植物结构与功能

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1、生命科学导论生命科学导论植物、植物的结构与功能中山大学生命科学学院叶创兴E-mail: 一、植物的组织二、植物的器官三、植物的有性繁殖四、植物的无性繁殖引出问题？植物如何将水分和无机盐上送至枝顶？以什么为动力？最早登陆的植物应具备什么样的条件才能适应陆生生活？最早的陆生植物有没有根？现存的裸子植物为什么没有发展到被子植物？一、植物的组织(一)根系统与苗系统(二)植物体的三大组织系统：皮组织系统维管组织系统基本组织系统。根尖根冠茎中维管束系统皮组织系统 基本组织系统 维管组织系统(三)植物组织的类型1 1简单组织简单组织(simple tissues)(simple tissues)薄壁组织：细

2、胞近球形，可塑性大，壁薄，较少木质化，也不角质化。在根茎的幼嫩部分、叶、花、果柔软多汁部分，大部分为薄壁组织。薄壁细胞可以成为贮藏组织，分泌组织，贮水细胞，传递细胞等。在维管组织内，也有薄壁细胞。厚角组织：厚角细胞是纵长的，细胞壁增厚不均匀，主要成分为果胶质，果胶质能把纤维素粘合在一起，从而使组织具有柔韧性。厚壁组织：其细胞壁具有次生加厚，并充填着木质素(1ignin)。厚壁细胞有纤维(fiber)和石细胞(sclereids；stone cells)两种。薄壁组织初为球形，最后成为十四面体厚角组织，具有不均匀增厚的细胞壁石细胞梨果肉中的石细胞昆栏树叶中的石细胞纤维一种椴树的茎横切百岁兰叶纵切

3、2复合组织(complex tissues)（1）维管组织(vascular tissues)：由木质部(xylem)和韧皮部(phloem)组成。木质部的输导分子有导管(vessels)和管胞(tracheids)。韧皮部的输导分子是筛管(sieve tubes)和伴胞(companion cells)，较原始的形式则为筛胞(sieve cells)。成熟的筛管和筛胞是没有细胞核的生活细胞。管胞导管洋槐茎的纵切面示韧皮部，右图为左图的局部放大筛板筛管伴胞韧皮薄壁细胞（2）皮组织(dermal tissue)：植物体的初生结构由表皮这一皮组织系统复盖和保护。表皮在多数时候仅由一层细胞组成，其外

4、向壁具有蜡质和角质层(cuticle)，它有防止水分过度散失、抵抗某些微生物侵害的作用。茎和叶的表皮有一些特化的结构，气孔器(stomatal apparatus)是其中之一，是调节水蒸气、氧气、二氧化碳进出的通道。根的表皮特化为吸收组织，具根毛。与真菌共生的根则不具根毛。植物进入次生生长时，表皮由周皮(periderm)所替代。观赏薄荷的表皮毛图钉状的表皮毛马铃薯茎上的表皮毛拟南芥萼片上的气孔接骨木茎上的皮孔二、植物的器官(一)茎的初生结构(primary structure)在茎尖，顶端分生组织(apical meristem)和它衍生的分生组织就一一分化出茎的初生结构。顶端分生组织活动的

5、结果，细胞分裂和特化形成出大小、形状、机能皆不同的细胞群：也是由于分生组织活动，结果形成了叶、侧芽(腋芽)、侧枝，侧枝又产生侧枝，形成生殖结构。叶的产生是由顶端分生组织在侧面加速分裂形成突起的原基形成的。茎的特征是有节和节间，节上有叶，具芽。茎的内部结构：包括表皮、基本组织和维管束(vascular bundles)三部分。木本植物的枝条冬天落叶后枝条夏天的枝条维管柱中叶隙和枝隙双子叶植物维管束束状，纵向排列，排成一轮，木质部与韧皮部为内外并生型，在单子叶植物中维管束分散在基本组织中。皮层和髓是基本组织，茎的表皮与维管束之间为皮层，茎的中央是髓部。 (二) 叶叶是进行光合作用制造养分的场所。叶

6、的组成：典型的叶由扁平的叶片和叶柄组成。叶有单叶与复叶两种形态。单子叶植物的叶分为叶片和叶鞘两部分。叶的整个结构都是适应于吸收光能，有利于气体交换的。植物在阳光下吸收CO2，把从导管输送来的水分，无机盐等合成为淀粉，脂肪，蛋白质，并放出O2。肉质植物或旱生植物，其叶片厚，肉质，贮藏很多水分，以便光合作用时供应足够的水。气孔也是气体交换的通道：除为水分蒸腾的出口外，光合作用时CO2进入，产生O2的逸出也要通过气孔。气孔数量增加促使小型叶发展到大型叶。在泥盆纪早期距今4亿年前，陆上最初形成的植物仅具小型叶，叶上气孔数量很少，这种形态的叶光合作用效率有限。当时大气中CO2的浓度是现在的10倍，植物只

