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第四章生物的生殖2012


第四章 生物的生殖

主要内容
第一节 生物生殖的基本类型 第二节 被子植物的有性生殖与发育 第三节 哺乳动物的生殖与发育(自学)

? 生殖:生物生长发育到一定阶段产生后代 以延续种族的现象。

第一节 生物生殖的基本类型
一、无性生殖 二、有性生殖

教学要求

>掌握生物生殖的基本类型

一、无性生殖
? (一)定义:不经过生殖细胞的结合,生物 个体的营养细胞或营养体的一部分,直接 生成或经过孢子而产生出能独立生活的子 体的生殖方式。

(二)类



? 1、营养繁殖:生物营养体的一部分(脱离 或不脱离母体)直接形成新个体的一种繁殖 方式。 ? (1)裂殖 ? 二分体:母体进行纵或横分裂而成为大小、 形态、结构相似的两个子体。 ? 多分体:母体的核首先分成若干子核,然 后每个子核连同周围的细胞质形成一个子 体。

? (2)芽殖:母体的一定部位长出小芽体, 其长大后成为独立生活的子体。

? 酵母菌芽殖

?应用:扦插、 压条、嫁接

? 2、孢子生殖:是无性生殖中的高级方式。 是由母体先形成专管生殖的特定部分,然 后产生许多孢子的生殖方式,产生孢子的 器官称为孢子囊。孢子囊成熟时,孢子散 出,遇到适宜条件就萌发成新个体。

? (三)无性繁殖的特点: ? 1、生殖过程简单,繁殖较迅速,可保持其 固有的性状。 ? 2、对于外界的适应能力会逐渐衰退:因为 后代来自同一基因型的亲体,因此,生活 力、代谢强度、对外界的适应能力会逐渐 衰退。

二、有性生殖
(一)定义:由亲体产生性细胞,通过两性细胞结 合成为合子,进而发育成新个体的生殖方式。性 细胞即配子。 (二)类型: 1、同配生殖 2、异配生殖 3、卵式生殖

? 1、同配生殖:两个形态、大小相似的性细胞(即同 形配子)相互结合的一种较简单的有性生殖方式。 ? 有性生殖时进行交配的两个配子在形态、大小和结 构方面相同,性别分化不明显,常以“+”“-”表示。 “+”“-”配子融合形成合子,由合子再长成新个体。 ? 同配生殖又有同宗、异宗之分。 ? 由同一母体产生的配子进行交配叫同宗 ? 由不同母体产生的配子进行交配叫异宗。 ? 见于低等动植物,特别是藻类和真菌。有性生殖方 式之一。

? 2、异配生殖:进行交配的两个配子在形态、大小 和结构方面有区别,同时有性别分化,通常大的 配子活动性差,相当雌配子;小的配子活动性强 相当雄配子,大小配子融合形成合子,合子长成 新个体。
? 如绿藻中的实球藻、空球藻等。

? 3、卵式生殖:是指配子的大小和形状都很悬殊的 配子生殖。大配子失去鞭毛,不能游动,叫卵细 胞,小配子叫精子。精卵结合成为合子(受精 卵),再发育成新个体。卵式生殖是一种高级的 异配生殖。 ? 孤雌生殖:卵子不经过受精而发育成子代的繁殖 方式,称为孤雌生殖或单性生殖。

? (三)有性生殖的特点:
? 后代能更好的适应环境:由于有性生殖都 是经过质配、核配和减数分裂的阶段,因 而子代可以组合亲代的优点,得到新的变 异,能更好的适应环境。

第二节 被子植物的有性生殖与发育
一、被子植物的有性生殖 (一)被子植物花粉粒的形成和精子的产生(Z) (二)胚囊的形成与卵细胞和极核的产生(Z) (三)授粉-花粉粒萌发和双受精作用(Z) (四)胚和胚乳的发育 (五)开花与传粉(L) (六)果实的形成(L) (七)种子萌发与幼苗的形成(L) 二、被子植物的生活史(Z)

回顾:
花药 花丝
柱头 花柱

雄蕊

雌蕊
花瓣 胚珠

子房 花萼

花托

花柄、花托、花萼、花冠、雄蕊群、雌蕊群

花药的外形

花药的外形

雄蕊:花药+花丝

(一)被子植物花粉粒的形成和精子的产生(Z)

1、现孢原细胞: 花药发育初期,外围是一层原表皮,内为一群有分裂 能力的细胞。 不久,花药四个角隅处的表皮下出现一些细胞核较大 的孢原细胞,其分裂较快,使花药变成四棱形。

