知识背景
一千七百多年前,晋代的《南方草木状》里已经记载了果农的一种绝技:把好品种的枝条接到野生树的树干上,长出来的果子跟好品种一模一样。这门手艺叫嫁接,中国人用了两千年。杭州郊外的果园至今如此:塘栖枇杷、临安山核桃、龙井周边的桃李,几乎都不是用种子种出来的。
原因很简单,也很现实:用种子种,后代会「变样」——父母双方的遗传物质重新组合,甜的可能变酸,大的可能变小。而用嫁接、扦插这类办法,新植株的遗传物质完全来自同一个亲本,性状能稳定保持。这也解释了一个常被误解的事实:你在超市买的每一个红富士苹果,来自的都是同一棵祖树的后代,它们彼此是「克隆」。
到了 20 世纪,科学家把这个思路推到极致:取一小块植物组织,放在含营养的培养基中,能培育出成千上万株完全一样的小苗——组织培养。今天的兰花、香蕉、脱毒草莓苗,大多这样批量生产。
这一节要分清的正是:植物有哪几种生殖方式?为什么果农宁可花工夫嫁接,也不肯直接播种?
知识讲解
有性生殖与无性生殖
有性生殖:由两性生殖细胞(精子与卵细胞)结合成受精卵,再发育成新个体,如用种子繁殖。无性生殖:不经过两性生殖细胞的结合,由母体直接产生新个体,如营养生殖、孢子生殖。
| 比较项 | 有性生殖 | 无性生殖 |
|---|---|---|
| 有无生殖细胞结合 | 有 | 无 |
| 后代遗传物质来源 | 父母双方 | 母体一方 |
| 后代性状 | 有变异,不一定像亲本 | 与母体几乎完全相同 |
| 繁殖速度 | 较慢 | 快 |
| 举例 | 种子繁殖 | 嫁接、扦插、压条、组织培养 |
无性生殖的优点是保持亲本优良性状、繁殖快、开花结果早;缺点是后代变异少,对新环境和病害的适应能力较弱,所以生产上两种方式常配合使用。
营养生殖
营养生殖:用植物的根、茎、叶等营养器官直接产生新个体,是无性生殖中最常见的一类。常见方式有嫁接、扦插、压条,以及用块茎、鳞茎、根等繁殖。
- 嫁接:把一株植物的枝或芽(接穗)接到另一株植物的茎或根(砧木)上。用枝的叫枝接,用芽的叫芽接。成活的关键是接穗与砧木的形成层紧密结合,使二者的导管、筛管接通,水分和养分才能流通。果树、月季多用此法。
- 扦插:剪下一段枝条插入湿润的土或水中,生根后成为新植株。柳、月季、葡萄、番薯都可扦插。要点是保留几个芽、剪口斜切以增大吸水面积、适当遮阴保湿,并去掉部分叶片以减少蒸腾失水。
- 压条:把枝条压入土中,生根后再与母株分离,如桂花、夹竹桃。成功率比扦插高,因为生根期间仍由母株供给养分。
- 块茎、鳞茎、根繁殖:马铃薯用块茎(芽眼处发芽),洋葱、水仙、大蒜用鳞茎,甘薯用块根。
组织培养
组织培养:在无菌条件下,取植物的一小块组织(如芽尖、茎尖)放在含有营养物质和植物激素的培养基上,使它分裂、分化,最终形成完整的植株。它本质上仍是无性生殖。
优点是繁殖速度极快、占地少、不受季节限制,还能培育无病毒的脱毒苗。缺点是设备与技术要求高、成本较大。
孢子生殖
蕨类、苔藓和许多真菌(如蘑菇、青霉)靠孢子繁殖。孢子是一种生殖细胞,但不需要两两结合,落到适宜环境就能直接发育成新个体,所以孢子生殖属于无性生殖。梅雨季节的杭州,墙角的青苔和面包上的霉斑迅速蔓延,正是孢子在潮湿温暖处大量萌发的结果。
- 用种子繁殖属有性生殖,因为种子里的胚由受精卵发育而来,经过了精卵结合。
- 马铃薯用「种薯」繁殖是无性生殖:种薯是块茎(茎的变态),不是种子,别被名字骗了。
