第八植物的生长和运动.PPT
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1、第八章 植物的生长 和运动 种子萌发时的生理生化变化 植物生长相关性 影响植物生长的因素 重点和难点重点和难点 植物的生长与运动是植物体内各种 生理与代谢活动的综合表现,它包括器 官的发端、形态建成、营养生长向生殖 生长的过渡、开花结实以及个体的成熟 和最终走向衰老与死亡。了解和研究这 些历程的内部变化及其与环境的关系, 对于控制植物的生长发育和提高作物产 量具有极其重要的意义。 开花植物的生长周期 第一节 生长、分化和发育的概述 一、发育 一个生物体从出生到死亡的过程叫做生活 史(life cycle)。 在植物生活史中,细胞、器官及植物个体 发生的大小、形态、结构和功能上的变化,这 就是发
2、育(development)。 植物的发育在时间上有严格的顺序,如种 子发芽,幼苗生长,开花结实,衰老死亡, 都按一定的时间、顺序发生。发育在空间上 有巧妙的布局,比如茎上叶原基的分布有一定 的规律,形成叶序。 发育包括生长和分化两个方面, 第一节 生长、分化和发育的概述 二、生长和分化 生长(growth)指在发育过程中,细胞、器 官及有机体的数目、大小与重量的不可逆增加 ,即发育过程中的量的变化。 分化(differentiation)是指来自同一合子 或遗传上同质的细胞转变成为形态上、机能上 化学组成上异质细胞的过程。即发育中的差异 性生长就是分化。分化是一切生物(包括从微 生物到高等动
3、物、植物)所具有特性。 第二节 细胞的生长与分化 植物细胞发育的时期及其特点 植物体的发育是以细胞的发育为基础 的。细胞的发育过程从细胞分裂开始, 经过逐渐伸长、扩大,而后分化定型。 全部发育过程可以分为三个时期:分生 期、伸长期和分化期。 第二节细胞的生长与分化 (一)分生期(又叫分裂期) 分生组织的细胞是处于分生期的细 胞,它们都具有分裂能力,通过有丝分 裂,细胞的数目不断增加,但因细胞体 积小,所以生长缓慢。 当分生细胞生长到一定的体积,就能 分裂成两个新细胞。新细胞长大后,再 次分裂为两个子细胞,分生期细胞这种 生长与分裂过程就叫细胞周期。 第二节细胞的生长与分化 (二)伸长期(又叫扩
4、大期) 茎尖和根尖的分生组织具有细胞分裂机能 ,可以形成新细胞,其中大多数新细胞过渡到 细胞伸长期。 伸长期细胞的主要特点是液泡的出现和细 胞体积的迅速增大。进入伸长期的细胞,开始 时细胞内先逐渐出现许多小液泡,以后小液泡 合并,增大成一个大液泡。细胞质和细胞核被 挤到边沿。这个时期由于体积增加快,因而生 长迅速。 第二节细胞的生长与分化 (三)分化期(又叫成熟期) 细胞停止伸长以后,便转入分化期,薄壁 细胞分化成不同形态结构和执行不同功能的特 化细胞,组成不同的组织,如薄壁组织、输导 组织、机械组织、保护组织及分泌组织等,进 而形成同化器官,吸收器官等。 细胞分化是一个复杂的生物化学过程,它
5、 是以内部生理生化变化为基础,同时又受到外 界条件的调控。据知,营养物质和激素的种类 和配比能深刻影响分化过程,光照则是许多细 胞分化的必需条件。 第二节细胞的生长与分化 实际上,细胞发育的三个时期并无明显的 界线,分生期和伸长期尤为如此,且常相互重 叠。同时,环境条件特别是水分和光照对细胞 发育的进程也有较大影响,如弱光,水分充足 的条件可以延长伸长期,推迟分化过程;相反 ,强光、干燥的条件,则不利于细胞伸长生长 ,使分化提前。然而这三个时期在细胞发育的 进程中却有一定的顺序性和不可逆性。一旦进 入分化期,便不可能再逆转到伸长期去了。 第三节 植物的组织培养 一、组织培养的概念和分类 组织培
