植物的结构与功能.ppt

第六章第六章 植物的结构与功能（植物的结构与功能（1）6.1 植物的结构与生长6.2 植物的营养与体内运输6.3 植物的生长发育及调控6.4 植物的繁殖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。n植物细胞的类型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。6.1 植物的结构与生长l薄壁细胞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。l厚角细胞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。l厚壁细胞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。厚壁细胞包括纤维和石细胞两种。纤维细胞常聚集成束。纤维细胞常聚集成束。石细胞形状不规则，细胞壁加厚。石细胞形状不规则，细胞壁加厚。纤维细胞石细胞管胞与导管分子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。筛管分子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。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。n植物的组织l植物的组织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。分生组织分生组织成熟组织成熟组织保护组织保护组织薄壁组织薄壁组织机械组织机械组织维管组织维管组织分泌组织分泌组织 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。茎顶芽茎顶芽节节节节节间节间节节种皮种皮茎茎根系根系侧根侧根主根主根根尖及分生组织根尖及分生组织子叶子叶叶叶表皮表皮韧皮部韧皮部木质木质部部皮层皮层茎横切面茎横切面茎茎尖尖分分生生组组织织根冠根冠根根尖尖横横切切面面n植物的器官和陆生适应l被子植物的总体形态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。l被子植物的根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。直直根根系系：贮贮藏藏根根 肉质直根肉质直根 须根系须根系l根的生长与结构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。表皮表皮根毛根毛皮层皮层内皮层内皮层中柱鞘中柱鞘根根 冠冠分生区分生区伸长区伸长区根毛区根毛区l根的生长与结构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。初生维管柱包括一层中柱鞘细胞、初生木质部和初生韧皮部。初生木质部初生木质部初生韧皮部初生韧皮部 皮层皮层根的次生生长：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(1)根尖纵切根尖纵切：根冠；分生区；延长区；根毛区(2)根过根毛区横切根过根毛区横切初生结构：表皮(epidermis)：根表一层细胞，根毛；皮层(cortex)：多层薄壁细胞，排列疏松(时有厚壁、厚角组织)中柱(vascular cylinder)：中柱鞘(pericycle)、木质部、韧皮部、髓(pith)(草本)次生结构：形成层 次生木质部次生韧皮部 木栓形成层：木栓+栓内层=周皮(次生保护组织)l被子植物的茎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。l被子植物的茎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l茎的生长与结构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。分生区芽轴叶原基芽原基l茎的生长与结构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，木质部在内侧，韧皮部在外侧。双子叶双子叶双子叶双子叶单子叶单子叶单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。l茎的生长与结构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。苜蓿茎初生结构简图苜蓿茎初生结构简图春材春材春季形成的次生木质部细胞量多、导管春季形成的次生木质部细胞量多、导管孔径大而壁薄，木纤维少，材质疏松。孔径大而壁薄，木纤维少，材质疏松。秋材秋材秋季形成的次生木质部细胞量少、导管秋季形成的次生木质部细胞量少、导管口径小、木纤维多，材质致密。口径小、木纤维多，材质致密。年轮线：年轮线：同一年的早材和晚材的变化是逐渐过渡同一年的早材和晚材的变化是逐渐过渡的没有明显的界限，但经过冬季的休眠，前一年的的没有明显的界限，但经过冬季的休眠，前一年的晚材和后一年的早材之间形成了明显的界限，它表晚材和后一年的早材之间形成了明显的界限，它表明形成层由休眠状态转为活动状态的转折点。明形成层由休眠状态转为活动状态的转折点。