- 孢子生殖是无性生殖:孢子虽然叫生殖细胞,但不发生两两结合。
实验与探究
用月季枝条做扦插实验,找出提高成活率的做法。
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步骤:
- 选取生长健壮的当年枝条,剪成长约 10 厘米的小段,每段保留 2 至 3 个芽。
- 上端在芽的上方平切,下端在芽下方斜切(增大与土壤的接触和吸水面积),摘去下部叶片,只留顶端 1 至 2 片。
- 插入湿润的沙土中,深度约为枝条长度的三分之一,插后浇透水。
- 放在遮阴、保湿处(可罩塑料膜),保持土壤湿润但不积水,两周后检查生根情况。
现象与结论:留芽、斜切、遮阴保湿的枝条生根率明显高于全叶暴晒的枝条。原因是扦插枝条还没有根,吸水能力极弱,而叶片会不断蒸腾失水;减少叶片、遮阴保湿就是让「失水」小于「吸水」,枝条才能活到生根。若要探究「留叶数量是否影响成活率」,则应设置留 1 片、留 3 片、全部摘除等几组,其余条件完全相同。
经典例题
某果园的一棵桃树上同时结出五个品种的桃子。请回答:(1)这是用什么技术实现的?(2)结出的果实性状像接穗还是像砧木?(3)这属于有性生殖还是无性生殖?
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第一步:判断技术。同一棵树上出现多个品种,说明把五种不同品种的枝或芽接到了同一株植物上,这是嫁接(芽接或枝接)。
第二步:判断性状归属。依据「新枝由接穗的细胞分裂长成」:枝、叶、花、果实都由接穗发育而来,遗传物质来自接穗,所以果实性状像接穗;砧木只提供根系,负责吸收水和无机盐。
第三步:判断生殖类型。嫁接没有精子与卵细胞的结合,新枝的遗传物质完全来自接穗这一个亲本,属无性生殖(营养生殖)。
答:(1)嫁接;(2)像接穗;(3)无性生殖。
关键补充:嫁接能否成活,取决于接穗与砧木的形成层是否紧密结合,以及两者亲缘关系是否相近(桃接李可以,桃接柳树不行)。用塑料条扎紧、用蜡封口都是为了紧密结合并防止失水。
难点与易错点
- 把「用种薯种马铃薯」当作有性生殖:种薯是块茎,属营养生殖,是无性生殖。
- 认为嫁接后的果实性状像砧木:果实由接穗长成,像接穗;砧木只提供根系和吸收功能。
- 认为孢子生殖是有性生殖:孢子不经两两结合就能发育,属无性生殖。
- 判断有性无性时看「有没有种子」:正确标准是有没有两性生殖细胞的结合;组织培养取的是体细胞组织,没有精卵结合,仍属无性生殖。
- 扦插时把枝条上的叶全留着或全摘掉:全留蒸腾过强会枯死,全摘则无法进行光合作用,应适量保留。
生活中的应用
- 塘栖枇杷、临安山核桃靠嫁接:优良品种一旦选出,就用嫁接大量复制,保证每年果子的甜度和大小稳定。
- 龙井茶园的无性系良种:茶树多用扦插的「无性系」苗,一垄茶发芽时间一致,采摘期整齐,明前茶才能集中采。
- 脱毒草莓苗:草莓易感病毒,农业部门用茎尖组织培养生产脱毒苗,产量可提高三成以上。
- 梅雨季的霉与青苔:面包发霉、墙角长青苔,都是孢子在潮湿温暖环境中大量萌发,所以防霉的关键是干燥通风。
生活应用题 1 · 育苗场该选哪种方法
某苗圃要在一年内培育 20000 株优质月季。方案甲:扦插,每位工人每天可插 200 株,成活率 ;方案乙:组织培养,一次接种 5000 个茎尖,成活率 。(1)方案甲要得到 20000 株成活苗,需扦插多少株?(2)方案乙每批可得多少株成活苗,需要几批?
