植物生物学第七章 茎的结构发育与生理功能.doc

植物生物学第七章 茎的结构发育与生理功能.doc 生 物 学 院 教 案 2009.9 ~ 2010.7 学年 课程名称:植物生物学 教材名称:植物生物学(主编杨世杰) 授课对象:生物各专业，生命科学试验班、资源与环境学院各专业 开课时间:全年 授课学时:48 主讲教师:《植物生物学》课程组 教学章节:第七章 编写时间: 2009.09 第七章 茎的发育、结构与生理功能 教学内容:茎的发育、结构与生理功能 总学时:2 教学目标 : 掌握茎的基本形态概念，了解茎的基本功能;掌握茎尖分区及初生结构，了解茎初生生长的过程;掌握茎的次生生长及结构，掌握植物体内物质的运输 教学重点: 茎的初生生长和次生生长过程;茎初生结构及次生结构;维管形成层的细胞组成;茎结构与功能的关系。 教学难点: 茎的生长过程及结构 教学手段:多媒体教学 教学过程 章 节 学主要教学内容及安排 备注 时 2 (导入新课5min)我们已经学习了植物的根、叶两大营养器 官，联系二者的茎，是植物体地上部分的枝干，在个体发生 上，它是由胚芽发育而来;在系统演化上，茎是先于叶、根 出现的营养器官。茎叶系统构成了植物的地上部分，根吸收 的水和无机盐通过输导组织运往茎叶，而茎叶系统光和作用 的产物也通过输导组织运往根，供整个植株生理活动所需。 其中茎是联系着根和叶的中间部分是输导的枢纽，今天开始 我们学习茎的结构。 第一节 茎的功第一节 茎的功能 能 结合茎的变态讲解茎的各项功能: 展示 支持作用、输导作用、营养、贮藏作用、繁殖作用、光合作生动 用、保护作用、攀援等。 的图第二节 茎的形第二节 茎的形态 片 态 一、 茎的一般形态 茎一般是背地生长、直立的圆柱体，在同体积下，以圆 柱体表面积最小。这种形态有利于支持和减少蒸腾，植物体 总是以最少的原料，构建最合理、最能发挥作用的形体。 结合图片讲解枝条(春态和冬态)上展示的茎的基本结构 特征:节和节间、叶腋、顶芽、腋芽、叶痕、叶迹(束痕)、 皮孔、芽鳞痕等，展示叶痕的多样性。 二、芽与分枝 (一)、芽的类型 着重讲解芽的概念和不同类型芽的特点和分类依据。 芽是未展开的枝、花或花序，包括茎尖分生组织及其附 属物。芽的类型如下: 1.按芽生长的位置不同，可分为定芽、不定芽。定芽又可分为 顶芽和腋芽。若一个叶腋内生长两个以上的芽，位于中间的 一个芽为正芽，其他的芽为副芽。 2.按芽有无芽鳞保护分为裸芽和鳞芽。 芽鳞为一种具保护作用的变态叶，外表常被绒毛、蜡质、粘 液，细胞壁强烈角化、木化或栓化，包被于芽外保护幼芽安 全过冬。 3.按芽所形成器官的不同分为叶芽、花芽和混合芽。 4.按芽的生理状态又可分为活动芽和休眠芽。 (二)、分枝的方式 讲解分枝的概念，不同分枝方式的特点及优势。 分枝是植物茎生长普遍存在的现象。分枝有多种形式，取 决于顶芽与腋芽生长势的强弱、生长时间及寿命等，与植物 的遗传性和环境条件的影响也有关。植物分枝方式的主要类 型: 结合 单轴分枝、合轴分枝、假二叉分枝 生产 注意区分真二叉和假二叉分枝。 实际， 对比分枝方式，其演化趋势为二叉分枝,单轴分枝, 引起 合轴分枝(含假二叉分枝 ) 兴趣 禾本科植物的分蘖:在地表附近几个不伸长的节间发生 密集分枝，同时产生大量不定根。 第三节 茎的发第三节 茎的发生和结构 生和结构 一、茎尖的分区及其生长动态 茎与根在形态建成中同样经历伸长、分枝、增粗(有的) 的过程，同样通过的是初生生长形成和次生生长。 