聚焦“种子发育”,探析生命代谢

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在植物的个体发育过程中，“种子”可谓是联系亲子代个体间的关键枢纽。梳理近两年的高考试题可以清晰地发现，以“种子发育成为幼苗”――种子的萌发过程为背景材料，考查物质、代谢、遗传、调节等的试题屡屡出现。高考命题者对“种子发育”情有独钟，缘于这类考题能充分体现学以致用，知识立意与能力立意并重的命题理念，是学科理论和生产实践的极佳交汇点。种子试题几乎可以涵盖高中生物学的所有核心知识，限于篇幅，本文着重就试题对种子代谢的物质基础、代谢的生理过程、代谢的影响因素等方面的考查予以命制思路和解法的探讨，供师生们借鉴参考。

一、追溯考题本源，梳理命题特征

1.考向溯源

以“种子萌发”为线索的试题，具有设题方便、内容丰富、形式多样而独特的优越性,可以从不同题型、不同视角来综合考查考生的生物学基础知识和基本技能。具体说来试题的本源基于以下与种子萌发相关的三个方面的内容：

（1）种子萌发与代谢的物质基础。萌发过程涉及有机物和无机物两类化合物的动态变化。从有机物干重的角度看：种子因子叶或胚乳中营养成分的不同可分为淀粉类种子、油料类种子、蛋白类种子。萌发时种子中储存的有机物会降解，并发生转化且不同类型的种子在不同的发育时期有机物的增减具有差异性。从无机物鲜重的角度看：干种子主要以亲水物质吸胀吸水，当突破种皮生根后以渗透吸水为主。因种子萌发过程代谢较快，所以自由水与结合水的比例会加大。

（2）种子萌发与代谢的生理基础。种子中的糖类或脂质的储备形式是淀粉和脂肪，因此淀粉或脂肪必须水解或转化成葡萄糖才能被氧化分解。这个过程涉及相关酶的复杂催化作用是值得关注的。种子萌发过程消耗的能量来源于细胞呼吸，因此随着细胞呼吸的进行，有机物终将有所减少，而种类却是增加的。在子叶出土或幼苗真叶形成时，若给予光照，幼苗便可以进行光合作用。可见，种子萌发为幼苗的过程中细胞内进行着大分子物质的水解以及细胞呼吸和光合作用等生理过程。

（3）种子萌发与代谢的调节基础。种子的萌发过程并非某一种激素单独作用的结果，而是多种激素相互作用的结果。如赤霉素可以促进谷类种子萌发中诱导水解酶的生成，脱落酸有促进休眠和抑制萌发的作用，生长素对种子萌发成幼苗过程中细胞的分裂伸长和扩大具有重要作用。另外，成熟的种子能否萌发，还取决于内外条件的调节：一是取决于自身条件，即种子的结构完整(富含有机养分)，且胚有生活力；二是取决于外界条件，即具有足够的水分、充足的空气和适宜的温度。

2.命题方略

“种子的形成与萌发生理”蕴藏着丰富的生物学试题的命制资源，具有广阔的命题前景，能够与高中生物学知识形成良好的契合点，也是值得深入开发和挖掘的新情景、新信息、新问题的切入点。因此，有必要对这种独特的命题载体予以研究和利用。

（1）试题类型：呈现以选择题为辅，非选择题为主的特征。前者，或针对图解做多角度设问，或以文字叙述为主，仅提供一个或几个相关供选项，因此，试题总体难度较小，考查知识也较为单一。非选择题的命制思路则较为宽泛，可以是纯实验探究类试题，也可以是以探究或验证性实验为载体的简答题。试题涉及知识点较多，能够深入考查学生的实验设计、分析、推理、计算等各种能力。

（2）背景依托：多数试题以常见的种子为例切入主题，如豌豆种子、玉米种子、大麦种子、水稻种子、小麦种子等，以真实情景贴近实际，拉近考题与考生的距离，富有生活气息，易于缓解考场压力，使考生迅速进入应考状态。试题常会给出典型的坐标曲线图或表格，同时提供较为复杂的文字信息供考生思考获取关键有效信息，这就需要考生具有缜密的思维，要能快速的审题，要具有规避误区和挖掘隐蔽信息的能力。

