普通生物学A植物的结构功能和发育(上)

陆生植物包括苔藓植物、蕨类植物、裸子植物和被子植物4大类，从结构与功能方面体现了从低等向高等的进化顺序。本章以被子植物为代表，讨论植物的形态、功能和发育等问题。当前第1页\共有32页\编于星期四\18点14.1植物的结构与生长植物的器官和陆生适应根据胚中子叶的数量差异，被子植物被分成单子叶植物纲和双子叶植物纲当前第2页\共有32页\编于星期四\18点植物的器官和陆生适应被子植物的总体形态陆生适应性进化导致被子植物形成了生长在土壤中的根系和生活在空气中的茎（枝条）系统两部分。根、茎、叶与植物营养物质的吸收、合成、运输和贮藏密切相关，被称为营养器官。当前第3页\共有32页\编于星期四\18点被子植物的根植物的根系通常有两类：直根系和须根系直根系主根明显，主根上生出侧根，这类根系固着能力很强。一些植物的主根可以贮存糖类等有机营养物质。大部分单子叶植物和一些草本植物的根为须根系，即在胚轴或茎的基部丛生大量须状根。须根系具有与土壤更多的接触表面积。当前第4页\共有32页\编于星期四\18点被子植物的茎茎上着生叶的位置叫节两节之间的部分叫节间在茎的顶端和节上叶腋内着生有芽，顶芽是枝的主要生长点，腋芽具有发育成营养枝或繁殖枝的潜力每一个营养枝都具有自身顶芽、叶和腋芽，而繁殖枝着生花。当前第5页\共有32页\编于星期四\18点被子植物的茎茎具有趋光和背地生长特性有些植物的茎形态特殊，称为茎的变态匍匐茎、根状茎、块茎、鳞茎当前第6页\共有32页\编于星期四\18点被子植物的叶叶柄、叶鞘、叶脉单子叶植物通常为平行的叶脉，双子叶植物为网状叶脉。叶的形态多种多样，通常体现在排列方式（叶序）、复叶的类型、叶形、叶缘和叶脉的形态等各个方面。当前第7页\共有32页\编于星期四\18点被子植物的叶叶的变态当前第8页\共有32页\编于星期四\18点特定功能的细胞群——组织植物细胞的类型常见的植物细胞类型包括薄壁细胞、厚角细胞、厚壁细胞、管胞与导管分子、筛分子等。当前第9页\共有32页\编于星期四\18点植物细胞的类型——薄壁细胞薄壁细胞普遍存在于植物体的各个部分，细胞壁很薄，细胞间隙较大，大多缺少次生壁，原生质体中常有中央大液泡，细胞多为等径或长形。薄壁细胞是植物进行光合作用、呼吸作用、贮藏作用、分泌作用等重要生理过程的场所。薄壁细胞具有很强的分生潜能，受刺激后可恢复分生能力。当前第10页\共有32页\编于星期四\18点植物细胞的类型——厚角细胞厚角细胞最显著的结构特征是细胞壁不均匀增厚，这种增厚是初生壁性质的，不含木质素。厚角细胞常成束重叠排列，具有较强的机械强度，在茎和叶柄中主要起机械支持作用。由于其具初生壁性质，它们能随周围细胞延伸而扩展，因此，它们既有支持作用，又不限制幼嫩器官生长。当前第11页\共有32页\编于星期四\18点植物细胞的类型——厚壁细胞厚壁细胞具有均匀加厚的次生壁，次生壁是细胞生长后期细胞壁纤维素中沉积了木质素的结果。木质化的厚壁细胞比厚角细胞更坚硬，支持作用更强。功能上成熟的厚壁细胞都停止延长和生长，大多成为缺少原生质体的死细胞。厚壁细胞包括纤维和石细胞两种。纤维细胞细长，常聚集成束。石细胞形状不规则，细胞壁加厚。当前第12页\共有32页\编于星期四\18点植物细胞的类型——管胞与导管分子高等植物体木质部中两类伸长的、具有次生壁的输水细胞。成熟时是缺乏原生质体的死细胞，厚厚的细胞壁上布满了纹孔。导管分子端壁上具有穿孔，导管分子通过端壁上的穿孔连接形成连续的管状结构，称为导管。管胞两端尖细，无明显端壁穿孔，通过尖细侧壁的重叠连接，并通过侧壁上纹孔输送水分及矿物质。管胞的输水效率要比导管低。