6、养(tissue culture)是指通过 无菌操作分离出植物体的一部分接种到 培养基上,在人工控制条件下(包括温度 、湿度、光照等)进行培养的过程。 通常是把被培养的上述植物离体部分 称为外植体(explant)。 第三节 植物的组织培养 根据外质体的种类组织培养可分为: 1.器官培养 2.花药和花粉培养 3.组织培养 4.胚胎培养 5.细胞培养 6.原生质 第三节 植物的组织培养 二、组织培养的原理 组织培养的理论基础是植物细胞的全能性, 即植物体的每一个具核活细胞,都具有发育成 一个完整植株的潜在能力。植株上已经分化的 细胞或组织离体后在培养条件下逐渐恢复到分 生状态的过程叫脱分化。细胞
7、脱分化的结果通 常是形成愈伤组织(未分化的细胞团)。已经 脱分化的细胞或组织在一定条件下,它们又可 以经过胚状体(由体细胞形成的类似合子胚的结 构)或愈伤组织再分化出芽和根,从而发育成一 个完整的植株,因为在细胞的基因中,除了全 套的结构基因外,还有操纵基因,使结构基因 不能启动而无法工作。激素则是在一定条件下 能打破操纵基因的控制,使结构基因活化。因 此,它直接影响和控制细胞的分化。 植物体分离外植体脱分化愈伤组织 再分化 根,芽 脱分化,是指在人工培养基上外植体经过 多次细胞分裂而失去原来的分化状态,形 成无结构的愈伤组织或细胞团的过程。 再分化,是指脱分化形成的愈伤组织在适宜 的培养条件
8、下又分化为胚状体,或直接分化 出根和芽等器官形成完整植株的过程。 植株 三、 组织培养的技术条件 (1)培养基的配制 无机营养 包括大量元素和微量元素 碳源 蔗糖(1% 4%)。 维生素 B1(硫胺素) ,烟酸、B6(吡哆 醇)、肌醇 激素 2,4-D,NAA;KT,6-BA等 有机附加物,如甘氨酸、酵母汁、椰 子乳等,以促进细胞的分化。 琼脂,0.61 (2)无菌条件 外植体:氯化汞、H2O2、次氯酸钙、 70酒精等 培养基:高温高压灭菌,超净工作台 (3)培养条件 光照 ,2527 第三节 植物的组织培养 四、组织培养的步骤 1.培养基的准备:培养基是指人工配制的含有营养 物质供培养物生长
9、分化的介质。通常含无机营养物质 (大量元素和微量元素)、碳源(1%-4%蔗糖)、生长调 节剂(2,4-D或NAA、KT或6-BA)以及有机附加物(维生 素、甘氨酸)等几类物质组成。 2.消毒灭菌(材料、培养基、用具等) 3.接种 4.培养 5.移栽 第三节 植物的组织培养 五、组织 培养的应用 1.作物新品种选育 2.优良植物无性系的快速繁殖 3.获得无病(包括病毒和其它病源)植株 4.种质资 源的保存和运输 5.药用植物和次生物质的工业化生产 第四节 种子的萌发 一、种子萌发的概念及条件 种子萌发是指干种子吸水膨胀到胚的一部分 突破种皮并继续生长的过程。通常以胚根或胚 芽生长的长度达到一定量
10、时作为种子萌发的标 志。 种子萌发过程包括吸胀、萌动和发芽三个 阶段。 种子萌发必须具备两方面的条件,一是种 子本身具有生活力并完成了休眠;二是要有适 当的外界条件如:水、温、气、光等。 第四节 种子的萌发 二、影响种子萌发的环境条件 植物的生命活动与环境条件的依存 关系在种子萌发过 程中表现得特别明显 ,只有具备合适的条件时,种子才能开 始其活跃的生命活动。足够的水分,适 宜的温度和充分的氧气是种子萌发必不 可少的条件。此外,有些种子萌发时还 受着光照条件的影响。 第四节 种子的萌发 (一)水分 种子萌发,必须先通过吸胀作用吸收了足够的 水分,就能迅速恢复其旺盛的代谢活动,表现萌发。 种子吸
