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清北学堂2013年寒假生物奥赛 植物学学习指南导学-植物及植物生理


奥赛植物及植物生理学习指南(刘全儒 2013) 第一部分 一、 植物形态解剖

植物细胞与组织

【学习要点】 1.掌握植物细胞的结构与功能,特别注意细胞壁、质体和液泡等植物细胞特有的结构; 了解植物不同类型的细胞其细胞器分布的特点 2.掌握植物细胞的增殖方式,重点是有丝分裂和减数分裂 3.理解植物细胞分裂、分化和组织形成的关系 4.掌握分

生组织的特点及在植物生长发育中的重要意义 5.掌握各类成熟组织的结构与功能特点 【知识点框架】 细胞壁 植物细胞 质膜 原生质体 细胞质 基质

细胞器(质体、线粒体、内质网、高尔基体、核糖体、 液泡、溶酶体、微体、微管、微丝) 细胞核 后含物(淀粉粒、糊粉粒、蛋白质) 薄壁组织:同化、贮藏、吸收、 通气、贮水和传递细胞 保护组织:表皮和周皮 输导组织:导管和管胞; 筛管与伴胞及筛胞 机械组织: 厚角组织; 厚壁组织 分泌组织:外分泌;内分泌

按来源分 分生组织 按位置分

原分生组织 初生分生组织 次生分生组织 成熟组织 顶端分生组织 侧生分生组织 居间分生组织

【重要名词概念】 胞间层;初生壁;次生壁;胞间连丝;初生纹孔场;纹孔;质体;细胞骨架;液泡;分生组 织;原分生组织;初生分生组织;次生分生组织;顶端分生组织;居间分生组织;侧生分生 组织;成熟组织;薄壁组织;保护组织;输导组织;机械组织;分泌组织;符合组织;组织 系统。

【重点与难点解析】 本部分的重点是植物细胞独特的结构细胞壁、 质体和液泡的特点与功能, 以及重要组织 的细胞特点和在植物体中的作用。难点是胞间联丝、初生纹孔场与纹孔的结构。 一、细胞结构 重点是细胞壁、质体、液泡三个部分。其他部分在细胞生物学中有较多的介绍。 1.细胞壁 细胞壁是由纤维素、果胶、半纤维素、蛋白质及其他多糖和无机成分组成的复合 体,包围着细胞里面的原生质体。细胞壁除了具有保护原生质体和维持细胞形态的功能外, 还参与细胞的生长分化、物质的吸收、运输、分泌、细胞间的相互识别、细胞壁的分解等许 多生命活动过程。 植物体中不同类型细胞的细胞壁成分有差异, 常常是为了执行不同的功能, 在细胞壁中添加了木质素、角质、木栓质和蜡质等其他化学成分。在光学显微镜下根据细胞 壁微纤丝的排列方向、细胞壁形成的时间和化学成分的差异分为胞间层、初生壁和次生壁。 要能够弄清胞间层、初生壁和次生壁的位置、形成时间节点、化学成分差异、会出现在那些 组织中等问题。在细胞壁上常常形成一些沟通相邻细胞的结构:胞间连丝、初生纹孔场、纹 孔,弄清它们之间的关系。 2.原生质体 原生质体指细胞内有生命的物质形成的结构, 包括细胞膜、 细胞质、 细胞核等。 组成原生质体的有生命的物质称为原生质。原生质体由质膜、细胞质和细胞核组成,各种细 胞器分布在细胞质的基质中。 在植物细胞中,重点掌握质体、液泡和细胞骨架 3 个方面。 (1)质体: 认识叶绿体、有色质体与白色体三种类型的区别和联系。 (2)液泡:可以水解衰老的细胞器;同时能从外界吸水,具有维持细胞紧张度的作用。 (3)细胞骨架:分布在细胞基质中由蛋白质纤维组成的网络结构,包括微管、微丝和中间 纤维共三种蛋白质纤维。 二、细胞分裂 细胞分裂有 3 种方式:有丝分裂、无丝分裂和减数分裂。其中有丝分裂是一种最普遍的 分裂方式,分裂的结果导致植物的生长;减数分裂发生在植物的生殖过程中。详细的过程细 胞生物学会有更多地介绍,而减数分裂的类型则在真核藻类中会介绍。 三、细胞分化和植物的组织 植物的发育从受精卵开始, 由受精卵到胚胎发育完成时, 在胚胎的根端和茎端分别建立 起 2 团具有分裂能力的细胞胚性的细胞, 这 2 团细胞被称之为顶端分生组织, 是以后植物体 生长发育时所有器官和组织的细胞来源。 由分生组织细胞分裂产生的衍生细胞, 开始具有分 裂能力,逐渐到细胞分裂停止,形态发生各种变化,以致形成适应各种功能的细胞结构,这 就是细胞分化的过程。 细胞分化是植物体形成各类成熟组织的基础。 细胞分化除受到植物体 本身的遗传控制之外,还在受到外界环境因子如光照、温度、水分的影响。 由细胞分化过程所形成具有一定的生理机能和形态结构的细胞群称为组织, 根据结构和 功能的不同,将植物组织分为分生组织和成熟组织两大类。成熟组织来源于分生组织,是分 生组织的衍生细胞逐渐失去了分裂能力, 发生了分化后形成的组织。 不同成熟组织的细胞分 化程度有差别,有些成熟组织中的细胞可以脱分化,再形成分生组织。 1.分生组织 分生组织可以根据分生组织来源和分化程度的不同, 将分生组织分为原分生组织、 初生 分生组织和次生分生组织。 分生组织又根据在植物体中存在的位置不同, 又被分为顶端分生 组织、居间分生组织和侧生分生组织。顶端分生组织包括原分生组织和初生分生组织。居间 分生组织为保留下来的初生分生组织。 侧生分生组织包括形成层和木栓形成层。 形成层细胞 由初生分生组织和次生分生组织细胞组成,木栓形成层是典型的次生分生组织。

2.成熟组织 (1)薄壁组织:薄壁组织适应不同的功能,细胞有不同的构造,又被命名为同化组织、 贮藏组织、吸收组织、通气组织、贮水组织和传递细胞共 6 种不同类型。 传递细胞是在电子显微镜下发现的一类薄壁细胞,其细胞壁向内形成指状突起,使质膜 的表面积大大增加。这种细胞与相邻细胞之间有发达的胞间连丝,同时细胞质浓厚,含有丰 富的线粒体等,能迅速地从周围细胞中吸收物质,也能迅速地将物质转运到周围细胞中去, 这类细胞称为传递细胞。传递细胞常分布小叶脉附近,执行短途运输的功能。在植物体内还 有很多细胞具有传递细胞的特征,如胚柄、子叶、胚囊的中央细胞和反足细胞等等。 (2)保护组织:包括表皮和周皮。表皮是植物的初生保护组织。周皮是次生保护组织, 由木栓层、木栓形成层和栓内层构成。 (3)机械组织:机械组织分为厚角组织和厚壁组织两种类型。厚角组织细胞是活细胞, 细胞壁增厚是初生壁性质,具有脱分化,转变为分生组织的能力。厚壁组织细胞成熟时为死 细胞,根据细胞形态厚壁组织分为纤维和石细胞两种类型。 (4)输导组织:输导水分和无机盐的结构为导管和管胞;输导有机物的结构为筛管与 伴胞及筛胞。大多数蕨类和裸子植物仅以管胞输导水分及无机盐,而在被子植物中,输导水 分和无机盐的结构既有导管,也有管胞。 一般被子植物有机物运输的结构是筛管和伴胞, 而多数裸子植物中输导有机物的结构是 筛胞,蕨类植物中是筛胞和筛管。 5.分泌组织:分泌物质可以通过某种机制排到细胞外或植物体外,称为外部分泌结构; 若分泌无物积累在细胞之内,称为内部分泌结构。外部分泌结构有腺毛、蜜腺、腺表皮、腺 鳞、盐腺和排水器等;内部分泌结构包括分泌细胞、分泌腔、分泌道和乳汁管等。 四、复合组织与组织系统 1.复合组织:由多种类型的细胞组成的组织,共同执行一定的生理功能,如维管组织 分木质部和韧皮部两部分,韧皮部由筛管、伴胞、韧皮纤维与韧皮薄壁细胞共同构成,其功 能是运输有机物质,如糖类、氨基酸及其他含氮化合物等;木质部由木纤维、管胞、导管和 木薄壁细胞共同构成,能运输水与溶解在水中的无机盐;韧皮纤维和木纤维有支持作用。 2.组织系统:根据植物体内的主要组织的连续性,将其归纳为皮系统、基本组织系统和 维管组织系统。皮系统包括表皮和周皮,分布在植物体表;基本组织系统主要由薄壁组织、 厚角组织和厚壁组织构成, 也包括其他组织如分泌组织; 维管组织系统包括输导水分的木质 部和输导有机物的韧皮部及其外围的机械组织。 【典型例题】 1 具有膜相结构的细胞器是 。 A. 液泡、内质网、微管、叶绿体 B. 核糖体、液泡、内质网、叶绿体 C. 液泡、内质网、高尔基体、叶绿体 2 具有初生壁的植物细胞,彼此之间通过壁上的 相联系。 A、纹孔和初生纹孔场 B、纹孔和胞间连丝 C、初生纹孔场和胞间连丝 3 栅栏组织属于 。 A、保护组织 B、薄壁组织 C、分泌组织 D、机械组织 4 水稻、小麦等禾本科植物拔节、抽穗时,茎迅速长高,是借助 的活动。 A、顶端分生组织 B、侧生分生组织 C、次生分生组织 D、居间分生组织

二、

植物体的形态结构与发育

【学习要点】 1. 掌握种子的基本构造、种子的类型以及幼苗的类型。 2. 了解种子萌发形成幼苗的过程以及营养器官的结构与功能关系。 3. 掌握以种子植物为代表的营养器官(根、茎、叶)的形态、结构和发育及联系。 4. 掌握营养器官的变态。 5. 掌握环境因子对营养器官结构与发育的影响。 【知识内容框架】 种子的结构 种皮——包在外面的保护结构 胚芽——茎端生长点和幼叶组成(禾本科植物胚芽外包有胚芽鞘) 胚 胚轴——连接胚根和胚芽的短轴 胚根——根端生长点和根冠组成 (禾本科植物胚根外包有胚根鞘) 子叶——变态叶,一枚,两枚或多枚 胚乳——种皮内的贮藏组织

种子

根的结构与发育

顶端分生组织

初生结构

次生结构 木栓层

原表皮 原分生组织 初生分生组织 基本分生组织 原形成层

表皮 皮层 维管柱 中柱鞘 初生韧皮部 初生木质部

木栓形成层

栓内层 次生韧皮部

维管形成层

次生木质部

茎的结构与发育
顶端分生组织 初生结构 次生结构

原表皮 原分生组织 初生分生组织 基本分生组织 原形成层

表皮 皮层 髓射线 髓 维管束 初生韧皮部

木栓层 木栓形成层 栓内层 维管形成层 初生木质部 次生韧皮部 次生木质部

叶的发育

顶端分生组织

初生结构

原表皮 原分生组织 初生分生组织 基本分生组织

表皮 叶肉

海绵组织 栅栏组织 维管束鞘 初生韧皮部 初生木质部

原形成层

叶脉

【重要名词概念】 胚;胚轴;外胚乳;根尖;初生结构;次生结构;凯氏带;通道细胞;中柱;中柱鞘;外始 式;内始式;外起源;内起源;组织源学说;静止中心理论;形成层;木栓形成层;根瘤; 菌根;叶痕;束痕;芽鳞痕;分蘖;原套原体学说;组织分区学说;维管柱;维管束;年轮; 树皮;树脂道;异型叶性;离层;叶隙;根茎过渡区。 【重点与难点解析】 种子是植物的生殖器官, 由子房中的胚珠经受精发育形成。 休眠的种子对环境有很强的 适应的能力,有助于植物渡过严寒和干旱的不良环境。在适宜的环境条件下,休眠的种子可 以萌发形成具有根、茎和叶的植株,再进一步生长发育形成花、果实和种子。根、茎、叶与 植物营养物质的吸收、合成、运输和贮藏有关,称为营养器官。本部分的重点是种子、根、 茎、叶的结构,难点是根、茎、叶的发育过程。 (一)种子和幼苗 1.种子的构造和类型 构造:种皮;胚(胚根、胚轴、胚芽、子叶) ;胚乳 单子叶植物种子中有 1 片子叶,双子叶植物种子中有(1)~2 片子叶,裸子植物的种子 中通常为 2 片或 2 片以上。 类型: 有胚乳种子:蓖麻、烟草、番茄、柿、小麦、水稻、玉米、高粱 无胚乳种子:豆类、瓜类、棉花、柑橘、慈姑、泽泻 2. 种子的萌发和幼苗的形成 种子萌发的条件 内部条件:胚必需完整、活的且未休眠。 外部条件:充足的水分、充足的氧气和适宜的温度 幼苗的形成和类型 子叶出土型:棉花、菜豆、蓖麻、瓜类 子叶留土型:小麦、玉米、水稻、蚕豆 (二)根的结构与发育 根是植物适应陆生生活的重要器官, 大多生长在土壤里, 构成植物体的地下部分, 其 主要功能是吸收、输导、支持、合成和贮藏。由于土壤中相对稳定的环境条件,根的结构比 较保守。 1.根和根系 2.根尖的分区和结构

根尖指根的顶端到着生根毛的部分,是根伸长生长,分枝和吸收活动的最重要部分。从 顶端到着生根毛的区域被分为四个部分:根冠、分生区、伸长区和成熟区,成熟区由于具有 根毛又被称为根毛区, 要区分各区细胞形态结构和功能的不同, 从分生区到根毛区细胞逐渐 分化成熟,除根冠外,各区之间并无严格的界限。 2.根的初生结构 在根毛区或根毛区以上的横切面上,由外向内依次是表皮、皮层和中柱。因为它们都 是由根的初生分生组织经过生长分化所形成的,故称为根的初生结构。 (1)表皮:薄壁细胞,部分表皮细胞形成根毛。具有吸收作用和保护作用。 (2)皮层:一般由多层大型薄壁细胞组成。 内皮层,细胞排列紧密,没有胞间隙,其主要特征是细胞壁以特殊方式增厚,其中一种 方式是每个细胞的径向壁和横向壁局部增厚成为带状, 并且栓质化。 这种围绕细胞一周的特 殊结构, 叫做凯氏带。 另一种增厚的方式是大多数内皮层细胞的径向壁、 横壁与内切向壁 (向 着维管柱的一面)均显著增厚并栓质化,只有外切向壁不增厚。 (3)中柱(维管柱) :内皮层以内所有的组织统称为中柱。它由中柱鞘、木质部和韧皮 部所组成。有些植物,例如许多单子叶植物,在中柱的中央有薄壁细胞(或厚壁细胞)组成 的髓。 中柱鞘是中柱的最外层组织,向外紧贴着内皮层。它是由原形成层的细胞发育而成,长 期保持着潜在的分生能力,通常由一层薄壁细胞组成,也有由两层或多层细胞组成的,有时 也可能含有厚壁细胞。维管形成层(部分的) 、第一次木栓形成层、不定芽、侧根和不定根, 都可能由中往鞘的细胞产生。 中柱鞘以内是初生维管束, 主要包括初生木质部和初生韧皮部两部分。 根的初生木质部 一般位于中往的中心,并且有几个辐射状的棱角(即木质部脊,由原生木质部构成) ,在横 切面上呈星芒状。木质部脊的数量对同种植物是相对稳定的,但因不同植物而有差异。 根的初生木质部在发育过程中是由外向内逐渐发育成熟的, 故木质部脊的尖端是最初形 成的原生木质部,导管口径小,为环纹和螺纹导管。中心部分则是以后形成的后生木质部, 导管口径大, 为梯纹、 网纹和孔纹导管。 根的初生木质部这种由外向内渐次成熟的发育方式, 叫做外始式。这是根的初生木质部成熟的重要特点。 初生韧皮部位于初生木质部的辐射棱之间,与初生木质部相间排列(以此区分茎) 。因 此,初生韧皮部的数目与初生木质部相同,两者之间则为薄壁组织所隔开。初生韧皮部的发 育方式与初生木质部相同,也是外始式,即原生韧皮部在外侧,后生韧皮部在内侧。在被子 植物中,根的初生木质部由导管、管胞、木纤维和木薄壁细胞组成;初生韧皮部由筛管、伴 胞、韧皮纤维和韧皮薄壁细胞组成。 3.侧根的形成 种子植物的侧根是从主根中柱鞘细胞分生出来的, 属于内起源。 侧根在中柱鞘上的产生, 常有一定的位置。通常只有在相对于初生木质部辐射棱的中柱鞘细胞才能产生侧根。所以, 根内有多少初生木质部的辐射棱,就可以在根的外围看到有相同数目纵行排列的侧根产生。 4.根的次生结构 大多数双子叶植物和裸子植物,特别是多年生的木本植物的根,在完成初生生长以后, 由于形成层的发生与活动, 不断产生各种次生组织, 使根的直径逐年加粗, 这种生长的方式, 称为次生生长。由次生生长所产生的组织和结构,称为次生结构。 (1)形成层的发生及其活动:根的形成层是由初生木质部和初生韧皮都之间的薄壁细 胞恢复分生能力而形成的。 形成层的出现, 最初是从初生韧皮部内侧的一小部分薄壁细胞开 始恢复分生能力,然后逐渐扩展到左右两侧,并向外推移至中柱鞘。这时,位于初生木质部 束尖端的一部分细胞也恢复分生能力。 结果在初生木质部与初生韧皮部之间形成一个波浪形

