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种子是高等植物生命活动中最重要的一个阶段,种子的形成和萌发过程中伴随着复杂的生理和生化变化.以种子为素材进行命题,既可以考查学生对植物代谢和发育知识的理解程度,还可以与生物遗传和变异的知识进行综合,全面考查学生的应用基础知识、分析问题、解决实际问题的能力.现笔者结合教学实践,归纳学生涉及种子知识命题常错的四个方面作例题分析.
一、同一胚珠中精子、卵细胞和极核的来源
在以种子为背景的试题中,经常涉及判定种子中胚乳基因型及与胚形成时间关系的内容.胚乳是一个精子和两个极核结合形成的,要知道其基因型,必须知道在减数分裂中,精子、卵细胞和极核是如何形成的.人教版高中《生物》第一册教材中,只介绍了动物细胞的精子、卵细胞和极体的形成过程,没有说明植物的精子、卵细胞和极核是如何产生的,很多学生在做题中就直觉的认为植物的精子、卵细胞和极核的形成与动物的精子、卵细胞和极体的产生是相同的,导致解题错误.下面结合例1对这个问题进行分析说明.
【例1】 图1中甲为玉米的结构,乙、丙曲线为双受精后胚和胚乳发育的体积变化,叙述正确的是().
甲
_______乙_____________________丙
图1
A.甲是由一个胚珠发育而来,为玉米个体发育的起点
B.玉米种子的胚和胚乳形成过程中体积变化如图1中乙所示
C.玉米种子的胚和胚乳形成过程中体积变化如图1中丙所示
D.若胚乳基因型为AAa,则b的基因型可以是AA
解析:主要考查的是种子各部分结构的发育来源及胚和胚乳发育的知识,也是学生极易出错的两个难点知识.根据种子形成过程可知,图1甲为玉米的果实,是由一个子房发育而来的,果皮、种皮不易区分,所以常看作种子,玉米个体发育的起点是受精卵.一个胚珠经双受精作用后,受精卵要经过短暂的休眠才开始进行有丝分裂进行发育,而两个极核与一个精子结合的受精极核不经过休眠,就开始进行有丝分裂形成大量胚乳细胞构成胚乳,这样受精后的胚比胚乳发育时间要长些,由于玉米为单子叶植物,胚乳在发育
中其存储的营养物质不被胚中的子叶吸收,根据这些知识可以判断图1中乙曲线所示为玉米受精后胚和胚乳体积变化曲线.要准确判定D选项的叙述是否准确,必须清楚参与双受精作用的精子、卵细胞和极核的来源,被子植物花中花粉(精子)、卵细胞和极核的形成过程如图2和图3所示:
被子植物雄蕊中花粉和精子的形成过程:(N为染色体组数,下同)
花粉母细胞(2N)减数分裂单核花粉(N)有丝分裂成熟花粉营养核(N) 生殖核(N)有丝分裂精子(N) 精子(N)
图2
被子植物雌蕊胚囊中卵细胞和精子的形成过程:
胚囊母细胞(2N)减数分裂单核胚囊(N)三次有丝分裂成熟胚囊2个助细胞 (N)(N)1个卵细胞 (N)2个极核 (N)(N)3个反足细胞 (N)(N)(N)
图3
由图2产生的两个精子分别和图3中产生的卵细胞和两个极核结合,形成受精卵和受精极核,且从图3可以看出同一胚囊中的卵细胞和2个极核的基因型是通过有丝分裂产生,它们的基因型应是完全相同的,则当同一种子中胚乳基因型为AAa时,参与受精卵形成的精子基因型是a,卵细胞与极核相同,基因型应为A,则b(胚轴)的基因型一定是Aa,所以本题答案为B.
