膨大劑及其功能高二上學(xué)期生物人教版選擇性必修1

膨大劑及其功能先看一道試題：有一戶瓜農(nóng)種植的幾十畝西瓜莫名“爆炸”，此事將西瓜膨大劑推上了輿論的風(fēng)口浪尖．西瓜膨大劑是20世紀(jì)80年代由日本首先開(kāi)發(fā)，之后引入中國(guó)的，作用效果持久，應(yīng)用廣泛．下列有關(guān)說(shuō)法正確的是（）A． 植物激素幾乎控制著植物所有的生命活動(dòng)B． 西瓜膨大劑是一種植物激素，能夠促進(jìn)果實(shí)的發(fā)育C． 使用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑不會(huì)影響農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)D． 果實(shí)發(fā)育過(guò)程中，各種激素相互作用、共同調(diào)節(jié)解析：1、植物激素：植物體內(nèi)一定部位產(chǎn)生，從產(chǎn)生部位運(yùn)輸?shù)阶饔貌课?，?duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育有顯著影響的微量有機(jī)物．2、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑是人們?cè)诹私馓烊恢参锛に氐慕Y(jié)構(gòu)和作用機(jī)制后，通過(guò)人工合成與植物激素具有類(lèi)似生理和生物學(xué)效應(yīng)的物質(zhì)．植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑具有容易合成、原料廣泛、效果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)．A、植物所有的生命活動(dòng)受到基因的控制，而激素是進(jìn)行調(diào)節(jié)作用，A錯(cuò)誤；B、西瓜膨大劑是人工合成的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，不是植物細(xì)胞合成的，不屬于植物激素，B錯(cuò)誤；C、使用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑會(huì)影響農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，如西瓜莫名“爆炸”，C錯(cuò)誤；D、在植物的生長(zhǎng)發(fā)育和適應(yīng)環(huán)境變化的過(guò)程中，各種植物激素并不是孤立地起作用，而是多種激素相互作用共同調(diào)節(jié)，如乙烯的作用是促進(jìn)果實(shí)成熟，生長(zhǎng)素的作用是促進(jìn)果實(shí)發(fā)育，D正確．故選：D．此題以西瓜膨大劑為素材，考查植物激素和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的功能。膨大劑在高中生物學(xué)教材沒(méi)有提到。那么，什么是膨大劑？有哪些功能？膨大劑名為氯吡苯脲，別名為KT30或者CPPU，俗稱(chēng)“膨果龍”，也叫“膨大素”，化學(xué)名稱(chēng)叫細(xì)胞激動(dòng)素，屬于植物激素類(lèi)化學(xué)物質(zhì)。20世紀(jì)80年代由日本首先開(kāi)發(fā)，之后引入中國(guó)，是經(jīng)過(guò)國(guó)家批準(zhǔn)的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。對(duì)植物可產(chǎn)生助長(zhǎng)、速長(zhǎng)作用，膨大劑在我國(guó)使用很廣泛。1948年美國(guó)的Folke發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞分裂素，1955年Miller等人發(fā)現(xiàn)了促進(jìn)植物幼胚發(fā)育的活性物質(zhì)6糠基嘌呤，人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到細(xì)胞分裂素(Cytokinins)是一類(lèi)很重要的植物激素。