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1、高中生物竞赛辅导资料:第二章 植物解剖和生理考点解读本章研究植物形态构造和生理活动规律,包括植物组织和器官的结构和功能、光合作 用 和呼吸作用、水分和矿质代谢、生长和发育、生殖五大部分。根据 IB0 考纲细目和近 年来试 题的要求,以下从知识条目和能力要求两方面定出具体目标。第一节 植物组织的结构和功能植物组织一般分为分生组织、薄壁组织、保护组织、机械组织、输导组织和分泌组织。 后五种组织总称为成熟组织或永久组织。1分生组织分生组织位于植物体生长的部位,细胞都具有持续分裂的能力。按性质来源的不同, 分生组织可分为原分生组织、初生分生组织和次生分生组织。按在植物体上的位置,又可 分为顶端分生组织
2、、侧生分生组织和居间分生组织(如图-2-1 所示)。原分生组织位于根和茎生长锥的最先端部分,细胞体积小、细胞核大、细胞质浓,有 强烈的分裂能力。初生分生组织由原分生组织衍生的细胞组成,细胞仍能分裂,但已开始 分化,是原分生组织向成熟组织过渡的组织。次生分生组织是由成熟组织的细胞,经过生 理和形态上的变化,重新具有分裂能力,转变而成的,如形成层和木栓形成层。按位置来说,原分生组织和初生分生组织合称为顶端分生组织,由于它们的活动,根 和茎不断生长。次生分生组织属于侧生分生组织,它的活动与根、茎的加粗生长有关。侧 生分生组织主要存在于裸子植物和木本的双子叶植物,草本双子叶植物和单子叶植物的根 和茎没
3、有明显的增粗生长。在禾本科植物茎的基部和葱、韭、松叶及一些植物花轴的基部 有居间分生组织。2。薄壁组织薄壁组织又称基本组织,细胞一般较大,细胞壁薄,有大的液泡,细胞排列疏松。在 一定条件下可恢复分生能力,转变为次生分生组织。根据功能不同,薄壁组织可分为同化 组织、贮藏组织、贮水组织、通气组织和吸收组织等。3。保护组织 根据来源和形态特征的不同,保护组织分为表皮和周皮。表皮细胞是生活细胞,一 般不含叶绿体,细胞排列紧密。表皮细胞的外壁常因脂肪性的角质侵入而呈角质化。木本 植物的根、茎由于多年生长不断增粗,表皮会因器官的增粗而被破坏、脱落,这时周皮代 替表皮起保护作用(详见本章第三节)。4机械组织
4、机械组织起支持作用,主要特征是细胞的次生壁强烈加厚,可分为厚角组织和厚壁组 织。 厚角组织细胞是生活的细胞,常具叶绿体。最明显的特征是细胞壁不均匀加厚, 主要由纤维素组成,是初生壁的性质,壁能随细胞的延伸而扩展。一般分布于幼茎和叶柄 内。厚壁组织细胞具有均匀加厚的次生壁,并且常木质化,细胞成熟时,常成为只留细胞 壁的死细胞。根据形态的不同,可分为石细胞和纤维两类。5输导组织输导组织是植物体内运输水分和营养物质的组织,可分为两类:一类是管胞和导管, 输送水分和溶于其中的无机盐;另一类是筛管和筛胞,输送有机养分。(1)导管和管胞 导管为被子植物输送水分和无机盐的管状结构。组成导管的每一个细 胞称为
5、导管分子,导管分子幼时是生活细胞,成熟时原生质体被分解,成为死细胞,细胞 间的横壁消失,形成穿孔。根据发育先后和次生壁增厚的方式不同,导管可分为环纹、螺 纹、梯纹、网纹和孔纹导管 5 种(如图 1-22 所示)。蕨类和裸子植物无导管,由管胞输送水分,大多数被子植物中,管胞与导管同时存在。 管胞是一个两端楔形的细胞,成熟后为死细胞,水分通过管胞壁上的纹孔,从一个细胞流 向相邻的细胞(如图 12-3 所示)。管胞大多具厚的壁,因此兼有支持功能。(2)筛管和筛胞 筛管是被子植物输送有机物的管状结构 c 筛管由许多筛管分子上下连 接而成,成熟的筛管分子为特殊的无核生活细胞,细胞质中保留了质体、线粒体及
