植物生产与环境教案

植物生产与环境教案 植 物 生 产 与 环 境 (种植类专业适用) 1 第一单元 植物基础知识 第一章 植物细胞和组织 细胞是生物体形态结构和生命活动的基本单位。 第一节 植物细胞的结构与功能 一、细胞的形态与大小 1、植物细胞可分为原核细胞和真核细胞两大类。 2、植物细胞的形状和大小取决于细胞的遗传性和生理上所担负的功能对环境的适应性。 二、原生质的化学组成 原生质是构成细胞的生活物质，是细胞生命活动的物质基础。 原生质的基本化学组成为无机化合物，以及有机化合物如糖类、脂类、蛋白质和核酸。 1、水分是原生质的主要组成成分之一，一 2 般约占原生质组成的80,以上，干燥种子的含水量亦不少于10,。 2、糖类 糖类是植物体内的主要成分之一，其含量占植物体干重的 60,90,。植物光合作用的主要产物就是糖。 3、脂类是指脂肪性物质，其共同点是难溶于水，必须通过水解产生脂肪酸。细胞中的脂类有真脂、磷脂、糖脂三类。真脂是细胞内的贮藏物质，磷脂和糖脂是生物膜的主要组成成分之一。 4、蛋白质是原生质中最丰富的有机物质，是由20多种氨基酸聚合而成的大分子化合物，约占原生质干物质重量的60,，是生命最重要的物质基础。蛋白质主要由碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)5种化学元素组成。组成蛋白质的基本单位----氨基酸 5、核酸是重要的遗传物质，担负着贮存和复制遗传信息的功能，同时和蛋白质的合成有密切关系。构成核酸的基本单位是甘酸。 三、植物细胞的结构与功能 植物细胞由原生质体和细胞壁组成。 3 细胞壁 (cell wall) 质膜(plasma membrane) 细 细胞质 (cytoplasm) 胞 原生质体 细胞基质(cell matrix) (protoplast) 细胞器(organelles) 细胞核 (nuclear) 1(原生质体 细胞膜亦称质膜，是细胞质外方与细胞壁紧密相接的一层薄膜，厚约7.5~10nm，只能在显微镜下才能看清楚。细胞膜主要由蛋白质(40,)和脂类(50,)组成，另外还含有少量的糖类物质(2~10,)。 细胞质是质膜以内、细胞核以外的原生质区域。细胞质可分为胞基质和细胞器两大部分。 细胞核是细胞的核心结构，它控制着蛋白质的合成和细胞的生长发育(是生物细胞进化的主要标志之一)。通常每个细胞都有一个细胞核，细胞核是由核膜、核仁、核质三部分组成。 4 2(细胞壁 细胞壁存在于细胞的最外方，是植物细胞区别于动物细胞的显著特征之一。细胞壁是具有一定硬度和弹性的固体结构，起着保护和支持细胞的作用，并在很大程度上决定了细胞的形态和功能。 5 第二节 植物细胞的繁殖 一、细胞周期 植物细胞分裂主要有三种形式，有丝分裂、无丝分裂、减数分裂。所有的细胞在分裂前都需要经历不念旧恶准备时期，称分裂期间。从第一次分裂结束到第三次分裂结束之间的过程称为一个细胞周期。 二、细胞的繁殖方式 1、有丝分裂:是真核细胞繁殖的基本形式，正是通过这种方式的细胞分裂，大大增加细胞数量使营养器官的根、茎等伸长、增粗，使叶片扩展。细胞的有丝分裂分为前期、中期、后期和末期4个时期。 有丝分裂的过程复杂而连续，包括细胞核分裂和胞质分裂两个过程。 有丝分裂的意义:保证了子细胞具有与母细胞相同的遗传潜能，保持了细胞遗传的稳定性。 2、减数分裂是植物进行有性繁殖时期一种特殊的细胞分裂方式，也称成熟分裂。