孢原细胞进行平周分裂形成两层细胞,外层 为周缘细胞,内层为造孢细胞。

? 周缘细胞经过分裂,与原来的表皮一起, 形成花粉囊壁

? 造孢细胞直接或经过几次分裂形成花粉母细胞; ? 花粉母细胞体积大,原生质浓厚,细胞体积大。

(周缘细胞)

花药 原始 体 原表 皮内 细胞 具分 裂能 力

核较大的叫孢原细胞,它分裂较快,使花药成 四棱形;孢原细胞平周分裂,外层叫周缘细胞, 内层叫造孢细胞

多次 分裂

花 药 壁

药室内壁

唇细胞 纤维层

花粉母细胞 (2N)
花粉母细胞经过减数分裂(复制一次分裂2次2N— —N)形成下图的4个连在一起的单倍体花粉粒,不 久彼此分开

是尚未成熟的花 粉粒,也叫小孢 子

单核花粉 (小孢子) (N)

单核花粉粒经过有丝分裂(复制一次, 分裂一次)形成下图即两个细胞,一 大一小

小孢子 大的是营养细胞,内 含大量淀粉、脂肪; 小的是生殖细胞,呈 纺锤形,被少量细胞 质包围

营养细胞

生殖细胞

成熟花粉粒(雄配子体)的第一种情况:
一个生殖细胞,一个营养细胞,叫2-细胞型花粉粒

小孢子

或生殖细胞再 进一步有丝分 裂一次

生殖细胞

营养细胞

精 子(N) 营养细胞(N)

成熟花粉粒的第二种情况:有3个细胞其中2个精 子,1个营养细胞,称为3-细胞型花粉粒 成熟的花粉粒又叫雄配子体

花药发生、花粉的发育及形成过程
药隔及维管束
花药 原表皮 表皮

幼花粉囊
孢原细胞

平周 周缘细胞 分裂
造孢细胞

细胞分裂
有丝 减数 花粉母细胞 四分体 分裂 分裂 营养细胞 精细胞 精细胞
3细胞花粉

花粉 囊壁
小孢子

营养细胞 有丝 生殖细胞 分裂
2细胞花粉

成熟花粉(雄配子体)

(二)胚囊的形成与卵细胞和极核的产生(Z)
被子植物的雌配子是在胚珠的胚囊内形成的。

胚囊发生于珠心组织中。

回顾: ? 雌蕊的结构 ? 雌蕊由柱头、花柱和子房三部分组成。 ? 子房:由子房壁和子房室组成; 子房壁:发育为果皮 珠孔 子房室:发育为果实 胚珠 胚 珠:发育为种子 ? 在子房室内生长着胚珠,胚珠着生在子房的部位 胚囊 叫胎座。 合点 ? 胚珠中将发育产生胚囊,并在成熟胚囊中发育产 生卵细胞,因而胚珠也是子房中的重要组成部分。 珠柄

胚 珠 的 结 构 和 组 成

合点chalazal 珠心nucellus 胚囊megaspore 内珠被 外珠被 珠孔micropyle 珠柄funiculus

胚珠的构成
micropyle
outer integument

inter integument megaspore nucellus chalazal funiculus ridge

胎 座placenta
合点:胚珠内珠心基部与珠被连合部分称合点

珠孔

子 房 壁

胚 胚囊 珠 珠被
胚囊母细胞(2N)

减数分裂 珠心组织内的薄壁细胞-靠近珠孔的有一个细胞体积变大形成 胞原细胞,胞原细胞经过一次有丝分裂形成造胞细胞后再形成 胚囊母细胞-减数分裂-形成一列四个单倍体的细胞

4个单倍体细胞(N) 其中靠近珠孔的3个消失

核进行3次有丝分裂, 细胞质不分裂 形成下图八核胚囊 (大孢子) 位于合点端的一个发育成为单核胚囊即大孢子(每一胚珠 仅有一个大孢子)

八核胚囊

2个助细胞

珠孔

1个卵细胞(雌配子) 2个极 核 3个反足细胞

8核胚囊(雌配子体)

胚囊发育形成雌配子过程
珠心组织-薄 壁细胞-靠近 珠孔的一个细 胞体积变大, 即: 周缘细胞 分裂 形成珠心的一部分

孢原细胞 造孢细胞

长大

胚囊母细胞

直接发育(水稻、小麦)

3个消 3次有 7细胞 四分体 单核胚囊 失1个 丝分裂 或8核 发育 胚囊 卵细胞1个(雌配子) 助细胞2个 雌配子体 中央细胞1个(含极 核2个) 反足细胞3个
减 数 分 裂

stamen

antipodal cell polar nucleus

pistil
petal

integument oocyte
calyx receptacle synergid

ovary wall

成熟胚囊的结构与功能
反足细胞3:数目不定,通常3 个, 向胚囊转运物质 中央细胞2:可形成次生核, 与一精子结合,发育成胚乳 助细胞2:为卵细胞提供营 养,受精前消失. 卵细胞1:雌配子,受精后发 育成胚.

