植物学要点.docx

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植物学要点

植物学

第一章丰富的植物世界

讨论题：

你认识多少植物？

周围植物对你有什么作用？

我国植物资源丰富表现在哪些方面？

思考题

1生物界的划分及植物界的划分如何？

2植物在物质循环中的作用？

3植物各分支学科概况及植物学科划分的新趋势？

第一节植物的多样性及其在自然界中的作用

生活环境多样性：

高山，平原，沙漠，大洋

植被类型多样性：

热带雨林，亚热带的常绿，落叶阔叶林，温带针阔叶混交林，寒带的草甸和沙漠。

植物形态多样性：

142米的巨杉，0.1微米的支原体

我国的植物资源

裸子植物：

银杏，水杉，水松

被子植物：

水稻，大豆，果树，蔬菜，药材等

植物资源的现状：

已经或者正在走向濒危

任务：

合理的开发，保护，繁育和利用植物资源成为重要任务

参见表格1-1

全球植物物种多样性概况

DiversityofPlantSpecies

植物物种多样性

⏹物种概念Speciesconcept

⏹即具有一定的形态和生理特征以及一定的自然分布的生物类群；同种植物的个体，起源于共同的祖先，有极近似的形态特征，个体间能进行自然交配并产生正常发育的后代；不同种的个体杂交，一般不能产生正常能育的后代，存在生殖隔离；由1-无数个居群组成的，居群由数个到无数个个体组成，种是生物进化与自然选择的产物。

生物分类的基本单位。

Space-timepatternofSpeciesDiversity

植物资源的现状

1999年国际植物学大会：

世界上40万种植物中的大约10万种已经或正在走向濒危

对策

强调保护，人工繁殖，制定措施。

生物界的划分

两界系统：

１７５３年，林奈，动物界和植物界

三界系统：

１８６６年，赫凯，原生生物界，植物界和动物界。

四界系统：

１９３８年，科帕兰，原核生物界，原始有核界，后生植物界和后生动物界。

五界系统：

１９６９年，维德克，原核生物界，原生生物界，植物界，真菌界和动物界。

六界系统：

１９７８年，陈世骧，病毒，原核生物界，原生生物界，植物界，真菌界和动物界。

瑞典植物学家林奈

两界系统：

１７５３年，林奈，动物界和植物界

⏹1735年在他的《自然系统》一书中，根据雄

蕊的数目、特征以及和雌性的关系，将植物

分成24纲。

虽不是一个自然系统，但以性器

官来分类是一个首创。

此后，又发表了《植物属志》，1753年

完成了《植物种志》，将约7700种植物归入

1105个属，并首次使用了双名法。

林奈对分

类学的卓越贡献被后人称之为“分类学之父”。

德国动物学家

ErnstHaeckel（1834～1919）

１８６６年，赫凯，原生生物界，植物界和动物界。

⏹19世纪工业文明的出现，为显微镜等生物仪器的发明和使用奠定了基础，推动了植物科学从物种、个体、器官、细胞、超微结构到分子结构研究的快速发展。

⏹20世纪50年代电子显微镜等的发展，揭示了植物细胞的超微结构

电子显微镜技术细菌、蓝藻细胞的亚显微结构，

原核生物和真核生物概念的提出。

考柏兰（H.F.Copeland,1938）的四界系统

即原核生物界、原始有核界（包括单胞藻、简单的多细胞藻类、粘菌、真菌和原生生物）、后生植物界和后生动物界。

1969年，美国人,魏特克（R.Whittaker）

发现：

某些植物细胞结构及营养方式不同于其他植物

结论：

生物分类的五界系统，即原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界和动物界。

原生生物界包括所有单细胞生物，有些显然应属于动物，如草履虫、变形虫等。

1978年，中国，陈世骧，

六界系统

病毒，原核生物界，原生生物界，植物界，真菌界和动物界

植物界的划分

高等植物

苔藓植物，蕨类植物，裸子植物，被子植物

低等植物

藻类植物，菌类植物，地衣植物

1999年，国际植物学大会：

绿色植物，褐色植物，红色植物和真菌

其他名称

水生植物，陆地植物，乔木，灌木，草本，单子叶植物，双子叶植物……

植物与人类的关系

⏹造纸Wood,Bamboo,Grassetc.纤维Cotton,Ramie,Hemp,Sisal,Flaxetc.