在某些方面与有丝分裂相似。 植物的有性生殖过程相联系的细胞分 6 裂方式 花粉母细胞 减数分裂 花粉粒 胚囊母细胞 减数分裂 胚 囊 减数分裂的特点: (1)母细胞进行连续两次分裂，而染色体只复制一次，形成的4个子细胞所含的染色体数目比母细胞减少了一半。 (2)同源染色体之间发生基因重组，引起后代的变异，使后代对外界环境条件的变化有更大的适应性。 3、无丝分裂又称为直接分裂或非有丝分裂。它的分裂过程中核内不出现染色体和纺锤体，不发生像有丝分裂过程中出现的一系列复杂的形态变化。 无丝分裂最常见的是横缢式分裂，另外，还有碎裂、芽生分裂、变形虫式分裂等多种形式，而且，在同一组织中可以出现不同形式的分裂。相比于有丝分裂，无丝分裂速度较快而且耗能较少。 7 横缢式分 碎 无丝分裂 芽生分裂 变形虫式分裂 8 有丝分裂与减数分裂特征比较 特征 有丝分裂 减数分裂 一次核分裂，细两次连续的核分 胞分裂一次，可裂，细胞分裂两 分为前期、中期、次，可分为前期I 后期、末期。前?、中期I ? 、 期无联会，染色后期I ? 、末期 单体不交换，中I ? 。前期I较 期着丝点分离，复杂，有联会现分裂过程 染色单体分离 象，染色 单体交 换。中期I着丝 点不分离，染色 单体不分离。中 期?着丝点才分 裂，染色单体才 分离 分裂结果 形成两个子细胞 形成四个子细胞 核相变化 子细胞染色体为子细胞染色体为 2N N 9 三、细胞的生长与分化 细胞的生长是指经母细胞分裂后产生的子细胞在细胞体积和重量上的增加。 所谓脱分化指已分化的细胞又失去其结构、功能、典型特征而转到动态的过程。 10 第三节 植物组织与功能 细胞分化的结果，导致植物体中形成多种类型的细胞。形态结构相似，生理功能相同，在个体发育中来源一致的细胞群组成的结构和功能单位，称为组织。植物组织有分生组织和成熟组织两大类。 一、分生组织:具有持续性或周期性进行细胞分裂能力的特定部位的细胞群组织称为分生组织。 分生组织主要存在于植物的生长部位，如:根尖、茎尖(顶端分生组织)，形成层(侧生分生组织)和植物茎节(居间分生组织)的部位。分生组织的细胞都具备持续分裂的能力，通过细胞分裂形成新的细胞，生长分化后再形 成其它的组织。 二、成熟组织:分生组织分裂产生的细胞，经过进一步生长和分化逐渐丧失分裂能力，所形成的组织变为成熟组织。成熟组织在生理和形态上具有一定的稳定性，所以也称永久组织。 成熟组织是由分生组织衍生的细胞发展而来的，成熟组织的细胞不具备细胞分裂 11 的能力，但都具有一种特定的功能，根据成熟组织功能的不同，可将成熟组织分为五种类型。 1(保护组织 保护组织分布于植物的最外面，由一层或几层排列紧密的细胞组成，对整个植物体起着保护的作用。如:植物的表皮(初生保护组织)和周皮(次生保护组织)。 2(基本组织 在植物体内分布最广、数量最多，是进行各种代谢活动的主要组织。 基本组织是植物体进行各种代谢活动的主要组织，共同特点是都是由薄壁细胞组成，也称薄壁组织，具潜在的分生能力，是扦插、嫁接成活和组织培养的基础。基本组织根据生理功能不同分为吸收组织(根尖根毛区)，同化组织(叶肉细胞)，贮藏组织(胚乳)，通气组织(气道)和传递细胞。 3(机械组织 机械组织对植物体起着机械支持、加固作用的组织，特点是细胞壁局部或全部加厚，主要分布于保护组织的内侧和植物维管束的 12 周围，分厚角组织和厚壁组织(纤维、石细胞)两种。 