的形成层环。 形成层细胞除不断进行平周分裂, 向外产生次生韧皮部及向内产生次生木质部 外,同时还进行垂周分裂,以扩大其周径。 次生木质部和次生韧皮部的组成成分基本上与初生木质部和初生韧皮部相同。 但在次生 结构中常产生一些径向排列的薄壁细胞, 称为维管射线, 横贯于次生木质部和次生韧皮部之 间,具有贮藏养分与横向运输的功能。 (2)木柱形成层的发生及其活动:木柱形成层的活动与形成层活动相似,也是行平周 分裂,不断向内向外产生新细胞。向外产生的组织称为木栓,向内形成的几层薄壁细胞,称 为栓内层。由木栓、木柱形成层和检内层共同组成周皮,代替了原来的表皮行使保护机能。 5.根的变态及根瘤与菌根。 (三)茎的形态、结构及发育 茎一般生长在地面以上,是连接叶和根的轴状结构,由于有叶的着生,同时地上部分的 生态环境相对变化较大,因而茎的形态结构远比根复杂。 1.茎的基本形态 (1)茎、枝的外形 (2)芽的类型及构造 (3)茎的生长习性和分枝 2.茎尖及其发育 与根尖相对应,茎尖也可以分为分生区、伸长区和成熟区。分生区也称为生长锥或生长 点,包含茎端的顶端分生组织,由茎端的原分生组织和由它衍生的初生分生组织构成;伸长 区包括了初生分生组织及初生分生组织和成熟区之间的过渡组织; 成熟区为发育成熟的初生 结构。 原套—原体学说。依照这一学说在被子植物中,茎尖顶端的外部由 1—2 层排列整齐的 细胞组成,只进行垂周分裂,仅增加表面积而不能增加细胞层数,称为原套,原套的表层细 胞以后分化为原表皮;原套之内为一团细胞,称为原体,可以进行各个方向的分裂,向下分 裂的细胞加入到茎的初生分生组织中。 一般单子叶植物的原套通常只有一层, 而双子叶植物 的原套多为 2 层,裸子植物的茎端并不显示出原套—原体的组成而显示出细胞特征的区域 化,被称之为细胞分区的理论。细胞分区理论现在也用在描述被子植物的茎端。 初生分生组织细胞边分裂,边分化,形成原表皮、基本分生组织和原形成层。原表皮细 胞一层,排列紧密,其内的基本分生组织细胞比较大,排列不规则,原形成层束分布在基本 分生组织中,细胞小而纵向伸长。 在伸长区,初生分生组织细胞一边继续细胞分裂和分化,细胞明显伸长,在茎的外形上 表现出迅速伸长,并逐渐向成熟区过渡。到了成熟区细胞的个体长大基本停止,完成各种成 熟分化,形成茎的初生结构。 叶原基和芽原基起源于茎端分生组织, 在裸子植物和大多数被子植物中, 由顶端分生组 织表面的第二层或第三层细胞平周分裂, 在有些单子叶植物中由顶端分生组织的表层细胞平 周分裂。 3.茎的结构 (1)双子叶植物茎的初生结构 该结构是由茎的顶端分生组织通过细胞分裂、 生长和分化所形成的各种组织。 它同根的 初生结构一样,也分表皮、皮层和中柱三个部分。 表皮:通常由一层扁平细胞组成,细胞形状比较规则,排列紧密,无胞间隙。 皮层:表皮以内为皮层,由多层薄壁细胞组成。靠近外面的薄壁细胞常含叶绿体,因而 幼茎常呈绿色。茎的皮层常具有厚角组织。 维管柱:双子叶植物茎的维管柱为皮层以内的所有组织,包括初生维管束、髓和髓射线

等部分。 维管柱内最重要的部分是初生维管束,常成束存在,多排列成环状。每个纸管束由初生 韧皮部、形成层和初生本质部组成。 双子叶植物的初生韧皮部由筛管、伴胞、薄壁细胞和韧皮纤维组成。初生韧皮部的发育 顺序和根内的相同,也是外始式;初生木质部由导管、管胞、薄壁细胞和木纤维组成。它们 的发育顺序是内始式,与根中初生木质部的外始式发育相反。 髓居茎中心,一般由薄壁细胞组成,具有胞间隙。有些植物在茎生长过程中,髓部中央 部分被破坏消失,形成髓腔。草本植物多系这种情况。髓射线又叫初生射线,位于维管束之 间,由薄壁细胞组成。在横切面上,呈放射状排列,外部与皮层相连,内部与髓相通。它的 功能主要是执行横向运输的任务,兼具贮藏作用。 (2)双子叶植物茎的次生结构 双子叶植物茎在形成初生结构后不久,即开始出现次生结构。 茎次生结构的形成与根一样,也是由于形成层和木栓形成层活动的结果。 ①形成层活动和次生维管组织的形成: 双子叶植物的初生分生组织在形成维管束的过程 中,并不全部成熟,而是在初生木质部与初生韧皮部之间保留一层分生组织,成为束中形成 层。当茎的次生生长开始时,除束中形成层开始分裂活动外,与束中形成层部位相当的髓射 线细胞,也恢复分生能力而形成束间形成层。结果束中与束间形成层相连成圆筒状,随即开 始运动。形成层细胞区活动的主要方式是进行切向分裂,向内向外均产生新的细胞层。 在次生木质部和次生韧皮部形成时, 形成层中均有一部分细胞作径向伸长, 形成维管射 线。 ②木栓形成层的活动: 茎中木栓形成层大多数是由近表皮的皮层薄壁细胞恢复分裂能力 所形成的,但也有少数是由韧皮部的薄壁细胞转变而来的。其活动与根中相似,主要是进行 平周分裂,向外形成木栓,向内形成栓内层细胞(少量) 。木栓、木栓形成层和检、栓内层 合称周皮。 ③维管形成层的季节性活动与年轮的形成 早材和晚材:在有四季气候变化的温带、亚热带,春季温度逐渐升高,形成层解除休眠 恢复分裂能力,这个时期水分充足,形成层活动旺盛,细胞分裂快,生长也快,形成的木质 部细胞孔径大而壁薄,纤维的数目少,材质疏松,称为早材或春材;由夏季转到冬季,形成 层活动逐渐减弱, 环境中水分少, 细胞分裂慢, 生长也慢, 所产生的次生木质部细胞体积少, 导管孔径小且数目少,而纤维的数目则比较多,材质致密,这个时期形成的木质部称为晚材 或夏材 年轮:早材和晚材共同构成一个生长层,即一个年轮,代表着一年中次生木质部的生长 量。同一年的早材与晚材的变化是逐渐过渡的,没有明显的界限,但经过冬季的休眠,前一 年的晚材和后一年的早材之间形成了明显的界限,叫年轮线。没有季节性变化的热带地区, 没有年轮产生,树木的年龄记录在年轮上,每长一岁年轮便增加一圈,可根据年轮判断植物 的年龄,同时由于年轮的宽窄不近相同,每年树木的生长受环境因素的影响,也在年轮上留 下了痕迹, 可用于判断某一地区气候条件的变化, 树木年代学已成为研究气候史和考古纪年 的工具。 ④木材的三切面: 常利用木材的三切面即横切面、 径向纵切面和切向纵切面上对不同植 物的次生木质部进行研究,建立立体模型。横切面是与茎的纵轴垂直所做的切面,可见到同 心圆环似的年轮,所见到的导管、管胞和木纤维等,都是它们的横断面观,可以观察到这些 细胞的孔径、壁厚及分布状况,仅射线为其纵切面观,呈辐射状排列,显示射线的长和宽; 切向切面也称弦向切面, 是垂直于茎的半径所作的纵切面, 年轮常呈 U 字形, 所见到的导管、 管胞、木纤维等都是它们的纵切面,可以看到它们的长度、宽度和细胞两端的形状和特点,

但射线是横切面观,其轮廓为纺锤形,可以显示射线的高和宽;径向切面是通过茎的中心所 作的纵切面,所见到的导管、管胞、木纤维等都是纵切面,射线也是纵切面,能显示它的高 度和长度,射线细胞排列整齐,象一堵砖墙,并与茎的纵轴相垂直。由于射线在三切面的特 征显著,可以作为判断三切面的指标。 (3) .单子叶植物茎的结构 单子叶植物茎的结构与一般双子叶植物有显著的区别: ①大多数单子叶植物的茎和根一样,没有形成层,因而只有初生结构,没有次生结构。 ②双子叶植物茎中维管束排列成轮状,因而皮层、髓、髓射线各部分界限分明。而单子 叶植物茎中的维管束是散生于基本组织中, 因而没有皮层和髓部的界限, 射线也无法区分清 楚。 在单子叶植物中,也有少数种类如龙血树属、朱蕉属、丝竹属及芦荟属等的茎中,具有 形成层,因而有次生生长和次生结构。不过它们形成层的起源与活动情况,与双子叶植物有 很大的不同;如龙血村的形成层,不在维管束内,而发生在束外的薄壁细胞中。 (4)裸子植物茎的结构 裸子植物与双子叶植物也存在许多不同之处:裸子植物木质部的轴向系统中没有导管、 木纤维,而由管胞担负输导水分、无机盐和支持的双重功能。因此与双子叶植物相比,裸子 植物茎中的次生木质部结构显得均匀整齐; 裸子植物的次生韧皮部有筛胞, 而无筛管和伴胞, 有些裸子植物也无韧皮纤维;裸子植物多具树脂道。树脂道分布在皮层、韧皮部、木质部、 髓,甚至髓射线中。树脂道通常是由两层细胞合围成的分泌管。 茎上着生有叶,因此其解剖结构比根复杂的多。不同类群的植物由于基本组织与维管组织 相对分布不同,茎的结构在不同类群植物之间有差异。 (5)茎的变态 (四)叶的形态、结构和发育 叶是植物进行光合作用的场所;同时叶也是进行蒸腾作用和气体交换的主要器官。 1.叶的形态 (1)叶的组成:叶片、叶柄和托叶(多数) ;叶片和叶鞘(禾本科等) 。 (2)叶的形态:叶片形态、叶脉、单叶和复叶、叶序 2.叶的解剖结构 (1) 被子植物叶的一般结构 都是由表皮、叶肉和叶脉组成。 (2)禾本科植物叶的结构 与一般植物叶的区别 C3 植物与 C4 植物叶的特点。在水稻、小麦等 C3植物中,维管束鞘由两层细胞构成,内 层细胞壁厚而不含叶绿体,细胞较小,外层细胞壁薄而大,叶绿体与叶肉细胞相比小而少。 在玉米、甘蔗 C4 植物中,维管束鞘仅由一层较大的薄壁细胞组成,含有大的叶绿体,叶绿 体中没有或仅有少量基粒,但它积累淀粉的能力远远超过叶肉细胞中的叶绿体,C4 植物维管 束鞘与外侧相邻的一圈叶肉细胞组成“花环”状结构。C4 植物的光合效率高,也称高光效植 物,可以利用极低浓度的二氧化碳,甚至于气孔关闭后维管束鞘细胞呼吸时产生的二氧化碳 都可以利用。C4 植物不仅存在于禾本科植物中,在其它一些双子叶植物和单子叶植物中也存 在,如苋科、藜科植物,其叶的维管束鞘细胞也具有上述特点。 (3)裸子植物针叶的结构 针叶在结构上具有旱生的特点,表面积小,表皮细胞壁较厚,并强烈木质化,外被一层 很厚的角质层。气孔下陷,冬季常被树脂阻塞,从而减少蒸腾。表皮下有一层或几层厚壁细 胞,称下皮层,具支持作用。叶肉细胞的壁内突,扩大了光合作用面积,叶肉内有树脂道,

叶肉内方是内皮层。内皮层由一层排列整齐、侧壁木栓的椭圆形细胞组成。内皮层以内是转 输组织和 1 个或 2 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。 3.叶对不同生境的适应 叶的发育与形态建成始终处于与环境的互作之中, 因此随着环境条件的变化, 叶的形态 结构变化相对于其他器官而言也最明显,因此旱生植物的叶、水生植物的叶、阳地植物和阴 地植物的叶各自表现出形态结构上的适应特征。 4. 叶的变态 (五)营养器官内部结构上的关系 植物各器官间的组织是相互联系的,虽然根、茎、叶的结构不同,但其表皮、皮层和维 管组织共同构成一个统一的整体,彼此互相联系。 1.叶迹与叶隙:叶的维管束和茎中维管束的联系在一起的一段称为叶迹。在茎中叶迹 的上方,有一个薄壁组织填充的区域叫叶隙。 2.枝迹与枝隙:将主干维管束分枝通过皮层进入侧枝的部分叫枝迹。在枝迹的上方, 也有一个由薄壁组织所填充的区域叫枝隙。 由于叶与侧枝的维管束都在节部分枝,因此茎中节部的结构格外复杂。 3.根茎过渡区:植物体内的维管组织,从根通过下胚轴的根茎过渡区与茎相连,再通过 枝迹与叶迹和所有侧枝及叶相连,构成了一个连续的维管系统。 【典型例题】 1.所有植物的种子均具有 。 A、相同的子叶数 B、胚乳 C、胚 D、外胚乳 2.根的木栓形成层最初由 细胞恢复、分裂而形成。 A、表皮 B、外皮层 C、内皮层 D、中柱鞘 3.茎尖的原形成层以后发育成 。 A 皮层 B 髓 C 髓射线 D 初生维管束 4.木栓形成层的活动主要是 。 A、径向分裂 B、平周分裂 C、垂周分裂 5.树皮剥去后,树就会死亡,是因树皮不仅包括周皮,还有 。 A、栓内层 B、木栓形成层 C、木质部 D、韧皮部 6. 纺锤状原始细胞存在于()中 A 茎尖生长点 B 木质部 C 维管形成层 D 内皮层 7.木本茎的年轮在木材径向面上呈 条纹。 A 平行 B 轮状 C 不规则 D 波状 8.在木材的 上可见到木射线的宽和高。 A、横切面 B、切向切面 C、径向切面 9. 年轮线是由 形成的。 A、同一年的早材和晚材 B、前一年的早材和后一年晚材 C 前一年的晚材和后一年早材 10. 成年玉米植株的茎比幼苗的茎明显增粗,这是 活动的结果。 A 居间分生组织 B 形成层 C 额外形成层 D 初生加厚分生组织 11. C4 植物叶脉维管束中的维管束鞘为 。 A、薄壁组织 B、厚壁组织 C、原角组织 D、基本组织 12、水稻、玉米叶上、下表皮的主要区别在于 。 A、气孔数量多少 B、表皮细胞形状 C、有无硅质细胞 D、有无泡状细胞

13 洋葱头是 的变态。 A、茎和根 B、茎和叶 C、叶和根 D 以上说法都不对 14、水生植物叶的特点是 。 A、通气组织发达 B、机械组织发达 C、海绵组织发达 15、栅栏组织属于 。 A、保护组织 B、薄壁组织 C、分泌组织

三、 植物的繁殖与繁殖器官
【学习要求】 1. 了解植物的繁殖方式包括有营养繁殖,无性生殖和有性生殖三种类型 2. 掌握花的基本组成和结构,在此基础上理解花序的概念及类型、花各部分结构的多 样性及其演化 3. 掌握大小孢子的形成和雌雄配子体的发育过程以及花粉囊壁的结构与功能、胚珠的 发育与结构 4. 掌握双受精及受精后的胚胎发育过程 5. 了解种子与果实的形成过程、无融合生殖与多胚现象,果实的类型以及果实和种子 对传播的适应 6. 掌握被子植物的生活史 【知识结构框架】

小孢子的发生过程
减数 分裂

造孢 细胞
几次 有丝 分裂

小孢子母细 胞(花粉母 细胞)

四分体

分离

4个小孢 子(单核 花粉)

初生 造孢 细胞

次生 造孢 细胞

胼胝质壁形成

胼胝质壁解体

雄配子体的发育过程
有丝分裂

营养细胞
有丝 分裂

小孢子 (不等分裂) (单核 花粉)

精细胞 精细胞

生殖细胞 2细胞花粉
萌发

3细胞花粉
精细胞 精细胞

花粉管 生殖细胞

胚囊(雌配子体)的结构与发育
大孢子发生 雌配子体形成
减数 分裂 有丝 分裂

珠心中 产生1个 孢原细 胞

大孢子 母细胞 造孢细胞 周缘细胞

大孢子

胚囊

珠心组织

蓼型胚囊的发育过程:
功能大孢子
核分裂 核分裂 核分裂

(单核胚囊)

2核胚囊

4核胚囊
细胞化

8核胚囊

珠孔 端3核 中央 2核 合点端 3核

1卵细胞 2助细胞 1中央细胞

卵器 成熟胚囊 (7细胞8 核)