但茎与根所处的生活环境不同，且茎上又着生侧生器官， 因而茎与根在初生生长上既有共性，又有各自的特殊性。 根茎 与根的伸长发生于根尖一样，茎的伸长主要发生于茎尖对比 (居间生长也会造成茎的伸长)，因此我们也是通过茎尖的生 长动态来了解茎的初生生长和初生结构。 1.茎尖结构: 叶芽是短缩的枝条，通过叶芽做纵切面可以看到茎尖分 为分生区、伸长区和成熟区三个部分(结合图片与根尖结构 对比学习本部分内容，重点讲解二者不同之处)。 2.茎尖生长锥的原套-原体学说: 茎尖分生组织有一定的排列结构，有几种解释茎尖顶端 分生组织的学说，其中原套——原体学说解释被子植物的茎 尖顶端分生组织被普遍接受: 结合多媒体图片讲解原套、原体特点。着重细胞分裂类 型。 从细胞组织分区角度看，茎尖纵切面观察，分生组织具 中央区(细胞体积大，分裂缓慢)和周缘区(细胞体积小， 分裂快)两部分。 将原套、原体学说和细胞组织分区学说结合起来，可以 很好的解释茎尖动态。 3.叶原基、腋芽原基 叶原基、腋芽原基是从茎尖周缘区起始的，分别形成叶 和芽，由于是在顶端分生组织的表面发生，故称外起源。 二、茎的初生生长 1、顶端生长。发生于茎尖这个器官的顶端，同根。 2、居间生长，发生于节间。是由植物体进行顶端生长时形成 的一些未伸长的节间中保留的居间分生组织活动产生成熟组 织使茎得以伸长的过程。居间组织的活动有限，活动一定时 间后全部转化为成熟组织。石竹科、禾本科等中有。 复习 三、茎的初生结构 居间 茎的初生结构与根一样，也是由皮系统、基本组织系统和分生 维管系统构成，但各个组织系统的特征、空间的位置和比例组织 等与根不尽相同。 (一)、双子叶植物茎的初生结构(与根结构对比) 1.表皮 : 表皮是幼茎最外一层生活细胞，由原表皮发育形成， 为初生保护组织，与叶相似。 2.皮层 :位于表皮之内，由基本分生组织发育形成。茎的皮注意 层占整体体积的比例较根小，主要由薄壁组织和其他类型的引导 细胞构成。 学生 茎一般没有内皮层，只有一些植物的地下茎或水生植物建立 的茎以及少数双子叶植物草本茎才有具凯氏带的内皮层。在立体 一些植物幼茎中，内皮层细胞富含淀粉粒，称为淀粉鞘。 动态 3.维管柱:位于皮层内方，与皮层间界限不明显，多数双子叶的概 植物茎中维管柱有维管束、髓、髓射线组成， 念 (1)维管束 : 由原形成层发育而来。由初生木质部、束中 形成层和初生韧皮部内外相接共同组成的束状结构。横切面 上维管束通常多个在同一半径平周排列成一圆环状。 通过常见的外韧无限维管束，引出维管束的其他类型。 讲解初生木质部、初生韧皮部的结构、组成和发育方式， 特别强调初生木质部内始式发育。 (2)髓: 由原形成层内方的基本分生组织分化成。髓位于 茎中央，由薄壁细胞组成。 讲解其细胞组成、功能，介绍髓腔、片状髓等。 (3)髓射线 : 是维管束之间的薄壁组织，外到皮层、内达 髓部，在茎的横切面上呈放射状，具有横向运输及贮藏的作 用。强调初生射线的概念。 茎的立体结构:从立体结构上看，茎中维管束并不相我有何 们在横切面上看到的是一个个孤立的束状结构，而是侧面通功能 过合并，分离而形成网状的。 (二) 单子叶植物茎的结构 强调 与双子叶植物对比讲解，强调无次生结构，散生维管柱、立体 有限维管束。 结构 三、茎的次生生长和次生结构的形成 茎的加粗与根一样也是由维管形成层和木栓形成层的次 生生长形成的，这是双子叶植物和裸子植物普遍的生长方式。 