4(输导组织 输导组织是植物体内担负长途运输的管状结构，它们在各器官间成连续的输导系统。根据输导组织运输 物质的种类不同，把输导组织分为两类，运输水分和无机盐的称导管和管胞，运输有机养料的称筛管和筛胞。在植物体中，以导管和管胞为主组成木质部，以筛管和筛胞为主组成韧皮部，木质部和韧皮部共同组成束状结构，称维管束。 5(分泌结构(分泌组织) 分泌结构是由一些具有分泌功能的细胞组成的，它们使 植物体产生蜜汁、挥发油、粘液、树脂、乳汁、单宁、生物碱和盐类等物质。分泌结构分为外分泌结构(腺毛、腺磷、蜜腺、盐腺、排水器)和内分泌结构(分泌细胞、分泌腔、分泌道、乳汁管)两大类。(如:橡胶、芳香油等。) 13 第二章 植物的营养器官 第一节 根的形态与功能 一、根的形态:根据植物的发生部位不同，可分为主根、侧根和不定根。 一株植物地下部分所有根的总体称根系。根系可分为直根系和须根系两种类型。 直根系的主根明显且粗壮发达。棉花、黄麻、大豆及果树林木实生根苗等绝大多数双子叶植物的根系都属于直根系。 二、根系的功能 根一般均具有吸收与输导、支持与固定、储藏、合成和分泌等功能。 1、吸收、输导与储藏 2、支持与固定作用 3、合成 根系是代谢较旺盛的中心之一 4、分泌作用 三、根的结构 1(根尖分区与生长，根顶端至着生根毛的一段称根尖。根尖是根系中生命活动最活跃、最旺盛的部分，是根系吸收、合成、分泌等作用的主要部位，可分为以下几类: 14 (1)根冠位于根尖的顶端，是由许多排列疏松的薄壁细胞组成的帽状结构，对根尖起着保护的作用。根冠细胞原生质内含有淀粉体(造粉体)，与根的生长向地性有一定的关系。 (2)分生区位于根冠的上方，又称生长点，由分生组织细胞组成。是分生新细胞的区域，是植物根一切结构的来源。 (3)伸长区此区细胞逐渐停止分裂而普遍迅速伸长，出现明显的液泡。 (4)根毛区 根毛区的主要特征是根的表面密生根毛，根毛是根表皮细胞外壁向外突起形成的顶端封闭的管状结构。根毛的存在增大了根的吸收面积，根毛区是根部吸收水分和无机盐的主要部分，所以又称吸收区。根毛区内部细胞已经停止伸长，并多已分化成熟为各种成熟组织，故此也称成熟区。根毛区内根的基本结构完全形成。 根瘤最大的特点是具有固氮作用。由于根瘤菌本身含有固氮酶，它能将空气中游离是我氮和根细胞内糖合成为含氮化合物，供 15 植物生长利用、并满足根瘤分裂、生长的需要。 第二节 茎的形态与功能 茎是联系植物根、叶，输导水分、无机盐和有机物的营养器官，茎上着生有芽，芽萌发生长，形成叶和分枝，组成庞大的枝叶系统，支持着整个植物体，茎也具有贮藏和繁殖的功能。 一、芽的类型 芽实际上是未发育的芽和枝。 按芽的结构和性质分类可分为叶芽、花芽和混合芽。 按芽的生长位置分类可分为定芽与不定芽、顶芽与腋芽、叠生芽、并列芽与柄下芽。 按有无保护结构分类可分为鳞芽和裸芽。 按芽生长状态分类可分为活动呀与休眠芽。 二、茎的类型:直立茎、缠绕茎、攀缘茎、匍匐茎。 16 三、茎的分枝 分枝是植物的基本特征之一。 植物茎的分枝有三种方式: 1、主茎顶芽活动旺盛，主干直立明显，侧芽相继展开形成侧枝较细，侧枝以同样的方式再形成次级分枝，这种分枝方式称单轴分枝，松、柏、杨等植物的分枝都是单轴分枝。 2、顶芽生长到一定时候，生长缓慢、停止生长甚至死亡，由顶芽下面的腋芽代替顶芽继续生长形成侧枝，侧枝又以同样的方式分枝，这种分枝方式称合轴分枝，如苹果、葡萄、梨、桃等的分枝。 