3反足细胞

荠菜胚的发育过程:
细胞多次分裂

合子

休眠 横分裂

顶细胞 基细胞 多次横
分裂

球形胚体 (原胚) 胚柄 消失
胚柄顶 部细胞

原 胚 阶 段 胚的分 化与成 熟阶段

心形胚

鱼雷胚

弯曲胚

子叶 胚芽 成熟胚 胚轴 胚根

果实和种子的形成过程

【重要名词概念】 心皮;胎座;同源异型现象;聚伞花序;绒毡层;雄性生殖单位;雄性不育;雌性生殖单位; 胚囊;双受精;无融合生殖;多胚现象;单性结实

【重点和难点解析】 花、 果实和种子是被子植物的繁殖器官。 植物的无性生殖和有性生殖在花的花药和子房 中进行。花药中有小孢子母细胞形成,子房的胚珠中有大孢子母细胞形成,大小孢子母细胞 减数分裂,形成大小孢子。大小孢子进一步发育形成雌雄配子体。雌配子体中的卵细胞和雄 配子体中的精细胞受精后形成合子,合子发育为成熟种子中的胚。在这个过程中,胚珠发育 形成了种子,而子房发育形成了果实。本章的重点是大小孢子的发生、雌雄配子体的形成以 及受精与胚胎发生。 (一)繁殖的概念 植物产生新个体的现象称繁殖, 繁殖使植物延续种族。 生殖是指以生殖细胞发育成为下 一代新个体的方式。植物的繁殖方式一般可分为营养繁殖、无性生殖和有性生殖三种类型。 1.营养繁殖:植物营养体的一部分与母体分离或不分离直接形成新个体的繁殖方式。 2.无性生殖:植物生长到一定阶段,植物体上产生具生殖功能的细胞,称为孢子,孢子 不经过细胞的融合直接发育成新个体, 。 3.有性生殖:植物体生长发育到一定阶段,其上产生称为配子的生殖细胞,配子细胞 必须通过两性细胞的融合,形成合子或受精卵,由受精卵发育形成新个体。 (二)花的结构和发育 1. 花的组成与结构 (1)花的组成与基本结构: 典型被子植物的花是由萼片(花萼) 、花瓣(花冠) 、雄蕊 (雄蕊群)和雌蕊(雌蕊群)组成的。 (2)子房的位置 (3)胎座的类型 (4)花序 无限花序:简单无限花序:有花柄的有①总状花序;②伞房花序;③伞形花序;无花柄 的有④穗状花序;⑤柔荑花序;⑥肉穗花序;⑦头状花序;⑧隐头花序。复合无限花序:复 总状花序(圆锥花序) ;复伞房花序;复伞形花序;复穗状花序;复头状花序。 有限花序(聚伞花序) :①单岐聚伞花序;②二歧聚伞花序;③多岐聚伞花序 (三)花药的发育与雄配子体的形成 1.花药的发育 雄蕊原基首先由茎顶端花分生组织产生突起, 然后逐渐形成四棱形的花药原始体。 在花 药原始体四个角隅处的表皮下形成核较大、 细胞质浓的孢原细胞。 由孢原细胞进行平周分裂, 形成两层细胞, 外层为初生壁细胞, 此层细胞以后参与花粉囊壁的发育;内层是造孢细胞, 以后发育成小孢子母细胞,又称花粉母细胞。后者进一步发育形成花粉。花药原始体中部的 细胞将发育形成药隔和维管束。 初生壁细胞进行数次平周分裂,形成多层细胞,连同其外的表皮,共同组成花药壁。花 药壁自外向内包括下列结构:表皮、药室内壁(纤维层) 、中层(后解体)和绒毡层。 绒毡层的特殊性:到小孢子母细胞减数分裂前后,绒毡层细胞核分裂常不伴随新壁形成,成 为2核或多核的细胞。绒毡层具有分泌功能。到花粉成熟时绒毡层已完全解体。 绒毡层对花粉发育有重要作用。 可以向发育中的花粉提供营养物质; 分泌胼胝质酶溶解 四分体的胼胝质壁,使小孢子从四分体中释放出来;合成孢粉素,对花粉外壁形成有一定作 用;合成花粉外壁蛋白, 参与花粉和柱头的识别作用;此外,花粉壁外的一些脂类物质也来 自于绒毡层。因此,绒毡层发育或解体过程如出现异常,会导致花粉败育。 在花粉成熟时,花药壁仅存表皮和药室内壁,有些植物的表皮也破损仅余残迹。 (2)小孢子的产生 造孢细胞→小孢子母细胞→小孢子。

(3) 雄配子体(花粉)的发育 小孢子(单核花粉) →二细胞花粉(70%被子植物) →3细胞花粉(30%被子植物)。 (4) 成熟花粉的结构与功能 成熟花粉外有花粉壁保护, 里面的细胞组成在二细胞和三细胞花粉中有所不同, 二细胞 花粉由 1 个营养细胞和 1 个生殖细胞构成;三细胞花粉包括 1 个营养细胞和 2 个精细胞。 雄性生殖单位: 被子植物在一对精细胞之间以及精细胞与营养核之间存在结构上的连接 和物理上的联结,共同组成一个遗传单位行使功能。 (四)胚珠与胚囊的发育 1.胚珠的发育及类型 胚珠类型:直生胚珠;倒生胚珠;还有弯生、横生、曲生和拳卷等不同的类型。 2.大包子的发生与胚囊的发育 (1)大孢子的发生 孢原细胞→大孢子母细胞→大孢子。 孢原细胞→造孢细胞→→大孢子母细胞→大孢子。 (2)胚囊(雌配子体)的发育 ①蓼型胚囊 大约有 81%的被子植物,胚囊的发育方式是单孢型的蓼型胚囊,如小麦、水稻、油菜 等。 大孢子母细胞减数分裂后形成四个大孢子,呈直线排列,其中合点端的一个细胞发育, 体积增大,其余三个都退化。这个增大的大孢子也称单核胚囊。大孢子增大到一定程度时, 细胞核有丝分裂三次,不发生细胞质分裂,经2核、4核与8个游离核阶段。在8个游离核 阶段,胚囊两端最初各有4个游离核。以后各端都有一核向中部移动,这样珠孔端所余的3 个核, 在其周围的细胞质中产生细胞壁, 形成为3个细胞, 其中一个是卵, 另2个是助细胞, 常把卵与 2 个助细胞合称为卵器。合点端所余的3个核在周围的细胞质中也产生细胞壁, 形成3个反足细胞。 移向中央的 2 个核和胚囊中的其余细胞质形成一个大的细胞, 称中央细 胞。最终就形成了具有 7 个细胞,8 个核的成熟胚囊,即雌配子体。 ②贝母型胚囊 贝母型胚囊发育属四胞型, 百合等植物的胚囊以贝母型的方式发育。 其大孢子母细胞减 数分裂形成四个大孢子核,最初呈直线排列,随后 3 个核移向合点端,一个核留在珠孔端。 这两组核随之进行有丝分裂。在有丝分裂的中期,合点端 3 个核所形成的纺锤体、染色体合 并,继续完成有丝分裂,形成了 2 个 3 倍体的游离核,这两个核体积较大,形状不规则;在 珠孔端的 1 个核经正常的有丝分裂形成两个体积相对较小的单倍体核。在以后的发育中, 这四个核各自再进行一次有丝分裂, 形成8核胚囊, 并进一步发育形成与蓼型胚囊形态相同 的7个细胞8个核的成熟胚囊。与蓼型胚囊不同的是贝母型胚囊的反足细胞与1个极核是 3 倍体。 ③双孢型胚囊 大孢子母细胞在减数分裂的第一次分裂后形成2个单倍体的细胞, 其中一个退化, 另一 个单倍体细胞进行减数分裂的第二次分裂, 但不进行胞质分裂, 形成2个单倍体的大孢子核, 由这 2 个大孢子核参加胚囊的发育,称双孢型胚囊。 3.成熟胚囊的结构与功能 大多数植物的成熟胚囊有 7 个细胞, 包括 1 个卵细胞、2 个助细胞、3 个反足细胞和 1 个中央细胞。 (五) 传粉与受精 1.传粉

传粉方式:自花传粉;异花传粉。 传粉媒介:风媒花和虫媒花 2.受精作用 被子植物的受精作用包括花粉在柱头上的萌发、 花粉管在雌蕊组织中的生长、 花粉管进 入胚珠与胚囊、花粉管中的两个精子与卵和中央细胞受精。 (六)种子的形成 1.胚的发育 (1)双子叶植物胚的发育 ①合子 ②原胚阶段 ③胚的分化与成熟阶段 (2)单子叶植物胚的发育 单子叶植物胚的发育与双子叶植物胚的发育基本相同,只是只有 1 片子叶原基的形成。 2.胚乳 初生胚乳核一般不经休眠,很快开始分裂和发育。胚乳的发育方式分为核型、细胞型和 沼生目型三种类型。 3.种皮的形成 在胚与胚乳发育过程中,胚珠的珠被发育成种皮,胚珠的珠孔形成种子的种孔,倒生胚 珠的珠柄与外珠被的愈合处形成种子的种脊。 在不同的植物中种皮发育情况不相同, 种皮的 结构和特点也各有不同。 4.无融合生殖与多胚现象 (1)无融合生殖是指植物不经受精即可得到种子的自然现象,包括减数胚囊的无融合 生殖和未减数胚囊的无融合生殖以及不定胚的生殖。 减数胚囊的无融合生生殖:单倍体孤雌生殖;单倍体无配子生殖;雄核发育。 未减数胚囊的无融合生殖:无孢子生殖。 不定胚:不定胚所形成的种子不经过胚囊的途径,在柑橘类植物中极为普遍。 (2)多胚现象: (七)果实 1. 果实的形成与结构 在一些植物中果实仅由子房发育形成, 在另外一些植物中, 花的其他部分也会与子房 一同参与果实的形成, 如花托、花萼、花序轴等。 2.果实的类型 (1)根据果实的来源分类: 真果和假果 (2)根据心皮与花部的关系分类: 单果;聚合果;聚花果 (3)根据果实成熟时果皮的性质分类 肉果:①浆果(含瓠果、柑果) ; ②核果;③梨果 干果:裂果:①荚果;②蓇葖果;③蒴果;④角果 闭果:①瘦果;②翅果;③坚果;④颖果 【典型例题】 1. 被子植物的配子体世代自 时开始。 A 孢子形成 B 配子形成 C 合子形成 D 孢子母细胞形成 2.在贝母型胚囊中, 是三倍体。 A、上极核和反足细胞 B、助细胞和反足细胞 C、下极核和反足细胞 D 受精的极核 3.在双受精过程中,花粉管由 进入胚囊。

A、助细胞 B、反足细胞 C、中央细胞 4.有些植物会出现卵细胞不经受精直接发育成胚的现象。这种生殖方式称为() 。 A 无孢子生殖 B 孤雌生殖 C 无配子生殖 D 无性生殖 5.具多枚离生雌蕊的一朵花,花后形成 果。 A 聚花果 B 聚合果 C 假果 D 复果 6 单雌蕊的子房具有 。A、侧膜胎座 B、边缘胎座 C、中轴胎座 D、特立中央胎座

第二部分

植物系统分类

一、植物分类的阶元和命名
【目标和要求】 1.掌握植物的分类阶元和命名。 【知识内容框架】 植物的分类阶元 和命名 植物分类的阶元:门、纲、目、科、属、种 植物命名法:双名法(了解三名)

【重点难点解析】 本章的重点内容是植物分类的阶层系统和命名。而难点则是种的概念和划分。 1.植物的阶元和阶元系统:植物分类的阶元主要有门、纲、目、科、属、种,按次序组合 在一起就组成了阶元系统。 2. 种的概念和划分:种的概念从两个方面去理解:其一,种是基本的分类的单位;其二, 种是可识别的,是起源于一个共同祖先的一个种群。 种的划分:生殖隔离;地理隔离;生态隔离

二、植物系统
(一)原核植物 [目标要求] 1. 掌握原核藻类的主要特征,理解建立原核生物界的原因; 2. 掌握原核藻类常见代表种类的特征,以及与其他原核生物的主要异同; 3. 了解原核藻类在自然界中的作用及其经济价值;了解原核藻类的科研价值。 [知识内容框架] 特征 原核;无膜细胞器

原核生物

类群

古细菌、真细菌、光合细菌、放线菌、蓝藻(蓝细菌) 、 原绿藻(原绿蓝细菌)

形态特征:单细胞、群体、丝状体等 主要特征 原 核 藻 类 主要类别 自然界作用 经济价值和危害 科研价值 原核菌类 细胞结构:细胞壁、原核、光合色素、类囊体等;异形胞 繁殖方式:营养繁殖;无性生殖;无有性生殖 蓝藻门 原绿噪门 含叶绿素 a,藻胆素 含叶绿素 a b,无藻胆素 念珠藻

地球上最早的光合放氧生物 食用;固氮作用;放氢;水华 基因工程;植物起源和进化研究 细菌门 大肠杆菌

[重要名词概念] 原核生物;藻胆素;异型胞;水花(水华) [重点难点问题解析] 本章的重点内容主要是蓝藻的形态特征、细胞结构,异形胞的结构与功能,蓝藻的繁殖 方式,以及蓝藻在水环境中的作用。同时,原绿藻的特征及其分类地位也是一个重要内容。 本章的难点主要是异形胞的结构与功能,以及原绿藻的分类地位。 对本章的主要重点和难点问题解析如下: 1.蓝藻的细胞结构 ①细胞壁:细胞壁的主要成分与细菌类似,为肽聚糖,可被溶菌酶溶解。多数种类的细胞壁 外面还有或薄或厚的由果胶酸与粘多糖构成的胶质壳。 ②原生质体:中央部分为核区(中央质) ,仅具 DNA,无组蛋白,细胞分裂期不形成染色体; 无核膜、核仁。外围部分为周质(色素质) :有许多单条排列的类囊体,光合色素主要为 叶绿素 a 和藻胆素;储藏物为蓝藻淀粉、蓝藻颗粒体等。无叶绿体、内质网、高尔基体、 液泡等细胞器。 2.异形胞 最初认为与形成断殖体有关,后来研究有固氮功能。其细胞壁明显增厚,尤其是细胞的 两极;细胞质呈均质状态;藻胆素很少或没有;细胞多少呈淡黄色或透明状;类囊体排列成 网状;不含藻胆素;无光系统Ⅱ。 3.繁殖:仅有营养繁殖和无性生殖,没有有性生殖。绝大多数蓝藻以细胞分裂或形成藻殖 段(段殖体) ,或藻体断裂的方式进行繁殖;少数种类可产生内生孢子或外生孢子进行无 性繁殖。有些丝状体种类可形成厚壁孢子进行繁殖。 4.原绿藻的特点和分类地位 现在已知原绿生物有原绿藻、 原绿丝蓝细菌、 原绿蓝球属等。 其中以原绿藻 (Prochloron) 发现的最早。该藻为原核,含叶绿素 a 和 b,但不含藻胆素,细胞壁成分与蓝藻类似。可见, 原绿藻类既有与蓝藻相同的地方,又有不同于蓝藻的地方。最初被发现者放到蓝藻门,后又 单列为 1 个门, 即原绿藻门, 现在又有人根据 16S rRNA 的测序分析发现它们与蓝藻更接近, 并主张将它们归入蓝藻门。关于原绿藻的分类地位仍需今后进一步探讨解决。 [典型例题] 1. 下列生物中哪一组属于原核生物? A. 病毒和支原体 B.大肠杆菌和念珠藻 C.衣藻和螺旋藻 D.毛霉和原绿藻

(二)真核藻类 [目标要求] 1. 掌握真核藻类植物的主要特征 2. 掌握绿藻门、裸藻门、硅藻门、褐藻门、红藻门的主要特点及区别 3. 了解真核藻类在植物界进化中的地位 4. 认识真核藻类在自然界中的作用和经济价值 [本章知识内容框架]

藻体形态 细胞结构 光合色素 生殖结构 主要 特征 繁殖方式

单细胞、群体、多细胞;丝状体、叶状体、枝状体 纤维素性质的细胞壁;细胞核;膜细胞器 叶绿素类:叶绿素 a b c d;类胡萝卜素类:多种叶黄素和αβγε等胡 萝卜素类;藻胆素—藻红素、藻蓝素、别藻蓝素 多为单细胞 营养繁殖;无性生殖;有性生殖 仅有营养繁殖 合子减数分裂的生活史类型,核相交替 配子减数分裂的生活史类型,核相交替 孢子减数分裂的生活史类型,同形或异形世代交替 广布于各种水体、潮湿的土表、岩表和雪地上,少数共生 藻体形态、细胞壁成分和结构、光合器的结构和光合色素的种类、贮 藏物、鞭毛、生殖方式、生活史 绿藻门:衣藻属;小球藻属;水绵属;丝藻属 裸藻门:裸藻属(眼虫)

生活史

生境与分 布 分类 及代 表 分类依据

主要门类

硅藻门:羽纹硅藻属;舟形藻属 褐藻门:海带,鹿角菜,马尾藻属 红藻门:紫菜;石花菜;交叉菜属

在植物界中的地位 在自然界中的作用 经济价值和危害

高等植物可能起源于绿藻 水生生物食物链的基础;产氧;水体污染物的净化 食用,药用,工业原料等。可形成水华和赤潮,有的产生藻毒素

[重要名词概念] 原质体;载色体;鞭毛;营养繁殖;无性生殖;有性生殖;生活史;世代交替;孢子体;配 子体;接合生殖;合子减数分裂;配子减数分裂;孢子减数分裂。 [重点难点解析] 本部分的重点主要有真核藻类的共同特征和 5 门真核藻类的主要异同; 真核藻类的繁殖 方式和生活史; 绿藻门的特征及其在真核藻类及植物界中的地位。 最主要的难点之一是真核 藻类的生活史特点;其二,本部分的名词较多,容易混淆。现作如下分析: (一)真核藻类的共同特征 1. 藻体形态多样(单细胞、群体、丝状体、叶状体、管状体、枝状体) ,都没有根、茎、 叶的分化,体内也没有维管组织的分化。对其形态结构从进化水平上看,无鞭毛比有鞭毛的 要进化,多细胞要比单细胞进化,有细胞和组织分化的要进化。因此,单细胞具鞭毛类型最