迄今為止，人們已經(jīng)分離或人工合成許多具有顯著生物活性的細(xì)胞分裂素，主要包括嘌呤類(lèi)和取代脲類(lèi)。1978年，日本Takahishi等人首次合成新型取代脲類(lèi)細(xì)胞分裂素—氯吡苯脲，又稱(chēng)之為CPPU、KT30、調(diào)吡脲，也就是如今媒體報(bào)道的“西瓜膨大劑”。20世紀(jì)90年代以來(lái)，人們?cè)诼冗帘诫宓纳a(chǎn)應(yīng)用研究方面取得了很大的成果。人們觀察到，氯吡苯脲誘導(dǎo)細(xì)胞分裂和促進(jìn)器官發(fā)生的活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般嘌呤類(lèi)細(xì)胞分裂素。氯吡苯脲可以促進(jìn)細(xì)胞分裂，玫瑰嫁接前在200mmol/L的氯吡苯脲中浸泡，可以提高嫁接芽的繁殖率；15mg/L的氯吡苯脲可以使獼猴桃果實(shí)細(xì)胞數(shù)目明顯增加；氯吡苯脲可以促進(jìn)植物的光合作用及組織分化。氯吡苯脲在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用廣泛，對(duì)柿子、甜瓜、苦瓜、葡萄、番茄、西瓜、蘋(píng)果、梨等多種作物有增加果實(shí)數(shù)量的作用，能夠促進(jìn)植物細(xì)胞分裂，促進(jìn)果實(shí)肥大，提高產(chǎn)量，在國(guó)內(nèi)外已作為果實(shí)膨大劑用于多種農(nóng)作物。Kefford等人采用不同的細(xì)胞分裂素處理豌豆幼苗，發(fā)現(xiàn)氯吡苯脲使芽的生長(zhǎng)較對(duì)照組提高290%。在煙草上噴灑100mg/L的氯吡苯脲，有降低株高、增大葉面積和葉重的作用，增加種植煙草的經(jīng)濟(jì)收益。大豆初花期噴灑氯吡苯脲，可以使大豆根系發(fā)達(dá)，花莢脫落減少20%~30%，增產(chǎn)15%~20%。氯吡脲的作用機(jī)制是非全身性的(nonsystemic)，用葡萄、蘋(píng)果與獼猴桃樹(shù)進(jìn)行的代謝實(shí)驗(yàn)顯示活性成份在植物體內(nèi)沒(méi)有明顯的轉(zhuǎn)運(yùn)作用發(fā)生。氯吡脲在這三種植物中的代謝途徑是相似的，該途徑中可能首先是苯基的3或4位被羥基化，而后產(chǎn)生的酚羥基接著與糖基發(fā)生結(jié)合作用。可以認(rèn)為氯吡脲代謝中的殘留物是母體化合物，即氯吡脲自身。大鼠經(jīng)口實(shí)驗(yàn)顯示，口服攝入的氯吡脲可迅速為消化道吸收，吸收后可很快被排出。48小時(shí)內(nèi)，4470%的劑量可隨尿排出（尿排半衰期約14小時(shí)），1328%的劑量可隨糞便排出（糞排半衰期約16小時(shí)）?？诜z入7日后，殘留在大鼠（尸）體內(nèi)的氯吡脲的劑量小于2%。用放射性C14標(biāo)記的氯吡脲(100mg/kg)試驗(yàn)時(shí)，7日后大鼠組織中放射性殘留程度為：肝(0.21.2mgequiv./kg)>腎(0.10.8mgequiv./kg)>脂肪(0.030.45mgequiv./kg)。氯吡脲在大鼠體內(nèi)的代謝途徑與在植物內(nèi)的類(lèi)似。主要是對(duì)苯環(huán)的羥基化，產(chǎn)生酚（即羥基氯吡脲），然后再迅速地形成硫酸酯結(jié)合物，經(jīng)尿排出。羥基氯吡脲則通過(guò)糞便排出。多羥基化或其他對(duì)羥基官能團(tuán)的修飾（如甲基化、葡糖醛酸結(jié)合）也有發(fā)生，但比例較低?？偟膩?lái)說(shuō)，代謝反應(yīng)主要發(fā)生在苯環(huán)一側(cè)，而很少發(fā)生在氯代吡啶環(huán)上。氯吡苯脲是一種高活性的化合物，在促進(jìn)植物細(xì)胞分裂和增大的同時(shí)，對(duì)植物的副作用也逐漸被發(fā)現(xiàn)。專(zhuān)家研究發(fā)現(xiàn)：膨大劑主要作用是加強(qiáng)細(xì)胞分裂，增加細(xì)胞數(shù)量，加速蛋白質(zhì)的合成促進(jìn)器官形成。提高花粉可孕性，增加果實(shí)數(shù)量提高產(chǎn)量。改善作物品質(zhì)，提高商品性。誘導(dǎo)單性結(jié)實(shí)，刺激子房膨大，防止落花落果，促進(jìn)蛋白質(zhì)合成，提高含糖量等。