IB Biology HL 植物生物学（HL 拓展）— 完整学习指南

适用对象：备考 IB Biology HL 的中国学生。

本章覆盖：IB Topic 9（仅 HL）— 木质部水分运输（蒸腾、内聚-张力理论）、韧皮部转运（压力-流动）、植物生长（生长素、赤霉素、脱落酸）、被子植物生殖、光周期。

关于练习题的说明：下文练习题均为我们按 IB Biology HL 风格原创的教学题。

1. 为什么 HL 植物生物重要

Topic 9（仅 HL）涵盖陆生植物独特的生理学：怎样把水抬高 100+ m、怎样把叶中的糖运到他处、激素如何协调生长。占 HL Paper 1+2 的 4-7%。

2. 木质部水分运输

路径：根 → 木质部 → 茎 → 叶 → 大气（经气孔）。

内聚-张力理论：

1. 水从叶肉细胞经气孔蒸发 = 蒸腾。
2. 在木质部内产生负压（张力）。
3. 水分子内聚（H 键）→ 张力把连续水柱往上拉。
4. 水与木质部壁的粘附助抗重力。

木质部成熟时死的（无胞质）— 仅木质化壁的中空管。最小化流动阻力。

影响蒸腾因素：光（开气孔）、温度（提高蒸发）、湿度（高湿减慢）、风（吹走叶面湿润边界层）。

3. 矿物吸收

根从土壤吸矿物：

• 主动运输穿根毛质膜（如 K⁺ 逆梯度泵入耗 ATP）。
• 集流：溶解离子随水内流。
• 菌根真菌共生：真菌菌丝伸入土壤，把磷+氮换植物糖。

根结构：表皮含根毛（大表面积）→ 皮层 → 内皮层（凯氏带控制进入维管组织）→ 木质部。

4. 韧皮部转运 — 压力-流动

路径：源（叶造糖）→ 韧皮部筛管 → 库（根、果、生长组织）。

压力-流动机制：

1. 源端伴胞主动装载蔗糖到筛管（降水势）。
2. 木质部水进（渗透）→ 源端高压。
3. 库端蔗糖卸（消耗或储）→ 水离 → 库端低压。
4. 压力差驱动质流源 → 库。

韧皮部成熟时活的（筛管有胞质无核；伴胞机能完整）。

5. 植物激素

生长素（IAA）：在芽顶端分生组织产生；促细胞伸长。不对称分布 → 向光性（弯向光）和向地性。商业用于生根剂与选择性除草剂（模拟 2,4-D）。

赤霉素：促种子萌发（动员淀粉储备）、茎伸长。引发长日植物抽薹。

细胞分裂素：促细胞分裂；延迟叶衰老。

脱落酸（ABA）：胁迫激素。植物缺水时关气孔。促种子休眠。

乙烯：气体激素。触发果实成熟、叶脱落、花衰老。

6. 被子植物生殖

花是生殖器官。关键部分：

• 雄蕊：花药（产花粉）+ 花丝。雄性。
• 心皮（雌蕊）：柱头 → 花柱 → 子房（含胚珠）。雌性。
• 花瓣：吸引传粉者（昆虫、鸟、风）。

传粉：花粉从花药到柱头。自交（同株）或异交（株间）。

受精：花粉管沿花柱伸入 → 把精子送到胚珠。两个精子：一个使卵受精（→ 胚），另一个使极核受精（→ 胚乳）。双受精是被子植物独有。

种子和果实：胚珠 → 种子；子房壁 → 果实。果实助传播（风、动物、水）。

7. 光周期与开花

植物通过光敏色素（一种色素）感知日长。

两种形式：

• $P_r$（吸红光）— 不活跃。
• $P_{fr}$（吸远红光）— 活跃。

日光（红波长）把 $P_r\to P_{fr}$。夜间 $P_{fr}$ 慢慢转回 $P_r$。

长日植物（菠菜、生菜）：$P_{fr}$ 持续到夜深时开花 → 仅当夜短时。

短日植物（菊花、大豆）：$P_{fr}$ 已转回时开花 — 仅当夜长时。

日中性植物：开花与日长无关。

8. 例题精讲

某小柳树在晴日装入密闭塑料舱。

(a) 2 小时后木质部流速预测如何变？ (b) 韧皮部流速预测如何变？ (c) 为什么光合速率随时间下降？

解答。

(a) 舱内积累水蒸气 → 湿度上升 → 蒸腾减慢 → 木质部流速减慢。

(b) 韧皮部初期继续（蔗糖仍在产生与使用）但随光合下降而减慢（源端糖少）。

(c) 舱内 CO₂ 被光合消耗。CO₂ 是 Calvin 循环底物；不足则循环减慢。

9. 易错点

• 木质部死、韧皮部活：易混。木质部细胞由木质素加固、无胞质；韧皮部筛管有胞质且伴胞活。
• 源与库可变：发育中果实是库；储糖成熟果实可变源。
• 生长素方向：生长素从茎尖向下到根。茎尖处浓度高。
• 光敏色素与夜长：植物实际响应夜长，不是日长。夜中红光闪光会扰乱短日植物开花。

10. 练习题

1. 解释为何只有上表面气孔的叶蒸腾比正常叶低。
2. 为什么菌根真菌对很多营养贫瘠土中生长的植物必不可少？
3. 长日植物给 16 小时光 + 8 小时暗：开花。同植物给 8 小时光 + 16 小时暗：不开花。在 16 小时暗中加红光闪光。预测结果。

11. 速查表

• 木质部：死，蒸腾拉力（内聚-张力）运水。
• 韧皮部：活，源到库的压力-流动运蔗糖。
• 菌根：真菌-植物共生吸 P、N。
• 生长素：细胞伸长、向光。赤霉素：萌发。ABA：胁迫。
• 双受精：被子植物独有；一精+卵，第二精+极核。
• 光敏色素：$P_r\leftrightarrow P_{fr}$。夜长控制开花。

12. 下一步

植物生物连接 Topic 8（代谢） 光合 与 Topic 4（生态） 植物-环境互动。具体植物生理题可问小欧。