植物生长和发育.doc

n 植物生长和发育n 褚建君n 生命科学技术学院n 一、植物体n 被子植物在营养生长时期，其植株可以区分为根、茎、叶等部分。n 这些部分共同担负着植物体的营养生长活动，是被子植物的营养器官（vegetative organ）。n 被子植物营养生长到了一定阶段，便会进入生殖生长，开花结果。花、果实和种子就是植物的生殖器官（reproduction organ）。 n 胚 embryon 由受精卵（合子）发育而成的新一代植物体的雏型（即原始体）。是种子的最重要的组成部分。 n 1、根 根（root）是植物在长期适应陆生生活过程中发展起来的器官，构成植物体的地下部分。 根的主要功能是固定植株，并从土壤中吸收水分、矿质营养和氮素，供植物生活所利用。 根还具有生物合成的功能，至少有十余种氨基酸以及植物碱、有机氮等有机物是在根内合成的。 此外，有些植物的根容易发生不定芽而萌发为新枝，因而具有营养繁殖的功能。n 定根与不定根n 定根normal root：发生于特定位置的主根与侧根。 胚根、主根（初生根primary root）；侧根lateral root(次生根secondary root)，一级、二级。n 不定根adventitious root。也可产生侧根。n 1.1 根尖的形态与结构n 根尖的形态结构 n 1.2 双子叶植物根的初生结构n 1.3 双子叶植物根的次生生长n 大多数双子叶植物的主根和较大的侧根在完成了初生生长之后，由于形成层的发生活动，不断产生次生维管组织和周皮，使根的直径增粗。这种生长过程称为次生生长（secondary growth）。n 形成层有两种，即维管形成层（vascular cambium）和木栓形成层（phellogen或cork cambium）。n 双子叶植物根的次生生长n 1.4 禾本科植物根的解剖结构特点 n 禾本科植物属于单子叶植物，其根的基本结构与双子叶植物类似，也可分为表皮、皮层和中柱三个基本部分。n 但各部分的结构却有其特点，特别是没有维管形成层和木栓形成层，不能进行次生生长。 n 水稻根的解剖结构n 1.5 侧根的发生 n 2、茎 Stemn 上胚轴和胚芽向上发展为地上部分的茎和叶。 n 茎是植物体内物质输导的主要通道。根部从土壤中吸收的水分、矿质元素以及在根中合成或储藏的有机物，要通过茎输送到地上各部；叶进行光合作用产生的有机物，也要通过茎输送到体内各部分被利用或储藏。茎也有储藏和繁殖功能。此外，绿色幼茎还能进行光合作用。n 2.1 茎的基本形态 大多数植物的茎是辐射对称的圆柱体。这种形状最适宜于担负支持、输导的功能。有的植物茎外形发生变化，如马铃薯和莎草科植物的茎为三棱、益母草、薄荷等唇形科植物的茎为四棱，芹菜的茎为多棱，这对加强支持作用有适应意义。 枝条：带叶和芽的茎。n 2.2 芽 芽（bud）：是未发育的枝或花和花序的原始体。 定芽（顶芽、侧芽）、不定芽； 叶芽、花芽、混合芽； 裸芽、鳞芽； 活动芽、休眠芽。n 2.3 双子叶植物茎的初生结构n 2.4 双子叶植物茎的次生结构维管形成层的发生与活动n 双子叶植物茎的次生结构木栓形成层的发生和活动 n 2.5禾本科植物茎解剖结构的特点 n 禾本科植物的茎有明显的节与节间的区分。大多数种类的节间其中央部分萎缩，形成中空的秆，但也有实心的情况。n 它们共同的特点是维管束散生分布，没有皮层和中柱的界限，只能划分为表皮、基本组织和维管束三个基本的组织系统。n 3、叶n 来源于胚芽的叶原基，n 充分发展了适应光合作用、蒸腾作用的形态和结构。n 发育成熟的叶分为叶柄、叶片和托叶三部分。如桃、棉花的叶。n 三部分均具有的叶叫完全叶（complete leaf）；n 缺少任何一部分或两部分的叶叫不完全叶（incomplete leaf）。n 3.1 叶的组成n 单子叶植物的叶n 叶柄n 叶柄连接叶片与茎，它的功能是支持叶片，并且是物质运输的通道。叶柄的内部结构多呈两侧对称状，表皮位于最外层，表皮内方常有厚角组织，薄壁组织含有少量叶绿体，维管束1至多束，排列呈弧形，分布于薄壁组织中。 n 3.2 双子叶植物叶片的结构n 双子叶植物的叶片多具有腹面（近轴面）和背面（远轴面）之分，腹面直接接受阳光照射，背面背光，内部结构相应存在差异。叶片的结构分为表皮、叶肉（mesophyll）和叶脉（vein）三部分。n 表皮n 表皮细胞n 气孔器：数目（下表皮100-300/mm）n 排水器：水孔通水组织（连管胞分子），吐水n 附属物：表皮毛、鳞片、腺体n 叶肉n 叶脉n 主脉和较大的侧脉有一或几个埋于基本组织中的维管束，木质部位于近腹面，韧皮部位于近背面，中间有活动极微弱的形成层。维管束的周围具有含叶绿体少的薄壁组织，上下表皮内方还有厚角组织或厚壁组织起机械支持作用，机械组织在背面尤为发达，故使主脉和较大侧脉在远轴面向外隆起。