同時(shí)中聯(lián)化工技術(shù)專(zhuān)家還以草莓為例，講解如何使用三招辨別膨大劑使用是否過(guò)量：使用膨大劑和正常種植的草莓是可以區(qū)分的。一、看使用膨大劑的草莓個(gè)頭超大，外形有不規(guī)則凸起、顏色青紅分明。正常草莓個(gè)頭如鵪鶉蛋或鴿子蛋大小，也有個(gè)別單枝草莓個(gè)頭較大，顏色紅艷有光澤、色澤均勻，形若圓心。膨大劑草莓能輕易掰開(kāi)，且掰開(kāi)后是空心。正常草莓因果肉結(jié)合緊密、水分較多而不易掰開(kāi)，且掰開(kāi)后為實(shí)心。二、摸膨大劑草莓泛青部分摸起來(lái)比較硬，發(fā)紅的表皮摸起來(lái)有軟軟的感覺(jué)。而正常草莓摸著富有彈性，軟硬適中。三、嘗膨大劑草莓吃起來(lái)寡淡無(wú)味，而自然長(zhǎng)大的草莓則甜中帶酸，自然清香。人們關(guān)心西瓜膨大劑，在于食品安全的考慮。中國(guó)作為人口大國(guó)，人均耕地不足1.4畝，科技興農(nóng)的需求大于其他國(guó)家。氯吡苯脲在中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用，而且其應(yīng)用規(guī)模與范圍預(yù)計(jì)還會(huì)不斷增加。如今，關(guān)于氯吡苯脲對(duì)植物作用機(jī)制方面的研究已經(jīng)非常深入。比較而言，關(guān)于氯吡苯脲對(duì)人體長(zhǎng)期影響的研究還很不充分。有限的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，用放射性標(biāo)記的氯吡苯脲飼養(yǎng)老鼠，吸收率達(dá)100%，65%~85%存在于尿、體內(nèi)組織和呼出氣中，20%由膽汁分泌；氯吡苯脲被老鼠吸收后很快從體內(nèi)被排出，不存在蓄積性?？诜冗帘诫宓募毙远拘匝芯勘砻?，對(duì)于大多數(shù)動(dòng)物，其急性毒性屬于低毒或微毒?；蛟S是由于氯吡苯脲急性毒性低微，而廣泛的應(yīng)用并未確認(rèn)帶來(lái)明確的損害效應(yīng)，帶來(lái)的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，是沒(méi)有必要對(duì)其急性毒性進(jìn)行研究，但是有必要對(duì)其長(zhǎng)期攝食的安全性進(jìn)行評(píng)估。澳大利亞化學(xué)安全局規(guī)定氯吡苯脲ADI(人每天允許攝入量)為0.077毫克/公斤/每人/每天。規(guī)范氯吡苯脲的應(yīng)用范圍、應(yīng)用劑量、應(yīng)用時(shí)間和殘留劑量具有現(xiàn)實(shí)意義。中國(guó)科技工作者等對(duì)西瓜的代謝動(dòng)態(tài)研究表明，氯吡苯脲在西瓜中代謝較快，半衰期為1.2~1.67天。使用規(guī)定劑量氯吡苯脲水溶液于雌花開(kāi)放當(dāng)天或前后1天內(nèi)均勻噴灑瓜胎1次，施藥后40天西瓜收獲時(shí)，樣品中未檢出氯吡苯脲殘留。膨大劑是什么？是否準(zhǔn)許使用？膨大劑屬植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，允許使用；合理使用對(duì)西瓜品質(zhì)無(wú)明顯不良影響大家所說(shuō)的“膨大劑”屬于植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑中的一類(lèi)。它具有加速細(xì)胞分裂，促進(jìn)細(xì)胞增大、分化和蛋白質(zhì)合成，提高坐果率和促進(jìn)果實(shí)增大的作用，常用的有氯吡脲、赤霉酸。在我國(guó)，氯吡脲主要用在西瓜等園藝作物上，赤霉酸主要用在柑桔等作物上。氯吡脲、赤霉酸在我國(guó)屬于登記允許使用的農(nóng)藥品種。我國(guó)在批準(zhǔn)農(nóng)藥登記時(shí)，在農(nóng)藥標(biāo)簽上規(guī)定了用藥時(shí)期、用藥劑量和施用方法，標(biāo)注了使用范圍和安全間隔期。同時(shí)，我國(guó)還先后制定了《農(nóng)藥合理使用準(zhǔn)則》和農(nóng)藥殘留標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)和規(guī)范農(nóng)藥使用。