6、 P-蛋白 质(筛管分子所特有的蛋白质)等,细胞壁为初生壁性质,端壁及部分侧壁上有许多筛孔, 端壁称为筛板。在筛管分子的旁侧有伴胞(图 124),伴胞与筛管分子由同一母细胞经不 均等纵裂而来,有细胞核和各种细胞器。裸子植物和蕨类植物无筛管和伴胞,由筛胞输送养分。筛胞是单个两头尖的长形细胞, 成熟后细胞核消失,细胞间通过侧壁上的筛域相通。6分泌组织分泌细胞所组成的组织称为分泌组织。根据分泌物是保存在植物体内还是分泌到植物 体外,分为外部的分泌结构和内部的分泌结构。(1)外部的分泌结构 常见的类型有腺毛、蜜腺和排水器等。排水器由水孔和通气组织 组成,水孔是气孔的变形,保卫细胞失去了开闭运动的能力。
7、(2)内部的分泌结构 常见的有分泌细胞、分泌腔、分泌道和乳汁管。分泌细胞通常为 薄壁细胞,分泌物积聚于细胞腔内。分泌腔和分泌道是由毗连的细胞构成的腔状或管状结 构,它们的形成有两种方式:一种是溶生,由一团分泌细胞解体而成,如柑橘属、桉树属 的分泌腔;另一种是裂生,分泌细胞之间的中层溶解,细胞相互分离而成,如松柏类的裂 生树脂道,漆树的裂生漆汁道。乳汁管的细胞是生活细胞,细胞壁是初生壁,大多分布于 韧皮部中,如三叶橡胶乳汁管。第二节 光合作用、呼吸作用和气体交换一、叶一片完全叶包括叶片、叶柄和托叶三部分。缺少其中一部分或两部分,称为不完全叶, 如莴苣的叶缺叶柄和托叶,为无柄叶。叶在茎上的排列方式
8、称为叶序。叶序有三种:互生 (每节上只生一叶)、对生(每节上生两叶)和轮生(每节上生三叶或三叶以上)。1双子叶植物叶的结构叶片由表皮、叶肉和叶脉组成(图 125)。(1)表皮 无色透明,一般由排列紧密的一层生活细胞组成。在表皮细胞之间分布着许 多气孔。双子叶植物的气孔由两个半月形的保卫细胞围成,保卫细胞含有叶绿体,细胞壁 在靠近气孔的一面较厚,其他面较薄。当保卫细胞吸水膨大时,向表皮细胞的一方弯曲, 气孔张开;保卫细胞失水时,气孔关闭。气孔的开闭能调节气体交换与蒸腾作用。一般草本双子叶植物的气孔,下表皮多于上表皮(如棉、马铃薯);木本双子叶植物的 气孔都分布于下表皮(如苹果、夹竹桃、茶);浮水
9、叶的气孔分布在上表皮(如莲、菱);沉水 叶一般无气孔(如眼子菜)。此外,植物体上部叶的气孔较下部叶的多,同一叶片近叶尖和 中脉部分的气孔较叶基和叶缘的多。(2)叶肉 大多数双子叶植物叶由于背腹两面(远轴面或下面为背面,近轴面或上面为腹 面)受光情况不同,叶肉具有栅栏组织和海绵组织之分,这种叶称为两面叶或异面叶;叶肉 中无这两种组织的分化,或虽有分化,栅栏组织却分布在叶的两面,称为等面叶(如垂柳、 桉),(3)叶脉 主脉和大侧脉的维管束周围有机械组织,木质部位于近叶腹面,韧皮部位于 近叶背面(图 12-6),中间有短时期活动的形成层。叶脉越分越细,最后形成层和机械组 织都消失。2禾本科植物叶的结
10、构禾本科植物的叶由叶片和叶鞘两部分组成。叶鞘包裹着茎秆,叶鞘和叶片相接处,有一片向上突起的膜状结构,称为叶舌。叶舌 能使叶片向外弯曲,更多地接受阳光,并可防止水分、害虫进入叶鞘中。有些禾本科植物 在叶鞘上端的两侧与叶片相接处,有突出物,称为叶耳。叶舌和叶耳的有无、形状、大小、 色泽可用作鉴定物种的依据。如大麦、小麦、水稻有叶耳、叶舌,稗草无叶耳、叶舌。禾本科植物的叶片也有表皮、叶肉和叶脉三种基本结构。表皮细胞的外壁不仅角质化, 还充满硅质。相邻两叶脉之间的上表皮还有特殊的大型薄壁细胞,称为泡状细胞(又称运动 细胞,图 12-7),泡状细胞具有大液泡,与叶片的展开和卷曲有关,可控制水分的蒸腾。上
11、下表皮都有气孔,气孔的保卫细胞呈哑铃型,在保卫细胞外侧还有副卫细胞,如图12-8 所示。叶肉没有栅栏组织与海绵组织的分化的叶,为等面叶。3裸子植物针叶的结构针叶表皮细胞壁厚,角质层发达,气孔下陷;叶肉细胞壁内褶,增大了叶绿体的分布 面,扩大了光合面积;有明显的内皮层;内皮层以内是转输组织和一个或两个维管束。转 输组织由管胞和薄壁细胞组成,是松柏类植物的特征,其作用是在叶肉与维管束之间进 行横向运输(图 1-2-9)。二、光合作用1光合色素叶绿体化学成分的显著特点是含有色素。色素可分为三类:叶绿素、类胡萝卜素和藻 胆素。藻胆素仅存在于一些藻类中。叶绿素中主要是叶绿素 a 和 b。叶绿素 b 只存
