物为葡萄糖时，细胞呼吸消耗的O2量一定不会大于CO2的产生量]。

(3)曲线②中A→C段，由于种子萌发过程中不能进行光合作用，只进行细胞呼吸，消耗细胞中的有机物，为种子萌发提供能量和营养，有机物的总量下降，导致干重减少；C→D段，种子萌发形成幼苗后，幼苗进行光合作用，光合作用合成的有机物多于细胞呼吸消耗的有机物。使干重增加。

(4)图乙E点之前，CO2释放量大于O2吸收量，表示细胞呼吸方式为有氧呼吸和无氧呼吸，E点之后，CO2释放量与O2吸收量相等，此时，细胞只进行有氧呼吸[注意：呼吸底物不同，吸收的O2量与释放的CO2量的比值是有变化的，如糖类和脂肪虽然都含C、H、O三种元素，但脂肪的碳氢比例较高，若以脂肪为呼吸底物，会出现CO2释放量与O2吸收量的比值小于1的现象]。

答案　(1)②　(2)④　CO2释放量　(3)细胞呼吸　大于　(4)种子同时进行有氧呼吸和无氧呼吸　有氧呼吸

5．种子萌发指干种子从吸收水到胚根(或胚芽)突破种皮期间所发生的一系列生理变化过程。

(1)种子能否正常萌发，除了与________________等外界因素有关，还受到种子是否具有生活力等内部因素制约。测定种子的生活力常用TTC法，其原理是有生活力的种子能够进行细胞呼吸，在细胞呼吸中底物经脱氢酶催化所释放的氢可以将无色的2，3，5－三苯基氯化四氮唑(TTC)还原为红色的三苯甲腙，使种胚染为红色。死亡的种子由于没有____________，TTC不能被还原为三苯甲腙，种胚不被染成红色。

(2)干燥种子最初的吸水不能像根的成熟区细胞那样发生________吸水，而是依靠吸胀作用吸水，吸胀作用的大小与细胞内原生质凝胶物质对水的亲和性有关，蛋白质、淀粉和纤维素对水的亲和性依次递减。因此，含________较多的豆类种子的吸胀作用大于含淀粉较多的禾谷类种子。

(3)种子萌发时的吸水过程和细胞呼吸可以分为3个阶段(如图)，图中曲线1表示种子吸水过程的变化，曲线2表示CO2释放的变化，曲线3表示O2的吸收变化。在吸水的第一阶段和第二阶段，CO2的产生量________(填“大于”“等于”或“小于”)O2的消耗量，到吸水的第三阶段，O2的消耗则大大增加，这说明种子萌发初期的细胞呼吸主要是________。吸水的第三阶段，细胞呼吸迅速增加，因为胚根突破种皮后________________________，且新的呼吸酶和线粒体已大量形成。

解析　(1)种子的萌发通常需要充足的水分、适宜的温度和足够的氧气等外界条件。细胞呼吸中底物经脱氢酶催化所释放的氢可以将无色的2，3，5－三苯基氯化四氮唑(TTC)还原为红色的三苯甲腙，使种胚染为红色。死亡的种子由于没有细胞呼吸，底物无法被脱氢酶催化，故使TTC不能被还原为三苯甲腙，种胚不能被染成红色。

(2)根的成熟区细胞通过渗透作用吸水。依据题意可得出含蛋白质较多的豆类种子的吸胀作用较大。

(3)种子萌发初期主要进行无氧呼吸，故在种子萌发的第一阶段和第二阶段CO2的释放量大于O2的消耗量，胚根突破种皮后，O2供应得到改善，新陈代谢旺盛，且新的呼吸酶和线粒体已大量形成，此时生长较快。

答案　(1)充足的水分、适宜的温度和足够的氧气　细胞呼吸　(2)渗透作用　蛋白质　(3)大于　无氧呼吸　氧气供应得到改善