但是茎与根在次生分生组织的发生和次生结构的某些特征 上，仍存在一定的差异。 注意 (一)维管形成层的产生与活动 加强 重点讲解束中形成层、束间形成层、纺锤状原始细胞和和根 射线原始细胞的概念和特点，它们活动的结果与茎生长的关中的 系。使学生理解细胞分裂的三种切面与器官生长的关系。 对比 1.束中形成层与束间形成层 重点讲解位置和分生组织的性质 2.纺锤状原始细胞和射线原始细胞 结合图片讲解两种细胞的特点和分裂特征。 3.维管形成层的活动 与根中同样主要进行切向分裂，向内分裂形成次生木质 部，添加于初生木质部的外方;向外分裂形成次生韧皮部， 添加于初生韧皮部的内方。在温带和亚热带形成层活动受季 节影响呈周期性规律，春季开始活动至夏季最旺，之后减弱 至冬季停止。 次生活动产生的次生木质部量明显多于此生韧皮部 4.次生木质部和次生韧皮部 次生木质部既有纺锤状原始细胞产生的垂直系统的导 管、管胞、木纤维和木薄壁细胞，又有射线原始细胞产生的 水平系统的木射线;同样，次生韧皮部也有垂直系统的筛管、 伴胞、韧皮纤维、韧薄壁细胞和水平系统的韧皮射线。木射 线和韧皮射线合称维管射线,根据其来源又称为次生射线。 由于次生结构的产生，执行功能的任务转移给次生结构， 初生木质部和韧皮部则占的比例很小，且因挤压而不宜识别。 对于多年生木本植物而言，先产生的次生结构又逐渐被后产 生的次生结构替代执行功能。 (二)木栓形成层的产生与活动 随着茎加粗，表皮破坏。表皮或皮层、甚至韧皮部的薄 壁细胞可恢复分裂能力，形成木栓形成层，继而产生次生保复习 护结构周皮，上有皮孔。 次生 介绍两种常见皮孔:有和无补充组织的皮孔。 保护 四、多年生木本植物茎的特点 组织 (一)双子叶植物木本茎的特征 在多年生木本植物较粗茎干的横切面上，以维管形成层为 界限，可分为内方的木材和外方树皮两部分。木材主要由次 生木质部组成，而维管形成层以外的部分包括韧皮部构成了 树皮。 1、木材 讲解生长轮(年轮)、早材、晚才、散孔材、环 孔材、边材和心材、侵填体等概念，引导学生从显微结构上 区别木材三切面 侵填体(tylosis):形成心材的木质部中管状分子近旁的 薄壁组织细胞，从纹孔处侵入导管或管胞腔内，形成囊状突 起物，并沉积树脂、单宁、油类等物质，即侵填体。可部分 或全部将管状分子堵塞。 判断木材三切面主要看射线。 2、树皮 重点讲解树皮的类型和组成，使学生理解韧皮部量 少的原因和树怕扒皮的科学道理，理解木栓形成层的活动特识别 点、与根中不同之处，复习周皮特点。 射线 树皮指维管形成层以外所有部分的总称，包括次生韧皮 部、初生韧皮部、皮层、周皮和木栓层以外的一切死组织(死 组织包括历年的周皮及被当年周皮隔断在外方的一切组织)。 分为软树皮和硬树皮(落皮层)两部分。 为什么次生韧皮部量远少于木质部, (二)裸子植物茎的特征 裸子植物的次生生长及次生结构与双子叶木本植物相似， 对比双子叶植物木材结构讲解，重点讲解但木质部与韧皮部设问 的组成成分不同之处:木质部一般没有导管，只有管胞。无 典型的木纤维，管胞兼有支持作用;韧皮部由筛胞、韧皮薄 壁细胞和韧皮射线构成，没有筛管和伴胞;常有树脂道结构。 在裸子植物松柏类茎的三切面上，同样主要以射线作判 断依据。 不同切面上所见具缘纹孔形态不同，它在管胞上的 排列有一定规律。