植物体的结构与功能

第1章植物体的结构与功能教学目标：◆掌握：植物细胞和组织、器官的概念、类型、构造以及细胞有丝分裂的特点，根、茎、叶的形态、构造与功能。◆理解：生物膜的结构和功能，减数分裂的特点，花的构造、开花、传粉、受精作用及果实和种子的形成。◆了解：植物细胞的形状和大小；根、茎、叶的功能与变态。◆学会：显微镜的正确使用方法；简易装片的制作方法及步骤；会用显微镜对植物细胞、器官进行观察。教学时数：16学时教学方法：理论讲授10学时、技能训练6学时教学内容：第一节植物细胞的结构和功能教学重点：◆植物细胞的基本结构及功能；◆细胞膜的组成、结构和功能；◆细胞有丝分裂的特点及意义；◆减数分裂的概念及意义；◆植物组织及其分类。教学难点：◆细胞有丝分裂各时期的特点。一、植物细胞的概念自然界的生物有机体，除了病毒和类病毒外，都是由细胞构成的。细胞是植物体结构和执行功能的基本单位。1665年英国科学家胡克发现细胞（Cell）。德国人施莱登和施旺共同创立了细胞学说。细胞可分为两大类型：原核细胞和真核细胞。原核细胞有细胞结构，但没有典型的细胞核；真核细胞具有被膜包围的细胞核和多种细胞器。二、植物细胞的形状和大小（一）植物细胞的形状植物细胞的形状是多种多样的，有球形或近球形、长筒状、长纺锤形、长柱形、星形等不规则形状。细胞形状的多样性，反映了细胞形态与其功能相适应的规律。（二）植物细胞的大小植物细胞的大小差异悬殊。最小的支原体细胞直径为0.1μm；绝大多数的细胞体积都很小。三、细胞生命活动的物质基础构成细胞的生活物质称为原生质，它是细胞结构和生命活动的物质基础。组成原生质的化学元素主要是碳、氢、氧、氮等4种，约占全重的90%；其次有少量硫、磷、钠、钙、钾、氯、镁、铁等，约占全重的9%；此外还有极微量的元素，如钡、硅、矾、锰、钴、铜、锌、钼等。组成原生质的化合物可分为无机物和有机物两类。无机物主要是水，此外还有CO2和O2等气体、无机盐以及许多离子态的元素等。有机物主要有蛋白质、核酸、脂类、糖类和极微量的生理活性物质等。四、植物细胞的基本构造植物细胞包括细胞壁、细胞膜、细胞质和细胞核等部分，其中细胞膜、细胞质和细胞核总称为原生质体。（一）细胞壁1．细胞壁的结构细胞壁是植物细胞所特有的结构。细胞壁结构大体分为三层：胞间层、初生壁和次生壁。2．细胞壁的变化次生壁常因有其他物质填入，使细胞壁的性质发生角质化、木栓化、木质化、矿质化，以适应一定的生理机能。3．细胞壁特殊结构纹孔和胞间连丝。由于纹孔和胞间连丝的存在，细胞之间可以更好地进行物质交换，从而将各个细胞连接成为一个整体。4．细胞壁的功能：保护原生质体，减少蒸腾，防止微生物入侵和机械损伤等；支持和巩固细胞的形状；参与植物组织的吸收、运输和分泌等方面的生理活动；在细胞生长调控、细胞识别等重要生理活动中也有一定作用。（二）细胞膜（质膜）1．组成与结构质膜主要由脂类物质和蛋白质组成，此外还有少量的糖类以及微量的核酸、金属离子和水。质膜厚约7.5～10nm，是有横断面上呈现“暗-明-暗”三条平行带组成的单位膜。2．流动镶嵌模型即脂质双分子层构成膜的骨架，蛋白质分子结合在脂质双分子层的内外表面、嵌入脂质双分子层或者贯穿整个双分子层。膜及其组成物质是高度动态的、易变的。3．生物膜构成细胞的膜种类很多，除质膜外，还包括细胞内膜，如核膜和各种细胞器的膜，这些膜通称为生物膜。4．功能质膜起着屏障作用，维持稳定的细胞内环境，可调节和选择物质的通过，有选择地使物质通过或排出废物；质膜具有胞饮作用、吞噬作用和胞吐作用。（三）细胞质细胞膜以内，细胞核以外的原生质统称为细胞质。细胞质包括胞基质和细胞器。1．胞基质概念：又称基质、透明质等，是在电子显微镜下也看不出有特殊结构的细胞质部分。组成：胞基质的化学成分含有水、无机盐、溶于水中的气体、糖类、氨基酸、核苷酸等小分子物质，也含有蛋白质、核糖核酸等一些生物大分子。功能：是细胞器之间物质运输和信息传递的介质；是细胞代谢的重要场所；不断为各类细胞器行使功能提供必需的营养和原料，并使各种细胞器及细胞核之间保持着密切关系。