第1719章植物.ppt
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1、第17章 植物的结构和生殖第一节 植物组织 P2173种组织系统:皮组织系统或保护组织系统(表皮和周皮)、维管组织系统(木质部和韧皮部)基本组织系统(分生组织、各种薄壁组织、机械组织(厚角组织和厚壁组织)分泌组织等),1 保护组织系统,概念:覆盖于植物体表起保护作用的组织功能:减少体内水分蒸腾,控制植物与环境的气体交换,防止病虫害侵袭和机械损伤等。类型:根据来源及形态结构的不同分为两类:表皮和周皮。表皮:来源:由初生分生组织细胞分化而成位置:覆盖在器官或幼嫩器官(双子叶植物)的表面,表皮初生保护组织 表皮细胞排列紧密(无叶绿体)气孔器 有的具角质层、蜡质层、表皮毛和腺毛等,保卫细胞(叶绿体),
2、气孔,周皮次生保护组织,皮层、中柱鞘、次生韧皮部,脱分化,木栓形成层,木栓层(栓质化、死细胞),木栓形成层,栓内层:薄壁细胞,常1-2层,向外分裂,向内分裂,周皮,周皮:是次生分生组织形成的,它由木栓层、木栓形成层和栓内层组成。,2 基本组织系统分生组织:,位于植物体的生长部位,具有持续或周期性分裂能力的细胞群,称为分生组织。,细胞排列整齐且紧密 细胞形状规范 细胞质浓 细胞核大,分生组织细胞特点:,分生组织类型(按来源分),原分生组织(来自胚性细胞)分生组织 初生分生组织 次生分生组织成熟组织,分裂,分裂分化,脱分化,原分生组织:位置:位于根、茎最前端,由没有分化的、最幼嫩的、终生保持分裂能
3、力的胚性细胞所组成(即由胚胎遗留下来的最早的分生组织)细胞特征:体积小,核相对较大,细胞质浓厚。,初生分生组织:位于根、茎的顶端,由原分生组织刚刚衍生的细胞所组成。细胞仍然具有很强的分裂能力,但没有原分生组织那样旺盛,是一种边分裂,边分化的组织。,次生分生组织,是由已分化成熟的组织细胞,经过脱分化恢复分裂能力形成的分生组织,因此叫次生分生组织。位置:存在于根、茎的形成层和木栓形成层中;特别是木栓形成层是典型的次生分生组织。,分生组织类型(按位置分),分生组织,顶端分生组织:根、茎顶端,伸长生长,侧生分生组织:侧面,增粗生长,居间分生组织:节间、叶基的伸长生长如禾本科作物短时间迅速拔高.不普遍,
4、短时存在,形成成熟组织 物的拔节),属于初生分生组织,属于次生分生组织,即原分生组织和初生分生组织,原分生组织和初生分生组织分裂的结果使器官伸长,次生分生组织的分裂结果使器官增粗。凡是由根尖、茎尖的初生分生组织细胞分裂、分化形成的成熟组织,都称初生组织。凡是由形成层等次生分生组织的细胞所产生的成熟组织都叫次生组织。,分生组织分裂产生的细胞,经生长、分化后,逐渐丧失分裂能力,形成各种具有特定形态结构和生理功能的组织。如下:,保护组织 薄壁组织 机械组织 维管组织 分泌组织(分泌结构),薄壁组织,是构成各器官最基本的组织,也是进行各种代谢活动的重要组织,在植物体内占有体积最大。功能:具有同化、贮藏
5、、通气、吸收及运输等功能结构特点:壁薄,仅有初生壁;胞间隙发达;常为等径的多面体细胞;具生活的原生质体,液泡较大。分化程度低,可脱分化转变为次生分生组织(维管形成层和木栓形成层)在创伤愈合、形成不定根、不定芽及嫁接愈合时,薄壁组织可脱分化转变为次生分生组织。,薄壁组织类型(功能),薄壁组织,吸收组织:幼根表皮细胞、根毛,同化组织:含叶绿体的绿色部分,叶肉,贮藏组织:根、茎、种子中,通气组织:植物胞间隙发达成气腔或气道,传递细胞:叶片小叶脉中普遍存在,吸收组织,具有大量细胞间隙的薄壁组织称为通气组织,通气组织,60年代末,在电镜下发现了一类特殊的薄壁细胞传递细胞(传输细胞或转移细胞)细胞特点:细
