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1、高中生物竞赛辅导：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、侧生分生组织
2、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有明显的增粗生长。在禾本科
3、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机械组织机械组织起支持作用，主要特征是细胞的次生
4、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导管分子，导管分子幼时是生活细胞，成熟时原生质体被分
5、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 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，
6、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。(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
7、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
8、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
9、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。
10、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
11、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；
12、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。
13、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
14、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 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
15、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
16、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(当外界干旱气孔关闭时，C4 植物能利用细胞间隙里含量低的 C02 继续生长)。而且 C4 植物具有独特的“花环型”结构，叶肉细胞与维管束鞘细胞分工配合，在叶肉细胞内以 C4 途径固定 C02，形成