2．细胞器概念：细胞质的基质内具有一定形态、结构和功能的小单位，称为细胞器。类型：膜类型细胞器组成结构功能双层膜结构质体白色体、叶绿体和有色体植物进行光合作用的场所。线粒体囊状细胞器进行呼吸作用。单层膜结构液胞液胞膜和细胞液与细胞吸水有关，贮藏各种养料和生命活动产物参加新陈代谢中的降解活动。内质网网状管道系统合成、包装、运输、贮藏代谢产物，许多细胞器来源，与细胞壁分化有关、分隔作用。高尔基体扁囊物质集运，生物大分子的装配，参与细胞壁的形成，分泌物质，参与溶酶体与液泡的形成。溶酶体泡状结构消化作用，消化分解细胞器，更新细胞结构。圆球体球形小体合成脂肪，贮藏油脂。微体过氧化物酶体、乙醛酸酶体与光呼吸、脂肪代谢关系密切无膜结构核糖核蛋白体亚单位小颗粒合成蛋白质的场所微管中空长管状纤维保持细胞形态，细胞质运动方向，提供运输动力，染色体的转移，细胞壁建成时，控制纤维素微纤丝的排列方向。（四）细胞核1．类型细胞核是细胞的重要组成部分，是细胞的控制中心。间期细胞核和分裂期细胞核。2．结构细胞核多为卵圆形或球形，埋藏在细胞质中，细胞核的结构可分为核膜、核仁和核质三部分。3．功能贮存和复制DNA，合成和向细胞转运RNA；形成细胞质的核糖体亚单位；控制植物体的遗传性状，通过指导和控制蛋白质的合成而调节控制细胞的发育。五、植物细胞的繁殖（一）无丝分裂无丝分裂也称直接分裂。分裂时，核仁先分裂为两部分，接着细胞核拉长，中间凹陷，最后缢断为两个新核，同时细胞质也分裂为两部分，并在中间产生新的细胞器，形成两个新细胞。（二）有丝分裂1．概念也称间接分裂，是植物营养细胞最普遍的一种分裂方式，由于分裂过程中有纺锤丝出现，故称有丝分裂。2．过程有丝分裂过程比较复杂，是一个连续的过程，划分为下述五个时期。间期：细胞核变大，染色质呈染色丝，出现RNA的合成和DNA的复制，同时蓄积细胞分裂所必需的原料和能量。前期：染色丝变成染色体，核膜、核仁逐渐消失，出现纺锤丝。中期：染色体的着丝点有规律地排列在细胞中部的赤道板上，形成纺锤体。后期：染色单体从着丝点处断开，纺锤丝收缩，将染色单体分别拉向细胞两极。末期：染色体变成染色丝，核膜、核仁重新出现，细胞质一分为二，纺锤丝收缩集结于赤道板上并形成细胞板，接着产生初生壁，形成两个新细胞。3．意义通过有丝分裂形成的子细胞的染色体数目与母细胞相同，由于染色体是遗传物质的载体，因此，每一子细胞就有着和母细胞同样的遗传性，从而使代和亲代之间保持了遗传的稳定性。（三）减数分裂减数分裂的过程与有丝分裂基本相似。所不同的是，减数分裂包括了连续两次的分裂，但染色体只复制一次，这样，一个母细胞经过减数分裂可以形成四个子细胞，每个子细胞染色体数目只有母细胞的一半，因此，这种分裂叫做减数分裂。复习思考：1．简述植物细胞的基本构造和特殊构造。2．简述细胞膜的组成、结构及功能。3．简述植物细胞有丝分裂各时期的特点及其重要意义。4．有丝分裂与减数分裂相比有哪些主要区别？5．什么叫减数分裂？有何重要意义？第二节植物的组织与功能教学重点：◆分生组织的基本结构及功能；◆成熟组织的基本结构及功能；；教学难点：◆复合组织与组织系统一、组织的概念具有相同来源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。根据组织的细胞种类，可分为分生组织和成熟组织两大类。二、组织的类型（一）分生组织1．概念是指具有持续分裂能力的细胞群。2．特征细胞代谢活跃，有旺盛的分裂能力；细胞体积小，排列紧密，无细胞间隙；细胞壁薄，不特化；细胞质浓厚，无大液泡分化；细胞核较大并位于细胞中央。3．类型顶端分生组织：位于根与茎的主轴和侧枝的顶端。侧生分生组织：位于根与茎的侧方的周围部分，靠近器官边缘，与所在的器官的长轴平行排列。它包括形成层和木栓形成层。居间分生组织：存在于初生分化成熟的组织区域间，常见于禾本科植物的节间基部。（二）成熟组织1．