膨大劑及其功能高二上學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口浪尖．西瓜膨大劑是20世紀80年代由日本首先開發(fā)，之后引入中國的，作用效果持久，應(yīng)用廣泛．下列有關(guān)說法正確的是（）A． 植物激素幾乎控制著植物所有的生命活動B． 西瓜膨大劑是一種植物激素，能夠促進果實的發(fā)育C． 使用植物生長調(diào)節(jié)劑不會影響農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)D． 果實發(fā)育過程中，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)生部位運輸?shù)阶饔貌课?，對植物的生長發(fā)育有顯著影響的微量有機物．2、植物生長調(diào)節(jié)劑是人們在了解天然植物激素的結(jié)構(gòu)和作用機制后，通過人工合成與植物激素具有類似生理和生物學效應(yīng)的物質(zhì)．植物生長調(diào)節(jié)劑具有容易合成、原料廣泛、效果穩(wěn)定等優(yōu)點．A、植物所有的生命活動受到基因的控制，而激素是進行調(diào)節(jié)作用，A錯誤；B、西瓜膨大劑是人工合成的植物生長調(diào)節(jié)劑，不是植物細胞合成的，不屬于植物激素，B錯誤；C、使用植物生長調(diào)節(jié)劑會影響農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，如西瓜莫名“爆炸”，C錯誤；D、在植物的生長發(fā)育和適應(yīng)環(huán)境變化的過程中，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果實成熟，生長素的作用是促進果實發(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調(diào)節(jié)劑的功能。膨大劑在高中生物學教材沒有提到。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“膨果龍”，也叫“膨大素”，化學名稱叫細胞激動素，屬于植物激素類化學物質(zhì)。20世紀80年代由日本首先開發(fā)，之后引入中國，是經(jīng)過國家批準的植物生長調(diào)節(jié)劑。對植物可產(chǎn)生助長、速長作用，膨大劑在我國使用很廣泛。1948年美國的Folke發(fā)現(xiàn)了細胞分裂素，1955年Miller等人發(fā)現(xiàn)了促進植物幼胚發(fā)育的活性物質(zhì)6糠基嘌呤，人們開始認識到細胞分裂素(Cytokinins)是一類很重要的植物激素。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胞分裂素，主要包括嘌呤類和取代脲類。1978年，日本Takahishi等人首次合成新型取代脲類細胞分裂素—氯吡苯脲，又稱之為CPPU、KT30、調(diào)吡脲，也就是如今媒體報道的“西瓜膨大劑”。20世紀90年代以來，人們在氯吡苯脲的生產(chǎn)應(yīng)用研究方面取得了很大的成果。人們觀察到，氯吡苯脲誘導細胞分裂和促進器官發(fā)生的活性遠遠高于一般嘌呤類細胞分裂素。氯吡苯脲可以促進細胞分裂，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細胞數(shù)目明顯增加；氯吡苯脲可以促進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，對柿子、甜瓜、苦瓜、葡萄、番茄、西瓜、蘋果、梨等多種作物有增加果實數(shù)量的作用，能夠促進植物細胞分裂，促進果實肥大，提高產(chǎn)量，在國內(nèi)外已作為果實膨大劑用于多種農(nóng)作物。Kefford等人采用不同的細胞分裂素處理豌豆幼苗，發(fā)現(xiàn)氯吡苯脲使芽的生長較對照組提高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)濟收益。大豆初花期噴灑氯吡苯脲，可以使大豆根系發(fā)達，花莢脫落減少20%~30%，增產(chǎn)15%~20%。氯吡脲的作用機制是非全身性的(nonsystemic)，用葡萄、蘋果與獼猴桃樹進行的代謝實驗顯示活性成份在植物體內(nèi)沒有明顯的轉(zhuǎn)運作用發(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?？梢哉J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)口實驗顯示，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小時內(nèi)，4470%的劑量可隨尿排出（尿排半衰期約14小時），1328%的劑量可隨糞便排出（糞排半衰期約16小時）?？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標記的氯吡脲(100mg/kg)試驗時，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)的類似。主要是對苯環(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。羥基氯吡脲則通過糞便排出。多羥基化或其他對羥基官能團的修飾（如甲基化、葡糖醛酸結(jié)合）也有發(fā)生，但比例較低?？偟膩碚f，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，在促進植物細胞分裂和增大的同時，對植物的副作用也逐漸被發(fā)現(xiàn)。專家研究發(fā)現(xiàn)：膨大劑主要作用是加強細胞分裂，增加細胞數(shù)量，加速蛋白質(zhì)的合成促進器官形成。提高花粉可孕性，增加果實數(shù)量提高產(chǎn)量。改善作物品質(zhì)，提高商品性。