二、种子形成和萌发中的水分代谢和物质代谢
植物代谢是高中生物学知识的一个重点和难点内容,而种子形成和萌发都与植物水分和物质代谢相关,因此命题专家在考查植物水分和物质代谢知识时,一般是以植物或种子为素材,以表格、图像和图形的分析为依托,考查学生对题干信息的提取、图表的识别、分析和归纳
能力.在种子的成熟过程中,含水量逐渐减少,要存储的有机物(干重)如淀粉、脂肪和蛋白质等逐渐增多,以适应种子的保存和来年的萌发.种子在萌发初期,亲水性物质从土壤中大量吸收水分,使种子胚细胞自由水的含量增多,呼吸代谢加强(以无氧呼吸为主),加快生长,萌发中后期,幼根主要以渗透作用方式吸水,使种子代谢进一步加强(以有氧呼吸为主),快速长成为幼苗,此过程中,代谢进一步加快,使种子中存储的有机物如淀粉、脂肪和蛋白质等分解加强,为萌发提供更多能量.要注意的是,种子萌发时有机物总量减少,但小分子有机物的种类可以增加.
【例2】 图4是小麦种子成熟过程中干物质和水分的变化图,下列分析不正确的是().
图4
A.随着种子的成熟,种子的生命由代谢活跃状态转入休眠状态
B.种子的含水量随着种子的成熟而逐渐减少
C.种子中水分减小的主要原因是植物不能吸收水分
D.种子成熟期间的这两种物质的变化和种子萌发时相反
解析:试题考查的是种子成熟中涉及的水分和物质代谢,要求学生能识别和分析曲线,将曲线信息转换为文字信息.
从曲线图直接可以读出,在种子成熟中,含水量减少而干重增加,再结合所学知识,可以推断出答案B和D是正确的说法.在种子成熟中,干重不断被积累,目的是为来年种子的萌发存储有机物.干重增加,水分减少,种子代谢降低,逐渐进入休眠状态,以降低有机物的消耗.种子中水分减小的主要原因是,在成熟中,为了降低自身的代谢,自由水逐渐转换为有机物中的结合水及被某些代谢过程消耗,而不是植物不能吸收水分.本题答案为C.
【例3】 有胚乳种子和无胚乳种子在萌发时,种子、胚乳、胚(包括胚发育成的相关结构)的有机物变化存在紧密的联系.图5中能正确表示种子中主要结构之间有机物变化关系的是().
图5
A.①③______________B.②③
C.①④D.②④
解析:本题考查的是种子萌发中的有机物变化情况.无论是有胚乳种子还是无胚乳种子,在萌发时都要消耗种子自身储存的有机物,导致种子有机物总量减少.但是对于不同类型的种子,消耗的有机物主要来源不同,有胚乳种子如玉米,在萌发时消耗的有机物主要来自营养结构胚乳,胚乳的有机物分解供胚萌发成幼苗,胚的干重将增加.无胚乳种子如豌豆,在萌发时消耗的有机物主要来自营养结构子叶,子叶因有机物消耗而干重显著减少,子叶为胚的结构,所以胚的干重在无胚乳种子萌发中是降低的.本题答案A.
三、种子形成和萌发中的调节知识
种子形成和萌发中涉及细胞的生长、分裂、分化、衰老和死亡等生理变化,而这些变化离不开各种植物激素的调节作用.
【例4】 图6为种子发育过程和种子萌发过程中内源激素、种子含水量以及营养物质积累量的变化,据图回答下列问题:
图6 种子发育过程和种子萌发过程中的内源激素、种子含水量的变化
(1)种子发育过程中,首先出现的是CK(细胞分裂素),其主要作用是_______;其次增加的是GA(赤霉素)和IAA(生长素),参与有机物向籽粒的运输与积累,ABA(脱落酸)促进种子贮藏蛋白的基因表达,并促进种子的脱水干燥,有利于种子的_______.可见植物生长发育过程中激素调节的特点是_______.
解析:本题主要通过分析曲线图,从图中提取有用的信息进行答题.首先从整体上看,种子的形成和萌发过程不是某一种激素在起作用,可见,植物生长发育过程中激素调节的特点是多种激素相互协调、共同调节.分析图可知,种子在不同的发育阶段,不同种类的激素起不同作用,如在种子成熟中的种子长大和种子萌发中的胚细胞增殖分化,都离不开CK(细胞分裂素)、GA(赤霉素)和IAA(生长素),种子成熟中,ABA(脱落酸)促进种子贮藏蛋白的基因表达,并促进种子的脱水干燥,说明种子代谢要减弱,准备进行休眠.