6、胞壁具内突生长(增加质膜面积),细胞质浓厚,富含线粒体,有发达的胞间连丝(有利于代谢物质的运输与传递),故称传递细胞(transfer cell)在植物体内广泛存在,如小叶脉输导组织的附近(叶肉和输导分子之间的桥梁),茎节部的维管束中,种子的子叶、胚乳、胚柄等部位。,机械组织,厚角组织:无次生壁,初生壁不规则 加厚 P219,厚壁组织,石细胞,纤维细胞,木纤维,韧皮纤维,机械组织 起机械支持的作用类型:厚角组织、厚壁组织,(活细胞),(死细胞),厚壁细胞有坚固的次生壁,成熟的厚壁细胞为死细胞。,厚角组织 P219,初生壁不均匀加厚,通常在几个细胞邻接处的角隅处加厚,故称厚角组织。厚角细胞没有次
7、生壁,其初生壁中不含木质素,故有一定的坚韧性、可塑性和伸展性,既有支持作用,又不妨碍幼嫩器官的迅速生长;而且与它所支持的茎和叶一同生长。厚角组织的细胞是活细胞。存在于植物的幼茎、叶柄、叶片、花柄等部位,而且总是分布于器官的外围,或直接在表皮下,或与表皮只隔开几层薄壁细胞。在器官形成过程中,厚角组织出现较早,是正在生长的茎叶的支持组织。,厚壁组织,厚壁细胞具均匀加厚的次生壁,常木质化;细胞成熟时,原生质体死亡分解,成为只留有细胞壁的死细胞。a.石细胞:细胞较短,形状多样,周围有不规则突起。次生壁极度增厚强烈木质化,成熟时成为仅具坚硬厚壁的死细胞(具强大支持作用)。单个散生(如梨)或聚集成簇(如坚
8、果和种皮),也可连续成片分布于茎、叶、果实中,有增加器官硬度和支持的作用。,外果皮,外果皮,中果皮,内果皮(内有种子),b.纤维,为两头尖、梭形的细长细胞,长是宽的101000倍,壁强烈增厚,有的不木质化,有的强烈木质化;成熟时原生质体解体,细胞腔狭窄,为死细胞。排列紧密,无细胞间隙,并聚集成束,成为植物体内的坚强支柱。根据所处位置,可分为木纤维和韧皮纤维两类:木纤维:存在于木质部中,较短,坚硬而缺少弹性,脆而易断,不宜作纺织原料,但可造纸或作人造纤维 韧皮纤维:存在于韧皮部中,细胞壁极厚,富含纤维素,坚韧而有弹性,是良好的工业原料。,分泌组织(略),分泌植物体内有些细胞可产生一些特殊的物质,
9、如蜜汁、黏液、挥发油、树脂、乳汁等,并把它们排出体外或积存在体内,这种现象称为分泌,凡是能分泌物质的细胞或细胞组合称为分泌结构,根据分泌物是否排出体外分为:外部的分泌结构:腺表皮、腺毛、蜜腺和排水器。其分泌物排出植物体内,如花蜜由蜜腺分泌。内部的分泌结构:分泌细胞、油囊(茴香、肉桂)、乳汁管、树脂道(松柏类)。其分泌物在细胞里或细胞间隙之中。如三叶胶的乳汁管分泌的乳汁中含有橡胶等。,内部的分泌结构,3 维管组织系统(输导组织),木质部:由导管分子、管胞、纤维、薄壁细胞等组成,导管分子和管胞为死细胞,壁上有环纹、螺纹、梯纹、网纹和孔纹等木质化增厚。a.管胞:,细胞狭长,两端尖细,上下二细胞的端部
10、紧密重叠,水分通过管壁上的纹孔依次向上运送裸子植物和蕨类植物只有管胞,而无导管;被子植物中也有管胞,但含量少,不起主要作用系统发育过程中,管胞向两个方向演化:,细胞壁更加增厚,特化为只营支持功能的木纤维。细胞端壁溶解,特化为专营输导功能的导管分子。,纹孔场及纹孔,纹孔场(pit field):初生壁上的一些非常薄的区域叫初生纹孔场。纹孔场(pit field)上有许多小孔,胞间连丝通过这些小孔,与相邻细胞相连。次生壁的增厚也是不均匀的,一般在纹孔场的地方不再加厚,形成的凹陷区域称为纹孔(pit)。单纹孔(single pit)具缘纹孔(bordered pit)相邻两细胞之间的纹孔多成对存在,