(三)双受精作用

卵细胞 极 核

成熟的胚囊,雌配子体

花粉粒

花粉通过传粉落到雌蕊的柱头上

花粉粒萌发
花粉粒的萌发:花粉吸收柱头上的水分后,开始膨大,内壁由 萌发孔长出,伸长为花粉管

花 粉 管

花粉管形成后,穿过柱头,沿着花柱向子房方向伸长。 在生长过程中,营养细胞和2个精子都进入花粉管。

花 粉 管

精子
(2)

花粉管通过花柱到达子房后,一般沿着子房内壁继 续生长直达胚珠

穿过珠孔进入珠心,最后达到胚囊。到达胚囊的花 粉管末端膨大破裂,营养核和两个精子都进入胚囊。

营养核和两个精子都进入胚囊。

双受精:1个精子与卵细胞结合 1个精子与2个极核结合

受 精 卵

受 精 卵(2N)
受精极核(3N)

初生胚乳核

助细胞和反足细胞相继解体消失

双受精作用的意义:
1、双受精作用使得两个单倍体的雌雄配子融合, 把父母本具有差异的遗传物质重新组合,形成 了具有双重遗传性的受精卵,后代不仅恢复了 各种植物原有的染色体数,保持了物种相对的 稳定性,同时出现了新的遗传性状,产生出具 有一定变异的后代,经过选择和培育,可育成 新的品种 2、初生胚乳核发育为胚乳,胚乳也是受精的产物, 也具有双亲的遗传性,作为营养被胚吸收,使 子代的变异性更大,生活力更强。

(四)胚乳和胚的发育

1、胚乳的发育

受精极核先分裂
受精极核不经过休眠或短暂休眠,即开始分裂,最后成为充满胚 囊的胚乳细胞。 胚乳的发育早于胚。形成胚乳后助细胞、反足细胞消失

胚乳形成的类型: (1)核型胚乳:初生胚乳核分裂是核分裂,细胞质不进行分裂, 当核继续分裂后,核布满整个胚囊,此后从珠孔端和胚囊周围 的胚乳游离核之间开始进行细胞质分裂,产生细胞壁,形成胚 乳细胞。胚乳形成后,助细胞核反足细胞消失。(玉米)

图4-15 玉米胚乳发育(核型胚乳) A、C、F. 胚囊的横切面 B、D、E、G. 胚囊纵切片

(2)细胞型胚乳:初生胚乳核在核分裂后,随即进 行细胞质的分裂,产生细胞壁,成为多细胞的结构, 没有游离核时期,叫做细胞型胚乳。

图4-16 矮茄(Solanum demissum)胚乳发育的早期(细胞型胚乳) 1.二细胞时期;2. 多细胞时期

2、胚的发育 (双子叶植物)

基细胞(珠孔端)

顶细胞(合点端)

受精卵(合子)第一次不均等的横分裂,形成一个大的 基细胞(珠孔端)和小的顶细胞(合点端)

顶细胞(小)

两次纵裂

合子 不均 等分 裂

一次横裂
基细胞(大)

8细胞 原胚 胚根

多次 分裂

球形 胚体

球状胚体

球形胚体顶端两侧分裂生长较快,产生两个突起,为 子叶原基,迅速发育成两片子叶;

凹陷部位形成胚芽生长点

大型泡状细胞





球形胚体顶端两侧分裂生长较快,产生两个突起,为子叶原基, 迅速发育成两片子叶;

凹陷部位形成胚芽生长点;

同时,球形胚下方的胚柄顶端的一个细胞,和球形胚体的基部 细胞也不断分裂生长,一起分化为胚根。

胚柄 胚根 胚轴 胚 胚芽 子叶

胚根与子叶间的部分是胚轴

双子叶植物胚的发育:
两次纵裂 一次横裂

顶细胞(小)

