普通生物學A植物的結構功能和發(fā)育(上)

陸生植物包括苔蘚植物、蕨類植物、裸子植物和被子植物4大類，從結構與功能方面體現(xiàn)了從低等向高等的進化順序。本章以被子植物為代表，討論植物的形態(tài)、功能和發(fā)育等問題。當前第1頁\共有32頁\編于星期四\18點14.1植物的結構與生長植物的器官和陸生適應根據(jù)胚中子葉的數(shù)量差異，被子植物被分成單子葉植物綱和雙子葉植物綱當前第2頁\共有32頁\編于星期四\18點植物的器官和陸生適應被子植物的總體形態(tài)陸生適應性進化導致被子植物形成了生長在土壤中的根系和生活在空氣中的莖（枝條）系統(tǒng)兩部分。根、莖、葉與植物營養(yǎng)物質的吸收、合成、運輸和貯藏密切相關，被稱為營養(yǎng)器官。當前第3頁\共有32頁\編于星期四\18點被子植物的根植物的根系通常有兩類：直根系和須根系直根系主根明顯，主根上生出側根，這類根系固著能力很強。一些植物的主根可以貯存糖類等有機營養(yǎng)物質。大部分單子葉植物和一些草本植物的根為須根系，即在胚軸或莖的基部叢生大量須狀根。須根系具有與土壤更多的接觸表面積。當前第4頁\共有32頁\編于星期四\18點被子植物的莖莖上著生葉的位置叫節(jié)兩節(jié)之間的部分叫節(jié)間在莖的頂端和節(jié)上葉腋內著生有芽，頂芽是枝的主要生長點，腋芽具有發(fā)育成營養(yǎng)枝或繁殖枝的潛力每一個營養(yǎng)枝都具有自身頂芽、葉和腋芽，而繁殖枝著生花。當前第5頁\共有32頁\編于星期四\18點被子植物的莖莖具有趨光和背地生長特性有些植物的莖形態(tài)特殊，稱為莖的變態(tài)匍匐莖、根狀莖、塊莖、鱗莖當前第6頁\共有32頁\編于星期四\18點被子植物的葉葉柄、葉鞘、葉脈單子葉植物通常為平行的葉脈，雙子葉植物為網(wǎng)狀葉脈。葉的形態(tài)多種多樣，通常體現(xiàn)在排列方式（葉序）、復葉的類型、葉形、葉緣和葉脈的形態(tài)等各個方面。當前第7頁\共有32頁\編于星期四\18點被子植物的葉葉的變態(tài)當前第8頁\共有32頁\編于星期四\18點特定功能的細胞群——組織植物細胞的類型常見的植物細胞類型包括薄壁細胞、厚角細胞、厚壁細胞、管胞與導管分子、篩分子等。當前第9頁\共有32頁\編于星期四\18點植物細胞的類型——薄壁細胞薄壁細胞普遍存在于植物體的各個部分，細胞壁很薄，細胞間隙較大，大多缺少次生壁，原生質體中常有中央大液泡，細胞多為等徑或長形。薄壁細胞是植物進行光合作用、呼吸作用、貯藏作用、分泌作用等重要生理過程的場所。薄壁細胞具有很強的分生潛能，受刺激后可恢復分生能力。當前第10頁\共有32頁\編于星期四\18點植物細胞的類型——厚角細胞厚角細胞最顯著的結構特征是細胞壁不均勻增厚，這種增厚是初生壁性質的，不含木質素。厚角細胞常成束重疊排列，具有較強的機械強度，在莖和葉柄中主要起機械支持作用。由于其具初生壁性質，它們能隨周圍細胞延伸而擴展，因此，它們既有支持作用，又不限制幼嫩器官生長。當前第11頁\共有32頁\編于星期四\18點植物細胞的類型——厚壁細胞厚壁細胞具有均勻加厚的次生壁，次生壁是細胞生長后期細胞壁纖維素中沉積了木質素的結果。木質化的厚壁細胞比厚角細胞更堅硬，支持作用更強。功能上成熟的厚壁細胞都停止延長和生長，大多成為缺少原生質體的死細胞。厚壁細胞包括纖維和石細胞兩種。纖維細胞細長，常聚集成束。石細胞形狀不規(guī)則，細胞壁加厚。當前第12頁\共有32頁\編于星期四\18點植物細胞的類型——管胞與導管分子高等植物體木質部中兩類伸長的、具有次生壁的輸水細胞。成熟時是缺乏原生質體的死細胞，厚厚的細胞壁上布滿了紋孔。導管分子端壁上具有穿孔，導管分子通過端壁上的穿孔連接形成連續(xù)的管狀結構，稱為導管。管胞兩端尖細，無明顯端壁穿孔，通過尖細側壁的重疊連接，并通過側壁上紋孔輸送水分及礦物質。管胞的輸水效率要比導管低。