当前第13页\共有32页\编于星期四\18点植物细胞的类型——筛管分子高等植物韧皮部中运输糖类等有机营养物的细长管状生活细胞，成熟时其原生质体内无细胞核。筛管分子端壁上密布簇生的小孔（筛孔），密布着簇生的小孔的端壁区域称为筛板。筛管分子之间通过筛板纵向连接形成筛管，行使输送有机营养物质的功能。筛管分子还常常与伴胞紧密相连。伴胞是一种特化的薄壁细胞，有细胞核和浓厚细胞质，筛管分子和伴胞间存在发达胞间连丝，它们可能与控制和传递物质进入筛管有关。当前第14页\共有32页\编于星期四\18点植物的组织具有相同来源的同一类型或不同类型细胞群组成的结构和功能单位称为组织。基本组织系统主要由具同化（如光合作用）、贮藏、通气和吸收功能的薄壁细胞组成，还包括具机械支持功能的厚壁细胞和厚角细胞。被子植物的三大组织系统即：表皮组织系统、维管组织系统和基本组织系统表皮组织系统是覆盖和保护植物的一层排列紧密的表皮细胞。维管组织系统具有输导水分及养分和机械支持的功能。当前第15页\共有32页\编于星期四\18点植物的组织根据结构和功能的特点，还可以把植物的组织分为分生组织、薄壁组织、保护组织、输导组织、机械组织和分泌组织等六类。分生组织具有进行细胞分裂的能力，通常位于植物体的生长部位。其他五类组织是在器官发育过程中，由分生组织衍生的细胞分化发展而成，又称为成熟组织。当前第16页\共有32页\编于星期四\18点植物营养器官的生长和结构特征无限生长、生活期一年生植物、两年生植物、多年生植物植物之所以能够无限生长是因为在植物体的生长部位具有分生组织。在成熟的植物体内，总保留一部分不分化并具有分裂能力的细胞，从分生组织分裂产生的细胞中，有的能持续分裂，保持着很强的分裂能力，它们被称为原生分生组织；有的生长并初步分化，形成初生分生组织，这些初生分生组织以后逐渐失去分裂能力，形成植物器官中的其他成熟组织。当前第17页\共有32页\编于星期四\18点植物营养器官的生长和结构特征植物的生长方式取决于分生组织所处的位置。顶端分生组织——初生生长 ——纵向生长侧生分生组织——次生生长 ——加粗生长侧生分生组织通常是一些已分化细胞恢复了分裂能力，又称次生分生组织，根、茎的加粗生长则属于次生生长。当前第18页\共有32页\编于星期四\18点根的生长与结构根的初生生长发生在根尖。4个部分：根冠：薄壁细胞组成、细胞壁粘液化、外层细胞不断死亡脱落、内侧顶端分生组织不断分裂出的细胞。分生区：又叫生长锥、顶端分生组织细胞组成、细胞分裂能力强。伸长区：细胞停止分裂、体积增大，使根尖纵向生长和延伸、细胞初步分化形成未成熟的木质部导管和未成熟的韧皮部筛管。成熟区：又称为根毛区、各种细胞已经分化成熟，形成各种成熟的组织。当前第19页\共有32页\编于星期四\18点根的生长与结构根的初生结构：从外向内为表皮、皮层和维管柱初生维管柱包括一层中柱鞘细胞、初生木质部和初生韧皮部。皮层细胞可以贮存有机养分和让水分及矿物质横向通过。内皮层细胞初生壁上径向栓质化环带状加厚，称为凯氏带，是控制皮层与维管柱之间物质交流的通道。初生木质部初生韧皮部皮层根的次生生长：维管形成层和木栓形成层是造成根次生加粗生长的侧分生组织。侧根的形成：成熟区的中柱鞘细胞进行平周和垂周分裂当前第20页\共有32页\编于星期四\18点茎的生长与结构茎的顶端分生组织位于茎的最顶端，由具有强烈和持久分裂能力的细胞组成帽状的细胞群组成。茎的顶端分生组织通过平周分裂和垂周分裂，形成原表皮、原形成层和基本分生组织，以后它们分别分化成为皮组织系统、维管组织系统和基本组织系统。产生于茎的顶端分生组织两侧的叶原基，而芽则产生于叶腋处的芽原基。