經(jīng)大量田間試驗(yàn)證明，膨大劑在合理使用下對(duì)西瓜品質(zhì)無(wú)明顯不良影響。江蘇一些地方出現(xiàn)“西瓜開(kāi)裂”是何原因？“西瓜開(kāi)裂”有品種、天氣原因，也有膨大劑使用時(shí)期不當(dāng)?shù)脑?，屬生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題據(jù)分析，江蘇一些地方出現(xiàn)“西瓜開(kāi)裂”現(xiàn)象是多種因素綜合引起的。首先，與種植的品種有關(guān)。此次出現(xiàn)“裂瓜”的西瓜品種名稱(chēng)叫“日本全能冠軍”，2010年剛在當(dāng)?shù)匾M(jìn)推廣，其特點(diǎn)就是皮薄、易裂。其次，是天氣因素和西瓜生長(zhǎng)特點(diǎn)共同作用的結(jié)果。西瓜在經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間干旱后，短期內(nèi)大量吸收水分容易脹裂。春天以來(lái)，江蘇干旱較重，在出現(xiàn)“裂瓜”的前后幾天，恰逢當(dāng)?shù)叵铝舜笥?，在低洼地、水量多的地方，西瓜過(guò)度吸收水分出現(xiàn)“裂瓜”的情況比較多。第三，與膨大劑使用時(shí)期不當(dāng)有關(guān)。膨大劑一般應(yīng)在西瓜雌花開(kāi)花的當(dāng)天或花前1—3天，噴在瓜胎上，而且應(yīng)當(dāng)按照登記時(shí)推薦的用量施用。從江蘇一些地方出現(xiàn)的西瓜“裂瓜”情況看，瓜農(nóng)是在西瓜已經(jīng)接近成熟，快要上市的時(shí)候施用的膨大劑，容易出現(xiàn)裂瓜。2011年了解的情況看，江蘇局部地區(qū)出現(xiàn)的西瓜“裂瓜”現(xiàn)象仍屬個(gè)別情況，以前在國(guó)內(nèi)很少出現(xiàn)，2011年也未在其他省份發(fā)生。這類(lèi)問(wèn)題是生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題，而非質(zhì)量安全問(wèn)題，主要通過(guò)加強(qiáng)技術(shù)指導(dǎo)來(lái)解決。膨大劑對(duì)人體有無(wú)危害？膨大劑對(duì)人體健康無(wú)害，許多發(fā)達(dá)國(guó)家將其列入不需要進(jìn)行毒性管理清單膨大劑的使用有一定的技術(shù)要求。正常使用條件下，可以促進(jìn)果實(shí)增大、早熟、提高產(chǎn)量。但是，如果過(guò)量使用或使用時(shí)期不當(dāng)，可以引起果實(shí)畸形、裂果、掉果等藥害現(xiàn)象。為了保障人體健康，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織、世界衛(wèi)生組織建立了農(nóng)藥安全評(píng)價(jià)規(guī)范和準(zhǔn)則，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家建立了一套嚴(yán)格的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估制度。我國(guó)根據(jù)國(guó)際準(zhǔn)則，在借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立了較為完善的農(nóng)藥安全評(píng)價(jià)體系。美國(guó)、日本等許多發(fā)達(dá)國(guó)家將其列入不需要進(jìn)行毒性管理物質(zhì)清單，其殘留不需要制定安全限量標(biāo)準(zhǔn)，2011年還沒(méi)有科學(xué)的證據(jù)表明會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生危害。哪些國(guó)家在使用膨大劑？氯吡脲仍在日本和歐美等國(guó)使用；赤霉酸在世界范圍內(nèi)廣泛使用氯吡脲最早是在美國(guó)首先研發(fā)的，日本于1985年開(kāi)始生產(chǎn)和使用。據(jù)查證，2011年，氯吡脲仍在日本登記和使用，登記范圍為葡萄、獼猴桃、西瓜、甜瓜、茄子、煙草等作物，并非像有些專(zhuān)家所說(shuō)的，日本