生命科學(xué)導(dǎo)論

1、8 植物的結(jié)構(gòu)、功能和發(fā)育（B,8.1 植物各門類及其特征 8.2 植物的結(jié)構(gòu)與生長(zhǎng) 8.3 植物的營(yíng)養(yǎng)與體內(nèi)運(yùn)輸 8.4 植物的繁殖 8.5 植物的生長(zhǎng)發(fā)育及調(diào)控,8.4 植物的繁殖,植物的繁殖方式包括營(yíng)養(yǎng)繁殖、無(wú)性生殖和有性生殖3種方式,植物營(yíng)養(yǎng)體的一部分從母體分離開(kāi)直接形成新個(gè)體的繁殖方式稱為營(yíng)養(yǎng)繁殖。也有的學(xué)者將營(yíng)養(yǎng)繁殖歸入無(wú)性生殖。 植物的無(wú)性生殖是指一些具有生殖功能的細(xì)胞不經(jīng)過(guò)兩性的結(jié)合，直接發(fā)育成新個(gè)體的過(guò)程。無(wú)性生殖中具有生殖功能的細(xì)胞稱為孢子。 有性生殖是指通過(guò)兩性細(xì)胞的結(jié)合形成新個(gè)體的過(guò)程。這些性細(xì)胞稱為配子，為單倍體。兩個(gè)配子結(jié)合形成二倍體的合子，由合子再發(fā)育形成新的個(gè)體

2、,被子植物的生活史和世代更替,孢子體世代與配子體世代（無(wú)性世代與有性世代）交替出現(xiàn)，這就是植物生活史中的世代交替現(xiàn)象,孢子體由種子萌發(fā)而來(lái) 被子植物的配子體世代（單倍體世代）不發(fā)達(dá)，雌、雄配子體不能獨(dú)立生活，都寄生在孢子體上，且特化成花的一部分,花的結(jié)構(gòu),花柄的分化 被子植物進(jìn)入到生殖生長(zhǎng)階段時(shí)，莖的頂端一些分生組織不再形成葉原基和芽原基，轉(zhuǎn)而形成花原基或花序原基。因此，花是一種特化的節(jié)間很短的變態(tài)的枝,典型的花的結(jié)構(gòu) 一朵完整的花包括花托、花被、雄蕊群和雌蕊群,完全花、不完全花 兩性花、單性花 雌雄同株、雌雄異株,不同植物花的多樣性是生物多樣性的生動(dòng)體現(xiàn),傳粉與受精,花粉和胚囊的發(fā)育,傳粉與

3、受精,傳粉：花粉囊散出的花粉借助媒介到達(dá)花的柱頭上。自花傳粉、異花傳粉,受精：一個(gè)精子與卵結(jié)合形成受精卵并成為二倍體的合子，合子將來(lái)發(fā)育成為產(chǎn)生新個(gè)體的胚,另一個(gè)精子與中央細(xì)胞極核結(jié)合，成為三倍體的受精極核并進(jìn)一步發(fā)育成為胚乳。 這種雙受精是被子植物特有的現(xiàn)象，也是植物有性生殖中最進(jìn)化的形式,種子與果實(shí)的形成,胚的發(fā)育和種子的形成 在胚發(fā)育之前胚乳的發(fā)育便開(kāi)始了，多核初生胚乳-多細(xì)胞胚乳，為胚的發(fā)育提供營(yíng)養(yǎng)。 合子通常經(jīng)過(guò)一段休眠后開(kāi)始發(fā)育成胚,種子與果實(shí)的形成,果實(shí)的形成 子房發(fā)育成果實(shí)，子房壁成為果皮。被子植物中除子房外，其他部分如花托、花萼等也參與果實(shí)形成。 被子植物的傳粉也啟動(dòng)了包括生