为什么有这样的规律, 五、单子叶植物茎的加粗 识别 大多数单子叶植物的维管束是有限维管束，茎不能加粗生具缘 长;而少数单子叶植物茎可加粗，有其特殊的加粗方式，如纹孔 初生增厚生长。 并设 初生增厚生长是由初生增厚分生组织活动产生。如玉米、问 高梁、甘蔗、香蕉等。 第四节 植物体内水分和溶质的运输 我们学习了植物茎的基本结构，茎的重要生理功能就是运简单 输，因此第四节我们学习植物体内水分和溶质的运输。 介绍 本节内容讲解时引入研究过程中方法和技术的利用(如环 割试验、同位素示踪法、吻针法)，以拓展学生的视野。 一 水分和无机盐在植物体内的运输 (一) 水分运输 注重 1 水分运输的途径 结构 (结合模式图回顾根中水分从土壤进入根毛到达木质部与生 导管的过程)当水分进入艮导管和管胞后，便进行纵向的长距理功 离运输，到达地上的茎叶，供应沿途各部分细胞。由于导管和能的 管胞都是纵向延长的管状死细胞，且导管分子的横壁上已形成关系 了穿孔，对水分运输的阻力小，适于长距离运输。 水分沿导管、管胞到达叶脉。由叶脉末梢直至气孔下室附 近的叶肉细胞，这一段距离短，只有几毫米，因主要通过活细 胞进行渗透性运输，运输速度较慢。 2水分上升的动力 这部分内容在根部分已讲，简单复习。根压和蒸腾拉力的 概念，内聚力,张力学说。重点讲解导管空穴化现象，起因及 消除方法。 3水分运输的速度 在0.1MPa的作用下，水分通过原生质的速度只有10-3cm •h-1。 水分在导管里运输的速度比在薄壁细胞中快得多，一般为 3~45m•h-1。 水流速度也受环境因子的影响，如同一种植株，晚间水流 第四节 植物体速度慢，白天水流速度快;受太阳直接照射的枝条的水流速度运输 内水分和溶质比不直接照射的快。 速度 的运输 (二) 矿质元素的运输 与木 根吸收的矿质元素进入导管后，由蒸腾拉力和根压的驱动材种向上运输。 类有 各种离子在导管中移动的快慢与离子电荷有关。此外离子何关供应情况、离子浓度、蒸腾速率等都可影响离子在导管内的运系 输速度。 运输过程中，导管内离子可横向转移到韧皮部的筛管，在 筛管内继续运输。一些离子通过导管运往茎叶各部，一部分供 这些器官利用，多余部分可转入韧皮部继续运输，其中一部分 通过筛管回到根中，供给根的需要，少量可再转入导管，继续以试循环流动。矿质元素的运输是由木质部和韧皮部协同完成的。 验例 各种矿质元素在植物体内存在状态不同，移动性和可利用证讲性也不同。K、N、P、Mg移动性强，可以在体内循环利用。解 Ca、Mn等在体内结合到难溶解的化合物中，不能在体内循环 再利用。 正因为如此，植物体内缺乏不同离子后首先表现出症状的 部位不同。 二 同化物的运输 (一)筛管汁液的成分、运输方向和速度 水分和无机盐在导管中随蒸腾流上升的同时，叶片光合作 用产物由筛管内液流运往茎尖、根尖、果实和种子等各个器官。 筛管运输的物质不仅有光合产物，还有多种有机物和无机物。 1.筛管汁液的成分 蔗糖是主要成分，重点讲解获取筛管汁液 的方法。 2.运输方向和速度 (1)运输方向 同化物运输的方向就从源到库。 重点讲解源与库的关系，动态变化 强调(2)筛管内物质的运输速度:一般约100cm•h,1。 源与 库的(二)同化物运输的动力 讲解德国植物生理学家Münch于1927年提出的压力流动动态学说(经后人补充修改): 变化 筛管内物质运输是由于源端和库端筛管内的膨压差建立 起的压力梯度推动的。筛管运输的机理中包含有主动成分，装载是一个消耗能量的主动过程。 小结(2min):归纳本堂课内容。