植物茎的分枝是由叶腋处的芽原基产生的当前第21页\共有32页\编于星期四\18点茎的生长与结构茎的顶端分生组织衍生出的细胞经过分裂、延长生长和分化，形成由表皮、皮层和维管柱3部分组成的茎的初生结构。双子叶植物：维管束环状，环的内部为髓，外部为皮层，在维管束间为细的髓射线。每一个维管束中，木质部通常面向髓排列在内侧，而韧皮部通常面向皮层排列在维管束的外侧。双子叶单子叶表皮形成层维管柱髓木质部韧皮部表皮皮层维管柱单子叶植物：维管束散生。当前第22页\共有32页\编于星期四\18点茎的生长与结构大部分单子叶植物仅有初生生长，没有次生结构。双子叶植物的茎除了初生生长外，还具有次生生长。植物的年轮当前第23页\共有32页\编于星期四\18点叶的组织结构典型的叶片由表皮、叶肉和叶脉3部分组成。当前第24页\共有32页\编于星期四\18点14.2植物的营养与体内运输水分的吸收与运输植物根系从土壤中吸收的水分首先通过根部的皮层进入到中柱的木质部，然后通过根与茎相互连通的木质部中的导管与管胞，向上输送，经过叶柄到达叶片。水分进入叶肉细胞后在细胞表面蒸发，通过叶片的气孔逸出。当前第25页\共有32页\编于星期四\18点水分的吸收与运输促使大量水分长距离向上运输的动力是什么呢？至少有3种作用力：根部的压力（根压）、木质部的毛细管作用力和叶片的蒸腾拉力。其中，叶片的蒸腾拉力对水分向上运输的作用最大。渗透压力使土壤中的水分流入根部，水在根中向木质部的渗透性扩散产生的静水压力就是根压。在植物木质部的导管和管胞中，毛细管作用力和水的内聚力促进了水的向上运输。蒸腾作用产生使水向上运动的巨大拉力当前第26页\共有32页\编于星期四\18点水分的吸收与运输气孔结构和开关机理每一个气孔都由两个形态特殊可改变形状的保卫细胞包围。保卫细胞仅两端相连，气孔内侧的细胞壁较厚，外侧的壁较薄。当保卫细胞吸水膨胀时，气孔便张开；相反失水时，气孔关闭。保卫细胞的吸水与失水和钾离子通过主动运输进出保卫细胞有关。光照强度和环境水分的多少等是控制钾离子主动运输的重要因素。当前第27页\共有32页\编于星期四\18点植物的矿物营养吸收17种元素是绝大多数植物生长和发育所必需的元素。植物营养元素供给的缺乏可导致植物产生一系列的症状，生长发育不良甚至引起植物的死亡。矿质元素通过植物根部细胞主动跨膜运输进入植物体。当前第28页\共有32页\编于星期四\18点有机同化物的转运放射性14C同位素标记研究发现：光合作用的产物（糖）全部都通过韧皮部的筛管进行运输。环割实验：初期植物上部仍然能健康生长，而下部首先死亡，继而整个植物都死亡了。同化物运输一般遵循“同侧运输，就近供应”原则。1926年，德国Munch提出“压力流动假说”当前第29页\共有32页\编于星期四\18点有机同化物的转运压力流动假说当前第30页\共有32页\编于星期四\18点

C3植物与C4植物相关结构与功能的比较C3植物：二氧化碳在Calvin循环中被固定的第一个化合物是3-磷酸甘油酸；C4植物：二氧化碳固定的最初产物是草酰乙酸C4途径是植物对干旱环境的适应，更高光合作用效率。当前第31页\共有32页\编于星期四\18点陆生适应性进化使被子植物具有根系和茎干系统，维管组织在内部连接这两部分。常见的植物细胞类型包括薄壁细胞、厚角细胞、厚壁细胞、管胞与导管分子、筛管分子等。具有相同来源的同一类型或不同类型细胞群所组成的结构和功能单位称为组织。被子植物具有表皮组织系统、维管组织系统和基本组织系统。

大多数双子叶植物的根初生结构成熟后，还进行次生生长。维管形成层和木栓形成层是根次生加粗生长的侧生分生组织。茎是地上部分的枝干，叶着生在节上