⏹饮料：

Beer,TeaCoffee,Orangeetc.

⏹香料：

Fennel茴香,aniseed八角,Roseetc.

⏹木材：

Manywoodyspeciesfromforests

⏹园艺：

Manyspeciesfromwoodyandherbplants

植物与自然界的关系

植物在自然界中的作用

1推动地球和生物界的发展和进化

2为地球上的一切生命提供能源

3参与土壤形成，为生物创造栖息的场所

4促进自然界的物质循环

植物与人类的关系

农业方面

　衣食住行都直接或间接地来自植物

工业方面

　食品工业，制糖工业，建筑工业，油脂工业，橡胶工业，纺织工业，油漆工业，化妆品工业，发酵工业，酿造工业

冶金方面

脱蜡，脱硫，冶金

医药卫生方面

生物碱等的提炼，抗生素的生产

第三节植物学分科概述

植物分类学，植物系统学，植物形态学，

植物生理学，植物遗传学，植物生态学，

植物化学，植物资源学，分子植物学，

实验分类学，实验形态学，实验胚胎学，

植物微观结构的研究历史

英国物理学家Hooke创制第一台显微镜

植物学的研究现状和趋势　

⏹1、植物分子生物学，近20年分子生物学的飞速发展，植物科学进入新阶段

a）Sanger的测序技术（1980年诺贝尔化学）给植物分子生物学及基因组学的研究提供了基础。

b）PCR技术，聚合酶链式反应是分子生物学的革命。

植物科学的研究历史

远古时代基本生存的需要

1植物的采集

植物科学分支的开始

1细胞学说提出

2光合作用的发现

3植物矿物营养理论的奠定

4进化论的创立

5能量守恒定律的发现

6孟德尔遗传规律的揭示

7植物生态学的诞生

系统研究

植物体、植物界、植物科学的关系

细胞组织器官个体类群生态系统

植物学分科

1993年

分子植物学，代谢植物学，细胞及结构植物学，发育植物学，环境植物学，群落植物学，遗传植物学，系统及进化植物学，菌物学，古植物学和经济植物学等

1999年

植物多样性-系统与进化，生态、环境与保护，结构、发育与细胞生物学、遗传与基因、生理与生物化学，人类与植物-经济植物学及生物技术

植物学课程开设性质与目的

1掌握种子植物的形态结构、生长发育和生殖规律

2了解植物界中各类群的特征及代表植物的形态结构、繁殖、生活史和亲缘关系等知识，从而建立植物演化发展的概念

3掌握被子植物分类的一般知识和重要科、属、种的特征，认识当地常见代表植物

4通过实验和实习教学，使学生掌握显微镜的使用、徒手切片、染色、生物绘图等方法和技能

5学会采集和制作植物标本的方法。

了解国内外植物学发展的成就

植物学研究主要网站，网址及机构

中国科学院植物研究所

植物学教育科研网

:

10000/国家科学数字图书馆生物科学学科信息门户

生物多样性，植物学报，植物分类学报，植物学通报，植物杂志，植物生态学报，ActaBiologicaCracoviensiaseriesBotanica

国内大学：

北京大学，北京师范大学，中国农业大学，复旦大学，中国科技大学，厦门大学，中山大学，武汉大学等等

参考教材与植物学知名专家

参考教材：

（1）《植物学》上、下册，高等教育出版社

（2）明延凯，《植物学教程》，石油大学出版社

（3）周云龙，《植物生物学》，高等教育出版社出版社

（4）植物学〔上、下〕北京师大编1988

（5）植物解剖学李正理1984

（6）种子植物分类汪劲武1985

知名专家:

洪德元院士（植物分类学家）,张新时院士（植物生态学家）,吴征镒（植物分类学与植物区系学家）,王文采（植物分类学家）,匡廷云（植物生理学,生物化学家）,阎隆飞,戴芳澜,秦仁昌等等