當前第13頁\共有32頁\編于星期四\18點植物細胞的類型——篩管分子高等植物韌皮部中運輸糖類等有機營養(yǎng)物的細長管狀生活細胞，成熟時其原生質體內無細胞核。篩管分子端壁上密布簇生的小孔（篩孔），密布著簇生的小孔的端壁區(qū)域稱為篩板。篩管分子之間通過篩板縱向連接形成篩管，行使輸送有機營養(yǎng)物質的功能。篩管分子還常常與伴胞緊密相連。伴胞是一種特化的薄壁細胞，有細胞核和濃厚細胞質，篩管分子和伴胞間存在發(fā)達胞間連絲，它們可能與控制和傳遞物質進入篩管有關。當前第14頁\共有32頁\編于星期四\18點植物的組織具有相同來源的同一類型或不同類型細胞群組成的結構和功能單位稱為組織?；窘M織系統(tǒng)主要由具同化（如光合作用）、貯藏、通氣和吸收功能的薄壁細胞組成，還包括具機械支持功能的厚壁細胞和厚角細胞。被子植物的三大組織系統(tǒng)即：表皮組織系統(tǒng)、維管組織系統(tǒng)和基本組織系統(tǒng)表皮組織系統(tǒng)是覆蓋和保護植物的一層排列緊密的表皮細胞。維管組織系統(tǒng)具有輸導水分及養(yǎng)分和機械支持的功能。當前第15頁\共有32頁\編于星期四\18點植物的組織根據(jù)結構和功能的特點，還可以把植物的組織分為分生組織、薄壁組織、保護組織、輸導組織、機械組織和分泌組織等六類。分生組織具有進行細胞分裂的能力，通常位于植物體的生長部位。其他五類組織是在器官發(fā)育過程中，由分生組織衍生的細胞分化發(fā)展而成，又稱為成熟組織。當前第16頁\共有32頁\編于星期四\18點植物營養(yǎng)器官的生長和結構特征無限生長、生活期一年生植物、兩年生植物、多年生植物植物之所以能夠無限生長是因為在植物體的生長部位具有分生組織。在成熟的植物體內，總保留一部分不分化并具有分裂能力的細胞，從分生組織分裂產生的細胞中，有的能持續(xù)分裂，保持著很強的分裂能力，它們被稱為原生分生組織；有的生長并初步分化，形成初生分生組織，這些初生分生組織以后逐漸失去分裂能力，形成植物器官中的其他成熟組織。當前第17頁\共有32頁\編于星期四\18點植物營養(yǎng)器官的生長和結構特征植物的生長方式取決于分生組織所處的位置。頂端分生組織——初生生長 ——縱向生長側生分生組織——次生生長 ——加粗生長側生分生組織通常是一些已分化細胞恢復了分裂能力，又稱次生分生組織，根、莖的加粗生長則屬于次生生長。當前第18頁\共有32頁\編于星期四\18點根的生長與結構根的初生生長發(fā)生在根尖。4個部分：根冠：薄壁細胞組成、細胞壁粘液化、外層細胞不斷死亡脫落、內側頂端分生組織不斷分裂出的細胞。分生區(qū)：又叫生長錐、頂端分生組織細胞組成、細胞分裂能力強。伸長區(qū)：細胞停止分裂、體積增大，使根尖縱向生長和延伸、細胞初步分化形成未成熟的木質部導管和未成熟的韌皮部篩管。成熟區(qū)：又稱為根毛區(qū)、各種細胞已經(jīng)分化成熟，形成各種成熟的組織。當前第19頁\共有32頁\編于星期四\18點根的生長與結構根的初生結構：從外向內為表皮、皮層和維管柱初生維管柱包括一層中柱鞘細胞、初生木質部和初生韌皮部。皮層細胞可以貯存有機養(yǎng)分和讓水分及礦物質橫向通過。內皮層細胞初生壁上徑向栓質化環(huán)帶狀加厚，稱為凱氏帶，是控制皮層與維管柱之間物質交流的通道。初生木質部初生韌皮部皮層根的次生生長：維管形成層和木栓形成層是造成根次生加粗生長的側分生組織。側根的形成：成熟區(qū)的中柱鞘細胞進行平周和垂周分裂當前第20頁\共有32頁\編于星期四\18點莖的生長與結構莖的頂端分生組織位于莖的最頂端，由具有強烈和持久分裂能力的細胞組成帽狀的細胞群組成。莖的頂端分生組織通過平周分裂和垂周分裂，形成原表皮、原形成層和基本分生組織，以后它們分別分化成為皮組織系統(tǒng)、維管組織系統(tǒng)和基本組織系統(tǒng)。產生于莖的頂端分生組織兩側的葉原基，而芽則產生于葉腋處的芽原基。