11、水后,首先能使种皮软化,通透性增大,有 利于气体交换和呼吸增强,也有利于种胚突破种皮; 其次是种子内部状态得以改变,包括细胞质由凝胶变 为溶胶、酶由钝化变活跃,生长激素物质由结合态 变为游离态等,这些都是有利于呼吸、物质和能量转 化等代谢活动的加速进行;第三,水分参与贮藏物质 的降解,并可促进可溶性物质运输,为种胚长成幼根 、幼芽提供足够的物质和能量;第四,水也是萌发中 细胞生长所必需,无论细胞分裂还是细胞的扩大,都 要在水分饱和条件下才能进行。 第四节 种子的萌发 (二)温度 适宜的温度能够促进种子萌发, 因为种子萌发中包含有许多由酶催化的 生理生化反应,而酶的催化活性受温度 的影响极为明显
12、。同时温度还影响吸水 速率和气体交换,从而影响呼吸代谢和 胚根、胚芽的生长。 由于植物种类和原产地生态条件的 不同,种子萌发要求的温度三基点差异 较大。掌握植物种子萌发时 的温度三基 点,是决定适宜播种期的主要依据之一 。 第四节 种子的萌发 (三)氧气 种子萌发需要充足的氧气,因为在萌发过 程中,贮藏物质的转化、运输、胚根胚芽的 活跃生长,都需要旺盛的呼吸作用(特别是有 氧呼吸)提供充足的能量和物质。 一般作物种子需空气含氧量在10%15%以 上才能萌发,当土中含氧量低于5%时,多数种 子都不能萌发。各类种子萌发时的需氧程度 有一定差异,这与其系统发育和种子内贮存 养料的种类不同有关。 第四
13、节 种子的萌发 (四)光照 自然界中大多数植物的种子萌发对 光照无反应,但也有些植物的种子萌发 却受光的影响。如莴苣、月见草、鬼针 草、烟草及一些禾本科牧草等植物的种 子需要在光照下才能萌发,被称为“需 光种子”;相反,象茄子、番茄、瓜类 、葱属等植物的种子在光下则萌发受到 抑制,需要在黑暗中才能萌发,被称为 “嫌光种子”或“需暗种子”。 第四节 种子的萌发 研究发现,需光种子以660nm红光代替白光 照射时,同样会促进萌发,而以730nm远红光 照射时,则有抑制萌发的作用甚至比黑暗的抑 制效果更强。用红光处理后若再用远红光照射 ,红光的作用被消除。红光和远红光对种子萌 发的这种逆转作用,可在
14、同一种子上反复多次 ,其是否萌发决定于最后一次使用的是什么波 长的光。 后来研究得知,红光与远红光对种子萌发 和抑制的可逆反应,跟种子内含有一种叫光敏 色素的物质有关。在红光照射下,它呈活化状 态,促进需光种子萌发,抑制需暗种子萌发, 在远红光照射或黑暗中光敏素呈钝化状态,作 用正好相反。 三、种子萌发时的生理变化 (一)吸水阶段 按种子萌发吸水速度的变化,可将种子吸 水分为三个阶段,即( )、 ( )和( ) 。 死种子和休眠种子的吸水不出现( )阶段。 急剧吸水阶段急剧吸水阶段 滞缓吸水阶段滞缓吸水阶段 重新迅速吸水阶段重新迅速吸水阶段 重新迅速吸水阶段重新迅速吸水阶段 (二)大分子物质的
15、变化 种子萌发时,贮藏的生物大分子 经历( )、( )和( )三个步骤的变化。 分解 运输 再合成 种子萌发时,植酸钙镁在植酸酶 催化下水解产生( ),同时 释放出( )、( )和( )。 肌醇肌醇 P P CaCa MgMg 第五节 植株的生长 一、生长速率 植物生长的快慢可以用生长速率表示。它可 分为绝对生长速率(absolute growth rate,AGR)和相对生长速率(relative growth rate,RGR) 。 1.绝对生长速率是指单位时间内的绝对增长量。 2.相对生长速率指单位时间内的增加量(dQ/dt)占 原有数(Q)的百分率。 AGR= dQ dt RGR= d