年轮年轮心材心材边材边材周周皮皮*心材与边材：多年生长后，中部的木材与边缘的木材有心材与边材：多年生长后，中部的木材与边缘的木材有所不同，分为心材与边材。所不同，分为心材与边材。心材心材在中部，颜色较深，是早期形成的次生木质部，在中部，颜色较深，是早期形成的次生木质部，导管、管胞已失去输导功能，木薄壁细胞和木纤维为死导管、管胞已失去输导功能，木薄壁细胞和木纤维为死细胞；具有支持作用。随植物的生长而直径增加。细胞；具有支持作用。随植物的生长而直径增加。边材边材近形成层，颜色较淡，是近几年形成的次生近形成层，颜色较淡，是近几年形成的次生木质部，导管、管胞具输导功能，木薄壁细胞和木纤维木质部，导管、管胞具输导功能，木薄壁细胞和木纤维为活细胞；随植物的生长，始终保持一定的数量。为活细胞；随植物的生长，始终保持一定的数量。（一）纵切 (二）横切：1.初生结构表皮表皮：单层细胞；皮层皮层：多层薄壁细胞+几层厚角细胞（靠近表皮）；髓髓：薄壁细胞于茎中心；初生维管组织初生维管组织：多个维管束分散分散在皮层和髓之间(来自茎尖)。单子叶植物维管束：韧皮部(外)，木质部(内)、无形成层；双子叶植物维管束：初生韧皮部、初生木质部、形成层2.次生结构次生结构束中形成层束中形成层:初生韧皮部、木质部间一层具潜在分裂能力的细胞 束间形成层束间形成层:对应于束中形成层的髓射线细胞恢复分裂能力 周周皮皮：当茎中的维管形成层开始活动以后，维管组织外围的表皮或皮层细胞也恢复分裂机能，形成木栓形成层，并进行切向分裂，向外产生木栓层，向内产生栓内层，构成周皮。l被子植物的叶被子植物的叶叶柄、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。l被子植物的叶被子植物的叶叶的变态l叶的组织结构叶的组织结构典型的叶片由表皮、叶肉和叶脉3部分组成。二氧化碳和水二氧化碳和水有机物（如葡萄糖）矿物盐矿物盐(e.g.NOe.g.NO3 3-,SO,SO4 42-2-)光合作用 脂肪酸丙三醇 氨基酸 水植物可以使用这些产物去生产任何原料（例如酶、细胞壁、细胞质、细胞膜、叶绿素等)6.2 植物的营养与体内运输n水分的吸收与运输l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。l促促使使大大量量水水分分长长距距离离向向上上运运输的动力是什么呢？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l气孔结构和开关机理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。n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。大量元素大量元素 C,H,O,N,P,K,Ca,Mg,S微量元素微量元素 Fe,Mn,B,Zn,Cl,Mo,Cu，Ni 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。溶液培养法溶液培养法（水培法）（水培法）共质体质外体被动扩散主动吸收矿质元素通过植物根部细胞主动跨膜运输进入植物体。离子吸附于根部细胞表面（交换吸附）离子进入根内部根皮层 根中柱 木薄壁细胞 导管 -N -N烟烟草草小小麦麦n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”蚜虫吻刺实验结合同位素示踪蚜虫吻刺实验结合同位素示踪证明光合产物运输方向的苹果枝条环割试验证明光合产物运输方向的苹果枝条环割试验l压力流动假说压力流动假说nC3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。水和矿物质的运输（运输管道是导管）内聚力学说蒸腾作用造成从上到下的水势梯度叶肉细胞水势下降吸取导管水分吸取根系水分吸取土壤水分，这种力称为蒸腾拉力。导管中的水柱在受到蒸腾拉力和重力作用具有张力，又由于水分子间有强大的内聚力与导管间有附着力而保持水柱不断裂和脱离，使水柱不断延续上升，内聚力学说（蒸腾内聚力张力学说）。有机物质的运输有机物质的运输(有机物质的运输管道是筛管)1筛管的“装卸”机制主动运输筛管液中蔗糖含量比叶脉外液体（即细胞间液）高得多主动运输；筛管液中氨基酸等小分子物质的含量与叶脉外液体一样扩散。同向运输（同向转移）筛管的装和卸的机制是一样的，但方向相反。2压力流假说压力流假说(pressure flow hypothesis)设计一个方案证明压力流假说。Xylem-木质部Phloem-韧皮部植物的运输系统植物的运输系统猪笼草猪笼草茅膏菜茅膏菜捕虫草捕虫草本章摘要（1）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、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。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。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。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。筛管进行运输。C4C4植物具有比植物具有比C3C3植物更高的炎热干旱环境适应性和植物更高的炎热干旱环境适应性和光合作用效率。光合作用效率。