11、称纹孔对(pit pair),功能:是细胞间水分和物质交换的通道。,胞间层,初生壁 次生壁,初生纹孔场,细胞分化过程中细胞壁的变化,b.导管分子,导管分子的端壁上形成一个或几个大的孔称为穿孔,具穿孔的端壁特称穿孔板,导管分子以端壁纵向连接而成导管。导管管径较管胞粗大,又以穿孔直接沟通,因此,导管比管胞具较高运水效率存在于被子植物木质部中,c.木薄壁细胞,木质部中的薄壁细胞称木薄壁细胞发育后期壁常木质化,细胞中含淀粉和结晶,具贮藏功能。,韧皮部,组成:筛管分子或筛胞、伴胞、韧皮纤维、薄壁细胞等,a.筛管分子,管状细胞,纵向连接形成筛管只具初生壁,上下端壁上有许多小孔称筛孔,具筛孔的端壁特称筛板。
12、筛管分子具生活的原生质体,但成熟后核消失。,筛管 伴胞,b.伴胞,筛管分子旁边有一或几个细长、两端尖锐,并高度特化的薄壁细胞,称为伴胞,其原生质浓厚,有明显的核和丰富的细胞器,呼吸旺盛。,筛管 伴胞,伴胞与筛管由同一个母细胞分裂而来(大子细胞形成筛管分子,小的发育为伴胞)筛管寿命仅1或23年,筛管死亡后,伴胞也随之死亡,即所谓“同生共死”伴胞功能:为筛管提供能量。,c.筛胞,裸子植物和蕨类植物中一般没有筛管,由筛胞完成有机物质的运输功能。与筛管分子的区别是:细胞壁上只有筛域而无筛板,筛胞之间以侧壁上的筛域相通,进行物质运输,d.韧皮薄壁细胞 常含有结晶和各类贮藏物,主要起贮藏和横向运输的作用。
13、,综上所述,形成这3种组织的细胞有以下7种类型:分生组织细胞、薄壁细胞、厚角细胞、厚壁细胞、分泌细胞、水分输导细胞(管胞和导管分子)、食物输导细胞(筛管分子和伴胞)。,组织系统,表皮组织系统基本组织系统维管组织系统,维管植物三大组织系统,基本组织系统,分布于表皮组织系统和维管系统之间,由薄壁组织、厚角组织、厚壁组织组成,是植物体各部分的基本组成,具多种功能。,表皮组织系统,包括表皮和周皮,覆盖于整个植物体的表面,形成一个连续的保护层。,维管组织系统,维管组织系统:由输导组织木质部和韧皮部构成,贯穿于整个植物体内,把植物体各部分有机地连接在一起。具有强大的输导和支持作用.木质部:由导管、管胞、木
14、薄壁细胞和木纤维组成。韧皮部:筛管、伴胞、韧皮薄壁细胞和韧皮纤维等 组成。初生维管束:是由初生木质部和初生韧皮部组成的束状结构。在双子叶植物的根和茎中,在初生木质部和初生韧皮部之间有一层具有分裂潜能的薄壁细胞,这些细胞后来发生横向分裂,形成束中形成层。初生维管束的类型:根据维管束中木质部和韧皮部的位置不同分为5种类型:外韧维管束(最常见)、双韧维管束、周韧维管束、周木维管束、辐射维管束。,维管束类型,植物整体的结构表现为维管组织系统包埋于基本组织系统之中,而外面又覆盖着表皮组织系统,它们在结构上和功能上组成一个有机的统一整体,相互协作,相互依存,共同完成植物的生命过程。,根系根尖根的初生结构根
15、的次生结构根瘤、菌根根的功能,第二节 根的形态、结构及功能,(一)、根的形态和根系 1根的形态 主根 定根 侧根(由胚根而来)不定根,(由茎基部产生的),2根系:一株植物根系的总称为根系 直根系:有明显的主根,如大豆 须根系:无明显的主根,如小麦,须根系:由胚根而来的主根不发达,并在早期枯萎,而由茎基部产生出大量粗细相近的不定根,发育形成各级分支,呈胡须状。,主根生长旺盛,主根和侧根区分明显,(由胚根而来),(二)、根尖的结构 P221 指根的先端到根毛区的幼嫩部分 根冠:根尖的顶端,起保护作用分生区(细胞分裂区或生长点):具分裂能力,使根生长伸长区:细胞伸长成熟区(根毛区):有组织分化,根的