16、Q/dt Q 生长的四大基本特性: 慢快慢特性, 时间上的周期性, 空间上的相关性, 生理上的异质性。 二. 植物的生长曲线和生长大周期 植物器官或整株植物的生长速度表植物器官或整株植物的生长速度表 现出现出“ “慢一快一慢慢一快一慢” ”的基本规律,即开的基本规律,即开 始时生长缓慢,以后逐渐加快,达到始时生长缓慢,以后逐渐加快,达到 最高速度后又减慢以至最后停止,这最高速度后又减慢以至最后停止,这 一生长全过程称为一生长全过程称为生长大周期生长大周期。 第五节 植株的生长 二、生长曲线与生长大周期 植物器官或整株植物的生长速率会表 现出“慢快慢”的基本规律。即开 始时缓慢,以后逐渐加快,然
17、后又缓慢 以至停。这一生长全过程叫生长大周期 ,或称大生长期(grand period of growth)。 如以植物体积对时间 作图可得植物 生长曲线。生长曲线表示植物在生长周 期中的生长变化趋势,典型的有限生长 曲线呈“S”形,故又叫S形曲线。 生长曲线 S形 玉米 三、 植物生长的周期性 1. 生长速率的昼夜周期性 夏季,白天较慢,夜晚较快。 (冬季相反) 2. 营养生长的季节周期性 第五节 植株的生长 三、植物生长的周期性 植物生长的周期性是指植株或器官生长速率 随昼夜或季节变化发生有规律变化的现象。 1.昼夜周期性:植物的生长速率随昼夜的温度、 水分、光照变化而有规律的变化。通常把
18、这种 植株或器官生长速率随昼夜温度变化而有规律 的变化现象称为温周期现象。 2.季节周期性:指一年或多年生的植物,在一年 中的生长,随季节变化所具有的一定周期性。 3.生物钟:植物体内存在一种不依赖于环境刺激 的近似昼夜节奏(周期在2028小时之间)的计 时系统,称之为生物钟。它具有内生性,对 温度不敏感性和计时性等三个特性。 1. 恒定的昼夜温度条件下 2. 在日温(26(16h光照)和不同的夜温 (如横坐标所示)条件下 番茄 夜温 第五节 植株的生长 四、植物生长与分化的类型 植物与动物一样都是通过其生长和分化来 完成它们的生活史的。但在发育的进程上,二 者又不完全相同。新生的动物,外形已
19、定,器 官齐全,只是个体的长大和内部调节系统的发 育,各个器官几乎均衡生长;而一粒种子则需 要经过发芽、成苗、枝叶生长、开花结实、衰 老脱落直至死亡等一系列的有序形态的变化才 能走完它的一生。其主要原因是植物器官的发 育是受控于植物体上某些特定的部位。只有局 部区域的细胞才具有分裂伸长的能力。如枝叶 的出现和个体的长高源于顶芽,茎杆增粗则始 于形成层,而扦插、嫁接成苗又与枝条伤部的 再生作用有关。 第五节 植株的生长 (一)顶端生长与分化 高等植物是直立不动的生物。在它的发育 过程中,一个最突出的特点就是在其茎和根的 尖端始终保持着一团胚胎状态的分生组织,它 们对整株植物的发育起着绝对的控制作
20、用。 1.茎尖的生长与分化 茎顶的生长锥是高等植物 营养器官(茎、叶、芽、次生根、分枝)和生殖 器官(花、果实、种子)的最初发源地,营养体 向生殖体的转变也发生在这里。 2.根尖的生长与分化 根的顶端与茎顶既有相似 又有区别,根尖生长点只进行单一的尖端生长 ,不形成任何侧生器官,也没有节和节间。但 有根冠可保护根尖分生组织。 第五节 植株的生长 (二)次生生长与分化 植物除茎、根尖端之外,其它部位还分布 着一些生长区域。如侧生、居间和基生生长 区,它们都是由尖端生长锥分化出来,仍保持 其分生状态而被分割与保留在成长器官中,因 此叫做次生分生组织。这些内部的生长区域 平时大多潜伏不动,只有等到适
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