概念成熟组织是由分生组织分裂产生的细胞，经过生长、分化而形成的具有特定形态结构和稳定的生理功能。2．类型（三）复合组织和组织系统复习思考：1.简述分生组织的结构和功能。2.简述成熟组织的结构和功能。3.列举几种复合组织和组织系统。第三节植物的营养器官教学重点：◆根、茎、叶的形态结构和生理功能。教学难点：◆营养器官的解剖结构在不同类型植物上的表现和差异。一、根的形态与功能（一）根的形态1．根的发生种子萌发时，胚根先突破种皮向地生长，便形成根。2．根的种类主根、侧根、不定根。主根和侧根为定根。3．根系一株植物所有根的总体叫根系。根系可分为直根系和须根系。直根系：主根明显发达，较各级侧根粗壮，能明显区别出主根和侧根的根系。须根系：主根不发达或早期停止生长，由茎的基部生出的不定根组成的根系。4．根系分布根系在土壤中分布很深很广。直根系植物的根常分布在较深土层中，属深根性；须根系往往分布在较浅的土层中，属浅根性。（二）根的结构1．根尖的结构根尖是指根的最顶端到着生根毛的部位。根尖从顶端起依次分为根冠、分生区、伸长区、根毛区四区。名称位置特点功能根冠根尖最顶端形状似帽状的结构，由许多薄壁细胞组成。保护分生区；能分泌黏液，起润滑作用。分生区根冠内侧细胞体积小、壁薄、质浓、核大、排列紧密，具有强烈的分裂能力。根中各种组织的“发源地”。伸长区分生区上方细胞逐渐分化并纵向伸长。根尖入土的主要推动力。根毛伸长区上方细胞已停止生长，并且分化成熟。根吸收水分和无机盐的主要部位。2．双子叶植物根的结构（1）初生结构根的初生结构由外向内依次为表皮、皮层和中柱三部分。（2）次生结构双子叶叶植物的根完成初生成长后，由于形成层的发生和活动，不断产生次生维管组织和周皮，使根的直径增粗，并产生次生结构。维管形成层的产生及活动：片段状维管形成层、波浪状维管形成层、圆环状维管形成层的产生。维管形成层的分裂活动：维管形成层主要进行平周分裂，向外产生次生韧皮部，向内产生数量较多的次生木质部。总之，双子叶植物根的次生构造从外向内依次为：周皮（木栓层、木栓形成层、栓内层）、韧皮部（初生韧皮部、次生韧皮部）、形成层，木质部（次生木质部、初生木质部）等。3．禾本科植物根的结构禾本科植物为单子叶植物，其根的基本结构也可分为表皮、皮层、中柱三个部分，但各部分有其特点，特别是不产生维管形成层和木栓形成层，不能进行次生生长。表皮：是根的最外一层细胞，当根毛枯死后，往往解体而土脱落。皮层：皮层中靠近表皮的三至数层细胞为外皮层。外皮层内侧为数量较多的皮层薄壁组织。内皮层在发育后期细胞壁呈马蹄形的五面加厚，只有外切向壁不加厚。在木质部放射角处的少数细胞仍保留薄壁状态，成为水分、养分进出的通道，这类细胞叫通道细胞。中柱：最外一层薄壁细胞组成中柱鞘。每束初生韧皮部与初生木质部放射角相间排列，两者之间的薄壁细胞不能恢复分生能力，不产生形成层。以后细胞壁木质化而变为厚壁组织。4．侧根的形成侧根开始发生时，中柱鞘某些部位的几个细胞细胞质变浓，液泡很小，细胞恢复分裂活动。首先进行切向分裂，增加细胞层数，继而进行各个方向的分裂，产生一团细胞，形成侧根原基，其分化方向以向顶顺序进行，其顶端逐渐分化为生长点和根冠。最后，由于新的生长点的不断分裂、生长和分化而向外突出，结构穿过母根的皮层和表皮成为侧根。（三）根的生理功能1．生理功能支持与固定作用，吸收作用，输导作用，合成与转化作用，分泌作用，贮藏作用，繁殖作用。2．经济用途食用、药用、工业原料等经济用途。某些乔木、藤本植物的根可作工艺美术品；在自然界中根还有护坡地、堤岸和防止水土流失的作用。二、茎的形态与功能（一）茎的形态特征1．茎的形态一般种子植物的茎多数呈圆柱形、三棱形、方柱形或扁平柱形。通常植物地上部分具有主茎和侧枝，茎有节、节间、叶腋和枝条等。植株生长过程中，根据枝条延伸生长的强弱，可将枝条分为长枝和短枝。2．茎的生长习性不同植物的茎在长期进化过程中，有各自的生长习性，以适应外界环境。通常茎的生长方式有四种方式：直立茎、缠绕茎、