原始,群体类型较原始,多细胞类型为进化类型,而多细胞又有组织分化的则最为进化(如 轮藻) 。 2. 光合器和光合色素。在学习这个问题时,首先要明确真核藻类与原核藻类的主要区 别之一就是真核藻类均具有膜细胞器的光合器(质体,又叫载色体) ;第二,注意真核藻类 的光合器在结构上与高等植物相比虽然类似,但又表现出原始性;第三,真核藻类的光合色 素既有与高等植物相同的成分,又有明显的差异。 由于真核藻类的光合器在结构上还比较原始,大多数种类并没有真正形成基粒。所以, 通常将真核藻类的光合器统称为载色体。 在真核藻类中的光合色素分为叶绿素、类胡萝卜素和藻胆素三大类:①叶绿素类:共有 4 种,即叶绿素 a、b、c、d。各门藻类都有叶绿素 a,其他 3 种叶绿素则在不同的真核藻类 中不一样,如含有叶绿素 b 的有绿藻和裸藻,有叶绿素 c 的有硅藻,有叶绿素 d 的为红藻。 ②类胡萝卜素: 是多种叶黄素和αβγε等几种胡萝卜素的总称。 不同的真核藻类所含的叶 黄素和胡萝卜素也不一样。③藻胆素:这是某些真核藻类所特有的光合色素,主要存在于红 藻中。 3. 真核藻类的生殖结构简单。通常仅由 1 个细胞构成。 4. 繁殖方式。真核藻类的繁殖方式可分为营养繁殖、无性生殖和有性生殖三大类: (1)营养繁殖,是指不经过产生无性或有性生殖细胞进行繁殖的方式。过去曾将其一 起归入到无性生殖的类型中。 在真核藻类中营养繁殖的方式主要 3 种情况: ①以细胞分裂的 方式进行增殖; ②以藻体的一部分断离进行繁殖; ③产生专门用于营养繁殖的特殊结构进行 繁殖,如有些褐藻可产生繁殖小枝,脱离母体后在适当的环境条件下即可发育成新的藻体; 轮藻可产生珠芽,从母体上脱离后就可发育成新的藻体。 (2)无性生殖,指产生各种无性孢子进行繁殖的方式。即真核藻类通过在孢子囊中产 生出无性的孢子,这些孢子直接萌发产生出新的藻体。 (3)有性生殖,指产生两性生殖细胞(配子或精子和卵)进行融合的生殖方式。不同 的真核藻类其生殖细胞的产生、生殖细胞的类型、性细胞的融合方式等均有所差异。 根据相融合的生殖细胞(配子)的不同情况,将其有性生殖分为下面 3 种类型: ①同配生殖:相融合的 2 个配子在形态大小上相同的。如衣藻等; ②异配生殖:相融合的 2 个配子有大配子(雌性)和小配子(雄性)之分的。如实球藻、 空球藻等; ③卵式生殖:相融合的 2 个生殖细胞为精子和卵的。如团藻、海带等。 上述 3 种类型中,同配生殖最原始,卵式生殖最进步。 5. 生活史 (1)生活史的概念。生活史又称生活周期。对于真核藻类来说,就是指从其产生的孢 子或从合子开始,经过一系列的生长发育阶段,直到又产生下一代的孢子和合子的全过程。 (2)核相交替。所谓核相就是指细胞核染色体的倍数,即单倍和双倍。在减数分裂前, 细胞核染色体数肯定是双倍,减数分裂后,细胞核染色体数肯定是单倍。在真核藻类的生活 史过程中,有细胞核染色体数的单倍和双倍交替变化的现象就是核相交替。凡是具有有性 生殖的藻类都有核相交替, 而没有有性生殖的种类是没有核相变化和交替的。 在真核藻类中 仅具有核相交替的种类很多,很普遍,一般说也是进化水平比较低的种类。如衣藻、水绵、 硅藻等。 (3)世代交替。所谓世代交替就是指生活史过程中有两个世代的交替,一个世代为无 性世代,或称孢子体世代,一个世代为有性世代,或配子体世代。如何把握和区分这两个世 代呢?无性世代是指无性生殖阶段,即孢子体产生孢子进行无性生殖的阶段,具体说,就是 孢子体上产生孢子囊,在孢子囊中产生孢子母细胞,再经过减数分裂产生出孢子。由于这一

过程是在孢子体上进行的,所以也称为孢子体世代,细胞内含 2 倍的染色体。而有性世代是 指有性生殖阶段,即在配子体上首先产生生殖器官,在生殖器官中产生配子或精子、卵,以 后配子融合形成合子或受精卵。 由于这一阶段是在配子体上进行的, 所以也称为配子体世代, 细胞内含单倍的染色体。 特别需要指出的是一定要正确把握两个世代的含义和准确区分, 如, 无性世代决不能包括孢子,只能包括合子、孢子体、孢子囊和孢子母细胞这些二倍体时期, 而单倍体的孢子就是有性世代的开始了。同样,合子不能包括在有性世代中,而应是无性世 代的开始。按照这种理解,最好的办法是根据染色体数来划分两个世代是最科学的,也最准 确的。所以,在分析某种藻类的生活史时首先就要把各阶段的染色体数标明。比较准确的世 代交替的定义可叙述为:在植物的生活史中,二倍体的无性世代或孢子体世代与单倍体的 有性世代或配子体世代有规律的相互交替的现象。具有世代交替生活史的真核藻类通常是 比较进步的种类,如石莼、海带、石花菜等。 世代交替根据孢子体和配子体形态结构上是否有差异, 通常可以分为同形世代交替和异 形世代交替两大类。 同形世代交替是指其孢子体和配子体在形态大小上基本类似,在外观上不能予以区分。 如石莼、水云等藻类。 异形世代交替是指孢子体和配子体在形态结构上差异明显,很容易将二者区分。其中, 又分为两种情况,一种是孢子体发达,它不仅在形态上大,而结构上也比较复杂,生活时期 也较长,相反,配子体则弱小,结构比较简单,生活时期也较短。这种情况的世代交替被称 为孢子体发达的异形世代交替。 如海带等; 另一种情况是配子体在形态上较大, 结构较复杂, 而孢子体则弱小,结构比较简单,生活时期也短,故将其称为配子体发达的异形世代交替。 如紫菜等。 (4)减数分裂的发生与真核藻类的生活史类型 具有有性生殖的真核藻类,其生活史中减数分裂发生的时期与其生活史的类型密切相 关,所以,可根据其减数分裂发生的时期来准确判断和掌握真核藻类的生活史类型。真核藻 类生活史中减数分裂有如下 3 个时期: ①合子减数分裂: 即减数分裂发生在合子萌发的时候。 凡是在合子萌发时进行减数分裂的, 其生活史肯定是只具有核相交替的类型, 而且该种藻的 藻体细胞核染色体数也肯定是单倍体,合子是惟一的 2 倍体。如衣藻、团藻、水绵等许多种 类。②配子减数分裂:即在产生配子的时候进行减数分裂。凡是发生在产生配子时进行减数 分裂的, 其生活史也肯定只具有核相交替, 但该种藻的藻体细胞核染色体数则可肯定是二倍 体,配子是惟一的单倍体。如绿藻门的松藻、褐藻门的马尾藻、全部硅藻等。③孢子减数分 裂:也称居间减数分裂。即在产生孢子的时候进行减数分裂。凡是发生在产生孢子时进行减 数分裂的,其生活史肯定是具有世代交替的类型。如石莼、水云、海带、紫菜、石花菜等。 二、需要掌握的重点门类 按照大纲要求,通常重点掌握绿藻门、裸藻门、硅藻门、红藻门和褐藻门 5 个类群。通 过下表可了解 5 门之间的区别。 5 门真核藻类主要特征比较表 门 藻体形态 细胞壁 鞭毛 光合器颜色 和主要光合 色素 绿色; 叶绿素 a、b,叶黄素 黄褐色; 叶绿 素 a 、 c ,墨 主要光合 产物 裸藻淀粉 繁殖 生 境 多 淡 水 各 水 代表

裸 藻 门 硅 藻

绝大多数 单细胞 单细胞,群 体,丝状体



硅质,由 上下 2 个

多 1 条, 茸鞭 型,也有的 2 条 有些种类仅 精子或小孢

纵裂

眼虫

油滴,金 藻昆布糖

裂殖

羽 纹 硅藻

门 绿 藻 门 褐 藻 门 单细胞、群 体、丝状 体、叶状等

壳套合而 成 纤维素

多细胞,丝 纤维素和 状、叶状、 藻胶 管状、枝状

子有,1 或 2 条 多 2、4 条等 长顶生, 也有 1 条或多条, 尾鞭型 2 条侧生不等 长鞭毛, 长的 茸鞭型, 短的 尾鞭型 无

角藻黄素 绿色; 叶绿素 a、b,叶黄素 淀粉

体 营养, 多 孢子, 淡 配子 水 营养, 多 孢子, 海 配子 水 衣藻, 水绵, 小 球 藻 紫菜, 石花 菜

褐色; 叶绿素 a、c,墨角藻 黄素

褐 藻 淀 粉,甘露 醇

红 藻 门

极 少 单 细 纤维素和 胞,多为丝 藻胶 状、枝状、 叶状

紫红色; 叶绿 素 a、d,藻 胆素

红藻淀粉

卵式, 多 孢子 海 水

海带, 鹿 角 菜, 紫 菜

三、 主要代表种类的形态结构和生活史解析 由于真核藻类的形态结构比较容易掌握, 所以, 在解析代表种类的时候主要突出生活史 分析, 下面将按照合子减数分裂的核相交替、 配子减数分裂的核相交替和孢子减数分裂的世 代交替 3 个大类型选择代表种类进行分析。 (一)生活史为合子减数分裂核相交替类型的代表种类 1.衣藻属(Chlamydomonas)(绿藻门) 。 衣藻属是绿藻门中最重要的代表种类, 许多绿藻的细胞结构与它的细胞结构类似, 通过 解析衣藻可以深刻掌握真核藻类的无性生殖、 有性生殖和合子减数分裂类型的生活史, 也可 基本掌握绿藻门的特征。 首先,要掌握衣藻的形态和细胞结构:单细胞,具壁,1 个大的杯状叶绿体,叶绿体的 基部包埋 1 个大的蛋白核,叶绿体的近前部侧面有 1 个红色眼点,1 个细胞核位于叶绿体杯 体内的细胞质中,2 条等长的鞭毛生于细胞顶端。 其次,要掌握衣藻的生殖方式和生活史 无性生殖完成生活史:即藻体(n)失去鞭毛→原生质体分裂产生游动孢子(n) →直接形成新个体(n)。无核相交替。 生活史 有性生殖完成的生活史:即藻体(n)失去鞭毛→原生质体分裂产生(+) 、 ( -) 配子(n) → (+) 、 (-) 配子融合 (同配) 形成合子(2n) →减数分裂→减数孢子(n) →形成新个体(n)。为合 子减数分裂的核相交替类型。生活史中仅合子为二 倍体。 2.水绵属(Spirogyra) 水绵属为不分枝的丝状体,特别突出的是它们的叶绿体为螺旋带状,其上有 1 列蛋白核, 细胞核在细胞中央的 1 团细胞质中, 中央的细胞质团以多条呈放射状的胞质丝与细胞周围的 细胞质相连。细胞具大液泡。 水绵不产生无性孢子,不进行无性生殖。而进行有性生殖,并且是特殊的接合生殖。它们 的接合生殖分为梯形接合、侧面接合和直接侧面接合生殖 3 种,其中以梯形接合最普遍。所

以主要把梯形接合掌握了就可以了。 水绵的梯形接合生殖过程很好掌握,即 2 条藻丝靠拢→每个细胞转化为配子囊(n) →相 对细胞产生突起→突起相连端壁溶解形成连通的接合管→配子囊中的原生质体浓缩形成配 子(n) →1 条藻丝中的配子以变形虫样的方式通过接合管流入相对配子囊,与其中的配子融 合形成合子(2n) →经过减数分裂→产生新一代藻体(n)。 水绵的有性生殖过程就是它的生活史过程,很明显,它的生活史与衣藻一样,属于合 子减数分裂的核相交替类型。 (二)生活史为配子减数分裂核相交替类型的代表种类 在真核藻类中,属于该类型生活史的代表种类如褐藻门的鹿角菜,硅藻门的全部。这些 藻类尽管在形态结构上差异很大, 但从其生活史上则属于同一个类型, 它们的藻体都是二倍 体,它们的减数分裂都发生在产生配子的时候。也就是说,掌握了该类型,就等于把这些藻 类的生活史全掌握了。 鹿角菜属(Pelbetia)的藻体都是二倍体,减数分裂发生在产生配子的时期。减数分裂所产 生的为精子和卵,属于卵配或卵式生殖。 (三)生活史为孢子减数分裂,具世代交替类型的代表种类 属于这一类的真核藻类都是进化水平相对高的种类, 主要是绿藻门、 褐藻门和红藻门中 的种类。如海带、石花菜的生活史。 海带(Laminaria japonica) (褐藻门) 。典型的孢子体发达的异形世代交替的藻类。 首先,分析它的孢子体和配子体的形态结构。海带的孢子体大型,通常长 1~2m,人工养 殖的可达 3~4m,由基部的固着器、短的带柄和长而宽的带片 3 部分组成。柄和带片有明显 的组织分化,均分为表皮层、皮层和髓部,特别是在髓部有喇叭状的藻丝,在形态上多少有 些类似维管植物中的筛管,据研究它有运输有机物的作用。 海带的配子体则非常微小,雌配子体仅由 1 个(或几个)较大的细胞组成;雄配子体 由几个~十几个较小的细胞组成不规则丝状体。所以,海带的雌、雄配子体只能在显微镜下 才能看见。 其次,再分析海带的生殖和生活史。海带孢子体带片的两表面均可产生单细胞(单室) 的孢子囊,在孢子囊之间还有许多隔丝,隔丝的顶端有胶质冠。无性 生殖时孢子囊内的二 倍体核先进行减数分裂并连续进行几次有丝分裂, 产生具 2 条侧生鞭毛的游动孢子, 此时即 进入有性世代(配子体世代) ;雌配子体内有 1 个卵,雄配子体的每个细胞均可产生 1 个具 2 条侧生鞭毛的精子。精子和卵融合后即形成受精卵,此时即进入无性世代(孢子体世代) 。 结论:海带为孢子体发达的异形世代交替,孢子体和配子体都可以独立生活。其无性世 代(孢子体世代)包括整个二倍体时期,即受精卵→孢子体→孢子囊(减数分裂前) ;有性 世代(配子体世代)包括整个单倍体时期,即游动孢子→雌、雄配子体→精子、卵。 2.石花菜(红藻门) 在红藻门中的石花菜等大多数种类的生活史过程都有 1 个很特殊的情况, 就是有 3 种植 物体的出现:1 个是二倍体的孢子体,1 个是单倍体的配子体,还有 1 个为二倍体的果孢子 体(也称为囊果) 。这个果孢子体是由受精的果胞(卵)经过一些细胞的融合和有丝分裂发 育形成的, 这种植物体成熟时主要是由产孢丝和单细胞的果孢子囊组成, 在果孢子囊中产生 二倍体的果孢子,有的在果孢子体的外部还有囊果被。果胞子体不能独立生活,是寄生在配 子体上的,一般都很小,有些红藻的果胞子体稍大,突出体外,如江蓠,可在雌配子体枝的 表面有很多半球形的结构即是。 很多种类的果孢子体埋生于雌配子体内部。 由于果胞子体和 果孢子都是二倍体, 而且也是进行无性生殖, 所以, 这一阶段也归入无性世代 (孢子体世代) 。 果孢子释放出来以后即萌发产生四分孢子体 (即孢子体) 。 在四分孢子体上产生四分孢子囊, 经过减数分裂产生单倍体的四分孢子。 此时就进入有性世代了, 四分孢子即萌发产生新一代

的配子体。 石花菜等具有 3 种类型植物体的红藻生活史过程可简示如下: 配子体→果胞和精子囊→分别产生卵和不动精子→受精果胞→果胞子体→果孢子囊→ 果孢子→四分孢子体→四分孢子囊→减数分裂→→四分孢子。 [典型例题] 1.在植物生活史中,下列说法那一个是不正确的。 ( ) A. 有核相交替就一定有世代交替 B.有世代交替就一定有核相交替 C.有核相交替不一定有世代交替 D.没有核相交替就一定没有世代交替 2.下列有关绿藻的叙述中哪一项是不正确的? A. 衣藻的叶绿体中含有叶绿素 a 和 b; B.水绵的有性生殖为接合生殖; C.衣藻具有 2 条顶生等长的茸鞭型鞭毛; D.衣藻和水绵的贮藏物均为淀粉 (三)真菌和地衣(真菌界) [学习要求] 1.掌握真菌和地衣的基本特征。 2.掌握真菌中 3 个重要门的主要区别及其代表种类。 3.了解子囊菌的子囊和子囊果、担子菌的担子和担子果的发育过程及其主要异同。 4.了解真菌和地衣在自然界中的作用和经济价值。

[基本知识内容框架] 菌体形态结构 细胞结构 繁殖 营养方式 真菌 主要门类 自然界中作 用 经济价值及 危害 主要特征 地衣 自然界中作 用 经济价值 接合菌门 子囊菌门 担子菌门 绝大多数是由菌丝组成的菌丝体,没有根茎 叶分化,高等者形成子实体 具细胞壁;具真核;有内质网、高尔基体; 无质体 营养繁殖、无性生殖、有性生殖三大类 异养(营寄生或腐生生活) 毛霉 麦角属,青霉属、酵母属 蘑菇属(伞菌目)

主要特征

分解者,物质循环中的作用 食用;药用;工、农、林中的作用 病原菌;毒素 形态、结构、组成和营养方式和繁殖 分化岩石,形成土壤 食用;药用;饲料;染料

[重点和难点解析] 本章的重点主要有:真菌的形态结构和细胞结构;繁殖方式;营养方式;地衣的形态结

构和繁殖;真菌和地衣在自然界中的作用及其经济价值。 本章的难点主要是真菌的生殖, 特别是子囊菌的子囊和子囊果、 担子菌的担子和担子果 的发育过程。本章的另一个难点就是孢子的类型太多,容易混淆。 本章中的一些重点和难点问题简要解析如下: (一)关于真菌的门类 真菌都是真核生物,传统上通常包括黏菌门、真菌门和地衣门 3 个门。但是,随着分子 系统学的发展,真菌界的分类系统在不停地变化,因此,不同的教科书会采用不同的分类系 统。本复习指南按照大纲重点介绍真菌的 3 个门:接合菌门、子囊菌门、担子菌门,将地衣 仍然作为 1 个门。 (二)真菌门营养体和子实体的形态结构 1.真菌的营养体 除少数低等真菌的营养体为单细胞类型外, 绝大多数均是由菌丝组成的菌丝体; 菌丝分 为无隔多核和有隔单核或多核 2 种类型;旺盛生长时期的菌丝体大多为疏松绵白色。 真菌的菌丝体在其生活史的一定时期或一定条件下可形成菌丝组织体, 如子座、 菌核和 根状菌索。 2.真菌的子实体 真菌的子实体也称繁殖体。 即在繁殖期形成的一种产生有性孢子的组织结构。 如平时我 们所食用的各种蘑菇都是子实体,而不是营养体,其营养体都是繁茂疏松的菌丝体。所以, 不要把营养体与子实体混为一谈。真菌的子实体在形态结构和大小上多种多样,千差万别。 (三)真菌的细胞结构 真菌都具有细胞壁,但大多数的化学成分主要为几丁质,有的还有纤维素、半纤维素或 其他成分。所以,与绿色植物有很大的差异。这也是把它们从植物界中分出来的原因之一。 真菌均具真核,也有线粒体、内质网、高尔基体、液泡、核糖体、膜边体等细胞器,还 有伏鲁宁体。但没有质体,也没有光合色素,不能进行光合作用。这是它们与绿色植物最大 的差别。 (四)真菌门的繁殖方式 真菌的繁殖方式有 3 大类,注意它们之间的差异。 1.营养繁殖 营养繁殖的是指以细胞分裂、 菌丝的断裂或出芽来进行繁殖的方式。 也有人主张节孢子 和厚垣孢子属于营养繁殖类型, 因为节孢子也是菌丝断裂形成, 厚垣孢子是某些营养细胞壁 增厚,营养物质浓厚而成。 2.无性生殖 无性生殖是指产生各种类型的无性孢子进行繁殖的方式。 常见的无性孢子有: 游动孢子, 孢囊孢子、分生孢子等。也有人把节孢子和厚垣孢子归入到无性生殖中。这些孢子都是直接 萌发产生新的菌体。 3.有性生殖 ①真菌的有性器官:均为单细胞结构(配子囊或精子囊、卵囊) ;有的不形成有性器官。 ②有性生殖的方式:多种,主要有下面几种类型 配子配合:其中包括同配、异配和卵配; 配子囊配合: (+) 、 (-)配子囊的内容物全部融合; 配子囊接触配合: (+) 、 (-)配子囊中的配子一方或双方退化为核,两配子囊接触,壁 溶解后,一配子囊中的核流入另一配子囊中的方式; 体配:不形成生殖器官,在 2 个孢子之间或孢子与菌丝之间发生的融合。 有性过程产生的有性“孢子”类型:卵孢子(2n) ,为精子和卵融合的产物(实质是受