16、吸收功能在此处进行。,(三)、双子叶植物根的初生生长和初生结构 1.根的初生结构:由初生分生组织(原表皮层、基本分生组织和原形成层)生长分化所形成的结构称初生结构。2.根的初生结构包括:表皮、皮层和维管柱(或中柱)表皮:根毛区具根毛 皮层:外皮层 中皮层 内皮层:凯氏带 维管柱:1中柱鞘 2初生韧皮部:筛管、伴胞、韧皮纤维、韧皮薄壁细胞 3初生木质部:导管、管胞、木纤维、木薄壁细胞。4束中薄壁细胞:,1-数层薄壁细胞,双子叶植物根初生结构示意图,髓,皮层,外皮层:最外层排列整齐,无胞间隙的薄壁细胞组成,中皮层:多层薄壁细胞组成,内皮层:皮层最内的层细胞组成,细胞排列紧密,没有细胞间隙,内皮层细
17、胞的细胞壁特殊加厚形成凯氏带(casparian strip):双子叶植物:细胞两侧径向壁和横向壁局部有木质化、栓质化的带状加厚区域单子叶植物:大多数细胞的径向壁、横向壁和内切向壁均显著增厚并栓质化,即单子叶植物内皮层细胞成熟时为五面加厚。在横切面看,加厚的壁呈马蹄形,因而失去了透水和透气的能力,但夹在其中的个别细胞仍然是薄壁的通道细胞。皮层和中柱之间借通道细胞进行物质交换。,凯氏带立体示意图,凯氏带,通道细胞,功能,凯氏带(木质化和栓质化)不透水,皮层中的水液只能透过内皮层细胞本身而不能透过细胞壁和细胞间隙进入中柱,所以内皮层细胞有调节物质进入中柱的作用。,P210,维管柱,中柱鞘:位于维管
18、柱的最外层,或几层薄壁 细胞组成,有潜在的分裂能力(部分形成层和木栓形成层,形成侧根等),维管组织:由初生木质部(横切面上呈星芒状、辐射状)和初生韧皮部 组成,薄壁细胞:位于初生木质部和初生韧皮部之间 的数层薄壁细胞。双子叶植物中,这部分细胞可转化为维管形成层的一部分。,髓:一般根中央部分由木质部占据,若中央部分不分化成木质部,就由薄壁或厚壁组织形成髓。多数单子叶植物和少数双子叶植物根中有髓存在,次生分生组织的产生和活动,根的次生分生组织包括:维管形成层(vascular cambium)木栓形成层(cork cambium),(四)双子叶植物根的次生生长和次生结构,维管形成层的发生和它的活动
19、,维管形成层的发生和它的活动,维管形成层的发生和活动,维管形成层的发生和它的活动,维管射线,在次生维管组织中,形成了一些径向排列的薄壁细胞群,称为维管射线,在木质部的称木射线,在韧皮部的称韧皮射线功能:横向物质运输,根的次生结构,皮层,次生韧皮部,维管形成层,次生木质部,(髓)射线,髓,初生韧皮部,初生木质部,内皮层,中柱鞘,木栓形成层的发生和它的活动,维管形成层的活动,使中柱鞘以外的成熟组织被破坏,这时根的中柱鞘细胞恢复分裂能力,形成木栓形成层木栓形成层进行平周分裂,向外分裂产生木栓层,向内分裂形成栓内层木栓形成层、木栓层和栓内层合称周皮,成为根加粗以后新的保护组织(次生保护组织)最早的木栓
20、形成层起源于中柱鞘,但活动一年或几年后停止活动,这时新的木栓形成层在旧的周皮以内产生,常由次生韧皮部细胞恢复分裂能力形成木栓形成层,继续形成新的周皮。,次生韧皮部,维管形成层,次生木质部,木射线,初生韧皮部,初生木质部,根的次生结构,中柱鞘,根瘤与菌根 P239,根瘤:是土壤中的根瘤菌侵入到根内产生的共生体。有固氮作用。除豆科植物外,还发现100多种植物能形成根瘤,如木麻黄、罗汉松、杨梅、铁树、沙棘等。有些非豆科植物根瘤中的固氮菌是放线菌。,根瘤,菌根:有些真菌的菌丝伸入植物根的皮层中,和根形成特定的结构,称为菌根。菌根是高等植物根与某些真菌的共生体。真菌能增加根对水和无机盐的吸收和转化能力(