合子 不均等 分裂
基细胞(大)
幼胚分化完成。随着幼 胚的发育, 胚轴和子叶延伸,最终, 成熟胚在胚囊内弯曲成 马蹄形,胚柄最后退化 消失。

8细胞 原胚 胚根 胚轴 2片子叶

多次 分裂

球形 胚体
顶端两 侧分裂 生长快

中间凹陷 成胚芽

子叶原基

雄蕊
花药 花丝 (花粉母细胞) 2N
减数分裂

雌蕊
子房壁2N 胚珠

2N 珠被 胚囊 珠孔 2N(胚囊母细胞)
减数分裂

4个单核花粉 N
均进行1次 有丝分裂

N 单核胚囊
连续三次 有丝分裂

成熟花粉(2个细胞)
生殖细胞

N

N八核胚囊 N卵细胞(1) 极核(2) N

精子 精子 N 受精卵 2N

3N 受精极核

3、禾本科植物胚的发育

顶细胞(大)

图4-14 小麦胚的发育(1~10) 各分裂 一次

合子 倾斜横 分裂
基细胞(小)

4细胞 原胚

多次 分裂

梨形胚

现凹 沟梨 形胚

凹沟上部:盾片上部,胚芽鞘一部分

凹沟内部:胚芽、胚轴、胚根、胚根 鞘和外胚叶及胚芽鞘其余部分
凹沟下部:盾片下部和胚柄

(五)种皮的形成
在胚和胚乳的发育过程中,珠被发育成种皮。如果胚珠 具二层珠被(内、外二层),则分别形成内种皮和外种皮。 如果只有一层珠被,则形成一层种皮 ;有两层珠被,但 在胚发育的过程,有一层珠被被吸收而消失,只有一层珠被 发育成种皮。

成熟种子的种皮,其外层常分化为厚壁组织,内层常为
薄壁组织,中层的各层往往分化为纤维、石细胞或薄壁细胞。 除种皮外,少数植物具有假种皮。

种子的发育(各部分的发育来源):

(六)果实的发育(L) ? 开花、传粉、受精后,胚珠发育成种子, 与此同时子房发育为果实。 ? 花的其它部分、花萼、花冠、雄蕊、雌蕊 的柱头及花柱等均枯萎凋谢。

果实的形成(L)

你吃过这种果实吗?知道它叫什 么名字?
桃 金 娘 桃 金 娘 科

——

(七)种子的萌发与幼苗的形成(L)
1、种子的萌发及其条件

? 种子的萌发(Z):种子成熟后,在适当的 条件下,从休眠状态转为活动状态,经过 一系列生理生化的变化,胚开始生长,逐 渐形成幼苗,这个生长过程称种子的萌发。 ? 从形态上讲,指种胚开始生长,胚根、胚 芽突破种皮向外伸长的现象。

(1)双子叶植物种子的萌发过程
双子叶植物-菜豆种子的外形和结构观察
胚轴 种皮 胚根 子叶 种孔 种脐 胚芽

种 皮


胚芽

5

4 胚轴
3 胚根

种皮

1 2 子叶

1、吸水膨胀 2、萌动:指胚根、 胚芽向外生长突破 种皮,俗称“露 白”。萌动是种子 萌发的第二个阶段, 也称生物化学阶段。

3、子叶 以下的胚 轴伸长, 培根发育 成幼根

4、子叶 以下的胚 轴伸长, 带着子叶 伸出土面。

5、子叶分 开,黄白色 的胚芽在光 下逐渐变绿, 发育成茎和 叶。

子叶——提供营养物质 胚芽——茎和叶 胚根——根 胚轴——连接茎和根的部分

子叶提供营养物质 胚芽——茎和叶 胚根——根 胚轴——连接茎和根的部分

双 子 叶 植 物 种 子 的 萌 发

吸胀→萌动→发芽→幼苗形态建成: (1)吸胀:吸水膨胀,是种子萌发的基础阶段,直到吸 水饱和,体积达最大。 (2)萌动:指胚根、胚芽向外生长突破种皮的现象, 俗称“露白”。萌动是种子萌发的第二个阶段,也称 生物化学阶段。 (3)发芽:种子萌动后,胚根、胚芽迅速生长,当胚 根、胚芽伸长达一定长度时,称为发芽。 (4)幼苗建成:子叶出土能保护幼芽、进行光合作用, 但顶土力弱,子叶受损影响幼苗生长甚至开花结实。 子叶留土使幼苗顶土力强,易出苗;禾本科为胚芽鞘 先出,胚芽鞘受损幼苗出土会受阻。

(2)单子叶植物种子的萌发

玉米种子的外形和结构观察
种皮
胚乳

胚芽 胚轴 子叶

胚根

芽鞘

根鞘 初生根

芽鞘

玉米种子萌发的过程: (1)种子吸水后,胚根先从种子里伸出,发育成幼根; (2)胚芽由胚芽鞘保护伸出土面,子叶留在种子里。 (3)胚芽鞘里的胚芽长出新叶

玉米养分来源:子叶和胚乳(大部分)

1.胚芽——发育成茎和叶 2.胚轴——连接茎和根 3.胚根——发育成根 4.子叶(只有一片).