n 叶脉愈分枝结构愈简单，形成层消失，机械组织渐少至消失，维管组织的形成分子种类和数量减少，维管束外围形成一或几层排列紧密的细胞，称为维管束鞘 n 4、 营养器官的变态n 植物的变态metamorphosis:与“常态”看起来不一样的，但也适应其相应的功能。n 4.1 根的变态：储藏根storage root 肉质直根主要由主根发育而成，一般同连接其上的肥大的下胚轴共同构成一个肉质结构，其肉质部分可以是韧皮部，也可以是木质部，形成的形状各异，如白芷、党参的圆锥根，黄芪、甘草、丹参的圆柱根。n 根的变态：储藏根storage rootn 块根一般是由侧根或不定根发育而成，形状往往不规则，多为纺锤形或块状。一个植株常可形成多个块根，如甘薯、何首乌、三七、天冬、麦冬等。n 4.1根的变态：气生根n 暴露在地面，生长在空气中。n 4.1根的变态：气生根n 寄生根n 4.2茎的变态：根状茎n Rhizome:地下，节上不定根。n 4.2茎的变态：块茎n Stem tuber：节间缩短、膨大。n 4.2茎的变态：鳞茎n Bulb：节间缩短，着生肉质或膜质变态叶。n 4.2茎的变态：球茎n Corm：节间缩短，膨大成球形的茎。n 4.2茎的变态：匍匐茎n Stolon：匍匐地面，节上生不定根（与平卧茎不同）。n 4.2茎的变态：肉质茎n Fleshy stem：肥大多汁。n 4.2茎的变态：茎刺n Stem thorn：由腋芽发育而来n 4.3叶的变态：鳞叶n Scale leaf：鳞片状或肉质肥厚。包括鳞芽外的芽鳞片、球茎等变态器官上退化的鳞叶或鳞片、球茎等上面的肉质鳞叶。n 4.3叶的变态：叶卷须、叶刺n 4.3叶的变态：捕虫叶n Leaf insectivorous apparatusn 二、植物生长的调控n 植物生产挽救了无数的生命。（二战后，植物遗传学家Norman Borlaug因为培育出高产小麦品种，使许多人摆脱挨饿而获诺贝尔和平奖）n 1、植物为何能够生长？n 分生组织Meristemsn 一直能够形成新器官Post-embryonic organ formationn Differential growth更多的叶子和根系得到更多的资源n Environmental cues 如日长n 感受器Rceptors：n 激素Hormomnesn 基因型Genomesn 2、从种子到幼苗n 种子的休眠dormancy：胚未发育完全、后熟作用、机械障碍等n 种子的萌发germineation：光、温、水、气、土n 种子萌发时的代谢状况n 外界因素对植物生长的影响n 3、植物生长激素n Plant growth hormones 植物体内产生的有机物质，并由产生部位移动到作用部位，在极低浓度下就有明显生理效应的微量物质。 regulatory molecules that act at very low concentrains at site often distant from where they are produced. 生长素（Auxin） 赤霉素（GA, Gibberellins） 细胞分裂素（CTK, Cytokinins） 脱落酸（ ABA, abscisic acid） 乙烯（ethyne，ETH） n 4、生长素n 1872年波兰园艺学家谢连斯基对根尖控制根伸长区生长作了研究；n 后来达尔文父子对草的胚芽鞘向光性进行了研究。n 1928年温特证实了胚芽的尖端确实产生了某种物质，能够控制胚芽生长。n 1934年，凯格等人从一些植物中分离出了这种物质并命名它为吲哚乙酸（IAA） ，因而习惯上常把吲哚乙酸作为生长素的同义词。n 生长素的生理作用n 去除顶端优势n 2,4-D 20世纪最重大的发现之一 2,4-二氯苯氧乙酸：为激素类内吸传导型选择性除草剂。 较低浓度时，能够促进植物生长。在较高浓度时，能够抑制双子叶植物生长，甚至杀死双子叶植物。 主要适用于小麦、大麦、青稞、玉米、高粱等禾本科作物田及禾本科牧草地，防除播娘蒿、藜、蓼、离子草、繁缕、反枝苋、律草、问荆、苦荬菜、刺儿菜、苍耳、田旋花、马齿苋等阔叶杂草，对禾本科杂草无效。 n 我国除草剂的使用情况n 5、光感受器 Photoreceptorsn 光敏素 phototropins，蓝光受体 Cryptochromes，玉米黄质 Zeaxanthinn 光敏素，是植物体内的一种蛋白色素。有钝化型和活化型两种形式，分别吸收红光和远红光而相互转化。植物主要通过这种色素接收外界的光信号来调节本身生长和发育的多个方面。n 光敏素的作用机理n 6、植物体内的信号传导 signal transductionn 植物在整个生长过程中，受到各种内外因素的影响，这就需要植物体正确地辨别各种信息并作出相应的反应，以确保正常的生长和发育。 n 在植物细胞的信号反应中，已发现有几十种信号分子。按其作用范围可分为胞间信号分子和胞内信号