4、長(zhǎng)素、赤霉素、細(xì)胞分裂素等植物激素的產(chǎn)生和增加,種子與果實(shí)的形成,果實(shí)的多樣性 根據(jù)花中雌蕊的數(shù)目和花序的情況可以將果實(shí)分為3類 單果：一枚雌蕊，單子房 聚合果：多枚離生雌蕊 聚花果：相互分離的花共同聚集發(fā)育成果實(shí),8.5 植物的生長(zhǎng)發(fā)育及調(diào)控,植物的生長(zhǎng)主要靠細(xì)胞數(shù)目增多、細(xì)胞體積的增大和伸長(zhǎng)來(lái)完成。 而植物的發(fā)育是指植物體的構(gòu)造和機(jī)能由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的變化過(guò)程。 植物的生長(zhǎng)和發(fā)育是相輔相成的過(guò)程。 植物體的生長(zhǎng)和發(fā)育始終都受到一系列外部和內(nèi)部因素的控制,種子的萌發(fā)與幼苗的發(fā)育,部分種子一經(jīng)成熟，在適宜環(huán)境即可萌發(fā)，但大多數(shù)要經(jīng)過(guò)休眠才能萌發(fā)； 度過(guò)休眠且具有生活力的種子在足夠水分（軟、溶膠態(tài)、

5、酶）與氧氣（呼吸）、一定溫度條件下（酶）就開(kāi)始萌發(fā)。有些種子的萌發(fā)還需要一定的光照條件（光敏色素）。 種子從萌發(fā)到發(fā)育成幼苗是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,各種環(huán)境因子對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響,植物的生長(zhǎng)和發(fā)育始終都受到一系列外部和內(nèi)部因素的控制。影響植物生長(zhǎng)與發(fā)育的外部環(huán)境因子主要包括溫度、光、水分以及各種刺激等等,溫度是控制植物生長(zhǎng)和發(fā)育的重要環(huán)境因子,每一種植物都有適合自己生長(zhǎng)發(fā)育的溫度范圍，主要原因是溫度對(duì)細(xì)胞內(nèi)酶的活性有極大影響。溫度也會(huì)極大影響植物體中蛋白質(zhì)、脂肪和水分的性質(zhì)。 植物在整個(gè)生活周期中的最適溫度隨生長(zhǎng)發(fā)育階段的改變而變化，此外還需要一定的晝夜溫差。 溫度（低溫）對(duì)于植物的生殖生長(zhǎng)也具有

6、調(diào)控作用（如一些植物經(jīng)低溫處理才能誘導(dǎo)開(kāi)花春化作用,光是控制植物生長(zhǎng)發(fā)育的最重要的環(huán)境因子,光是光合作用最基本的條件和能量輸入源，同時(shí)光還能控制植物不同發(fā)育階段如種子萌發(fā)、幼苗發(fā)育和開(kāi)花等形態(tài)發(fā)生過(guò)程。如擬南芥 光照條件下，胞內(nèi)的原葉綠素酸酯還原成為葉綠素酸酯，后者進(jìn)一步形成葉綠素；黑暗條件下，不能合成葉綠素，表現(xiàn)為植物體黃化,光是控制植物生長(zhǎng)發(fā)育的最重要的環(huán)境因子,光是重要的環(huán)境信號(hào)，可以調(diào)控組織的分化和器官的發(fā)育。光對(duì)植物的成花誘導(dǎo)是最為典型的現(xiàn)象。 許多植物開(kāi)花受白天黑夜相對(duì)長(zhǎng)度變化的控制。光周期現(xiàn)象,根據(jù)植物開(kāi)花的光周期反應(yīng)，可把植物分為3種類型：短日植物、長(zhǎng)日植物、日中性植物。 長(zhǎng)日