7、需要少量气孔来就能满足吸入CO2的需要。在CO2浓度非常大的情况下，没有形成大型叶的需要。又过了2 000万年，距今3.7亿年时，大气中的CO2浓度下降，迫使叶增大面积、增加气孔的密度。从化石标本上的气孔数量，证明了在大气中的CO2的浓度迅速下降的同时，气孔的密度和叶的表面积也在增加。典型的双子叶植物气孔叶的内部结构：由表皮，叶肉和叶脉三部分组成。叶表皮复盖着叶的上下表面，表面各种附属物。表皮细胞壁具有增厚的角质层，可减少水分损失。最突出是植物具有气孔，气孔具有开闭的机制，它有两个重要的作用：水分蒸腾，吸收水分的动力。叶肉(mesophyll)光合作用场所。叶肉细胞可以分为近腹面的栅栏叶肉细胞

8、(palisade mesophyll)，和近背面的海绵叶肉细胞(spongy mesophyll)，它们都是含有叶绿体的薄壁细胞。叶脉(veins)：叶的维管束，常伴有细胞壁增厚的厚角细胞或厚壁细胞，以加强叶片的支持力量。叶的维管束与茎的维管束相连。叶的用途：蔬菜；辛香蔬菜；风味食品。天仙子，颠茄叶可用于治病。烟叶作为全球销量最大的嗜好品，曾经有着神圣的地位。现在吸烟已被证实能引起肺癌、口腔癌、喉癌；古柯叶曾被印地安人作为治病的灵丹妙药，现在从古柯叶提取的可卡因，从大麻叶中提取的大麻碱，从罂粟中提取海洛因已成全球泛滥的毒品。各种变态叶花是叶的变态叶成为卷须叶成为捕虫的工具叶成为繁殖的工具叶变

9、态为刺一品红的叶状总苞豌豆顶端的小叶成为卷须茅膏菜科茅膏菜狸藻囊状的捕虫叶猪笼草科猪笼草有繁殖功能的叶荷包花有繁殖功能的叶荷包花托叶变态为刺仙人掌刺状的变态叶（三）根的初生结构有两种根系，直根系(tap root system)，和须根系(fibrous root system)。根的内部结构：根尖区可以划分成根冠(root cap)，分生区(meristematic zone)，伸长区(elongate zone)和成熟区(maturation zone)。分生区是顶端分生组织所在位置：根冠是由一团球形的细胞形成的帽状体，根冠细胞可以分泌出粘液，湿润泥土，便于根向泥土深处伸展，根在深入泥土过

10、程中，根冠细胞不断磨损，又不断由分生组织补充。根冠也有保护顶端分生组织的作用。由分生区到成熟区是分生组织不断产生的细胞长大、伸长、成为成熟区。根的初生结构包表皮、皮层和维管柱。表皮一层，具根毛。皮层由外皮层，皮层薄壁细胞，内皮层构成，内皮层具有凯氏带增厚。维管柱最外面为维管束鞘。维管束鞘以内是韧皮部和木质部。侧根是从维管束鞘细胞反复分裂，然后突破皮层和表皮形成的。根中一般无髓。*根的利用：食用：红薯，木薯，豆薯，甜菜，菊芋；药用：人参，田七，何首乌，地黄，当归，乌头，郁金，丹参，牡丹根皮；香料：香根，辣根，檫木根。有些植物的根可能危及建筑物，高山榕(Ficus altissima)，其发达的根

11、系常常堵塞下水道。根的分区根的初生分生组织位置成熟区伸长区分生区根冠原表皮基本分生组织原形成层分生区表皮皮层内皮层通道细胞原生木质部后生木质部中柱鞘（四）木本植物的次生生长所有的裸子植物，许多双子叶植物，某些单子叶植物是多年生的木本植物，可持续在2或多个生长季节里进行生长。根茎的次生结构起源于维管形成层这一侧生分生组织。维管形成层形成次生木质部和次生韧皮部，纵贯根与茎；多列的射线薄壁细胞成放射状横过根、茎，这种纵向的维管组织和横向的射线，沟通了不断长粗的木本植物根茎物质上行、下行及横向的运输。 。随着根、茎的长粗和向外扩大，来自木质部的压力挤毁了根、茎的皮层和表皮，发展出周皮作为植物体最外层的

12、复盖层。周皮形成后，根、茎生活细胞的气体交换包括需氧呼吸和放出二氧化碳废气，是通过周皮上的皮孔(1enticels)完成的。年轮：维管形成层在寒冷的冬季或长时间的干旱时，停止活动。在一年里温湿条件较好的季节，产生的木质部细胞管径较大，壁较薄，称为早材；相反在干旱的季节，生成的木质部细胞管径较小，壁较厚，称为晚材。在木材的横切面上，交替着早材和晚材的环带，称之为生长轮(growth rings)或年轮，在季节分明的地区，年轮是很明显的。硬材与软材：双子叶植物的木材称为硬材，因为在木质部有导管，管胞，纤维等：松柏类的木材称为软材，因为木质部里只有管胞和薄壁射线细胞，没有导管和纤维，硬度较低。美国加