第二章　植物的生活史

第一节　生活史的类型及其起点

　生活史：

生物经历生长，发育阶段和繁殖阶段的一个整个循环过程，也叫生活周期。

　植物的生长发育过程：

孢子植物：

从孢子萌发开始，直接长成为植物，最后又产生为孢子。

种子植物：

种子萌发，生长，分化，发育为成熟的植物体。

⏹1.ConceptofLifeHistory生活史概念

生活史（lifehistory）或生活周期（lifecycle）

   孢子植物或种子植物，在其一生中都要经历生长发育和繁殖阶段，这两个阶段前后相继，有规律地循环的全部过程。

第一节　生活史的类型及其起点

植物的繁殖阶段

三种繁殖方式：

营养繁殖，无性生殖，有性生殖。

营养繁殖：

植物营养体的某一部分和母体分离而直接形成新个体的繁殖方式。

无性生殖：

在植物体上产生无性生殖细胞－孢子，再由孢子直接发育成新个体的繁殖方式。

有性生殖：

由植物体产生有性生殖细胞－配子，配子接合成合子或受精卵，再由合子或受精卵发育成新个体的繁殖方式。

⏹低等植物的藻殖段、菌丝段等和高等植物的孢芽、珠芽、根蘖均可用来营养繁殖，农林生产中广为应用的扦插、压条、嫁接和离体组织培养等也属于营养繁殖。

⏹一种具有繁殖能力的特化细胞----孢子，当孢子离开母体后，在适宜外界环境下便能发育成一新的植物体.