精卵) 。见于鞭毛菌亚门;接合孢子(2n) ,为配子囊融合所形成。见于接合菌亚门;子囊孢 子(n) ,核配后立即减数分裂形成。见于子囊菌亚门;担孢子,核配后减数分裂形成。见于 担子菌亚门。 有性过程中的核相变化:低等真菌为 N→2N→N,即两性配子的细胞质和细胞核相继进 行融合; 高等真菌为 n→n+n→2n→n。 即有 1 个双核期, 是由于两性的细胞质融合了 (质配) , 两性的细胞核还没有融合(核配)的时期,既不同于单倍体,也不同于二倍体。 (五)真菌和地衣之间的主要区别 门 真菌 有机体 绝大多数是由菌丝 构成的菌丝体,有 些可形成菌丝组织 体 由真菌和蓝藻及绿 藻的一些种类组成 共生体 营养方式 异养:吸收的方 式。 腐生、 寄生、 兼性 腐生或兼性寄生 共生 繁殖方式 营养繁殖:多种方式;无性生殖:产生 多种孢子进行 繁殖;有性生殖:配子 配合、配子囊配合、配子囊接触配合、 体配等多种。 营养繁殖:地衣体断离,共生的藻菌形 成粉芽;无性生殖:共生藻和真菌分别 进行;有性生殖:仅共生菌进行生殖

地衣

(六)真菌 3 个门之间的主要区别 亚门 接合菌门 菌体形态结构 由无隔多核的 菌丝构成的菌 丝体 极少单细胞, 绝 大多数为有隔 菌丝构成的菌 丝体 有隔菌丝构成 的菌丝体。 并有 初生菌丝体和 次生菌丝体之 分 细胞壁成分 几丁质或肽 聚糖 几丁质 无性和有性生殖 无性生殖: 产生孢囊孢子等; 有性生殖: 配子囊配合。有性孢子为接合孢子 (2n) 。核相变化为 n-2n-n。 无性生殖:产生分生孢子等多种孢子; 有性生殖: 配子囊接触配合, 有的体配。 有性孢子为子囊内生子囊孢子(n) 。核 相变化 n-n+n-2n-n 无性生殖:产生节孢子、分生孢子等; 有性生殖:体配。有性孢子为担子外生 担孢子(n) 。核相变化 n-n+n-2n-n,而 且 n+n 时期很长

子囊菌门

担子菌门

几丁质

(七)地衣 地衣是真菌和藻类的共生体,真菌决定地衣的形态,为藻类提供水粉和无机盐;而藻类 制造有机养料为自身和真菌利用。地衣的形态可分为 3 种类型:壳状、叶状和枝状。 在显微镜下可以通过菌丝中有藻细胞而确定是地衣。 地衣能分泌地衣酸, 使岩石表面变为土壤, 而且抵抗不良环境条件的能力十分强, 因此, 地衣是植物界的“开路先锋” 。松萝等地衣可以入药,从染料衣中提取的石蕊,可以制成石 蕊试剂。 [典型例题] 1.下列哪项特征不属于蘑菇所具有的特征( ) 。 A. 双核菌丝 B.担孢子 C.锁状联合 D.游动孢子

(四)苔藓植物 [学习要求] 1.掌握苔藓植物的主要特征以及苔纲、藓纲和角苔纲 3 个纲之间的主要区别。 2.掌握苔藓植物的代表植物葫芦藓和地钱的特征。 3.理解苔藓植物在植物界进化中的地位。 4.了解苔藓植物在自然界中的作用和在经济及环境监测应用中的价值。 [知识内容框架] 植物体的形 态结构和营 养方式 有性生殖器 官 生活史 分类和 代表 苔纲 藓纲 配子体:茎叶体或叶状体,光合自养,独立生活 孢子体:大多由孢蒴、蒴柄和基足组成,寄生在配子体上 原丝体:孢子萌发形成,由它发育出配子体 精子器:多细胞结构,内产具鞭毛精子 颈卵器:多细胞结构,内产卵 配子体占优势的异形世代交替;受精作用离不开水;受精卵在颈卵 器内发育成胚;孢子萌发形成原丝体。 地钱:形态结构和生活史 葫芦藓:形态结构和生活史 在湖泊演替陆地和陆地沼泽化等起重要作用;保持水土 保湿;药用;污染监测;促进种子萌发;分子分物学研究材料

主要 特征

自然界中的作用 经济和科研价值

[重要名词概念] 拟茎叶体;叶状体;中肋;孢蒴;原丝体 [重点难点解析] 本部分学习的重点主要是苔藓植物的基本特征, 特别是它们的形态结构、 生殖和生活史; 注意比较它们和真核藻类主要异同; 掌握藓纲和苔纲的代表葫芦藓和地钱的形态结构和生活 史;理解苔藓植物的起源和在植物界进化中的地位。本章的难点在于葫芦藓孢蒴的结构。 本章的重点和一些难点问题解析如下: (一)苔藓植物的主要特征 1. 苔藓植物的配子体都是可以独立生活的绿色植物体,在形态上可分为两大类:拟茎 叶体和叶状体。没有维管组织的分化。 2. 苔藓植物的有性生殖器官为精子器和颈卵器。 3.受精作用离不开水,受精卵在颈卵器内发育成胚。 4.孢子体绝大多数分化为孢蒴、蒴柄和基足三部分,均不能独立生活,都是寄生在配 子体上。 (二)孢蒴的结构 孢蒴是苔藓植物孢子体中最重要的部分。 孢蒴的内部结构在不同苔藓中差异较大, 重要 的结构有蒴盖、蒴齿、环带、蒴轴、弹丝等方面。 (三)苔纲和藓纲的区别 项目 孢子 体 孢蒴组成 蒴齿 藓纲(葫芦藓) 由蒴盖、蒴壶和蒴台组成 有 苔纲(地钱) 无蒴盖,无蒴壶、蒴台之分 无

环带 蒴轴 弹丝 开裂方式 原丝体 配子 体 形态 假根

有 有 无 盖裂 发达,1 个原丝体可产生多个配 子体 拟茎叶体,叶螺旋状排列,有中 肋。 单列细胞

无 无 有 纵裂 不发达, 1 个原丝体可产生 1 个配 子体 叶状体或拟茎叶体,叶排列称 2 列或 3 列,有背腹之分,无中肋。 单细胞

(四)苔藓植物的生活史 1.苔藓植物的生活史过程 苔藓植物生活史过程可图解如下:

2.苔藓植物生活史的特点 第一,苔藓植物的生活史类型都是配子体占优势的异形世代交替。第二,苔藓植物的配 子体绿色自养,独立生活,生活时期长,在生活史中占有优势地位;第三,苔藓植物的孢子 体不能独立生活,寄生在配子体上,主要依靠吸收配子体的养料,在生活史中的生存时间较 短;第四,减数分裂发生在孢子母细胞产生孢子的时候,称孢子减数分裂或居间减数分裂; 第五, 孢子体孢蒴中的孢子母细胞经过减数分裂产生出来的单倍体孢子, 首先萌发形成状似 绿色丝状藻类的原丝体,以后再由原丝体分化形成配子体;第六,受精过程仍然需要水的条 件;第七,受精卵发育形成胚。 (五)苔藓植物在植物界中的进化地位 通常认为苔藓植物是植物界发展中的 1 个侧枝或盲枝。 [典型例题] 1.下列苔纲和藓纲的区别特征中,哪一项是正确的? A. 苔纲植物配子体的叶或叶状体均没有中肋;而藓纲绝大多数叶具有中肋 B.苔纲植物配子体的假根为单细胞;而藓纲的假根为单列细胞,不分枝 C.苔纲植物的孢子体仅由孢蒴和基足组成;而藓纲的孢子体仅由孢蒴、蒴柄和基足组成 D.苔纲植物的孢蒴无蒴盖、蒴齿、环带构造;而藓纲的孢蒴有蒴盖、蒴齿、环带构造

(五) 蕨类植物 [目标要求] 1.掌握蕨类植物的主要特征,特别是维管组织的结构特点和对陆地生活的适应。 2.掌握蕨类植物主要代表类群及其特征。

3.了解蕨类植物与苔藓植物的差异及其在植物界中的地位。 4.了解蕨类植物的经济价值。 [知识内容框架] 形态 蕨 类 植 物 主 要 特 征 维管组 织 中柱 孢子囊 孢子 形态 配子体 生活史 有性生 殖器官 有真正的根茎叶分化;叶的类型多样。 木质部主要由管胞和木薄壁细胞组成;韧皮部主要由筛胞筛管 和韧皮薄壁细胞组成 原生中柱 管状中柱 网状中柱、具节中柱 厚孢子囊、薄孢子囊;聚囊、孢子叶穗、孢子囊群、孢子果 同形孢子、异形孢子,均由孢子母细胞经减数分裂产生 叶状体,微小,多为心形,大多光合自养,独立生活。 精子器:多细胞结构,内产具鞭毛精子。 颈卵器:多细胞结构,内产卵。

孢子体

孢子体发达的异形世代交替, 孢子体和配子体均自养独立生活; 受精卵形 成胚。 莱尼蕨门:莱尼蕨 石松门:石松属、 (卷柏属) 木贼门:木贼属 水龙骨门(真蕨门) :蕨

分类和代表 植物 经济价值

药用;食用;指示植物;工农业生产;生态修复;观赏;科学研究

[重要名词概念] 原生中柱;管状中柱;网状中柱;具节中柱;厚孢子囊;薄孢子囊;孢子叶球;中始式 [重点难点解析] 本章的重点内容是蕨类植物的特征及其对陆生环境的适应, 中柱的类型, 各亚门之间的 主要区别,还涉及一些名词的理解。难点是中柱的结构。本章的几个重点和难点问题解析如 下: (一)蕨类植物的主要特征 1. 孢子体绿色自养,具有真正的根、茎、叶的分化(除松叶蕨为假根外) 。 2. 孢子体内部都有维管组织的分化,但维管组织分化程度不高,具有输送水分和无机 盐功能的木质部绝大多数是由管胞、木薄壁细胞组成,仅少数种类有导管;输送有机物的韧 皮部主要为筛胞、筛管和韧皮薄壁细胞。绝大多数没有维管形成层,没有次生结构。 3. 形成多细胞无性生殖器官孢子囊,孢子母细胞在孢子囊内进行减数分裂产生孢子。 4. 配子体大多数为绿色自养的叶状体,可以独立生活。 5. 有性生殖器官为精子器和颈卵器。 6. 受精仍然需要水的媒介才能完成。受精卵均发育形成胚。 (二)中柱的概念和类型 中柱在种子植物中称维管柱。 是维管植物茎初生结构中的复合组织, 其结构成分包括中 柱鞘、维管系统和髓等。蕨类植物的中柱有以下几种类型: 1.原生中柱:由中央的木质部和包围其外的韧皮部组成,结构特点是没有髓和叶隙。 2.管状中柱:结构特点是中央和髓,具叶隙。维管系统围在髓的外面形成圆筒状。 3.网状中柱:由于茎的节间缩短,管状中柱的叶隙相互重叠,在横切面的任何水平上, 均可见到在髓的外面排列成一圈的不同大小的维管束。

4.具节中柱:为木贼门的中柱类型。横切面观,其中央为髓部,成熟时破裂成大的髓 腔;分离的维管束排列成一圈,每个维管束的内方都有 1 个小的空腔,由于正对着茎向外突 出的脊,所以也称脊腔,是由原生木质部的一些分子破裂形成的;在维管束的外方又有 1 圈和维管束的数目相同的空腔,由于均对着茎外部各脊之间凹入的部分,所以又称槽腔。 (三)生活史 蕨类植物为孢子体自养而发达的异形世代交替,配子体虽然可以独立生活,但微小。

(四)各门蕨类植物的比较 莱尼蕨门(化石) 石松门 根 孢 茎 子 叶 体 孢子囊 厚孢子囊,单生 假根 具根状茎和地上 气生茎,二叉分 枝 无叶 真根 具根状茎和地上 气生茎,二叉分 枝 小型叶, 1 条叶脉 木贼门 真根 具根状茎和地上 气生茎,茎有明 显节与节间 小型叶,在节处 轮生,褐色 真蕨门 真根 除个别具地上茎 外,均为根状茎 大型叶, 叶脉各式, 有复叶和单叶 多为薄孢子囊,形 成囊群,生于孢子 叶背面 多同型,部分异型 多心形,自养 螺旋形,多鞭毛 蕨属

厚孢子囊,单生。 厚孢子囊,生于 孢子叶密集成孢 孢囊柄下面 子叶球 同型或异型 与真菌共生或自 养 纺锤形, 2 条鞭毛 同型 绿色自养,垫状 螺旋形,多鞭毛 木贼属

孢子 配 子 体 形态 精子

同型

代表植物

莱尼蕨

石松属和卷柏属

[典型例题] 1. 原始的裸蕨类化石莱尼蕨揭示了植物学演化上的重要意义, 下列哪一项不符合?答 ( A. 二叉分枝是高等植物原始的分枝方式 B.单中柱是维管植物原始的中柱类型 C.根是高等植物最先演化出来的器官 D.开辟了植物由水生发展到陆生的新时代 )

(六)

种子植物

[学习要求]

1.掌握种子植物的基本特征,特别是它们对于陆生环境的适应上的进步和发展。 2.掌握裸子植物和被子植物的的生活史。 [知识内容框架] 主 要 特征 具胚珠,形成种子。 形成花粉管,受精作用摆脱了水的限制 孢子体发达,配子体退化,寄生于孢子体上。 裸子植物 孢 子 体 配 子 体 传粉 受精 花 胚珠 被子植物 木本,木质部多只有管胞,韧皮部只 木本、草本,木质部具有导管,韧皮部具 有筛胞而无筛管和伴胞。 多为针形叶。 有筛管和伴胞。多为阔叶。 雄配子体 4 细胞;雌配子体具 2 至多 个颈卵器 多为风媒,花粉粒直达胚珠 仅 1 个功能精子与卵细胞接合未受精 卵 形成球花 裸露,发育成的种子裸露 雄配子体 2-3 细胞;雌配子体常具 7 细胞 8 核胚囊 传粉媒介多样,花粉粒到达雌蕊的柱头 双受精 具整正的花,形成雌蕊 被子房包被,形成果实

[重要名词概念] 种子植物;气孔带;球果;有花植物 [重点难点问题解析] 本部分的重点内容主要有 2 个方面: 一是种子植物的特征; 另一个重点是裸子植物和被 子植物的生活史。 本章的难点有 2 个方面: 一是裸子植物的生活史过程, 特别是其中的雌配子体和胚的发 育;另一方面是裸子植物的许多结构有 2 套名词,容易造成学习上的一些困难。 对于本章的一些重点和难点问题解析如下: (一)种子植物主要特征 1.具胚珠,形成种子。 2. 形成花粉管,把精子送入胚珠完成受精作用,受精作用摆脱了水的限制。 3. 孢子体发达,配子体退化,寄生于孢子体上。 (二)裸子植物中两套并用名词 种子植物 花、球花 雄蕊 心皮 珠鳞、珠领、珠托、套被(裸子植物) ;心皮(被子植物) 花粉囊 花粉母细胞 单核花粉 花粉粒 珠心 胚囊母细胞 胚囊 蕨类植物 孢子叶球 小孢子叶 大孢子叶 大孢子叶 小孢子囊 小孢子母细胞 小孢子 雄配子体 大孢子囊 大孢子母细胞 雌配子体

(三)裸子植物的生活史 松属的生活史过程简示如下:

松属生活史特点分析: 第一,具有明显的孢子体发达的异形世代交替,孢子减数分裂,其中的二倍体阶段为无 性世代(孢子体世代) ,单倍体阶段为有性世代(配子体世代) ; 第二,配子体微小,不能独立生活,寄生在配子体上; 第三,生活史的周期长,以当年春天开雄、雌球花开始,当年完成传粉,次年春末才受 精和 9-10 月产生种子,跨 2 年共 19-20 个月。如果从其球花原基在开球花的前一年秋季形 成计算,则为跨 3 年,共 25 个月左右; 第四,有胚珠,这是 1 个新的结构,为种子植物所特有,但裸露; 第五,雄配子体(花粉)产生花粉管,受精过程摆脱了水的限制; 第六,具有颈卵器,但比蕨类植物更加退化; 第七,胚的发育过程中有简单多胚和裂生多胚现象; 第八,产生种子,种子由种皮、胚乳和胚组成,胚乳为单倍体。同时,种子裸露。 (四)被子植物的生活史

[典型例题] 1.下列蕨类植物和裸子植物对应的名词中,不正确的一组是: A. 雌球花——大孢子叶球;B.心皮——大孢子叶 C.雄蕊——小孢子叶;D.胚囊——大孢子囊 2.松属(Pinus)植物的小孢子叶相当于被子植物的( ) A. 心皮;B. 雄蕊; C. 花药; E. 花粉囊 3.松柏类植物种子的胚乳是( ) A. 孢子体世代,核相为 3N;B. 配子体世代,核相为 3N C. 孢子体世代,核相为 2N; D. 配子体世代,核相为 N

