第五章 植物生物学:结构与功能
Biology of Plants,
Form and Function
http://www.mhhe.com./biolink
周云龙 植物生物学 高等教育出版社 1999
杨世杰 植物生物学 科学出版社 2002
Peter H,Raven George B,Johnson Biology sixth edition
相关的参考书:
Internet Links
Botany online
http://herb.biol.uregina.ca./liu/bio/idb.shtml
what flower is that
http://elib.cs.berkeley.edu/flowers/
Everything you wanted to know about flowering plants
http://biodiversity.uno.edu/cgi-bin/hl?botany
Visit the Missouri Botanical Garden
http://www.mobot.org/welcom.html
相关的参考书:
植物的界定
高等植物
植物在自然界中的作用
初级生产者
物质、能量循环
调节水温、水土保持
净化大气和水质
学习植物生物学应注意以下几方面:
? 形态结构与生理功能的关系
? 形态结构与生态环境的关系
? 个体发育与系统发育的关系
植物生物学 Biology of Plants:
? 第一节 植物细胞与组织
? 第二节 植物的营养
? 第三节 物质在生物体内的运输
? 第四节 高等植物的生殖和发育
? 第五节 植物的生长发育及其调控
植物生物学 Biology of Plants:
第一节 植物细胞与组织
Cell & Tissue
一、植物细胞的基本结构
二、植物细胞的生长发育与分化
三、植物的组织与组织系统
第一节 植物细胞与组织
一、植物细胞的基本结构
1,形状、大小
形态多种多样,有球状体、多面体、纺锤体、锥形体等
种子植物细胞直径一般为 10- 100μm,一张叶片约含 4000万个细胞
2,基本结构
细胞壁 Cell wall
原生质体 Protoplast:植物细胞除去细胞壁的部分,包括细胞膜、细胞
质、细胞核等结构,由生命物质原生质( Protoplasm) 所构成,是细
胞各类代谢活动的主要场所,是植物细胞最重要的部分。
第一节 植物细胞与组织
Plant Cell
3、结构特征
( 1) 细胞壁 ( Cell Wall)
( 2)质体 (Plastid)
( 3)液泡 ( Vacuole)
一、植物细胞的基本结构
A,细胞壁的化学组成:
多糖和蛋白质(最重要)
木质素等酚类化合物 增加机械强度
脂类化合物(角质、栓质、蜡) 防止水分蒸发、机械损
伤、抗病菌感染
矿物质(草酸钙、碳酸钙和硅的氧化物) (增加硬度)
一、植物细胞的基本结构
细胞壁的成分因植物种类和细胞类型而有别,也随细胞的发
育和分化而变化(初生壁、次生壁成分不同)。
植物细胞的纤维素结构
B,细胞壁层 次,(依形成的时间和化学成分划分)
胞间层,又称中层或中胶层 (Middle lamella),果胶 (pectin)
初生壁 (Primary wall),细胞停止生长前原生质体分泌形成的细胞壁层 。
特点,薄,约 1- 3μm,质地较柔软,有较大的可塑性,能随细胞
的生长而延展。
组成,纤维素、半纤维素和果胶 (纤维素约占 1/4,基质多糖相对较
多,很少有木质素)
次生壁 ( Secondary wall),细胞停止生长后,在初生壁内侧继续积累
的细胞壁层。
特点,较厚,约 5- 10μm,质地较坚硬,有增强细胞壁机械强度
的作用,没有伸缩性。
组成:纤维素、半纤维素和木质素 (纤维素含量多,约占 1/2,基质多
糖相对较 少,较多木质素,可能有栓质等。
细胞壁的层次:
胞间层、初生壁、次生壁
初生壁的结构模型
Structure of the Secondary Cell Wall
初生纹孔场 ( Primary pit field):初生壁上有一些较薄的区域。
纹孔 (Pit):次生壁形成时,有一些中断的区域,只有中胶层和初生壁,
这种比较薄的区域称为纹孔。
注意,纹孔也可在没有初生纹孔场的初生壁上产生。
具缘纹孔,单纹孔,纹孔对,盲纹孔。
C,与细胞壁相关的结构,
Structure of the pits
具缘纹孔
纹孔塞
连丝微管
The Structure of Plasmodesmata
胞间连丝 (Plasmodesmata)
经过细胞壁的原生质通道,
将相邻的细胞连成一个生活
的连续体。细胞原生质体之
间物质和信息直接联系的桥
梁,是多细胞植物体成为一
个结构和功能上统一的有机
体的重要保证 。
共质体
质外体
总之,细胞壁上的初生纹孔场、纹孔、胞间连丝的
存在都有利于细胞与环境之间以及细胞与细胞之间的
物质和信息交流,尤其是 胞间连丝,它把所有生活细
胞的原生质体连接成一个整体,从而使多细胞植物在
结构和生理活动上成为一个统一的有机体。
C,与细胞壁相关的结构,
D,细胞壁在生命活动中的作用
? 机械支持
? 细胞的生长调控
? 物质运输
? 细胞识别
? 细胞分化
? 植物的防御功能
一、植物细胞的基本结构
一、植物细胞的基本结构
( 2)质体 (Plastid),
植物细胞特有的细胞器,与碳水化合物的合成与贮藏密切相关。
依据色素不同,分为三类:
叶绿体 Chloroplast 植物绿色细胞中 叶绿素、叶黄素和胡萝卜素
有色体 Chromoplast 果实、花瓣或植物其他部分 叶黄素和胡萝卜素
白色体 Leucoplast 植物体各部分储藏细胞中,淀粉和脂肪合成中心
不含色素,呈无色,颗粒状,
三种质体之间的转化,如何转化?
