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植物的结构、功能和发育(A)


14 植物的结构、功能和发育(A)
14.1 14.2 14.3 14.4 植物的结构与生长 植物的营养与体内运输 植物的繁殖 植物的生长发育及调控

? 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。



14.1 植物的结构与生长
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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

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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。

? 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。

? 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。

? 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

? 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。

? 被子植物的叶

? 叶的变态

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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。

? 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。

? 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。

? 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。

? 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。

? 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。

? 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。

? 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。 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。

? 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。

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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。

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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。

? 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。

? 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。

?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。

初生木质部

初生韧皮部 皮层

?侧根的形成:成熟区的中
柱鞘细胞进行平周和垂周分裂

? 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

? 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 表皮 束 间 为 细 的 髓 射 线 。 形成层 每一个维管束中,木 维管柱 质部通常面向髓排列 髓 在内侧,而韧皮部通 木质部 常 面 向 皮 层 排 列 在 维 韧皮部 管束的外侧。 ? 单子叶植物:维管束散生。
表皮 皮层 维管柱

双子叶

单子叶

? 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

? 叶的组织结构
?典型的叶片由表皮、叶肉和叶脉3部分组成。

14.2 植物的营养与体内运输
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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。

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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

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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。

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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。

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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”

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有机同化物的转运

? 压力流动假说

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? 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

C3植物与C4植物相关结构与功能的比较

? C4途径是植物对干旱环境的适应,更高光合作用效率。

本章摘要
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。在茎的顶端和节上叶腋内着生有芽。双子 叶植物形成层的细胞分裂活动,使茎不断加粗,产生茎的次生结构。 叶是大多数植物的主要光合作用器官,气孔是叶片中光合作用细胞与 外界环境相互交换气体的通道。 根系吸收的水分通过根部皮层进入中柱木质部,通过木质部中的 导管与管胞向上输送,经叶柄到达叶片。植物营养元素供给对植物的 生长发育是必需的。光合作用的产物(糖)全部通过韧皮部筛管进行 运输。C4植物具有比C3植物更高的炎热干旱环境适应性和光合作用效率。


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