植物莖的分枝是由葉腋處的芽原基產生的當前第21頁\共有32頁\編于星期四\18點莖的生長與結構莖的頂端分生組織衍生出的細胞經(jīng)過分裂、延長生長和分化，形成由表皮、皮層和維管柱3部分組成的莖的初生結構。雙子葉植物：維管束環(huán)狀，環(huán)的內部為髓，外部為皮層，在維管束間為細的髓射線。每一個維管束中，木質部通常面向髓排列在內側，而韌皮部通常面向皮層排列在維管束的外側。雙子葉單子葉表皮形成層維管柱髓木質部韌皮部表皮皮層維管柱單子葉植物：維管束散生。當前第22頁\共有32頁\編于星期四\18點莖的生長與結構大部分單子葉植物僅有初生生長，沒有次生結構。雙子葉植物的莖除了初生生長外，還具有次生生長。植物的年輪當前第23頁\共有32頁\編于星期四\18點葉的組織結構典型的葉片由表皮、葉肉和葉脈3部分組成。當前第24頁\共有32頁\編于星期四\18點14.2植物的營養(yǎng)與體內運輸水分的吸收與運輸植物根系從土壤中吸收的水分首先通過根部的皮層進入到中柱的木質部，然后通過根與莖相互連通的木質部中的導管與管胞，向上輸送，經(jīng)過葉柄到達葉片。水分進入葉肉細胞后在細胞表面蒸發(fā)，通過葉片的氣孔逸出。當前第25頁\共有32頁\編于星期四\18點水分的吸收與運輸促使大量水分長距離向上運輸?shù)膭恿κ鞘裁茨?？至少?種作用力：根部的壓力（根壓）、木質部的毛細管作用力和葉片的蒸騰拉力。其中，葉片的蒸騰拉力對水分向上運輸?shù)淖饔米畲蟆B透壓力使土壤中的水分流入根部，水在根中向木質部的滲透性擴散產生的靜水壓力就是根壓。在植物木質部的導管和管胞中，毛細管作用力和水的內聚力促進了水的向上運輸。蒸騰作用產生使水向上運動的巨大拉力當前第26頁\共有32頁\編于星期四\18點水分的吸收與運輸氣孔結構和開關機理每一個氣孔都由兩個形態(tài)特殊可改變形狀的保衛(wèi)細胞包圍。保衛(wèi)細胞僅兩端相連，氣孔內側的細胞壁較厚，外側的壁較薄。當保衛(wèi)細胞吸水膨脹時，氣孔便張開；相反失水時，氣孔關閉。保衛(wèi)細胞的吸水與失水和鉀離子通過主動運輸進出保衛(wèi)細胞有關。光照強度和環(huán)境水分的多少等是控制鉀離子主動運輸?shù)闹匾蛩?。當前?7頁\共有32頁\編于星期四\18點植物的礦物營養(yǎng)吸收17種元素是絕大多數(shù)植物生長和發(fā)育所必需的元素。植物營養(yǎng)元素供給的缺乏可導致植物產生一系列的癥狀，生長發(fā)育不良甚至引起植物的死亡。礦質元素通過植物根部細胞主動跨膜運輸進入植物體。當前第28頁\共有32頁\編于星期四\18點有機同化物的轉運放射性14C同位素標記研究發(fā)現(xiàn)：光合作用的產物（糖）全部都通過韌皮部的篩管進行運輸。環(huán)割實驗：初期植物上部仍然能健康生長，而下部首先死亡，繼而整個植物都死亡了。同化物運輸一般遵循“同側運輸，就近供應”原則。1926年，德國Munch提出“壓力流動假說”當前第29頁\共有32頁\編于星期四\18點有機同化物的轉運壓力流動假說當前第30頁\共有32頁\編于星期四\18點

C3植物與C4植物相關結構與功能的比較C3植物：二氧化碳在Calvin循環(huán)中被固定的第一個化合物是3-磷酸甘油酸；C4植物：二氧化碳固定的最初產物是草酰乙酸C4途徑是植物對干旱環(huán)境的適應，更高光合作用效率。當前第31頁\共有32頁\編于星期四\18點陸生適應性進化使被子植物具有根系和莖干系統(tǒng)，維管組織在內部連接這兩部分。常見的植物細胞類型包括薄壁細胞、厚角細胞、厚壁細胞、管胞與導管分子、篩管分子等。具有相同來源的同一類型或不同類型細胞群所組成的結構和功能單位稱為組織。被子植物具有表皮組織系統(tǒng)、維管組織系統(tǒng)和基本組織系統(tǒng)。

大多數(shù)雙子葉植物的根初生結構成熟后，還進行次生生長。維管形成層和木栓形成層是根次生加粗生長的側生分生組織。莖是地上部分的枝干，葉著生在節(jié)上