不同类型质体之间的相互转换
( 3)液泡 ( vacuole)
具有一个大的中央液泡是成熟的植物生活细胞的显著特征
液泡 是细胞质中由单层膜包围的充满水液的泡,是普遍存在
于植物体中的一种细胞器。植物细胞中液泡的数量和大小差
异很大。
细胞液的主要成分:
糖、有机酸、蛋白质、磷脂、草酸钙、
植物碱、丹宁、色素苷等。
一、植物细胞的基本结构
( 3)液泡 ( vacuole):
存在意义:
维持细胞渗透压和膨压、水分的吸收
提高抗旱抗寒能力
应用:
开发利用植物资源的重要来源之一
一、植物细胞的基本结构
4、植物细胞的后含物( Ergastic substance)
植物细胞内除细胞质和细胞器外,还有一些贮藏的营养物质、代谢废物
和植物次生物质,统称为 后含物 。
淀粉, 储藏在种子、块根和块茎储藏组织中,在造粉质体中形成。
蛋白质, 非活性、固体状态、较稳定。种子
脂肪和油类,能量最高、体积最小的贮藏物质 (油料植物种子、果实内)
晶体, 草酸钙、碳酸钙
一、植物细胞的基本结构
1、植物细胞的生长
细胞分裂后,子细胞只有母细胞体积的一半大,分裂后
的细胞生长到母细胞一样大时,有的继续分裂,有的不
再分裂,但还进一步生长。在生长的过程中,细胞的体
积可增加数十倍或数百倍。
二、植物细胞的生长发育与分化
二、植物细胞的生长发育与分化
2、植物细胞的发育
在细胞生长中还伴随着发育过程,不仅发生体积上的
变化,还有一定的形态变化及生理变化。
形状、细胞壁、叶绿体数目变化,
二、植物细胞的生长发育与分化
生长发育的结果:
细胞发生分化 细胞有特定的形态和生理功能
组织器官发育成熟,行使特定功能
衰老、死亡
3、植物细胞的分化 (cell differentiation)
植物的个体发育的过程就是细胞分裂与分化的过程。
在个体发育过程中,细胞间在形态、结构和生理功能上发生稳定差异
的过程称为细胞分化。
细胞分化的实质是组成机体的不同类型细胞合成不同种类的特异性蛋
白质,即某一类型的细胞仅有部分特定基因被激活。
在任何时间一种细胞的基因组只有少部分基因在活动,5- 10%
二、植物细胞的生长发育与分化
影响细胞分化的因素:
细胞的极性、细胞在植物体中的位置、激素和化学物质
环境因子(光照、温度、水分)
植物发育生物学正发展成为一门新兴学科。
二、植物细胞的生长发育与分化
植物细胞的全能性
植物的体细胞含有母体细胞的全部遗传信息,具有发育成完整植株个体
的潜能。
1902年 德国植物学家 Haberlandt 提出
1958年 Steward 胡萝卜根的韧皮部组织形成完整的植株。
1964年 Guha Maheshwari利用毛叶蔓陀罗的花药培育出单倍体植株
1969年 Nitch将烟草的单个单倍体孢子培养成了完整的单倍体植株。
1970年 Steward 用悬浮培养的胡萝卜单个细胞培养成可育的植株。
二、植物细胞的生长发育与分化
组织,在个体发育中,具有相同来源的(即由同一个或同一群
分生细胞生长、分化而来的)同一类型、或不同类型的细胞群组
成的结构和功能单位称为组织( tissue)。 形态结构相似,生理
功能相同的细胞群。
简单组织 (Simple tissue)
复合组织 (Compound tissue)
三、植物的组织与组织系统
三、植物的组织与组织系统
1,分生组织 Meristematic tissue
2,成熟组织 Mature tissue
3,组织系统 Tissue system
Simple tissue
Complex tissue
1,分生组织 Meristematic tissue
由具有持续分裂机能的细胞组成,位于植物体生长部位。
按来源、性质分:
原分生组织 Promeristem
初生分生组织 Primary meristem
次生分生组织 Secondary meristem
按位置分:
顶端分生组织 Apical meristem
侧生分生组织 Lateral meristem
居间分生组织 Intercalary meristem
分生组织
1,分生组织 Meristematic tissue
原分生组织 Promeristem 位于根茎生长锥的最顶端部分,是 直接
由胚细胞保留下来的一群原始细胞。
特点,细胞体积小,分裂能力强,细胞核大,细胞质浓厚、等直径多面体
植物从个体发育开始至生命终结为止,连续进行分裂,所有器官的
发生和形体变化都是起源于原分生组织的活动。
初生分生组织 Primary meriste
特点,1,细胞在形态上出现了最初的分化,仍具有很强的分裂能力,但是
不及原分生组织旺盛。
2、是一种边分裂、边分化的组织,可看作是由分生组织向成熟组织
过渡的组织。
在种子植物中,原分生组织和初生分生组织无明显的界限。
1,分生组织 Meristematic tissue
次生分生组织 Secondary meristem
由已经成熟的薄壁细胞,经过生理上和结构上的变化,又重新恢
复分裂能力的组织,与根茎的加粗生长和重新形成保护组织有关。
1,分生组织 Meristematic tissue
顶端分生组织 Apical meristem
使根、茎不断伸长,在茎上形成侧枝和叶
侧生分生组织 Lateral meristem
形成层:使根茎不断加粗
木栓形成层:使长粗的根茎表面或受伤的器官表面形成新的保护组织
居间分生组织 Intercalary meristem