7、植物與短日植物的確定取決于對(duì)臨界日長(zhǎng)的正負(fù)反應(yīng),光是控制植物生長(zhǎng)發(fā)育的最重要的環(huán)境因子,植物開(kāi)花還同時(shí)受到誘導(dǎo)周期數(shù)的影響,誘導(dǎo)周期數(shù)就是光周期敏感植物開(kāi)花誘導(dǎo)所需的光周期數(shù)（天數(shù)）。 光質(zhì)對(duì)開(kāi)花誘導(dǎo)也有影響。紅光是誘導(dǎo)長(zhǎng)日植物開(kāi)花和抑制短日植物開(kāi)花最有效的光質(zhì)，同時(shí)，紅光效應(yīng)可以被遠(yuǎn)紅光（紅外光）所逆轉(zhuǎn),光是控制植物生長(zhǎng)發(fā)育的最重要的環(huán)境因子,植物感受光周期刺激的部位是葉片。 實(shí)驗(yàn)：兩株植物（一有光周期誘導(dǎo)，另無(wú)）有葉片連接； 無(wú)葉片連接； 結(jié)論：被誘導(dǎo)的葉片中形成了刺激開(kāi)花的物質(zhì),植物激素與生長(zhǎng)發(fā)育,植物激素是一些在植物體內(nèi)合成的微量的有機(jī)生理活性物質(zhì)，它們能從產(chǎn)生部位運(yùn)送到作用部位，在低

8、濃度（1mmol/L）時(shí)可明顯改變植物體某些靶細(xì)胞或靶器官的生長(zhǎng)發(fā)育狀態(tài),植物向光性生長(zhǎng)與植物激素的發(fā)現(xiàn),很早以前，植物學(xué)家就觀察到，室內(nèi)培育的植物具有向光性。其增加了葉片接受光的面積和光合作用 對(duì)向光彎曲的燕麥苗解剖觀察發(fā)現(xiàn)，燕麥苗的胚芽鞘背光一側(cè)細(xì)胞的生長(zhǎng)要快于向光的一側(cè)。 是什么引起了向光性？如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)發(fā)現(xiàn),19世紀(jì)末，Darwin父子的實(shí)驗(yàn),Darwin父子提出了一種假說(shuō)：胚芽鞘頂端受光后產(chǎn)生的某種化學(xué)信號(hào)被從頂端傳送到下面彎曲的部位，導(dǎo)致胚芽鞘下部細(xì)胞向光的一側(cè)與背光的一側(cè)細(xì)胞生長(zhǎng)不均勻。如何對(duì)其進(jìn)行證明呢,植物向光性生長(zhǎng)與植物激素的發(fā)現(xiàn),幾十年后，丹麥科學(xué)家Boysen-Jen

9、sen用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了Darwin父子提出的假說(shuō),實(shí)驗(yàn)證明了：Darwin父子提出的某種信號(hào)是一種可傳輸?shù)幕瘜W(xué)物質(zhì)。這種物質(zhì)是什么,植物向光性生長(zhǎng)與植物激素的發(fā)現(xiàn),1926年，年輕的荷蘭植物生理學(xué)家 Went終于從植物胚芽鞘中發(fā)現(xiàn)了這種化學(xué)物質(zhì),Went結(jié)論：由胚芽鞘頂端受光產(chǎn)生的化學(xué)信號(hào)物質(zhì)可以刺激細(xì)胞生長(zhǎng)。他將這種植物激素定名生長(zhǎng)素,植物向光性生長(zhǎng)與植物激素的發(fā)現(xiàn),植物激素對(duì)植物體的生長(zhǎng)、細(xì)胞分化、器官發(fā)生成熟和脫落等多方面具有調(diào)節(jié)作用，植物激素對(duì)于植物的生長(zhǎng)發(fā)育是必不可少的微量化合物； 大約有300多種由微生物和植物產(chǎn)生的次生代謝物對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育具有調(diào)節(jié)活性,植物激素的種類和作用,公認(rèn)的5