4.在种子植物生活史中,减数分裂发生在( ) 。 A.合子分裂产生胚时;B.产生精子和卵细胞时 C.原丝体发育为配子体时;D.孢蒴内产生孢子时 5.下列结论中,正确的是( ) A. 具有花被的植物才是被子植物; B. 具有雌蕊的植物才是被子植物 C. 具有种子的植物才是被子植物;D. 具有扁平阔叶的植物才是被子植物

第三部分
[学习要求]

种子植物分类

1. 掌握被子植物的分类原则和演化趋向,认识植物分类的依据能够通过植物所具有的特征 对两个以上的植物类群进行初步的演化趋向分析。 2. 掌握种子植物的重要科的特征及代表属。 3. 掌握被子植物中单子叶植物和双子叶植物的区别和联系。 [知识内容框架] 裸子植物 苏铁科:苏铁属 银杏科:银杏属 松科:松属(扩展到杉科和柏科) 被子植物 分类原则和演化趋势 单子叶植物和双子叶植物的区别和联系 木兰纲(双子叶植物纲)15 科、百合纲(单子叶植物纲)5 科

[重点难点解析] 本部分的重点内容主要有 4 个方面: 其一是裸子植物 3 个科的特征及代表属; 其二是被 子植物的分类原则和演化趋向; 其三是被子植物 2 个纲的区别和联系; 其四是被子植物的重 要科、属。 本章的难点是被子植物的分类原则的应用和演化趋向的判定。 一些重点和难点问题解析如下: 1.裸子植物 3 个科(属)的突出特点 苏铁科 (苏 铁属) 1.与蕨类植物的相似性:幼叶全卷,网状中柱;小孢子囊厚囊性发育,成熟 时纵裂;精子具鞭毛(生物界最大精子) 。 2.裸子植物的特殊性:大型羽状复叶;雄配子体 3 细胞;大孢子叶(心皮) 特化为羽状大孢子叶;2 枚子叶。 突出特点:叶扇形,二叉叶脉;精子有多鞭毛;大孢子叶(心皮)特化为珠 领;种子核果状,具 2-3 子叶。 突出特点:常有长短枝的分化;次生木质部由管胞组成,无导管,有树脂道; 也多为针形;每个小孢子叶有 2 个小孢子囊,花粉具气囊;大孢子叶(心皮) 特化为珠鳞,腹面有 2 枚倒生胚珠;种子具翅(翅来源于珠鳞) 。

银杏科 (银 杏属) 松科(松 属)

2.被子植物的分类原则和演化趋向 根据被子植物的化石,最早出现的被子植物多为常绿、木本植物,以后地球上经历了干 燥、冰川等几次大的反复,产生了一些落叶的、草本的类群,由此可以确认落叶、草本、叶 形多样化、输导功能完善化等是次生的性状。再者根据花、果的演化趋势具有向着经济、高 效的方向发展的特点, 由此确认花被分化或退化、 花序复杂化、 子房下位等都是次生的性状。 基于目前大多数学者对植物形态特征演化趋势的认识, 一般公认的被子植物的分类原则和演 化趋向共 26 项,可参照相关参照教科书。

值得注意的是,一方面,我们常可看到,在同一个植物体上,有些性状相当进化,另一 些性状则保留着原始性,而另一类植物恰恰在这方面得到了进化。因此,不能一概认为没有 某一些进化性状的植物就是原始的。另一方面,在对形状进行分析时,并不是平均地看待每 一个性状, 总是把某些性状看得比另一些性状重要些, 如一般地认为生殖器官的性状比营养 器官的性状看得重要些。 3.单子叶植物和双子叶植物的区别和联系 双子叶植物和单子叶植物有区别,又有密切的联系,表现在他们之间存在的交错现象: 如双子叶植物在睡莲科、毛茛科、小檗科、罂粟科、胡椒科、伞形科、报春花科中有 1 片子 叶现象;在毛茛科、车前科、茜草科、菊科等科中有具须根系的植物;在毛茛科、睡莲科、 石竹科等科中有星散维管束, 而有些单子叶植物的幼期也有环状排列的维管束, 并有初生形 成层;在单子叶植物的天南星科、百合科等科中也有网状脉的,而双子叶植物如伞形科的柴 胡属、含羞草科中的一些植物具有平行脉;双子叶植物的樟科、木兰科、小檗科、毛茛科有 3 基数的花,单子叶植物的眼子菜科、百合科有 4 基数的花。因此在最新的分类系统 APG 系统中已经完全打破了单子叶植物和双子叶植物的界限。 4.被子植物各科的识别要点以及重要代表种类 依据奥赛大纲,结合近来来国内连赛情况,认为应该了解 20 科,即木兰科、毛茛科、 壳斗科、石竹科、 (仙人掌科、 )锦葵科、葫芦科、十字花科、蔷薇科、蝶形花科、芸香科、 木犀科、茄科、唇形科、菊科、棕榈科、禾本科、天南星科、百合科、兰科。其突出特征及 代表种类可参照下表。 科名及花程式 木兰科 Magnoliaceae * P6-15 A∞ G∞:1:1-∞ 突出特征 木本。单叶互生;枝具环状托叶痕。 花单生,花被分化不明显;雌、雄蕊 多数,离生,螺旋状排列于柱状花托 上;聚合蓇葖果。 多草本。裂叶或复叶,无托叶。雄蕊 多数;心皮离生,螺旋排列于突起的 花托上。聚合瘦果或聚合蓇葖果, 木本。单叶互生,羽状脉直达叶缘, 托叶早落。花单性同株;雄花成柔荑 花序;雌花单生或 2~3 朵簇生于总苞 内,子房下位,坚果半包或全包于总 苞发育成的壳斗中。 重要属 木兰属 Magnolia (玉兰 M. denudata ; 荷 花 玉 兰 M. grandiflora ; 辛 夷 M. liliflora ) 毛茛属 Ranunculus(毛茛 R. japonicu) 栎属 Quercus

毛茛科 Ranunculaceae *,↑ K3-∞ C0-∞ A∞ G∞
-1:1:1-∞

壳斗科(山毛榉科) Fagaceae ♂: * K(4-8)C0 A4-20 ♀: * K(4-8)C0 G(3-6:3-6:2)

石竹科 草本,节膨大。单叶对生,全缘。花 Caryophyllaceae 4 或 5 数,花萼宿存,花瓣常有爪, * K4-5, (4-5)C4-5 A5-10 G(5-2: 子房上位,1 室,特立中央胎座,花 柱 2~5。蒴果,顶端齿裂或瓣裂。 1:∞) 仙人掌科 Cactaceae * P∞ A∞ G(3:1:∞) 锦葵科 Malvaceae * K(5) C5 A(∞) G(3-∞:3-∞:
1-∞)

石竹 Dianthus chinensis

肉质植物,有针刺;花被多数,周位; 仙人掌属 子房下位,侧膜胎座;浆果。 单叶互生,常为掌状脉,托叶早落。 具副萼,花萼基部合生;花瓣螺旋状 排列,近基部与雄蕊管连生;单体雄 蕊,花药 1 室;子房上位,由 3 至多 数心皮组成 3 至多室,中轴胎座,蒴 陆地棉 Gossypium hirsutum; 蜀葵

果或分果。 十字花科 Cruciferae, Brassicaceae * K2+2 C4 A2+4 G(2:1:1-∞) 草本。叶互生,无托叶。总状花序; 芸 苔 属 Brassica ( 青 菜 B. 十字形花冠, 4 强雄蕊。子房上位, chinensis;油菜) 侧膜胎座,具次生的假隔膜。角果。

蔷薇科 Rosaceae 叶常互生,多具托叶。花两性,辐射 蔷薇属 Rosa;苹果属 Malus * K(5) C5 A∞ G∞-1 ,G(2-5) 对称,花被与雄蕊愈合成托杯(或称 李属 Prunus 萼筒、花筒) ,花萼、花瓣和雄蕊均着 生于托杯的边缘,5 数;雄蕊常多数。 果实为蓇葖果、瘦果、梨果或核果。 蝶形花科 Fabaceae, Papilionaceae ↑ K(5) C5 A(9)+1 G1:1:1-∞ 羽状复叶或三出复叶,稀单叶,具托 豌豆 Pisum sativum ;蚕豆 叶和小托叶,叶枕发达。蝶形花冠, Vicia faba 二体雄蕊。心皮 1,子房上位,1 室, 边缘胎座。荚果。 柑橘 Citrus reticulata;甜橙 C. sinensis;柚 C. grandis; 柠 檬 C. limon ; 花 椒 Zanthoxylum bungeanum 丁香属

芸香科 Rutaceae 多具刺,含挥发油,表现为叶上具透 * K5-4 C5-4 A10-8 G(5-4,∞:5-4, 明油腺点。叶常互生,无托叶。雄蕊 常2轮,外轮常和花瓣对生;子房上 ∞:1-2,∞) 位,花盘发达,中轴胎座。果为蒴果、 浆果、核果、蓇葖果。 木犀科 Oleaceae 木本,叶对生,花常 4 数,冠生 2 枚 * K(4,6)C(4-6)A2 G(2:2:2) 雄蕊,子房上位;中轴胎座,2 室 2 胚珠。

茄科 Solanaceae 叶互生,无托叶。花单生或聚伞花序, 茄 属 Solanum ( 茄 S. * K(5)C(5)A5 G(2:2:∞) 花序有时腋外生,花萼宿存常增大, melongena ; 马 铃 薯 S. 花冠合瓣, 5 裂, 多成折扇状, 雄蕊 5, tuberosum) 与花冠裂片互生,花药纵裂或顶孔开 裂;子房上位,2 室,胚珠多数。浆 果或蒴果。 唇形科 Lamiaceae, Labiatae ↑ K(5) C(4-5)A4,2 G(2:4:
1)

有芳香气味草本。茎常四棱。叶对生。 野芝麻属 轮伞花序;花两性,花冠唇形;雄蕊 4, 2 强雄蕊, 稀 2 枚雄蕊; 子房上位, 心皮 2,合生,4 深裂形成 4 室。果为 4 小坚果。

菊科 Asteraeeae, 无托叶。头状花序外具 1 至多层苞片 向日葵 Helianthus annuus; Compositae 组成的总苞。 花萼退化或特化为冠毛; * ,↑K0-∞C(5)A(5)G(2: 花冠合瓣,管状、舌状或唇形;聚药 雄蕊。子房下位,柱头2裂。连萼瘦 1:1) 果,顶端常具宿存的冠毛。 棕 榈 科 Areacaceae , Palmae) ♂:* P3+3 A3+3 ♀:* P3+3 G3, (3) * K3+3 C3+3 A3+3 G3, (3) 木本。茎不分枝。叶常绿,掌状分裂 椰子;Cocos nucifera 或羽状复叶,集生茎顶;叶柄基部扩 大成纤维状鞘。圆锥状肉穗花序;花 小,花被片 6,2 轮;雄蕊 3 或 6;心 皮 3, 子房上位, 1~3 室, 每室 1 胚珠。 浆果、核果或坚果

禾 本 科 Gramineae, Poaceae ↑P2-3A3,6 G(2-3:1:1)

茎(秆)圆形,有明显的节和节间, 节间多中空。叶 2 列互生,叶分为叶 片、叶鞘两部分;叶鞘开裂。以小穗 为基本单位组成各种花序,每小穗由 小穗轴、1 对颖片以及 1 至多数小花 组成;每小花包含外稃、内稃、2 或 3 枚鳞被(浆片) 、雄蕊、雌蕊,子房上 位,柱头常成羽毛状。颖果。 草本,叶具网状脉。花小,两性或单 性,排列成肉穗花序。常具彩色的佛 焰苞;子房上位。浆果。

小麦 Triticum aestivm 玉蜀黍 Zea mays

天南星科 Araceae * P0 A1-8 G(3,2-15) 百合科 Liliaceae * P3+3 A3+3 G(3:3:∞)

龟背竹属

具各种地下茎。花大而显著,两性, 百合属 Lilium 辐射对称,花被 6,2 轮,花瓣状;雄 葱属 Allium 蕊 6,2 轮;心皮 3,合生,子房上位, 3 室,中轴胎座。蒴果或浆果 草本。单叶 2 列互生。花常两性,两 侧对称,花被 2 轮,花瓣状,内轮中 央的 1 片特化为唇瓣(labellum) ,雄 蕊和花柱及柱头合生成合蕊柱;花粉 常结合为花粉块;子房下位,成 180 度角扭转,侧膜胎座。蒴果 兰属 Cymbidium

兰科 Orchidaceae * P3+3 A3-1 G(3:1:∞)

其中有几个科在分类地位或演化方面比较重要,需要重点复习,如木兰科的原始性、毛 茛科既有原始的一面又有进化的一面、 蔷薇科 4 个亚科的区别及其演化关系、 菊科物种最为 丰富的的原因、禾本科花序的基本组成(以小麦为例) 、兰科适应于虫媒传粉的特点等。其 余大部分的科只掌握其突出的特点,即与其它科不同之处。 [典型例题] 1.下列叙述中,那一项是不正确的。 ( ) A. 凡胚具一枚子叶者为单子叶植物,两枚者为双子叶植物 B.双子叶植物多为网状脉,单子叶植物多为平行脉 C.花部 4、5 基数者绝大多数为双子叶植物 D.单子叶植物通常为须根系 2.属于松科的一组植物是( ) : 答( ) A. 雪松和水松;B.雪松和金钱松;C.雪松和杜松;D.雪松和金松 3.有关玉米的正确说法是( ) 。 A. 玉米的茎(秆)是中空的; B. 我们平常吃的玉米粒就是玉米的种子 C. 玉米的雌蕊具有被子植物中最长的花柱; D. 玉米的花也为两性花 4.茄科植物常常具有花序腋外生现象,这种花序腋外生最有可能的原因是( A. 花序柄直接从腋外的节间处长出; B. 部分花序柄与茎愈合 C. 偶然出现的现象;D. 说不清 5.下列排列方式正确的是: A. 十字形花冠——边缘胎座——十字花科——角果 B. 蝶形花冠——侧膜胎座——蝶形花科——荚果

) 。

C. 舌状花冠——基生胎座——菊科——瘦果 D. 唇形花冠——中轴胎座——茄科——蒴果 多项选择 6. 下列 4 种有关种子植物的叙述中正确的是: A. 由于花粉管的产生,种子植物的受精作用彻底摆脱了水的限制 ( ) B.均以导管和管胞输送水和无机盐,以筛管和伴胞输送有机物 ( ) C.种子中的胚是受精卵的产物,胚乳是受精极核的产物 ( ) D.种子植物的世代交替中孢子体占绝对优势,配子体寄生于孢子体上 ( ) 7. 具有雄蕊多数、心皮离生、聚合瘦果这一特征的植物会是下列哪一科的植物。 A. 木兰科 ( )B.毛茛科 ( ) C.蔷薇科 ( )D.锦葵科 ( ) 8. 具有雄蕊多数、心皮离生、聚合瘦果这一特征的植物会是下列哪一科的植物。 A. 木兰科 ( )B.毛茛科 ( ) C.蔷薇科 ( )D.锦葵科 ( ) 9. 在野外见到了下列 4 种植物,并且已经进行了初步的分析和科的鉴定,你认为鉴定正确 的是: A. 枝条上具环状托叶痕,但在撕开的叶中看到了乳汁——木兰科 ( ) B.枝条上有皮刺,但在叶片上可看到透明的油腺点——芸香科 ( ) C.叶对生,雄蕊 10 枚,花柱分离,子房 1 室——石竹科 ( ) D.头状花序,外面有总苞,柱头 2 枚,子房下位——菊科 ( ) 10. 具有雄蕊少于 5 枚、花冠合生、心皮合生这一特征的植物会是下列哪一科的植物。 A.木兰科;B.茄科;C.十字花科;D.唇形科 11.下列水果中,可食用部位为肉质假种皮的是哪些? A.杏;B.荔枝;C.石榴;D.山竹 12.在野外见到下列 4 种植物,并且已经初步进行了分科鉴定,你认为鉴定正确的是。 A.木本,有乳汁,隐头花序——木兰科 B.叶上具透明腺点,有单身复叶——芸香科 C.芳香性草本,茎四棱,叶对生,子房 4 裂——唇形科 D.木质藤本,具与叶对生的卷须——茄科

第三部分
一、 水分代谢、矿质营养

植物生理

【学习要点】 1. 掌握植物细胞对水分的吸收方式以及水势的概念。 2. 掌握植物根系对水分的吸收途径、动力和影响根系吸水的土壤条件。 3. 掌握蒸腾作用的生理意义和部位以及影响蒸腾作用的外、内条件。 4. 认识植物体内水分的运输途径、速度和动力。 5. 理解植物必需矿质元素的生理作用,并掌握如何判断缺素症状。 6. 掌握植物体对矿质元素的吸收方式。 7. 了解矿物质在植物体内的运输和分布。 8. 理解植物对氮的同化过程。 9. 了解合理灌溉和施肥的生理基础。 【知识结构框架】 水 分 代 谢 植物对水分 的需要 植物细胞的 水分关系 根的吸水 植物的含水量 植物体内水分存在状态(自由水和束缚水) 水分在植物生命活动中的作用 水势 水分的运动 植物细胞水势的组成 根系吸水的部位 水分进入植物的过程 根系吸水的动力 影响根系吸水的土壤 条件 蒸腾作用 生理意义 部位和 指标 部位 指标 质外体途径;共质体途径;跨膜途径 根压;蒸腾拉力。 土壤中可用水分;土壤通气状况;土壤温度; 土壤溶液浓度。 植物对水分和矿质盐类吸收和运输的主要动 力;能降低叶片的温度。 皮孔蒸腾;角质蒸腾;气孔蒸腾。 蒸腾速率;蒸腾比率;蒸腾系数。 气孔运动的机制:淀粉—糖转化学说;钾离子 泵学说;苹果酸代谢学说 外因:光照、温度、风、空气相对湿度 内因:气孔频度、气孔大小、气孔下腔容积、 叶片内部面积即细胞间隙的面积 植物体内水 分的运输 途径 速度 水分沿导管或管胞上 升的动力 合理灌溉的 生理基础 矿 质 营 植物必需 的矿质元 素 作物的需水规律 溶质势、压力势、重力势和衬质势 扩散;集流;渗透作用 渗透势和压力势