誘導單性結(jié)實，刺激子房膨大，防止落花落果，促進蛋白質(zhì)合成，提高含糖量等。同時中聯(lián)化工技術(shù)專家還以草莓為例，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頭超大，外形有不規(guī)則凸起、顏色青紅分明。正常草莓個頭如鵪鶉蛋或鴿子蛋大小，也有個別單枝草莓個頭較大，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，且掰開后是空心。正常草莓因果肉結(jié)合緊密、水分較多而不易掰開，且掰開后為實心。二、摸膨大劑草莓泛青部分摸起來比較硬，發(fā)紅的表皮摸起來有軟軟的感覺。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寡淡無味，而自然長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。中國作為人口大國，人均耕地不足1.4畝，科技興農(nóng)的需求大于其他國家。氯吡苯脲在中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域已經(jīng)開始應(yīng)用，而且其應(yīng)用規(guī)模與范圍預計還會不斷增加。如今，關(guān)于氯吡苯脲對植物作用機制方面的研究已經(jīng)非常深入。比較而言，關(guān)于氯吡苯脲對人體長期影響的研究還很不充分。有限的動物實驗表明，用放射性標記的氯吡苯脲飼養(yǎng)老鼠，吸收率達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?，對于大多數(shù)動物，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)用并未確認帶來明確的損害效應(yīng)，帶來的現(xiàn)實問題，是沒有必要對其急性毒性進行研究，但是有必要對其長期攝食的安全性進行評估。澳大利亞化學安全局規(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)用時間和殘留劑量具有現(xiàn)實意義。中國科技工作者等對西瓜的代謝動態(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放當天或前后1天內(nèi)均勻噴灑瓜胎1次，施藥后40天西瓜收獲時，樣品中未檢出氯吡苯脲殘留。膨大劑是什么？是否準許使用？膨大劑屬植物生長調(diào)節(jié)劑，允許使用；合理使用對西瓜品質(zhì)無明顯不良影響大家所說的“膨大劑”屬于植物生長調(diào)節(jié)劑中的一類。它具有加速細胞分裂，促進細胞增大、分化和蛋白質(zhì)合成，提高坐果率和促進果實增大的作用，常用的有氯吡脲、赤霉酸。在我國，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、赤霉酸在我國屬于登記允許使用的農(nóng)藥品種。我國在批準農(nóng)藥登記時，在農(nóng)藥標簽上規(guī)定了用藥時期、用藥劑量和施用方法，標注了使用范圍和安全間隔期。同時，我國還先后制定了《農(nóng)藥合理使用準則》和農(nóng)藥殘留標準，指導和規(guī)范農(nóng)藥使用。經(jīng)大量田間試驗證明，膨大劑在合理使用下對西瓜品質(zhì)無明顯不良影響。江蘇一些地方出現(xiàn)“西瓜開裂”是何原因？“西瓜開裂”有品種、天氣原因，也有膨大劑使用時期不當?shù)脑?，屬生產(chǎn)技術(shù)問題據(jù)分析，江蘇一些地方出現(xiàn)“西瓜開裂”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”的西瓜品種名稱叫“日本全能冠軍”，2010年剛在當?shù)匾M推廣，其特點就是皮薄、易裂。其次，是天氣因素和西瓜生長特點共同作用的結(jié)果。西瓜在經(jīng)歷長時間干旱后，短期內(nèi)大量吸收水分容易脹裂。春天以來，江蘇干旱較重，在出現(xiàn)“裂瓜”的前后幾天，恰逢當?shù)叵铝舜笥辏诘屯莸?、水量多的地方，西瓜過度吸收水分出現(xiàn)“裂瓜”的情況比較多。第三，與膨大劑使用時期不當有關(guān)。膨大劑一般應(yīng)在西瓜雌花開花的當天或花前1—3天，噴在瓜胎上，而且應(yīng)當按照登記時推薦的用量施用。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)象仍屬個別情況，以前在國內(nèi)很少出現(xiàn)，2011年也未在其他省份發(fā)生。這類問題是生產(chǎn)技術(shù)問題，而非質(zhì)量安全問題，主要通過加強技術(shù)指導來解決。膨大劑對人體有無危害？膨大劑對人體健康無害，許多發(fā)達國家將其列入不需要進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，可以促進果實增大、早熟、提高產(chǎn)量。但是，如果過量使用或使用時期不當，可以引起果實畸形、裂果、掉果等藥害現(xiàn)象。為了保障人體健康，聯(lián)合國糧農(nóng)組織、世界衛(wèi)生組織建立了農(nóng)藥安全評價規(guī)范和準則，歐美等發(fā)達國家建立了一套嚴格的風險評估制度。我國根據(jù)國際準則，在借鑒發(fā)達國家經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，建立了較為完善的農(nóng)藥安全評價體系。美國、日本等許多發(fā)達國家將其列入不需要進行毒性管理物質(zhì)清單，其殘留不需要制定安全限量標準，2011年還沒有科學的證據(jù)表明會對人體健康產(chǎn)生危害。哪些國家在使用膨大劑？氯吡脲仍在日本和歐美等國使用；赤霉酸在世界范圍內(nèi)廣泛使用氯吡脲最早是在美國首先研發(fā)的，日本于1985年開始生產(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，并非像有些專家所說的，日本