本题答案:(1)促进细胞分裂和组织分化;休眠;多种激素相互协调、共同调节.
四、有关种子种皮和子叶性状的遗传
种子的种皮是由母本的珠被发育而来的,它的基因型就是母本基因型,种子种皮性状由母本基因型决定.种子的子叶是由受精卵发育而来的,其基因型由父母双方产生的参与受精作用的配子共同决定,某代的种子中子叶的基因型与某代的受精卵(子代)相同.由此可见,某代(如Fn代)种皮和子叶的性状不能在同一时期体现(Fn种子种皮性状在Fn植株所结种子中表现,Fn种子的子叶性状在Fn-1植株所结种子中体现)给学生的分析造成障碍,导致学生解题出错.下面以例5为例对被子植物的种子种皮和子叶性状的遗传进行剖析.
图7
【例5】 豌豆种皮灰对白为显性(A),子叶宽大对狭窄为显性(B),A和B独立遗传,图7是植物杂交实验过程,则F2植株所结种子的种皮颜色的分离比和种子的子叶形状的分离比分别是().
A.3∶1和3∶1
B.9∶3∶3∶1和3∶1
C.5∶3和9∶3∶3∶1
D.3∶1和5∶3
解析:解答本题的关键是对F2植株所结种子的种皮颜色分离比和种子的子叶性状的分离比的理解.在学习中,对于此类习题,可以建立如图8和图9所示的数学模型进行总结分析.
图8
图9
分析图7、图8和图9可知,F1种子是指能发育成F1植株的种子,F1植株所结种子指能发育成F2植株的种子,可以称为F2种子,往下以此类推.在每一个子代的种子中,都包括了两个世代的性状,例如F2种子,其种皮为F1的种子性状,子叶为F2的胚性状.所以,本题中F2植株所结种子为F3种子,其种皮颜色体现的是F2的种子性状,其种子子叶形状是F3种子本身胚的性状,由图8和图9可以看出,F2植株所结种子的种皮颜色的分离比灰∶白=3∶1,子叶形状的分离比分别宽∶窄=5∶3.本题答案是D.
(责任编辑:罗 艳)
一、同一胚珠中精子、卵细胞和极核的来源
在以种子为背景的试题中,经常涉及判定种子中胚乳基因型及与胚形成时间关系的内容.胚乳是一个精子和两个极核结合形成的,要知道其基因型,必须知道在减数分裂中,精子、卵细胞和极核是如何形成的.人教版高中《生物》第一册教材中,只介绍了动物细胞的精子、卵细胞和极体的形成过程,没有说明植物的精子、卵细胞和极核是如何产生的,很多学生在做题中就直觉的认为植物的精子、卵细胞和极核的形成与动物的精子、卵细胞和极体的产生是相同的,导致解题错误.下面结合例1对这个问题进行分析说明.
【例1】 图1中甲为玉米的结构,乙、丙曲线为双受精后胚和胚乳发育的体积变化,叙述正确的是().