（3）知识覆盖：以“种子萌发”为素材的考题，涉及的知识几乎涵盖中学生物学各方面的内容，主要包括生命的物质基础，细胞的分裂与分化，光合作用和呼吸作用，酶的种类及其特性，物质的跨膜运输，植物生命活动的调节,植物的有性生殖和个体发育,遗传变异,影响种子萌发的生态因素，等等，尤其是与代谢知识的有效整合。这对考生知识储备和构建知识网络的要求大大提高，需要具有扎实的理论基础和必备实验技能作为应试支撑。

总之，以“种子萌发”为线索的试题，设置情景多变、信息植入量大、知识对接紧密且具有较好的信度、效度和区分度，深受命制者垂青。因此，探寻该类试题的命制特色及解题规律，对帮助考生有效突破试题设置的思维关隘是极有裨益的。

3.解题要义

（1）试题选项（或各小问）间考点分散的，需直接迁移对应知识进行分析。

例：（2012•福建卷•1）A项：豌豆萌发初期，种子的有机物总重量增加

分析：种子萌发初期，尚未长出绿色叶片，无法进行光合作用合成有机物，然而种子萌发需要进行细胞呼吸来提供能量，会消耗有机物，所以萌发初期，种子的有机物总重量应减少，故此项错误。

（2）试题创设具体生活情境要求分析原因的，则需要提取关键信息进行推理作答。

例：（2013•海南卷•9）在温度、光照等适宜条件下，将消毒后有生活力的小麦种子一直浸没在无菌水中，会使种子死亡。

分析：种子死亡的原因究竟是什么呢？首先，消毒后有生活力的小麦种子储存有大量的营养物质，其死亡原因不是缺乏营养物质；其次，小麦种子细胞中缺乏叶绿体，不能进行光合作用合成有机物，这不是种子死亡的原因。由于小麦种子一直浸没在无菌水中，会导致氧气缺乏，小麦种子长期进行无氧呼吸产生的大量酒精对细胞有毒害作用。

（3）试题呈现文字及坐标图解的，需要准确识标、明点、析线获取有效信息。

例：（2013•安徽卷•3）下图为每10粒水稻种子在成熟过程中干物质和呼吸速率变化的示意图。

分析：在种子干物质快速增加的时期介于10~30d，此时呼吸速率正值高峰期300mg左右；图中显示在种子成熟后期呼吸速率下降较快，并到达很低的水平，应与种子中自由水减少相关；种子成熟后，植物体内脱落酸的含量一般呈增加趋势，种子易脱落；干物质的合成过程需要的能量和中间代谢产物来源于呼吸作用，所以呼吸速率下降对干物质的合成是不利于的。

（4）试题提供实验设计要求分析的，应根据已知条件进行判断推测。

二、探源基本题型，提升解题技能

题型一：实验数据处理类

数据推理型

【例1】（2013•课标卷Ⅰ•29）某油料植物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11d时减少了90%，干重变化如下图所示。

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11d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。

【能力考查】本题以探究油料种子萌发过程中的物质变化为载体，注重考查考生获取图文信息的能力，对实验原理以及实验现象分析和推理的能力。

【思路分析】（1）检测生物组织中的脂肪通常用苏丹Ⅲ（Ⅳ）染液进行染色，脂肪可以被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色（或被苏丹Ⅳ染液染成红色）。

（2）据图文要点分析可知，种子的干重先增加后减少，在6～8d时最大。在温度、水分（蒸馏水）、通气等条件适宜的黑暗环境中培养，增加的干重与光合作用和矿质元素的吸收无关。因而导致种子干重增加的要因在于脂肪水解产生的甘油与脂肪酸的去向，脂肪产物或氧化成CO2和H2O为种子萌发供能，或转化为纤维素、蛋白质等构建新的组织细胞。我们知道，脂肪酸中C、H含量高而O含量低，糖类与蛋白质中的C、H含量低而O含量高。也就是说，脂肪酸在转化为糖类、氨基酸等有机物需要添加O，添加的O直接来自H2O（可间接来自于空气中的O2，O2在有氧呼吸中与［H］结合生成H2O），这是物质干重先增加的主要因素。