10、大類植物激素包括：生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素、赤霉素、脫落酸和乙烯； 在植物體中，5大類激素往往是相互協(xié)調(diào)地共同參與植物生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控,細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑介導(dǎo)的植物對(duì)外界刺激的響應(yīng),外部環(huán)境因子和植物激素的作用都是通過(guò)細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)傳導(dǎo)途徑和基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,信號(hào)傳導(dǎo)途徑的發(fā)現(xiàn),1990年，美國(guó)斯坦福大學(xué)的專家發(fā)現(xiàn)，對(duì)擬南芥每天人為地觸摸兩次，實(shí)驗(yàn)組植物體的高度比對(duì)照組（未實(shí)施每天人為觸摸的植物）低34倍,信號(hào)傳導(dǎo)途徑的發(fā)現(xiàn),研究揭示，物理接觸激活一種特殊的信號(hào)傳導(dǎo)途徑，引起核內(nèi)基因組的響應(yīng)，調(diào)控著擬南芥的生長(zhǎng)和發(fā)育過(guò)程,耶魯大學(xué)科學(xué)家在擬南芥中發(fā)現(xiàn)的稱為cop9信號(hào)傳導(dǎo)復(fù)合體是結(jié)構(gòu)和功能縝密的細(xì)胞

11、信號(hào)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的一部分，參與了擬南芥幼苗光調(diào)控的發(fā)育過(guò)程,植物細(xì)胞的信號(hào)傳導(dǎo)途徑,細(xì)胞的信號(hào)傳導(dǎo)途徑包括信號(hào)接受、信號(hào)傳導(dǎo)、誘導(dǎo)應(yīng)答3個(gè)主要步驟。 信號(hào)接受是指細(xì)胞感受到某種外部環(huán)境因子或激素信號(hào)的過(guò)程。 信號(hào)傳導(dǎo)途徑的傳導(dǎo)步驟是指一系列的細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)體將接受到的刺激感應(yīng)放大并轉(zhuǎn)換成可引起細(xì)胞代謝應(yīng)答的化學(xué)形式。最關(guān)鍵的聯(lián)結(jié)點(diǎn)是第二信使（鈣離子、cAMP等） 誘導(dǎo)應(yīng)答是指被放大的信號(hào)誘導(dǎo)細(xì)胞對(duì)刺激的應(yīng)答。如脫落酸通過(guò)信號(hào)傳導(dǎo)途徑使葉片氣孔關(guān)閉，原因在于激素誘導(dǎo)了鉀離子的流失,植物細(xì)胞的信號(hào)傳導(dǎo)途徑,例：生長(zhǎng)素誘導(dǎo)的細(xì)胞伸長(zhǎng)信號(hào)傳導(dǎo)途徑 生長(zhǎng)素與細(xì)胞膜上的受體結(jié)合，激活第二信使。 質(zhì)子泵活化，輸出

12、H+，細(xì)胞壁酸化，有利于細(xì)胞伸長(zhǎng)。 高爾基體被刺激分泌細(xì)胞壁生長(zhǎng)的物質(zhì)。 活化DAN結(jié)合蛋白，啟動(dòng)生長(zhǎng)所需蛋白的表達(dá),花、種子與果實(shí)屬于被子植物的繁殖器官。孢子體世代與配子體世代交替出現(xiàn)是植物生活史的世代交替現(xiàn)象。被子植物的孢子體由種子萌發(fā)而來(lái)，是二倍體植物，其配子體世代（單倍體世代）不發(fā)達(dá)，雌雄配子體不能獨(dú)立生活，都寄生在孢子體上，且特化成花的一部分。一朵完整的花包括花托、花被、雄蕊群和雌蕊群幾部分。經(jīng)過(guò)傳粉和受精過(guò)程，雌雄配子結(jié)合形成二倍體的合子，合子進(jìn)一步發(fā)育成為種子。度過(guò)休眠且具有生活力的種子在足夠水分與氧氣、一定溫度條件下就開(kāi)始萌發(fā)。種子從萌發(fā)到發(fā)育成幼苗是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。 春化作用、光周期現(xiàn)象、