甲
_______乙_____________________丙
图1
A.甲是由一个胚珠发育而来,为玉米个体发育的起点
B.玉米种子的胚和胚乳形成过程中体积变化如图1中乙所示
C.玉米种子的胚和胚乳形成过程中体积变化如图1中丙所示
D.若胚乳基因型为AAa,则b的基因型可以是AA
解析:主要考查的是种子各部分结构的发育来源及胚和胚乳发育的知识,也是学生极易出错的两个难点知识.根据种子形成过程可知,图1甲为玉米的果实,是由一个子房发育而来的,果皮、种皮不易区分,所以常看作种子,玉米个体发育的起点是受精卵.一个胚珠经双受精作用后,受精卵要经过短暂的休眠才开始进行有丝分裂进行发育,而两个极核与一个精子结合的受精极核不经过休眠,就开始进行有丝分裂形成大量胚乳细胞构成胚乳,这样受精后的胚比胚乳发育时间要长些,由于玉米为单子叶植物,胚乳在发育
中其存储的营养物质不被胚中的子叶吸收,根据这些知识可以判断图1中乙曲线所示为玉米受精后胚和胚乳体积变化曲线.要准确判定D选项的叙述是否准确,必须清楚参与双受精作用的精子、卵细胞和极核的来源,被子植物花中花粉(精子)、卵细胞和极核的形成过程如图2和图3所示:
被子植物雄蕊中花粉和精子的形成过程:(N为染色体组数,下同)
花粉母细胞(2N)减数分裂单核花粉(N)有丝分裂成熟花粉营养核(N) 生殖核(N)有丝分裂精子(N) 精子(N)
图2
被子植物雌蕊胚囊中卵细胞和精子的形成过程:
胚囊母细胞(2N)减数分裂单核胚囊(N)三次有丝分裂成熟胚囊2个助细胞 (N)(N)1个卵细胞 (N)2个极核 (N)(N)3个反足细胞 (N)(N)(N)
图3
由图2产生的两个精子分别和图3中产生的卵细胞和两个极核结合,形成受精卵和受精极核,且从图3可以看出同一胚囊中的卵细胞和2个极核的基因型是通过有丝分裂产生,它们的基因型应是完全相同的,则当同一种子中胚乳基因型为AAa时,参与受精卵形成的精子基因型是a,卵细胞与极核相同,基因型应为A,则b(胚轴)的基因型一定是Aa,所以本题答案为B.
二、种子形成和萌发中的水分代谢和物质代谢
植物代谢是高中生物学知识的一个重点和难点内容,而种子形成和萌发都与植物水分和物质代谢相关,因此命题专家在考查植物水分和物质代谢知识时,一般是以植物或种子为素材,以表格、图像和图形的分析为依托,考查学生对题干信息的提取、图表的识别、分析和归纳
能力.在种子的成熟过程中,含水量逐渐减少,要存储的有机物(干重)如淀粉、脂肪和蛋白质等逐渐增多,以适应种子的保存和来年的萌发.种子在萌发初期,亲水性物质从土壤中大量吸收水分,使种子胚细胞自由水的含量增多,呼吸代谢加强(以无氧呼吸为主),加快生长,萌发中后期,幼根主要以渗透作用方式吸水,使种子代谢进一步加强(以有氧呼吸为主),快速长成为幼苗,此过程中,代谢进一步加快,使种子中存储的有机物如淀粉、脂肪和蛋白质等分解加强,为萌发提供更多能量.要注意的是,种子萌发时有机物总量减少,但小分子有机物的种类可以增加.
【例2】 图4是小麦种子成熟过程中干物质和水分的变化图,下列分析不正确的是().
图4
A.随着种子的成熟,种子的生命由代谢活跃状态转入休眠状态
B.种子的含水量随着种子的成熟而逐渐减少
C.种子中水分减小的主要原因是植物不能吸收水分
D.种子成熟期间的这两种物质的变化和种子萌发时相反
解析:试题考查的是种子成熟中涉及的水分和物质代谢,要求学生能识别和分析曲线,将曲线信息转换为文字信息.
从曲线图直接可以读出,在种子成熟中,含水量减少而干重增加,再结合所学知识,可以推断出答案B和D是正确的说法.在种子成熟中,干重不断被积累,目的是为来年种子的萌发存储有机物.干重增加,水分减少,种子代谢降低,逐渐进入休眠状态,以降低有机物的消耗.种子中水分减小的主要原因是,在成熟中,为了降低自身的代谢,自由水逐渐转换为有机物中的结合水及被某些代谢过程消耗,而不是植物不能吸收水分.本题答案为C.
【例3】 有胚乳种子和无胚乳种子在萌发时,种子、胚乳、胚(包括胚发育成的相关结构)的有机物变化存在紧密的联系.图5中能正确表示种子中主要结构之间有机物变化关系的是().