分步解:
- 分析甲的关系:成活苗数 = 扦插数 × 成活率,故扦插数 (株)。
- 求甲的工作量:若 5 人同时工作,每天 株,约需 天。
- 分析乙的关系:每批成活 (株),需要批次 ,即 5 批。
- 答:甲需扦插约 26667 株;乙每批得 4800 株,需 5 批。组织培养成活率高、占地少,但需无菌设备;扦插成本低、操作简单。这正是生产上要按规模和成本选择方法的原因。
生活应用题 2 · 嫁接成活率的统计
某果园对 400 棵砧木进行芽接:其中 250 棵在切口处用塑料薄膜扎紧,成活 230 棵;另 150 棵未扎紧,成活 75 棵。(1)分别求两组成活率。(2)说明扎紧薄膜为什么能提高成活率。
分步解:
- 求第一组成活率:。
- 求第二组成活率:。
- 比较:扎紧组比未扎紧组高出 个百分点。
- 解释原因:扎紧薄膜一是使接穗与砧木的形成层紧密结合,导管、筛管尽快接通,水分和养分能够输送;二是防止水分蒸发和病菌、雨水侵入切口。
- 答:成活率分别为 92% 和 50%;扎紧薄膜通过保证紧密结合与保湿防菌来提高成活率。
考点
- 选择题·高频:判断某种繁殖方式属有性生殖还是无性生殖(标准是有无两性生殖细胞结合)
- 简答题·高频:嫁接的关键(接穗与砧木形成层紧密结合)与果实性状像接穗
- 简答题·高频:扦插的注意事项及其原因(留芽、斜切、遮阴保湿、适量留叶)
- 填空题:营养生殖的常见方式;块茎、鳞茎繁殖的实例
- 材料题:组织培养的过程、优点(快速、脱毒、不受季节限制)
- 比较题:无性生殖保持亲本性状与有性生殖产生变异的利弊
- 应用题:成活率、成苗数与所需扦插量的计算
中考真题
下列繁殖方式中,属于有性生殖的是( )A. 用马铃薯的块茎繁殖 B. 用月季的枝条扦插 C. 用水稻的种子播种 D. 用草莓茎尖进行组织培养
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逐项分析:
- A 错:块茎是茎的变态,属营养生殖,无性生殖。
- B 错:扦插用的是营养器官,无性生殖。
- C 对:种子中的胚由受精卵发育而来,经历了精子与卵细胞的结合,属有性生殖。
- D 错:组织培养取体细胞组织,无精卵结合,属无性生殖。
答案:C。
小科把家里一株优良品种的桂花剪下枝条,一部分扦插,一部分嫁接到普通桂花树上。(1)这两种方式共同属于哪类生殖?(2)为什么用这两种方式能保持原品种的香味?(3)嫁接时应把接穗的哪一部分与砧木紧密结合?
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第一步:判断类型。扦插和嫁接都用营养器官繁殖,不经过两性生殖细胞的结合,都属无性生殖(营养生殖)。
第二步:解释性状稳定的原因。新植株的遗传物质全部来自同一个亲本(原优良品种),没有父母双方遗传物质的重新组合,因此香味等性状能保持不变。
第三步:指出嫁接要点。应使接穗的形成层与砧木的形成层紧密结合,这样导管、筛管才能接通,水分、无机盐和有机物得以运输,接穗才能成活生长。
第四步:补充说明。为提高成活率,还要选亲缘关系近的砧木、切口平滑、扎紧并防止失水,通常在春季萌芽前操作。