（3）析图可知，种子在实验的第11d时干重已经下降到趋于起始时的水平，并呈继续下降的趋势，而题干已提示“黑暗环境中培养”，这说明种子通过呼吸和生长发育，胚乳中的脂肪已经消耗殆尽，水中亦无无机盐离子供种子萌发利用，因此，幼苗再增加干重只能靠幼苗的光合作用及从培养液中吸收矿质元素离子实现干重的升高。

【答案】（1）苏丹Ⅲ（或苏丹Ⅳ）橘黄（或红）（2）O（3）光照所需的矿质元素离子

【解题启示】试题的分析依据，皆需从题设条件之中进行挖掘，同时要结合教材中的核心知识与方法进行推理判断。首先，应避免思维上的先入为主，跳出认为“种子无光萌发因呼吸作用消耗有机物和不能进行光合作用而干重一直下降”的定式；其次，要仔细揣摩试题的命题立意（脂肪与其他物质在元素组成上的差异）所在，捕捉正确思维目标（脂肪与其他物质的转化机理），从而提高思维的敏捷性、灵活性和变通性。

数据计算型

【例2】（2012•课标卷•29）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，通过作用为种子萌发提供能量。

（2）萌发过程中在小时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-1•d-1。

（4）若保持实验条件不变，120小时后萌发种子的干重变化趋势是，原因是。

【能力考查】本题以淀粉种子的萌发过程的细胞代谢变化为情景，考查了学生联系实际的图文解读能力，理解能力及实验的分析计算能力。

【思路分析】(1)淀粉是玉米种子的重要储能物质，在萌发过程中需先水解为葡萄糖，再通过呼吸作用产生直接能源物质ATP，分解后供能为种子萌发利用。

(2)种子干重的减少代表呼吸消耗，种子消耗储存的有机物越多，呼吸速率越大，干重下降越快，从图中可看出72～96小时呼吸速率最大，这段时间每粒种子呼吸消耗的平均干重为204.2―177.7=26.5（mg•粒-1•d-1）。

(3)胚乳干重的减少是一部分用于呼吸作用消耗，另一部分转化成幼苗的组成物质了，因此转化速率应该是胚乳干重的减少与呼吸作用消耗的差值，从图中看应为两条线斜率相差最大的时间段，即在96～120小时之间。此时，胚乳干重的减少为27mg(从118.1mg减少到91.1mg)；呼吸作用消耗为5mg(从177.7mg减少到172.7mg)。由此得出其最大转化速率＝(27－5)÷(120－96)×24＝22(mg•粒-1•d-1)。

(4)题中示意“25℃、黑暗、水分适宜的条件下萌发”，因此，种子不能进行光合作用积累有机物，但细胞呼吸仍会继续，只能不断地利用有机物氧化分解为生命活动提供能量，所以120小时后，种子的干重还会继续下降。

【答案】（1）葡萄糖呼吸(或生物氧化）（2）72~9626.5（3）22（4）下降幼苗呼吸作用消耗有机物，且黑暗中不能进行光合作用

【解题启示】此题信息量较大，需考生深谙图文要义，并对玉米种子的基本结构(玉米由种皮、胚和胚乳组成)有所了解，这是明晰题意的前提。在此基础上，进一步领会“物质转化”关系则是数据计算的又一前提。抓住信息“若只考虑种子萌发所需的营养物质来源于胚乳”，得出推理计算公式：“胚乳减少的干重量=转化成幼苗的组成物质+呼吸作用所消耗的有机物量”，进而将其转换为“转化速率公式”，试题便迎刃而解了。