13、州红杉木本双子叶植物的一个木方弦切面径向切面横切面百年大树截面心材边材剥去树皮成为圆木树皮可作燃料、植料圆边材外材木材少节可作家具向心材节增多，不适于作板，多作承重的粱等，节不影响承重刨成连续的薄片供制作夹板木材的三向切面木材的用途橡树柏树白蜡树云杉山核桃松材枫木胡桃三、三、植物的有性繁殖花是有花植物的繁殖器官，花是进化的产物。第一，花是产生雌雄配子体和精卵的场所，也是精卵结合进行有性生殖的场所；第二，花进一步发育成果实和种子。花提供了雌雄配子体发育，精、卵发生的条件，并对此提供了完善的保护；花演化出了许多特化的结构，保证了异花传粉，提高了后代的生命力。种子包含着胚，是精卵结合的结果，是新一代

14、植物的雏体，外面有种皮包裹，对胚进行了有效的保护。果实是由包裹在胚珠外面的子房及花的其它部分发育出来的，对种子的发育提供了更进一步的保护，而且在种子成熟后将帮助种子散布。(一) 花的组成一朵完全花(complete fiowers)，从下而上，从外到内可分为花梗(pedicel)、花托(receptacle)、花萼(sepals)、花瓣(petals)、雄蕊(stamens)、雌蕊(pistils)等部分。(二)雌雄蕊的结构和雌雄配子体的形成1雄蕊的结构和雄配子体的发育；2雌蕊的结构和雌配子体的形成：雌蕊位于花的中心位置，由子房、花柱、柱头三部分组成。子房内有胚珠珠心(nucellus)的一个

15、细胞发育成大孢子母细胞，再经减数分裂，形成4个单倍体的大孢子。4个大孢子通常只有1个继续发育，经过三次有丝分裂，形成7个细胞8个核的胚囊（embryo sacs）：1个卵细胞，2个助细胞，3个反足细胞，和有2核的极核细胞。大花草Rafflesia的花，花径可以达到1米番荔枝科紫玉盘毛茛科飞燕草罂粟科荷包牡丹木兰科荷花玉兰豆科凤凰木豆科白花油麻藤豆科常春油麻藤马鞭草科状元红玄参科荷包花兰科墨兰兰科兰科禾本科芦苇(三)传粉和受精传粉(pollination)就是花粉粒由风力，水流，昆虫，鸟等传送到能接受它的柱头上，一旦花粉粒落在合适的柱头上，它就会萌发，花粉管从花粉粒的萌发孔里伸出来，携带着精核，

16、沿着花柱向下生长，最后到达胚珠，穿入胚囊，花粉管先端破裂，2个精核被释放。受精(fertilization)就是1个精核与一个卵核融合。但是在有花植物中具有“双受精现象(double fertilization)”，指的是1个精核与1个卵核结合形成二倍体的合子(zygote)，另1个精核与2个胚乳细胞核结合，形成三倍体(triploid)胚乳(endosperm)母细胞。罂粟的花粉粒豆科大叶合欢的十六合花粉块一个成熟的有花植物的雄配子体营养细胞花粉管精细胞外壁花粉沟花粉粒子房与雄蕊的关系拟南芥的柱头的电镜扫描照片各种不同的子房和胎座(四)胚的发育和种子的形成胚性孢子体的形成：合子形成后，胚的发

17、育经过球形胚，到心形胚阶段，2个子叶开始形成，子叶相连处长出胚芽(plumule）与胚芽相对的一端形成胚根(radicle)，胚便形成了。单子叶植物的子叶仅1枚，在胚发育前期，是有2个子叶原基的，但随后的发育，1枚子叶退化成外胚叶。荠菜的胚发肓时，子叶从胚乳中吸收营养，并且将其贮藏在子叶中，相反玉米、小麦等单子植物子叶不贮藏养分，种子所含胚乳一直到种子萌发，才由子叶预先准备的消化酶分解，供给幼苗生长。胚就是孢子体的雏形，或者称为胚性的孢子体。种子的形成：从合子形成直到胚成熟，孢子体一直向胚珠供应营养，这些营养最后被贮存积累在胚乳或子叶中，胚珠的珠被开始变硬，发育成种皮(seedcoat)。一粒

18、种子包含胚、胚乳和种皮，胚包括胚芽、子叶、胚轴和胚根，无胚乳的种子其胚乳已由子叶吸收。(五)果实的形成和类型果实的类型很多，按照果实的来源可以划分为单果(simple fruits)，聚合果(aggregates fruits)和复果(multiple fruits)三类。果实更多的是按照果皮性质划分为肉果和干果两大类。(六)果实和种子的散布 聚合果与聚花果肉果浆果罂粟的果实干果裂果干果闭果风力果实开裂时弹力借果实开裂时的弹力借水力种子胡椒莲子银杏眉豆种子猪屎豆绿豆白扁豆赤扁豆红豆杉罗汉松四、植物的无性繁殖四、植物的无性繁殖（一）自然界的无性繁殖（二）诱导的无性繁殖1.扦插（cuttings）。2.嫁接（graftings）。3.分株（crown divisions）。4.组织培养(tissue culture) 。