3、主茎顶芽活动到一定时间停止生长或死亡，顶芽下面的两个侧芽同时生长形成两个侧枝，侧枝再以同样的方式分枝，称假二叉分枝，如丁香、石竹和泡桐等植物的分枝。 禾本科植物如水稻、小麦等的分枝方式与双子叶植物不同。在生长初期，茎的节间短，几个节密集于基部，每个叶腋中都有一个腋芽。在四、五叶期的幼苗，有些腋芽开始活动，迅速生长为新技，同时在节位上产生不定根。禾本科植物的这种分枝的方式称为分 17 蘖。产生分蘖的节称为分蘖节(栽培学上常将发生分蘖的节段称为分蘖节)。随后，新技的基部又各自形成分蘖节，进行分蘖活动，顺序地产生各级分蘖和不定根。从主茎发生的分蘖叫做第一次分蘖，由第一次分蘖苗发生的分蘖叫做第二次分蘖，依此类推。 四、茎的功能: 1、物质的运输 2、支持作用 3、储藏和繁殖作用 第三节 叶的形态与功能 一、叶的形态 叶是植物重要的营养器官。植物的完全叶由托叶、叶柄和叶片三部分组成，三部分形态的不同是植物分类的主要依据。 二、叶的结构植物叶片的基本结构包括表皮、叶肉和叶脉三个部分。 1、表皮 分布在整个叶片的外表，分上表皮和下表皮。通常只由一层细胞组成， 18 除表皮细胞外，表皮上还分布有气孔器、表皮毛和排水器等结构。气孔器由两个肾形的保卫细胞围合而成，两个保卫细胞之间的裂生胞间隙称为气孔，它们是叶片与外界环境之间气体交换和水分蒸腾和孔道。 2、叶肉 是叶片进行光合作用的主要部分，叶肉薄壁细胞内含有大量的叶绿体，形成疏松的绿色组织。多数植物叶片中，叶肉细胞分化为栅栏组织和海绵组织。 3、叶脉 分布在叶肉组织中，由一条或几条维管束组成(又称为叶内维管束)，木质部位于上方，韧皮部位于下方，中间有微少的形成层。叶脉的主要功能是支持和输导作用。 三、叶的功能 叶的主要生理功能有二个，一是光合作用，把二氧化碳和水转化为有机物，供给植物生长发育的需要;二是蒸腾作用，通过蒸腾作用带动植物体内的水分循环，保证植物营养物质的吸收与运输。此外还有呼吸作用，有些植物的叶片还具有繁殖作用，如落地生根、秋海棠等。 19 四、营养器官的变态 1、根的变态 根据植物根形态功能和不同可将根分为贮藏根、支持根和寄生根三种类型。变态根的功能有储藏、攀缘、呼吸。 2、茎的变态 (1)、地下茎的变态 有些植物的部分茎枝生长于土壤中，变为贮藏或营养繁殖的器官，称为地下茎。地下茎的形态结构常发生明显的变化，但仍保持茎枝的基本特征。常见的有下列几种。 ?(根状茎 许多禾本科植物具有根状茎。如白茅、绊根草、芦苇、竹等的根状茎，蔓生于土壤中。 姜、菊芋的根状茎，肥短而为肉质;莲的根状茎称为莲藕，其中有发达的气道与叶相通。这些根状茎是贮藏器官又是营养繁殖器官。 ?(块茎 马铃薯块茎，顶端有顶芽，四周有许多“芽眼”，作螺旋排列。 ?(鳞茎 20 洋葱鳞茎最中央的基部为一个扁平而节间极短的鳞茎盘，其上生有顶芽，将来发育为花序。四周有肉质鳞片叶重重包围着，它们贮藏着大量的营养物质。 ?(球茎 球茎是肥而短的地下茎。荸荠、慈菇的球茎由纤匍枝顶端发育而成;芋的球茎由茎基部发育而成。 (2)地上茎的变态 植物的地上茎也会发生变态，其类型较多，比较复杂，通常有下列几种: ?(匍匐茎 如草莓、蛇莓等植物的茎便属此类型。 ?(肉质茎 许多仙人掌科的植物具有这种变态茎。 ?(叶状茎(叶养枝) 有些植物如假叶树、竹节蓼、文竹、昙花等的叶子退化或早落，茎变为扁平或针状，长期为绿色，代叶行使光合作用，这种茎称为叶状茎。 ?