题型二：实验设计分析类

结果分析型

【例3】（2013•课标卷Ⅱ•29）已知大麦在萌发过程中可以产生α-淀粉酶，用GA（赤霉素）溶液处理大麦可使其不用发芽就产生α-淀粉酶。为验证这一结论，某同学做了如下实验：

试

管

号GA

溶液缓

冲

液水半粒种

子10个实验步骤步骤1步骤2实验结果1011带胚2011去胚30.210.8去胚40.410.6去胚50.410.6不加

种子25℃保温24h后去除种子，在各试管中分别加入1mL淀粉液25℃保温10min后各试管中分别加入1mL碘液，混匀后观察溶液颜色深浅+++++++++++++注：实验结果中“+”越多表示颜色越深。表中液体量的单位均为mL。

回答下列问题：

（1）α-淀粉酶催化水解可生成二糖，该二糖是。

（2）综合分析试管1和2的实验结果，可以判断反应后试管1溶液中的淀粉量比试管2中的，这两支试管中淀粉量不同的原因是。

（3）综合分析试管2、3和5的实验结果，说明在该实验中GA的作用是。

（4）综合分析试管2、3和4的实验结果，说明。

【能力考查】试题以赤霉素(GA)能诱导不发芽的种子产生α-淀粉酶为知识背景，重在考查学生对实验中对照原则的理解和实验结果的分析能力。

【思路分析】（1）依据酶的特性――专一性，可推测α-淀粉酶能催化淀粉水解。淀粉作为一种多糖，其基本组成单位是葡萄糖，因此，淀粉的水解产物二糖也应该由两分子的葡萄糖组成，即此二糖为麦芽糖。

（2）对比试管1和试管2相关内容可确定，两组实验的自变量为是否有胚（或有无α-淀粉酶存在），因变量为试管中淀粉含量的多少。已知，淀粉遇碘变蓝色，试管中淀粉含量的多少可根据加入碘液后，试管中溶液蓝色的深浅来判断，颜色较深的含淀粉多，颜色较浅的含淀粉少。也就是说，试管溶液中，淀粉的含量由α-淀粉酶的量决定。试管1中加入的半粒种子带胚，结果溶液的颜色浅，试管2中加入的半粒种子无胚，结果溶液的颜色深，由此表明，带胚的种子经保温后，产生了α-淀粉酶，α-淀粉酶催化淀粉水解，致使试管1中淀粉的含量减少。

（3）分析试管2、3、5可知，试管3有GA溶液，加入的半粒种子无胚，为实验组；试管2无GA溶液，加入的半粒种子无胚，为条件对照；试管5有GA溶液，不加种子，为空白对照。这三组试管的实验结果显示，仅有试管3中的淀粉被分解，说明试管3中有α-淀粉酶产生，而试管2中没有α-淀粉酶产生。由此可以推断GA溶液可诱导无胚的种子产生α-淀粉酶，α-淀粉酶促进了淀粉的水解。

（4）观察表格可知，加入碘液后试管2、3和4中溶液的颜色，随着加入的GA溶液的量呈梯度增加而越来越浅，即当GA溶液含量越多时，试管中的淀粉越少。由此可推测，GA溶液浓度高对α-淀粉酶的诱导效果好。

【答案】（1）淀粉麦芽糖（2）少带胚的种子保温后能够产生α-淀粉酶，使淀粉水解（其他合理答案也给分）（3）诱导种子生成α-淀粉酶（其他合理答案也给分）（4）GA浓度高对α-淀粉酶的诱导效果好（其他合理答案也给分）

【解题启示】该题的实验目的明确，信息以表格形式呈现，清晰直观，但仍需考生从各组实验间的关系对比中去分析结果得出结论，这要求学生具有分析问题和解决问题的能力。在明确目的的前提下，依据实验的组别及处理情况，首先要对实验的变量予以确定，然后通过表格中的实验信息，分析变量的处理规律，依次弄清哪个组别为实验组，哪个组别是对照组，最后依据对照原则及实验现象分析实验结果得出相应结论。