位于成熟组织之间的分生组织,使顶端分生组织在某些器官中局部区
域的保留。
位于单子叶植物茎的节间和叶鞘的基部。与居间生长有关,如拔节、
抽穗。
Fig,38.3
原表皮层
基本分生组织
原形成层
Primary meristem
2,成熟组织 Mature tissue 或永久组织 Permanent tissue
分生组织衍生的细胞进一步生长和分化,形成成熟组织。按功能分类,
表皮组织 Surface tissue
薄璧组织 Parenchyma (基本组织)
机械组织 Mechanical tissue
维管组织 Vascular tissue (疏导组织)
分泌组织 Secretary tissue
保护组织
初生保护结构 —— 表皮
次生保护结构 —— 周皮
表皮的作用:
吸收、分泌、防御
气体交换、调节水分蒸发。
细胞类型:
表皮细胞 气孔器
毛状体 异细胞
表皮组织 表皮
周皮
表皮组织
Trichome
毛状体为表
皮上的附属
物,形态多
样,
作用:
保护、分泌、
吸收
表皮毛状体 Trichome
表皮毛状体 Trichome
薄壁组织 Parenchyma (基本组织)
Parenchyma Parenchyma cells
?具有薄的初生壁,较大,富含细胞间隙
?具有生活的原生质体
?细胞分化程度较低,在一定条件下可以转化为
次生分生组织
纤维Collenchyma
Sclereids
机械组织 Mechanical tissue
厚角组织 Collenchyma:分布于器官的外围,不均匀初生壁加厚
幼年植物和一些草本植物根、茎的主要支持组织,叶柄。
厚壁组织 Sclerenchyma,均匀增厚的次生壁,常木质化,死细胞
纤维、石细胞( sclereids)
Three types of ground tissue
维管组织 Vascular tissue (疏导组织)
木质部 xylems 导管 vessell
管胞 tracheid
韧皮部 Phleom 筛管 (Sieve tube)
伴胞 (Companion cell
筛胞 (Sieve cell)
输导组织
Concuctive tissue
Vessel element
Tracheids Sieve plate
Companion cell
The structure
of xylems
输导组织 Concuctive tissue
导管 vessel
1、导管在发育过程中
伴随着细胞壁的次生
加厚与原生质体的解
体,导管两端的细胞
初生壁被溶解,形成
穿孔
2、成熟的导管分子为
长管状的死细胞
3、被子植物特有的
管胞 Tracheid
长管状、运输水分和无机盐的死
细胞
绝大多数裸子植物和蕨类唯一输
导水分和矿物质的结构
绝大多数被子植物中导管和管胞
同在,且以导管为主
Water-
conducting
cells of the xylems
Arrows indicate the flow of water (a)
Tracheids are spindle-shaped cells
with pits,through which water flows
from cell to cell,(b)Vessel elements
are individual cells linked together
end to end to form long tubes called
xylem vessels.Water streams from
element to element through end
walls that are perforated.Water can
also imigrate laterally between
neighboring vessels through
pits,?Resistance to water flow in
some vessels is lowered by the
complete absence of walls between
the vessel elements.
筛管
A sieve-tube member
? 运输有机物的结构
? 筛管分子长成后,细胞核退化,细胞质仍保留,其末端的细胞壁称筛板
(sieve plate),其上有筛孔( sieve pore),联络索( connecting strand)
输导组织 Concuctive tissue
输导组织 Concuctive tissue
分泌组织 —— 外分泌结构
外分泌结构常分布于
植物体的外表,将分
泌物排于体外
蜜腺 nectary
腺毛 glandular hair
盐腺 salt gland










内分泌结构
是将分泌物
滞留在植物
体内的分泌
结构
3,组织系统 Tissue system
皮组织系统,简称皮系统 ( Dermal system)
表皮
周皮
维管组织系统,简称维管系统( Vascular system )
韧皮部
木质部
基本组织系统,简称基本系统( Basic system)
薄壁组织
厚角组织
厚壁组织
The three
tissue
systems
Dermal tissue
Ground tissue
Vascular tissue
一、植物细胞的基本结构
二、植物细胞的生长发育与分化
三、植物的组织与组织系统
小 结