气孔蒸腾的机制 影响蒸腾的条件

判断必需矿质元素的标准 植物必需矿质元素种类 确定必需矿质元素的方法

不可缺少性;不可代替性;直接作用性 大量元素 10 种;微量元素 9 种 水培法;沙培法

养 ; ;

必需矿质元素的生理功能 缺素症状及其诊断 细胞对矿质元素的吸收 植物体对 矿质元素 的吸收 通道运输;载体运输;泵运输(质子泵和钙泵) ;胞饮作用 根尖根毛区 吸附;进入根内部;进入木质部导管或管胞 对矿质营养与水分的吸收具有相对性;根系 对离子吸收具有选择性;单盐毒害 土壤温度;土壤通气状况;土壤溶液浓度; 土壤酸碱度 叶片

根系吸收矿质元素的部位 根系吸收矿质元素的过程 根系吸收矿质元素的特点 影响根吸收矿质元素条件 地上部分对矿质元素吸收

矿物质在 植物体内 的运输和 分布 植物对氮 的同化 合理施肥 的生理基 础

矿物质运输的形式、 途径和 速率 矿物质在植物体内的分布 硝酸盐的还原 氨的同化 生物固氮 作物的需肥规律

【重要名词概念】 水势、渗透作用、根压、蒸腾作用、蒸腾速率、蒸腾比率、蒸腾系数、永久萎蔫、内聚力学 说、水分临界期、必需元素、微量元素、溶液培养法、主动运输、单盐毒害、离子颉抗、交 换吸附。 【重点与难点解析】 (一)植物体的水分代谢 1 植物细胞对水分的吸收 (1) 自由能和水势 当把一小块高锰酸钾结晶投入到一盛有纯水的烧杯中时, 高锰酸钾分子会迅速地由结晶 处向烧杯中的其他地方迁移。 这种迁移之所以能够发生, 完全是由于结晶与烧杯中的其他地 方存在着化学势差的结果。 化学势就是在恒温恒压条件下, 一摩尔的物质分子所具有的自由 能, 自由能则是在恒温恒压条件下能够用于做功的能量。 所以化学势就是指物质分子能够用 于做功的能量的度量。 其大小与物质的浓度或纯度呈正相关关系, 并且能够指示物质分子发 生反应或产生运动的方向和限度。 在上述系统中, 高锰酸钾分子迁移消耗的就是高锰酸钾分 子的化学势或者说就是高锰酸钾分子的自由能。 正因为如此, 高锰酸钾分子也只能由化学势 较高的结晶向化学势较低的其他地方迁移, 直到烧杯各处高锰酸钾的化学势都相等为止。 这 种物质分子顺着化学势梯度或浓度迁移的现象就叫扩散。 化学势用μ来表示, 单位是耳格/ 摩尔或达因·厘米 / 摩尔。 在上述系统中高锰酸钾分子扩散的同时,水分子也在扩散,消耗的是水的化学势,是水 中能够用于做功的能量度量。其大小当然能够指示水分子发生反应或产生运动的方向和限 度,包括植物体内的水分运动。但是,任何物质分子的化学势的绝对值并不容易测定,水的 化学势亦如此。 我们通常所说的水的化学势实际上是一个差值, 是系统中水的化学势与 0℃、 5 1.013×10 Pa 下纯水的化学势之差。 尽管纯水的化学势的绝对值也不易测定, 但人们可以规

定一个值来作为纯水的化学势, 其他溶液的水的化学势就通过与纯水的化学势的值进行比较 而得到。 但是, 在植物生理学上, 一般并不以水的化学势差的大小来指示水分运动的方向和限度, 而是以水势的大小来指示的。 水势就是每偏摩尔体积水的化学势差, 就是水的化学势差被水 的偏摩尔体积来除所得的商。即:

式中Ψ表示的是水势;μw 表示的是系统中水的化学势;μw0 表示的是纯水的化学势; Δμ表示的是化学势差; V 表示的是系统中水的偏摩尔体积。现举一例来说明。 在 20 ℃、1.013 ×105Pa 下,一摩尔纯水的体积是 18.09mL ,一摩尔纯乙醇的体积是 58.35mL,但二者相混合后的体积并不等于 18.09+58.35=76.44mL,而是 74.40mL。就是说 在这个系统中,一摩尔的水所体现出来的体积已不再是 18.09mL(而是 17.0mL) ,一摩尔的 乙醇所体现出来的体积也不再是 58.35mL(而是 57.40mL) 。这 17.0mL 和 57.40mL 分别是 水和乙醇在此混合物中此条件下的偏摩尔体积。 水势的大小决定于化学势差的大小,纯水的化学势最大,并规定在 0℃、1.013×105Pa 下为 0,所以纯水的水势也最大,在 0℃、1.013×105Pa 下也为 0。其他的任何溶液(在开 放系统中)都由于溶质的存在,降低了水的自由能而使水的化学势都小于纯水,全为负值。 水势当然也比纯水小,也全为负值。 水势的大小能够指示水分发生反应或产生运动的方向和限度, 并且与化学势所指示的完 全相同,无论在植物体外还是在植物体内,水分总是顺着水势梯度由高水势流向低水势区。 水势的单位是压力单位,达因 / 厘米 2,这可由ψ=Δμ/ V 推出,通常以帕斯卡(pa)来 表示。 (2) 植物细胞的水势与渗透吸水 成熟的植物细胞外为纤维素和果胶质组成的细胞壁, 中央有一个大的液泡, 细胞壁和液 泡之间则是细胞的原生质体。从物质透过角度讲,细胞壁是一个完全的透性膜,水分和溶质 都可以自由地透过。 而原生质膜和液泡膜则是分别透性膜。 而且原生质膜和液泡膜之间的中 质也并非是任何物质都容易透过的结构。这样我们就有充分的理由将细胞的整个原生质体 (原生质膜、液泡膜和中质)看做是一个分别透性膜。液泡中是具有一定渗透势的溶液,那 么植物细胞所处的环境溶液的情况就不外乎三种。 即环境溶液的水势高于细胞的水势 (高水 势液) , 环境溶液的水势低于细胞的水势 (低水势液) , 环境溶液的水势与细胞的水势相等 (等 水势液) 。但不论处在何种情况下,植物细胞与外界溶液之间都能够发生渗透作用,只不过 在第三种情况下,由于细胞内外无水势差的存在,外观上没有水分进出细胞的现象发生。所 以说一个成熟的植物细胞与外界环境溶液共同构成了一个渗透系统, 能够发生渗透作用。 植 物细胞以渗透吸水为主,吸水的动力来自细胞内外的水势之差,那么,植物细胞的水势又该 如何计算呢? 成熟的植物细胞中央有大的液泡, 其内充满着具有一定渗透势的溶液, 所以渗透势肯定 是细胞水势的组成之一, 它是由于液泡中溶质的存在而使细胞水势的降低值。 因此又称为溶 质势,用ψs 表示。由于纯水的渗透势最大,并规定为 0,所以任何溶液的渗透势都比纯水 要小,全为负值。当细胞处在高水势溶液中时,细胞吸水,体积扩大,由于细胞原生质体和 细胞壁的伸缩性不同, 前者大于后者, 所以细胞的吸水肯定会使细胞的原生质体对细胞壁产 生一种向外的推力,即膨压。反过来细胞壁也会对细胞原生质体、对细胞液产生一种压力, 这种压力是促使细胞内的水分向外流的力量, 这就等于增加了细胞的水势。 这个由于压力的

存在而使细胞水势的增加值就称为压力势,用ψp 表示。其方向与渗透势相反,一般情况下 为正值。此外,细胞质为亲水胶体,能束缚一定量的水分,这就等于降低了细胞的水势。这 种由于细胞的胶体物质(衬质)的亲水性而引起的水势降低值就称为细胞的衬质势,以ψm 表示。所以说,植物细胞的吸水不仅决定于细胞的渗透势ψs,压力势ψp,而且也决定于细 胞的衬质势ψm。一个典型的植物细胞的水势应由三部分组成,即ψw=ψs+ψp+ψm。 从作用效果看,ψs 和ψm 是使水分由细胞外向细胞内流的力量;ψp 则是使水分由胞 内向外渗的力量;就是说ψs 和ψm 的符号与ψp 的符号相反,ψs 和ψm 为负,而ψp 为正。 理论上细胞的水势ψw 应由ψs、ψp 和ψm 三部分组成,但ψs、ψp 和ψm 在细胞水势 中所占的比例则是随着细胞的发育时期及细胞所处的状态的改变而变化的。就ψm 来讲,干 燥种子和未形成液泡的细胞中,ψm 是一个很大的负值;而在有液泡的细胞中,由于细胞的 衬质部分已被水饱和,ψm 等于零或接近于零,其绝对值很小(<0.1) ,相对于绝对值很大 的水势来讲,就十分的微不足道了。因此,在计算有液泡细胞水势的时候,ψm 通常可以省 掉。即有液泡细胞的水势可以用公式ψw=ψs+ψp 进行表示和计算。当ψw 低于外界溶液 时,细胞即可吸水。 在一般情况下,细胞的ψp 为正值,但处于强烈蒸腾环境中的细胞的ψp 为负值,而不 为正值。细胞蒸腾失水,细胞体积缩小,最后可失去膨压而达到萎蔫的程度,但此时一般并 不能引起质壁分离, 原因是水与细胞壁的附着力很强, 这样在原生质体收缩时细胞壁被向里 拉, 甚至发生褶皱变形。 同时, 细胞壁产生的反作用力使原生质体和细胞液处于张力的状态。 张力相当于负的压力;在计算水势时应取负值。因此,在产生张力时,细胞的水势将变得比 ψs 更负。 2 植物根系对水分的吸收 吸收部位:主要是根毛区 根系的吸水方式 主动吸水: 现象:吐水、伤流 主要动力:根压 根压的结构基础:内皮层的凯氏带或马蹄形加厚使得内皮层成为选择性透膜 根压的生理基础:根对矿质离子的主动吸收和分泌,形成内皮层内、外的水势递 度,因而发生渗透吸水 被动吸水 主要动力:蒸腾拉力 基本原理:水从水势高到水势低的渗透作用 根部吸水的途径 质外体途径:水分通过细胞壁、细胞间隙等没有细胞质的部分移动 共质体途径: 水分从一个细胞的细胞质经过胞间连丝, 移动到另一个细胞的细胞 质,形成一个细胞质的连续体 跨膜途径:水分从一个细胞移动到另一个细胞,要两次通过质膜,还要通过液泡 膜 如何理解根系吸水及水分沿导管或管胞上升的动力 植物体水分的获得主要借助于根系对土壤中水分的吸收。 根系的吸水方式有两种, 即主 动吸水和被动吸水。 主动吸水是由于根本身的生理活动而引起的水分吸收, 与地上部分的活 动无关,吸水动力是根压。被动吸水由蒸腾作用而引起,而与根系的活动无关,吸水的动力 是蒸腾拉力。那么,根压和蒸腾拉力是怎样产生的呢? 关于根压产生的机制现在还不很清楚, 一般是用渗透理论来解释。 为更好地理解这个理

论,必须首先了解植物体的结构。 植物体从空间上可分为三个部分,即共质体、质外体和液泡。共质体是指植物体中所有 细胞中活的部分, 即是指整个植物体的原生质总体。 由于各细胞原生质之间有许多胞间连丝 相连,所以共质体是一个连续的系统或体系。质外体则是指细胞壁、细胞间隙和木质部导管 等原生质体以外的部分。水分和溶质可以在其中自由扩散。和共质体不同,质外体是不连续 的,由于内皮层凯氏带的存在,内皮层就将质外体分隔成为两个区域,其一在内皮层外,包 括皮层部分的细胞壁、细胞间隙,这部分可以和土壤溶液之间保持水分和溶质的扩散平衡。 另一区域在中往内,包括中柱部分的细胞壁、细胞间隙及成熟的导管。内外两部分质外体之 间的水分和溶质的交流, 都只有通过内皮层细胞原生质体部分来进行。 液泡由于有液泡膜和 原生质体隔开,所以它既不属于质外体,也不属于共质体,而且它们也不连续成整体。 渗透理论认为:土壤中含有丰富的离子,在质外体的外部(皮层) ,离子随土壤溶液进 入质外体直至内皮层,溶液中的离子可被活细胞主动吸收,即由质外体进入共质体。在共质 体中, 这些离子可以通过胞间连丝从一个细胞运至另一个细胞, 通过内皮层进入中柱的活细 胞。之后细胞中的离子又被动地扩散到导管中,即由共质体进入质外体。其结果,内皮层以 外的质外体离子浓度降低,水势增高;而内皮层以内的质外体离子浓度增高,水势降低。这 样内外质外体之间就形成了一个水势梯度, 于是水经过内皮层的渗透作用而进入中往, 进入 导管,使导管内产生一种静水压力即根压,水分即沿导管上升。 蒸腾拉力是由于蒸腾作用而产生的。由于蒸腾,靠近气孔下腔的叶肉细胞含水量减少。 水势降低,向相邻细胞吸取水分,当相邻细胞水势减低时,转向其相邻细胞吸水,如此依次 传递直至向导管吸水。 这就犹如造成了一种将导管中的水向上拉的力量, 这种由于蒸腾作用 产生的一系列水势梯度使导管中水分上升的力量就称为蒸腾拉力。主动吸水和被动吸水并 存,但二者在根系吸水过程中的比重却很不相同。一般被动吸水占有很大的比重,主动吸水 很少。 所以蒸腾拉力是根系吸水和水分沿导管或管胞上升的主要动力。 这里就产生了一个问 题,蒸腾拉力将导管中的水柱向上拉,同时水柱本身的重力又将水柱向下拖,水柱的两端同 时受到上拉下拖两种力量的作用,使水柱处于紧张状态,产生张力,水柱就有发生中断的趋 势, 而导管中水柱的连续性对根系的吸水和水分上升来讲又是必要的。 那么, 在这种情况下, 导管中的水柱如何能保持连续而不发生中断呢?众所周知, 水分子与水分子之间的内聚力很 5 大,可达-300×10 Pa,同时水分子与导管或管胞内纤维素分子之间还有强的附着力,它们 远远大于水柱的张力(-5~-30×105Pa) 。所以导管或管胞中的水柱可以保持连续,保证 在蒸腾作用进行时木质部中的水分能不断向上运输。 这种以水分子的内聚力大于张力来解释 水分上升的学说称为内聚力学说,也称为蒸腾——内聚力——张力学说,是 19 世纪末爱尔 兰人迪克松提出的。 3 植物的蒸腾作用 4 植物体内水分的运输 水分运输的途径 土壤——根毛——根皮层——根中柱鞘——根木质部维管束——茎木质部维管束—— 叶柄木质部维管束 —— 叶脉木质部维管束 —— 叶肉细胞 —— 叶肉细胞间隙 —— 气孔下腔 ——气孔——大气 水分沿导管上升的动力 根压:在蒸腾较弱时,根压作用大 蒸腾拉力:在晴朗的环境下是主要的(蒸腾拉力-内聚力-张力学说) (二)矿质元素的吸收和运输 1.植物细胞对矿质元素的吸收 植物细胞吸收矿质元素的方式有三种:被动吸收、主动吸收和胞饮作用。其中被动吸收

和主动吸收是植物细胞吸收矿质元素的主要方式。 (1)被动吸收 被动吸收:是指通过扩散方式进行,不需要消耗代谢能量,顺电化学势梯度进行。 ①简单扩散: 扩散作用是指溶质从浓度高的区域跨膜移向浓度低的区域均匀分布的物理 过程。影响因素主要取决于细胞内外溶液的浓度梯度。由于简单扩散需要通过质膜,一般来 说,非极性的溶质通过膜的速度较快,如 O2、CO2、NH3 等。 ②易化扩散: 又称协助扩散, 指溶质通过膜转运蛋白沿浓度梯度或电化学势梯度进行的 跨膜转运,其中不带电荷的溶质转运方向取决于溶质的浓度梯度,带电荷溶质(离子)转运 的方向则取决于该溶质的电化学势梯度。 参与异化扩散的转运蛋白有 2 种: 通道蛋白和载体 蛋白。 (2)主动吸收 主动吸收需要消耗代谢能量, 逆电化学势梯度进行。 参与主动吸收的蛋白质主要是离子 泵。 (3)胞饮作用 是一种非选择性吸收的方式。 包括眼泪、 大分子物质甚至病毒在内的多种物质均可经过 胞饮作用进入植物体。 2.植物吸收矿质元素的特点 (1)对矿质营养与水分的吸收既相互关联,又相互独立。 (2)离子的选择吸收 植物从环境中吸收离子时是具有选择性的, 即吸收离子的数量不与环境溶液中离子浓度 + + 成正比。例如,池塘水中 K 的浓度较低,但生长在池中的丽藻液泡中积累的 K 浓度很高。 + + 海水中 Na 浓度很高,但生长在海水中的法囊藻液泡中 Na 浓度比较低。这种选择性吸收不 仅表现在对不同的盐分吸收量不同, 而且对同一盐的阳离子和阴离子吸收量也不相同。 例如, + 2- 供给(NH4)2SO4 时,根对 NH4 吸收多于 SO4 ,所以溶液中留有许多,使溶液的氢离子浓度 增大,这种盐称为生理酸性盐。大多铵盐属于这类盐。相反,NaNO3 和 Ca(NO3)2 属生理碱 性盐。此外,还有一类化合物的阴离子和阳离子几乎以同等速度被极吸收,对土壤溶液的酸 碱性不产生影响,这类盐称为生理中性盐,如 NH4NO3。 (3)单盐毒害 如果将植物培养在只含一种金属离子的溶液中,即使这种离子是植物生长发育所必需 + 的,如 K ,而且在培养液中的浓度很低,植物也不能正常生活,不久即受害而死。这种由 于溶液中只含有一种金属离子而对植物起毒害作用的现象称为单盐毒害。 如果 在能引起毒 害作用的溶液中加入另一种矿质离子, 其对植物的毒害作用即能减弱或消失, 这种离子间能 + 2+ 够相互消除毒害的现象称为离子颉抗。如在 KCl 溶液中加入少量的 Ca ,则 K 对植物就 + + 不产生毒害作用,即 Ca2 能对抗 K 。植物只有在含有适当比例的多种盐的溶液中,才能很 好的生长,因为这时各种离子的毒害作用已基本上被消除。也就是说,这种溶液既能保证植 株有良好的充足的矿质营养,又对植物无毒害效应,这种溶液就称为平衡溶液。相对来说, 土壤溶液就是平衡溶液。 值得注意的是: 并不是任何一种其他离子的存在都能对抗由于某一种离子而引起的毒害 + + 作用。如 K 、Na 之间就不存在对抗作用,因为二者对原生质的影响是一致的。只有不同 + + + + + 族的元素才有颉抗作用,如 Ca2 与 K 、Na 可以产生拮抗。同样 Ba2 不能对抗 Ca2 和 Mg2 + ,原理也在于此。 3.矿质元素在植物体内的运输 根部吸收的矿质元素,有一部分留在根内,大部分运输到植物体的其他部分。根部吸收 的无机氮大部分在根内转变为有机氮化合物。氮的主要运输形式是氨基酸(天冬氨酸)和酪