程序分析型

【例4】（2013•上海卷•9）分析有关科学探究的资料，回答问题。

【实验一】

研究背景：某植物的种子自植株开花后60天开始逐渐成熟，至开花后81天完全成熟。

研究目的：研究该植物不同成熟度种子自然干燥不同天数后的发芽率差异。

材料准备：

(1)根据研究目的和研究背景，为测种子发芽率而准备实验材料的合理方案是。

实验过程：

(2)按照方案准备好种子后，将种子合理分组并发芽。下列不属于实验时需控制的因素是。

A．每组种子的数量

B．发芽的温度和湿度

C．发芽时的光照

D．芽的长度

数据采集及处理：

(3)将实验数据绘制成右（上）图，则该直角坐标系的横坐标名称是，纵坐标名称是。

【实验二】

研究背景：该植物种子春播萌发后，对缺水环境很敏感，遇干旱后表现为胚根萎缩甚至脱落，发芽停止。

研究目的：对发芽不同天数的种子，干旱处理后再补水，通过比较干旱前后胚根的生长能力，研究发芽不同天数种子的耐旱能力，以便于指导农业灌溉。

实验材料：根据实验一的结果，选取最佳发芽率的种子。

实验过程：

(4)此实验宜将种子固定在直立玻璃板上发芽，而不是用培养皿发芽的主要原因是。

(5)下列①~④为实验步骤：

①将种子固定在直立玻璃板上

②干燥脱水4天（模拟春播干旱）

③种子发芽不同天数

④测量发芽不同天数的胚根长度等

使用实验步骤①~④（步骤可重复使用），针对研究目的，用实验步骤的编号写出合理的实验流程。

【能力考查】本题以真实的科学探究实验资料为命题背景，考查学生设计实验的能力，实验分析技能、操作技能及实验数据的处理能力。

【思路分析】（1）由研究目的可知，该实验的自变量是不同成熟度种子的自然干燥的不同天数，因变量是自然干燥不同天数后的发芽率。再根据研究背景：某植物的种子自植株开花后60天开始逐渐成熟，至开花后81天完全成熟，因此，为测种子发芽率而准备实验材料的合理方案是：自植物开花后60天开始，每隔一定天数采摘一批种子，至开花后81天为止，并将每批种子自然干燥不同天数后备测。

（2）每组种子的数量、发芽的温度和湿度、发芽时的光照，都会对发芽率产生影响，属于无关变量，需要人为的给予控制。芽的长度则是由于自变量的改变而导致的结果，属于因变量的范畴，不需要人为的控制。

（3）将实验数据绘制成图，则该直角坐标系的横坐标表示的是自变量，其名称是自然干燥天数，纵坐标表示的是因变量，其名称是发芽率。

（4）由题意可知，在实验过程中需要定期观察胚根形态和数量、并测量胚根长度。为了便于观察和测量，宜将种子固定在直立玻璃板上发芽。

（5）研究目的：对发芽不同天数的种子，干旱处理后再补水，通过比较干旱前后胚根的生长能力，研究发芽不同天数种子的耐旱能力，以便于指导农业灌溉。因此该实验的编号流程是：①将种子固定在直立玻璃板上③种子发芽不同天数④测量发芽不同天数的胚根长度等②干燥脱水4天（模拟春播干旱）③种子发芽不同天数④测量发芽不同天数的胚根长度等。

【答案】(1)自植物开花后60天开始，每隔一定天数采摘一批种子，至开花后81天为止，并将每批种子自然干燥不同天数后备测(2)D(3)自然干燥天数发芽率(4)便于观察胚根形态和数量、便于测量胚根长度(5)①③④②③④

【解题启示】此题给出实验的标题“研究背景，研究目的，实验材料，实验过程”，并对每一个程序进行不同设问，既有实验目的的确定，又有实验变量的控制，既有曲线的分析，又有原因的推理，使得看似容易的问题，解答起来却困难重重。这提示考生在平时的基础实验操作中，就应该打牢实验的基本理论，并积极地在课堂或课外进行探究性实验的设计与实施，并对实验的程序有清晰的认识，从而提升综合的实验技能和素养。