子叶
芽鞘 胚芽 根鞘 胚根 胚乳

芽鞘:可保护芽,协助破土而出

(3)种子萌发的条件(Z)

? 内在条件:种子本身具有健全的萌发能力:种子结构健全,具有强的活力。 ? 外界条件: ? 充足的水分:必须条件。只有充足的水分,使种皮膨胀软化,氧气才易透入, 使呼吸增强,促进各种生理活动。种子萌发时,胚所需要的养料都来自胚乳 或子叶中所贮存的营养物质,其必须溶解于水并经酶的分解后,才能转运到 胚,为胚吸收利用。 ? 适当的温度:因为种子内子叶或胚乳的营养物质的分解及有机物和无机物质 同化为生命的原生质,都必须在酶的催化作用下进行,而酶的作用需要一定 的温度范围。 ? 足够的氧气:酶的活动和呼吸作用开始加强,需氧量急剧增加,只有足够的 氧气供呼吸,才能使细胞内储存的养料氧化,分解成CO2和水,并释放能量 供给生命活动。若缺氧,无氧呼吸,产生CO2和酒精,使幼苗发育不良,甚 至缺氧死亡。 ? 或光照:烟草、莴苣、胡萝卜在光照下才能萌发。而苋菜、西瓜在黑暗中才 能萌发。

表 6-1 几种作物种子发芽时的最低需水量(%) 种子名称 水 稻 小 麦 大 麦 黑 麦 燕 麦 玉 米 粟 荞 麦 大 麻 需水量 26.0 60.0 48.2 57.7 57.7 39.8 25.0 46.9 43.9 种子名称 油 菜 亚 麻 向日葵 棉 花 豌 豆 蚕 豆 大 豆 糖用甜菜 白三叶草 需水量 48.3 60.0 56.3 75.0 186.0 157.0 126.0 167.0 160

? 2、种子的休眠和寿命
? 种子的休眠:有些植物的种子,需要隔一段时间才 能萌发,种子的这一特性叫种子的休眠。 ? 休眠种子的特点:生命活动进入抑制状态,代谢率 极低,抗逆性提高。 ? 种子休眠的原因(L): ? (1)胚没有发育完全:在脱离母体后还需要一段时 间的发育才能成熟,即后熟作用。 ? (2)种皮或果皮透水、透气性差:不能吸收水分不 能萌发。对策:晒干、机械破碎或磨破种皮,用浓 硫酸短时间处理,加速萌发。 ? (3)有抑制物:储存物质不能水解,细胞代谢和呼 吸强度低,种子不能萌动。

? 种子的生活力(Z):种子能萌发形成幼苗 的能力称种子的生活力。 ? 种子的寿命(Z):种子维持生活力的最长 期限就是种子的寿命。 ? 柳树、橡胶树:20d ? 蚕豆、豇豆、南瓜:4-5年 ? 小麦、玉米、水稻、油菜:2-3年 ? 莲子:几百年

二、被子植物的生活史

被子植物生活史:指被子植物个体的生活周 期。其特点是从种子萌发开始,形成具有根、 茎、叶的植物体,经过一段营养生长,然后在 一定部位形成花芽,再发育成花朵。再经过开 花、传粉、受精后,子房发育成果实,胚珠发 育成新一代种子。通常将“从种子到种子”的 全部历程,称为被子植物的生活史或生活周期。

开始

图4-18 被子植物生活史

第三节

哺乳动物的生殖与发育(自学)





第一节 生物生殖的基本类型 一、无性生殖 二、有性生殖 第二节 被子植物的有性生殖与发育 一、被子植物的有性生殖 (一)被子植物花粉粒的形成和精子的产生(Z) (二)胚囊的形成与卵细胞和极核的产生(Z) (三)授粉-花粉粒萌发和双受精作用(Z) (四)胚和胚乳的发育 (五)开花与传粉(L) (六)果实的形成(L) (七)种子萌发与幼苗的形成(L) 二、被子植物的生活史(Z)

? 第四章结束


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