21、有时比根毛的作用还强)。植物则把其制造的有机物提供给真菌。,单子叶植物根的结构特点 也分为表皮、皮层、维管柱 但不产生形成层和木栓形成层 表皮:最外一层细胞 皮层:外皮层常形成机械组织 内皮层形成五面加厚的细 胞,有通道细胞 维管柱:无形成层,根的生理功能 1.吸收作用 233页 2.固着作用 3.输导作用 4.其他:合成作用,贮藏作用,繁殖作用等,根的吸收作用1)植物根系对水分的吸收,根系是吸收水分的主要器官。根系吸水的部位主要是根尖,包括分生区、伸长区和根毛区。其中根毛区吸水能力最强。根系对水分的吸收有两种方式:被动的物理过程被动吸水。由于枝叶(尤其是叶片)的蒸腾作用而引起根部吸水的现象。
22、(靠蒸腾拉力吸水)主动的生理过程主动吸水。由于根的生理活动,使根细胞主动将无机离子泵入木质部,而内皮层会使离子在木质部积累,当离子积累到一定程度时,水就会通过渗透作用进入木质部,从而推动木质部汁液向上移动,这种力量称为根压。根压只能使水分上升到有限的高度(大约1至2米)。(吐水和伤流都是根压引起的),植物吸收的水分0.15%0.2%用于组成植物体,其余大约99.8%以上的水分,则通过蒸腾作用而散失。植物通过地上部分的组织(主要是叶)以水蒸气状态散失水分的过程称为蒸腾作用。本质上是蒸发作用。气孔是蒸腾作用的主要出口,也是光合作用吸收CO2、呼吸作用吸收O2的主要入口,是植物体与外界环境发生气体交
23、换的“大门”。气孔在下表皮更多一些。占叶表面的0.5%-1.5%。实验表明,气孔蒸腾要比等面积的自由水面的蒸发量快50倍之多。,气孔结构和开关机理 P234,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(促进保卫细胞吸收K+和水)、CO2(叶片CO2浓度低时使气孔张开)、生物种(生物钟是植物体的一种计时机制白天张开、夜晚关闭)和环境水分的多少(当植物白天失水过多时,气孔也会关闭)等因素影响气孔的开关。,总而言之,调节
24、气孔开闭的机制是植物在节水和制造糖分之间求得平衡。,根系吸水的过程:(短距离运输即横向运输)233页 水分和溶质从一个细胞运出,通过细胞壁再进入相邻细胞,如此反复进入其他细胞直至内皮层。需多次穿过细胞膜。质外体途径(胞外途径):质外体由细胞壁、细胞间隙以及木质部的导管组成。水分和溶质进入细胞间隙,沿着细胞壁组成的连续体移动直至内皮层。共质体途径(胞内途径):通过胞间连丝结合在一起的原生质体,称共质体。通过共质体由植物组织内的胞间连丝进行运输称为共质体途径,先通过根毛细胞的细胞膜,然后通过共质体直至内皮层。,共质体运输,质外体运输,木质部,内皮层,皮层,表皮,根毛,质外体运输,H2O,H2O,H
25、2O,H2O,H2O,H2O,H2O,H2O,共质体运输,植物的根毛、土壤水分和土壤颗粒之间关系密切。土壤水分中有各种无机离子和溶解氧。P233,2)水分在植物体内的运输,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。,水分在植物体内的运输,水 根毛 皮层细胞 内皮层 中柱鞘 木质部导管茎叶脉气孔大气,土壤植物空气连续系统,植物体内水分运输的动力 P234,根压:由于根的生理活动,使根细胞主动将无机离子泵入木质部,而内皮层会使离子在木质部积累,当离子
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