图5
A.①③______________B.②③
C.①④D.②④
解析:本题考查的是种子萌发中的有机物变化情况.无论是有胚乳种子还是无胚乳种子,在萌发时都要消耗种子自身储存的有机物,导致种子有机物总量减少.但是对于不同类型的种子,消耗的有机物主要来源不同,有胚乳种子如玉米,在萌发时消耗的有机物主要来自营养结构胚乳,胚乳的有机物分解供胚萌发成幼苗,胚的干重将增加.无胚乳种子如豌豆,在萌发时消耗的有机物主要来自营养结构子叶,子叶因有机物消耗而干重显著减少,子叶为胚的结构,所以胚的干重在无胚乳种子萌发中是降低的.本题答案A.
三、种子形成和萌发中的调节知识
种子形成和萌发中涉及细胞的生长、分裂、分化、衰老和死亡等生理变化,而这些变化离不开各种植物激素的调节作用.
【例4】 图6为种子发育过程和种子萌发过程中内源激素、种子含水量以及营养物质积累量的变化,据图回答下列问题:
图6 种子发育过程和种子萌发过程中的内源激素、种子含水量的变化
(1)种子发育过程中,首先出现的是CK(细胞分裂素),其主要作用是_______;其次增加的是GA(赤霉素)和IAA(生长素),参与有机物向籽粒的运输与积累,ABA(脱落酸)促进种子贮藏蛋白的基因表达,并促进种子的脱水干燥,有利于种子的_______.可见植物生长发育过程中激素调节的特点是_______.
解析:本题主要通过分析曲线图,从图中提取有用的信息进行答题.首先从整体上看,种子的形成和萌发过程不是某一种激素在起作用,可见,植物生长发育过程中激素调节的特点是多种激素相互协调、共同调节.分析图可知,种子在不同的发育阶段,不同种类的激素起不同作用,如在种子成熟中的种子长大和种子萌发中的胚细胞增殖分化,都离不开CK(细胞分裂素)、GA(赤霉素)和IAA(生长素),种子成熟中,ABA(脱落酸)促进种子贮藏蛋白的基因表达,并促进种子的脱水干燥,说明种子代谢要减弱,准备进行休眠.
本题答案:(1)促进细胞分裂和组织分化;休眠;多种激素相互协调、共同调节.
四、有关种子种皮和子叶性状的遗传
种子的种皮是由母本的珠被发育而来的,它的基因型就是母本基因型,种子种皮性状由母本基因型决定.种子的子叶是由受精卵发育而来的,其基因型由父母双方产生的参与受精作用的配子共同决定,某代的种子中子叶的基因型与某代的受精卵(子代)相同.由此可见,某代(如Fn代)种皮和子叶的性状不能在同一时期体现(Fn种子种皮性状在Fn植株所结种子中表现,Fn种子的子叶性状在Fn-1植株所结种子中体现)给学生的分析造成障碍,导致学生解题出错.下面以例5为例对被子植物的种子种皮和子叶性状的遗传进行剖析.
图7
【例5】 豌豆种皮灰对白为显性(A),子叶宽大对狭窄为显性(B),A和B独立遗传,图7是植物杂交实验过程,则F2植株所结种子的种皮颜色的分离比和种子的子叶形状的分离比分别是().
A.3∶1和3∶1
B.9∶3∶3∶1和3∶1
C.5∶3和9∶3∶3∶1
D.3∶1和5∶3
解析:解答本题的关键是对F2植株所结种子的种皮颜色分离比和种子的子叶性状的分离比的理解.在学习中,对于此类习题,可以建立如图8和图9所示的数学模型进行总结分析.
图8
图9
分析图7、图8和图9可知,F1种子是指能发育成F1植株的种子,F1植株所结种子指能发育成F2植株的种子,可以称为F2种子,往下以此类推.在每一个子代的种子中,都包括了两个世代的性状,例如F2种子,其种皮为F1的种子性状,子叶为F2的胚性状.所以,本题中F2植株所结种子为F3种子,其种皮颜色体现的是F2的种子性状,其种子子叶形状是F3种子本身胚的性状,由图8和图9可以看出,F2植株所结种子的种皮颜色的分离比灰∶白=3∶1,子叶形状的分离比分别宽∶窄=5∶3.本题答案是D.
(责任编辑:罗 艳)