12、在于高等植物和绿藻中,其他藻类大多 没有叶绿素 b。各种色素都能吸收日光,少数叶绿素 a 还能将光能转换为电能,称为作用 中心色素;绝大多数色素(包括大部分叶绿素 a)只有收集光能的作用,称为聚光色素,它们 吸收的光能只有传到作用中心色素后才能起光合作用。叶绿素溶液在透射光下呈绿色,反射光下呈红色,这种现象称为荧光现象。叶绿素的 生物合成是以谷氨酸或 -酮戊二酸为原料,在光照条件下还原而成。光照、温度、矿质 元素等会影响叶绿素的形成。2光合作用的机理 光合作用过程包括一系列的光化学步骤和物质的转变,大致可分为下列三大步骤:光 能的吸收、传递和转换过程(通过原初反应完成);光能转变为活跃的化学能
13、过程(通过电子 传递和光合磷酸化完成);活跃的化学能转变为稳定的化学能过程(通过碳同化完成)。前两 个步骤基本属于光反应,第三个步骤属于暗反应。高等植物的光合碳同化过程有 C3、C4 和 CAM 三条途径。(1)C3 途径C3 途径是卡尔文等提出的 C02 同化途径,故称为卡尔文循环。这个循环中的 C02 受 体是核酮糖-1,5二磷酸(RuBP),在 RuBP 羧化酶催化下,C02 固定后形成的最初产物 3 磷酸甘油酸(PGA)是一种三碳化合物,故该途径称为 C3 途径(图 l2-10)。C3 途径是所 有植物光合作用碳同化的基本途径。只有 C3 途径的植物,称为 C3 植物。(2)C4 途径
14、一些起源于热带的植物,如甘蔗、玉米和高梁等,它们固定 C02 的最初产物不是磷酸 甘油酸,而是草酰乙酸(OAA)等四碳二羧酸,故命名为 C4 途径。通过 C4 途径固定 C02 的 植物称为 C4 植物。C4 途径的 C02 受体是叶肉细胞细胞质中的磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),在 PEP 羧化酶催 化下,固定 C02 生成草酰乙酸,草酰乙酸在脱氢酶的作用下被还原为苹果酸(有些品种形成 天冬氨酸)。苹果酸离开叶肉细胞,进入维管束鞘细胞,脱羧放出 C02,为 RuBP 固定进入 卡尔文循环;脱羧后形成的丙酮酸再回到叶肉细胞,转变为 PEP,继续固定 C02(图 1-2-11)。C4 植物实际上是在
15、 C3 途径的基础上,多一个固定 C02 途径。(3)CAM(景天科酸代谢)景天科植物如仙人掌、落地生根等的叶子,气孔晚上开放,吸进 C02,与 PEP 结合, 形成草酰乙酸,再还原为苹果酸,积累于液泡中。白天气孔关闭,液泡中的苹果酸便运到 细胞质,脱羧放出 C02,参与卡尔文循环,形成淀粉等(图 l212)。因此植物在晚上有 机酸含量高,糖类含量下降;白天则相反。这种有机酸合成有日变化的代谢类型称为景天 科酸代谢(简称 CAM)。这与植物适应干旱地区有关。3光呼吸光呼吸是指植物在光照下,在光合作用的同时发生吸收 02、释放 C02 的呼吸。一般生 活细胞的呼吸在光照或黑暗中都可以进行。黑暗中
16、的呼吸相对地称为暗呼吸。光呼吸的主要过程是细胞过氧化物体中乙醇酸的氧化,乙醇酸来自叶绿体。叶绿体中 的 RuBP 羧化酶既是羧化酶,催化 CO2 与 RuBP 结合,又是加氧酶,催化 02 与 RuBP 结 合。在光照下,02 浓度高时,RuBP 加氧酶催化 02 与 RuBP 结合,产生乙醇酸;乙醇酸进 入过氧化物体,被氧化产生甘氨酸;甘氨酸进入线粒体,被分解产生 C020 图 1213 是光呼吸的全过程。在整个途径中,02 的吸收发生于叶绿体和过氧化物体,C02 的放出发生 于线粒体中,因此,光呼吸是在叶绿体、过氧化物体和线粒体三种细胞器的协同下完成的。 光呼吸使有机物分解成 C02,但不产生 ATP 或 NADPH,是一个耗能过程。4C3 植物和 C4 植物的光合特征一般来说,C4 植物比 C3 植物具有较强的光合作用、较低的光呼吸。这是因为:C4 植物的 PEP 羧化酶对 C02 的亲和力比 C3 植物的 RuBP 羧化酶大得多,C4 植物能够利用低浓 度的 C02(当外界干旱气孔