氨(天冬酰氨和谷氨酰氨) ,还有少量以 NO3 形式向上运输。磷主要以 H2PO4 或 HPO42 - 形式运输,也有少量磷在根部转变为有机磷向上运输。硫的运输形式主要是 SO42 ,也有少 量硫以蛋氨酸或谷胱甘肽之类的有机硫形式运输。金属离子都以离子状态运输。 根部吸收的矿质元素进入导管后, 沿木质部随着蒸腾流向上运输。 叶片吸收的矿质元素 在茎部主要是经韧皮部向上向下运输,也可从韧皮部横向运输到木质部,再向上运输。 有些矿质元素进入植物体后形成难溶解的稳定化合物,而被固定下来,不能移动,只能 利用一次。最典型的元素是钙,其次是铁、锰等。这类元素在植物体内的分布特点是器官越 老含量越高。有些元素在植物体内可多次利用,即该类元素形成化合物后,又可被分解,运 输到其他需要的器官去。被再利用的元素中以氮、磷最为典型。 【典型例题】 1. 缺水、缺肥、盐渍等处理可提高烟草对低温和缺氧的抵抗能力,这种现象是 的体现。 A.交叉适应 B.低温锻炼 C.逆境忍耐 D.逆境逃避 2. 种子吸水性与其所含的物质有关。一般来说,含下列哪种物质丰富,亲水性大。 ( ) A. 糖 B. 蛋白质 C. 脂肪 D.纤维素 3. 施肥不当产生“烧苗”时 。 A. 土壤溶液水势 (ΨW 土) <根毛细胞水势 (ΨW 细) B. ΨW 土>ΨW 细 C. Ψ W 细=ΨW 4. 油菜心叶卷曲,下部叶片出现紫红色斑块,渐变为黄褐色而枯萎。生长点死亡,花蕾易 脱落,主花序萎缩,开花期延长,花而不实,是缺少下列 元素。 A.钙 B.硼 C.钾 D.锌 5. 根椐同化物运输规律,水稻第 3 叶制造的同化物主要供给第 生长。 A. 5、7、9 叶 B. 4、5、6 叶 C. 4、6、8 叶 D.以上三者全不是 植物吸水与吸收矿质元素之间的关系是 A.有关,但不完全依赖 B.矿质元素吸收少则吸水多 C.两者无关 D.只有矿质元素吸收多,吸水才多 多选 1.关于筛管中物质的运输,下列叙述哪几项是正确的 A.筛管中没有无机离子 B.筛管中有较高浓度的钾离子 C.筛管中大量运输的有机物主要是蔗糖 D.植物激素可在筛管中运输 2. 以下是有关影响根系吸收矿质离子的叙述,正确的是 A.温度可通过呼吸作用影响根对矿质离子的交换吸附和主动吸收 B.氧气可通过有氧呼吸影响根对矿质离子的交换吸附和主动吸收 C.土壤某矿质元素浓度越高越有利于根毛细胞对这种矿质元素的吸收 D.土壤 pH 偏低更有利于根毛细胞对铁、铜和锌等矿质元素的吸收
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二、 光合作用、呼吸作用 【学习要点】 1 理解叶绿体色素的结构和光化学特性。 2 理解光合作用的原初反应、电子传递与光合磷酸化和碳同化的过程。 3 理解光呼吸的途径和生理功能。 4 了解影响光合作用的因素。 5.理解呼吸作用的类型及代谢途径。

6 了解气体交换的方式。 【知识结构框架】 光合 作用 光合色素 及其特性 光合色素 化学特性 光学特性 主要功能 光合 作用 的过 程 光 反 应 光能的吸收和 传递 光合电子传递 叶绿素类(a,b) 不溶水,溶于有机溶剂 两个吸收峰 吸收和传递光能;极少将光 能转化为电能 类胡萝卜素 不溶水,溶于有机溶剂 400-500nm 蓝紫光 吸收和传递光能;保护 叶绿素。

光的性质;光合单位;反应中心 光合电子传递体: 光系统Ⅰ; 光系统Ⅱ; 细胞色素 b6f 复合体 光合电子传递的过程 光合电子传递的方式

光合磷酸化 碳 反 应 卡尔文循环 (C3 途径) C4 途径 景天酸代谢途 径 光合作用的产物 光呼 吸 光呼吸的途径 光呼吸的生理功能

ATP 合酶 ATP 产生的机制 RuBP 的羧化;C3 产物的还原;RuBP 的再生;卡尔 文循环中的能量转换;卡尔文循环的调节 PEP 的羧化与还原;初产物的转移与脱羧;底物 PEP 的再生;C4 途径的调节及其生理生态意义 CAM 植物的碳固定:在夜间进行 PEP 的羧化反应; 在光下完成 CO2 再固定;CAM 途径的调节 在叶绿体与细胞质间的分配

影响光合作用的因素 提高群体光能利用率的途径 呼吸 作用 呼吸作用 的概念和 生理意义 呼吸 代谢 途径 概念 类型 生理意义

光照;二氧化碳;温度;水分;矿质营养 增加光合面积、延长光合时间、提高光合效率

有氧呼吸;无氧呼吸 提供能量;提供原料

糖酵解 三羧酸循环 戊糖磷酸途径

呼吸过程中能量的贮存和利用 呼吸作用的调节和控制 影响呼吸作用的因素 【重要名词概念】 光反应、暗反应、C3 途径、C4 途径、光合链、反应中心、光合磷酸化、原初反应、红降现 象、双光增益效应(爱默生增益效应) 、量子产额、希尔反应、光呼吸、光补偿点、光饱和 点、CO2 补偿点、CO2 饱和点、光抑制、光合滞后期、光合“午休”现象、光能利用率、叶 面积系数、糖酵解、三羧酸循环、戊糖灵酸途径、呼吸速率、呼吸熵

【重点与难点解析】 (一)光合作用 光合作用大致可分为下列三大步骤: 第一步, 光能的吸收、 传递和转换成电能的过程 (通 过原初反应完成) ; 第二步电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) ; 第三步,活跃的化学能转变为稳定的化学能过程(通过碳同化完成) 。第一、二两大步骤基 本上属于光反应,第三大步骤属于暗反应(见下表) 。

1.原初反应 原初反应包括光能的吸收、传递与转换过程。 根据其功能来区分,叶绿体片层结构上的色素又可区别为两种:一种是作用中心色素, 少数特殊状态的叶绿素 a 分子属于此类,它具有光化学活性,既是光能的“捕捉器” ,又是 光能的“转换器” (把光能转换为电动势) ;另一种是聚光色素,没有光化学活性,只有收集 和传递光能的作用,能把光能聚集起来,传到作用中心色素,绝大多数色素(包括大部分叶 绿素 a 和全部叶绿素 b、β-胡萝卜素、叶黄素、藻红蛋白和藻蓝蛋白)都属于聚光色素。 当波长范围为 400~700nm 的可见光照到绿色植物上时, 聚光系统的色素分子吸收光量 子被激发起来。 由于叶绿体片层上的色素分子排列得很紧密, 光能在色素分子间以诱导共振 方式进行传递。能量可以在相同色素分子之间传递,也可以在不同色素分子之间传递。能量 传递的效率很高,速度很快,这样就把大量的光能吸收、聚集,并迅速传递到作用中心色素 分子,以进行光反应,这个反应部位称为作用中心。光合作用中心至少包括一个光能转换色 素分子(P) 、一个原初电子受体(A)和一个原初电子供体(D) ,才能导致电荷分离,将光 能转换为电能,并且累积起来。作用中心色素分子一般用其对光线吸收高峰的波长作标志, 例如 P700 代表光能吸收高峰在 700 的色素分子。 作用中心的原初电子受体是指直接接受作用 中心色素分子传来电子的物体。 作用中心原初电子供体, 是指以电子直接供给作用中心色素 分子的物体。 光合作用的原初反应是连续不断地进行的, 因此必须有连续不断的最终电子供 体和最终电子受体,构成电子的“源”和“流” 。高等植物最终的电子供体是水,最终的电 + 子受体是 NADP 。下图表示光合作用的能量吸收、传递与转换的关系。

光合作用原初反应的能量吸收、传递与转换图解

粗的波浪箭头是光能的吸收,细的波浪箭头是能量的传递,直线箭头是电子传递。空心圆圈代表聚光 性叶绿素分子,有黑点圆圈代表类胡萝卜素等辅助色素。P 是作用中心色素分子,D 是原初电子供体,A 是原初电子受体,e 是电子

从图中可以看出,聚光色素分子将光能吸收、传递至作用中心后,使作用中心色素(P) 被激发而成为激发态,放出电子给原初电子受体(A) ,中心色素失去的电子可由原初电子 供体(D)来补充,于是中心色素恢复原状,而原初电子供体被氧化。这样不断地氧化还原, 就把电子不断地传递给原初电子受体,从而完成了光能转换为电能的过程。 2.电子传递和光合磷酸化 作用中心色素分子被激发后,把电子传递给原初电子受体,转为电能,再通过水的光解 + 和光合磷酸化,经过一系列电子传递体的传递,最后形成 ATP 和 NADPH+H ,从而将电 能转化为活跃的化学能,并把化学能贮藏于这两种物质之中。 光合作用的光化学反应是由两个光系统完成的。 目前, 已经可以直接从叶绿体中分离出 2 个光系统,即光系统Ⅰ(简称 PSⅠ)和光系统Ⅱ(称 PSⅡ) 。每个光系统均具有特殊的色 素复合体及一些物质。光系统Ⅰ的颗粒较小,直径为 11nm,位于类囊体膜的非叠合部分; 光系统Ⅱ的颗粒较大,直径为 17.5nm,位于类囊体膜的叠合部分。PSⅠ的光反应是长波光 + 反应,其主要特征是 NADP 的还原,其作用中心是 P700。当 PSI 的作用中心色素分子 P700 吸收光能而被激发后,把电子供给 Fd(铁氧还蛋白) ,在 NADP 还原酶的参与下,Fd 把 + + NADP 还原成 NADPH+H 。PSⅡ的光反应是短波光反应,其主要特征是水的光解和放氧。 光系统Ⅱ的作用中心色素分子可能是 P680,它吸收光能,把水分解,夺取水中的电子供给光 系统Ⅰ。 连接着两个光系统的电子传递链, 是由一系列互相衔接着的电子传递物质 (光合链) 组成的。光合链中的电子传递体是质体醌(PQ) 、细胞色素 b6f 复合体和质体蓝素(PC)等。 关于两个光系统的光化学反应和电子传递。

光合作用中,磷酸化和电子传递是偶联的,在光反应的电子传递过程中能产生 ATP,即 叶绿体在光作用下把无机磷和 ADP 转化成 ATP,形成高能磷酸键,此称为光合磷酸化。光 合磷酸化又分为非循环式光合磷酸化和循环式光合磷酸化两种类型。

光系统Ⅱ所产生的电子,即水光解释放出的电子,经过一系列的传递,在细胞色素链上 + + 引起了 ATP 的形成。同时把电子传递到 PSⅠ上去,进一步提高能位,使 H 还原 NADP + 成为 NADPH+H 。在这个过程中,电子传递不回到原来的起点,是一个开放的通路,故称 非循环式光合磷酸化。其反应式为: 2ADP+2Pi+2NADP +2H2O ?? ? ?→ 2ATP+2NADPH+2H +O2


光 / 叶绿体



光系统Ⅰ产生的电子经过铁氧还蛋白和细胞色素 b563 等后,只引起 ATP 的形成,而不 放氧,不伴随其他反应。在这个过程中,电子经过一系列传递后降低了位能,最后经过质体 蓝素重新回到原来的起点, 也就是电子的传递是一个闭合的回路, 故称为循环式光合磷酸化。 其反应式为: ADP+Pi ?? ? ?→ ATP
光 / 叶绿体

经过光反应后,由光能转变来的电能暂时贮存在 ATP 和 NADPH 中。叶绿体用 ATP 和 + 便可在暗反应中同化二氧化碳, 形成碳水化合物。 因此有人把 ATP 和 NADPH NADPH+H , + + +H 称为还原力或同化力。还原 1 分子 CO2,需要 2 个 NADPH+H 和 3 个 ATP,这 3 个 ATP 中有 2 个产生于非循环式光合磷酸化,还有 1 个产生于环式光合磷酸化。 3.碳的同化 + 从能量转换角度来看,碳同化是将 ATP 和 NADPH+H 中的活跃的化学能,转换为贮 存在碳水化合物中的稳定化学能。光合作用中,由 CO2 到己糖的总反应式可表示如下: + 6CO2+18ATP+12NADPH+12H +12H2O→6–磷酸果糖(已糖)+18ADP+12NADP + +17H3PO4 高等植物光合同化 CO2 的生化途径有卡尔文循环、C4 途径和景天科酸代谢三种。其中 以卡尔文循环最基本、最普遍,同时也只有这种途径具备合成淀粉等产物的能力。其他两种 不够普遍,而且只能起固定、转运 CO2 的作用,单独不能形成淀粉等产物,所固定的 CO2 在植物体内再次释放出来,参与卡尔文循环。 (1)卡尔文循环:卡尔文循环是所有植物光合作用碳同化的基本途径,它能形成碳水 化合物并输送到细胞质中。在这个循环中,由于大多数植物还原 CO2 的第一个产物是三碳 化合物(如磷酸甘油酸) ,故又称为 C3 途径。卡尔文循环大致可分为羧化、还原和再生三个 阶段。 ①羧化阶段:1,5–二磷酸核酮糖十 CO2→3–磷酸甘油酸 ②还原阶段:3–磷酸甘油酸→3–磷酸甘油醛 ③再生阶段: 3–磷酸甘油醛→6–磷酸果糖→5–磷酸核酮糖→1, 5–二磷酸核酮糖 (简 称 RuBP) 在此循环途径中,首先是 RuBP 在核酮糖二磷酸羧化酶催化下与 CO2 结合,生成 3–磷 酸甘油酸;3–磷酸甘油酸经磷酸化和脱氢两步反应,生成 3–磷酸甘油醛;3–磷酸甘油醛 分别经两条途径又重新回到 RuBP,继续进行 CO2 的固定、还原等一系列反应,使循环反复 进行。 卡尔文循环的产物不是葡萄糖,而是三碳的丙糖,即 3–磷酸甘油醛(简写为 PGALd) , 再由 2 个 PGALd 化合而成葡萄糖。这一循环的总账是:循环 3 次,固定 3 个 CO2 分子,生 成 6 个 PGALd,其中 1 个 PGALd 用来合成葡萄糖或其他糖类,这 1 个 PGALd 才是本循环 的净收入,其余 5 个 PGALd 则用来产生 3 个分子的 RuBP 以保证再循环。所以每产生 1 分 子葡萄糖需要 2 个分子的 PGALd,即需要完成 6 次循环。从能量的变化来计算:生产一个 可用于细胞代谢和合成的 PGALd,需要 9 个 ATP 分子和 6 个 NADPH 分子参与。即: 3CO2+5H2O+9ATP+6NADPH——→PGALd+6NADP++9ADP+8Pi+3H+

PGALd 在叶绿体中不能积累,需通过一系列转化形成淀粉,作为光合作用的产物,暂 时贮存于叶绿体中,或输出叶绿体,在细胞质中转变为蔗糖。一般以淀粉和蔗糖作为光合作 用的产物。 (2)C4 途径:有些起源于热带的植物,如甘蔗、玉米、高梁等,除了和其他植物一样 具有 C3 途径外,还有一条固定 CO2 的途径和 C3 途径联系在一起。这个途径的 CO2 受体是 磷酸烯酸式丙酮酸, 在叶肉细胞质中, 在磷酸烯酸式丙酮酸 (简写为 PEP) 羧化酶的催化下, 固定 CO2 而生成草酰乙酸。由于还原 CO2 的第一个产物草酰乙酸是四碳化合物,所以这个 途径叫 C4 途径。具有 C4 途径的这类植物叫 C4 植物。 C4 植物叶片的结构很独特,含有 2 种不同类型的光合细胞,各具不同的叶绿体。围绕 着维管束鞘细胞周围的排列整齐致密的叶肉细胞中的叶绿体, 具有发达的基粒构造, 而维管 束鞘细胞的叶绿体中却只有很少的基粒,而有很多大的卵形淀粉粒。 在 C3 植物中,CO2 是在叶肉细胞中通过卡尔文循环而被固定还原的。在 C4 植物的叶肉 细胞中,CO2 的接受体不是 C3 途径的 RuBP,而是 PEP。催化这一反应的酶是 PEP 羧化酶。 CO2 被固定后,不是生成三碳的磷酸甘油酸(简写成 PGA) ,而是生成四碳的双羧酸,即草 酸乙酸,草酸乙酸再被 NADPH 还原而成苹果酸。苹果酸离开叶肉细胞,进入维管束鞘细胞 中,脱羧放出 CO2,而成为丙酮酸。丙酮酸再回到叶肉细胞中,被转变为 PEP,继续固定 CO2。而苹果酸脱羧产生的 CO2,在维管束鞘细胞中仍为 RuBP 所固定,而进入卡尔文循环。 C4 植物既有 C4 途径又有 C3 途径,这 2 个途径的关系如下图所示。


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