(茎卷须 有些藤本植物的茎变为卷曲的细丝;其上不生叶，用以缠绕其他物体，使植物体得 21 以攀缘生长，称为茎卷须，如南瓜、葡萄等。 ?(茎刺 有些植物如柑桔、山楂、皂荚的部分地上态为刺，称为茎刺。蔷薇、月季等茎上有刺，称为皮刺。 3、叶的变态主要有鳞叶、叶刺和叶卷须三种。 22 第三章 植物的生殖器官 由于植物体的花、果实、种子与生殖有关，故称作生殖器官 第一节 花的组成与发生 一、花的组成从形态发生和解剖结构特点看，花是节间极度缩短以适应生殖功能的变态枝条。一朵典型的花是由1、花柄和花托，2、花萼和花冠，3、雄蕊群，4、雌蕊群组成。这种花称完全花，如缺少任何一部分的花称不完全花。 二、花序花在花轴上有排列方式称花序。花序可分为无限花序和有限花序两类。 1、无限花序:花轴顶端可以有断生长，开花顺序从下而上或从边缘向中间，常见的花序有:总状花序、穗状花序、伞房花序、伞形花序、头状花序、隐头花序。 2、有限花序:又称聚伞花序。开花顺序顶部先开，基部后开，或中心花先开，侧边花后开，因此花序轴顶较早丧失顶端生长能力，不能继续向上延伸。 23 第二节 果实的结构与发育 1、真果的结构比较简单，外层为果皮，由子房壁发育而成。一般可分为外果皮、中果皮和内果皮三种。如桃。 2、还有一些被子植物的果实，除子房外，花托、花萼甚至整个花序都参与果实的形成和发育，这种果实称为假果。例苹果、梨。 3、在一般情况下果实是受精后的子房发育而成的，但也有些植物不经过受精好能形成果实。这种现象称为单性结实，如香蕉。 第三节 种子的结构、发育与萌发 1、种子的结构 种子是种子植物特有的生殖器官,不同植物的种子，其大小、形状、颜色各不相同，但其基本结构是一致的。种子的基本结构包括种皮，胚乳和胚(胚芽、胚轴、胚根、子叶)。 2、种子的类型种子具有一片子叶的植物称单子叶植物(百合、马蹄莲、玉米、小麦)，种子具有两片子叶的植物称双子叶植物(菊花、满天星、苹果、白菜)。 双子叶植物有胚乳种子、双子叶植物无 24 胚乳种子。 单子叶植物有胚乳种子，单子叶植物无胚乳种子，不具有胚乳的种子称无胚乳种子。 3、种子的萌发种子萌发是指种子时的胚从相对静止状态转入生理活跃状态，开始生长，并形成幼苗的过程。它的前提是种子必须成熟而且具有活力。 种子在一定条件下能继续保持生活力的最长期限，即为种子的寿命。 25 第四章 植物的生育阶段 第一节 营养生长阶段 1、植物生长的大周期营养阶段我们把植物“慢——快——慢”生长的三个阶段总起来称生长大周期。 2、植物生长的相关性植物体各器官间的相互制约与协调的现象。 根、茎、叶生长的相关性，主茎与分枝、主根与侧根的相关性，器官有同伸关系。 第二节 生殖生长阶段 植物经过一定时期的营养生长后，开始形成花芽，以后经历开花、传粉、受精，最终形成果实。在植物个体发育中，花的分化标志着生殖生长的开始。 当植物开花以后，成熟的花粉传送到雌蕊柱头上，称为传粉。 1、自花传粉:是指同一朵花中雄蕊的花粉传送到雌蕊柱头上的过程，如小麦、棉花等。 2、异花传粉:指一朵花的花粉传到另一朵花的雌蕊柱头上的过程。如玉米、向日葵、苹果等。 26 异花传粉比自花传粉更为优越，因为异花传粉的雌、雄配子在不同的环境中生活、形成的，遗传性具有较大的差异，而它们结合产生的后代往往具有较强的生命和适应性，植株健壮，结实率高，抗逆性也强。 第三节 营养生长与生殖生长并进阶段 许多植物进入生殖生长后仍同时有营养生长。 27