生殖阶段的几个概念

无性世代：

生活史中植物体细胞内染色体为二倍的阶段称二倍体阶段，即孢子体阶段或无性世代。

有性世代：

生活史中植物体细胞内染色体为单倍的阶段称单倍体阶段，即配子体阶段或有性世代。

世代交替：

在植物生活史中，有性世代和无性世代交替进行，代代相传，这种现象称为世代交替。

生殖阶段的几个概念

同形世代交替：

在世代交替中，配子体和孢子体在形态构造上完全相同，即称同形世代交替。

异形世代交替：

配子体和孢子体在形态构造上是不相同的，则称为异形世代交替，在异形世代交替的植物中，又有配子体占优势和孢子体世代。

生活史的类型和演化

有性生殖植物生活史（按照减数分裂的时期）

１　合子减数分裂类型

特点：

只有单倍和二倍的核相交替，而没有世代交替，减数分裂在合子萌发前进行。

２配子减数分裂类型

特点：

配子是生活史中唯一的单倍体阶段，没有世代交替，在配子产生前进行。

３居间减数分裂类型

特点：

有产生孢子的二倍体阶段，也有能产生配子的单倍体阶段，而且在整个生活史中，二者是相互交替出现的，减数分裂在二倍体的植物体形成孢子时进行。

⏹1）减数分裂是在合子萌发前进行（合子减数分裂）

   这种类型在藻类植物中相当普遍，如绿藻中的衣藻、团藻、丝藻、轮藻都属于这一类型。

⏹2）减数分裂在配子产生时进行（配子减数分裂）

   这种类型在绿藻门中的管藻目和褐藻门中的无孢子纲植物，以及多种硅藻中普遍存在。

⏹3）减数分裂（Meiosis）在二倍体的植物体形成孢子时进行（孢子减数分裂），亦称居间减数分裂。

   绿藻中的石莼、浒苔，褐藻门除了无孢子纲植物外的各种类群，红藻门的石花菜、多管藻，以及所有的高等植物全都属于这一类型。

生活史的类型和演化

生活史类型随着整个植物界的进化而发展，经历了由简单到复杂，由低级到高级的演化过程。

原核植物：

没有世代交替，也没有核相交替。

真核植物：

有性生殖的核相交替现象。

　　　　　　　　出现世代交替

　　　　　　同形世代交替和异形世代交替

生活史的起点－孢子和种子

孢子：

一种特殊的细胞，成熟孢子一般为近似球形，外面有细胞壁包围，能抵抗不良的外界环境，靠外力传播。

孢子的产生方式：

孢子囊内或孢子囊外产生。

孢子类型：

营养孢子：

植物营养体细胞直接分化形成的孢子．如真菌的分生孢子，藻类的游动孢子。

接合孢子：

是有性生殖所形成的孢子，由两个配子囊细胞融合而直接形成。

如藻类接合藻纲。

真孢子：

孢子体的部分细胞或特定的菌丝体通过减数分裂而形成的孢子。

如苔藓植物的孢子。

生活史的起点－孢子和种子

种子的类型和结构

种子植物包括裸子植物和被子植物

种子的结构：

胚，胚乳和种皮三部分组成

其中胚由胚芽，胚根，胚轴和子叶四部分组成。

单子叶植物和双子叶植物区别：

胚中子叶有一枚或者两枚。

根据胚乳的有无：

胚乳种子和无胚乳种子。

裸子植物和被子植物的区别：

胚珠不被心皮所包被，种子外面没有果皮包被，种子裸露状态。

第二节　各有特色的生活史

藻类植物的生活史

　生殖方式多样，生活史不同。

蓝藻和某些单细胞真核藻类没有有性生殖过程，细胞不存在核相交替，无世代交替现象。

大多数真核藻类植物进行有性生殖，会出现核相交替及世代交替现象。

整个趋势是由配子体世代占优势向孢子体世代占优势发展。

各有特色的生活史

菌类植物的生活史

无性阶段：

孢子萌发形成新的菌丝体。

有性阶段：

从菌丝上形成配子囊，产生配子

各有特色的生活史

苔藓植物的生活史特征

　具有明显的世代交替现象，配子体占优势，孢子体不发达，并且寄生在配子体上，不能独立生活。

无性生殖时产生孢子和孢子囊，有性生殖时产生多细胞的精子器和颈卵器。

各有特色的生活史

蕨类植物的生活史特征

　具有明显的世代交替现象，无性生殖时产生孢子和孢子囊，有性生殖时产生多细胞的精子器和颈卵器。

蕨类植物的孢子体远比配子体发达，蕨类植物的孢子体和配子体都能独立生活。

各有特色的生活史

裸子植物的生活史特征

　孢子体特别发达，多年生木本植物，配子体进一步简化，且完全寄生在孢子体上。

胚囊（雌配子体）的近珠孔端产生２个至多个结构简化的颈卵器，其余部分将来发育成胚乳。

各有特色的生活史

被子植物的生活史

　孢子体进一步发达，具有真正的花，输导系统更完善而发达，其配子体较裸子植物更为退化，一般是由８个细胞组成的胚囊和２～３个细胞的花粉粒，颈卵器消失。

复习题

１　简述植物生活史的类型及其演化。

2　裸子植物和被子植物种子的主要区别是什么？

第三章植物细胞

显微镜的发明

Ø300多年前

Leeuwenhoek

世界上最早的显微镜

RobertHooke

软木　蜂窝状的小格子“细胞”

Ø1838年　Schleiden1839年　Schwann

细胞是组成生物体的基本单位

细胞学说

⏹

    德国植物学家Schleiden.M.J,和动物学家Schwan.T,于1838年,提出细胞学说。

细胞的基本概念

Ø1855年，Virchow

Ø细胞学说可以归纳为以下两点：

　1所有生物都由细胞和细胞的产物组成；

　2新的细胞必须经过已存在的细胞分裂而

产生。

Ø细胞是生命活动的基本单位

细胞学说内容

    1.植物和动物的组织由细胞构成

    2.所有的细胞由细胞分裂或融合而成

    3.卵和精子都是细胞

    4.一个细胞可分裂形成组织    

Ø植物细胞的形状与大小

⏹植物体由细胞构成（单细胞或多细胞）

⏹细胞的大小通常在20-50m之间

⏹细胞的形态多样，球形、多面体、立方体、长形等

植物细胞的基本结构

⏹质膜（plasmamembrane）：

原生质体表面的一层薄膜，脂类和蛋白质

细胞核（nuclear）

⏹通常一个细胞只有一个细胞核，偶有双核或多核

⏹细胞核一般圆球形，直径约10-20m

细胞质（cytoplasm）

细胞质基质（cytomatrix）

细胞器（organelle）

后含物（ergasticmaterial）

质体（Plastid）：

与糖类合成和储藏有关

质体是由原（前）质体（proplast）发育而来：

细胞骨架（cytoskeleton）

⏹微丝（microfilament，MF）：

细丝状结构，直径6—8nm

⏹微管（microtubule,MT）：

细长、中空的管状结构，外径25nm

⏹中间纤维（intermediatefilament,IF）：

细长管状结构，直径10nm

细胞的骨架

细胞壁

组成：

⏹胞间层（middlelamella）

⏹初生壁（primarywall）：

1—3μm

⏹次生壁（secondarywall）：

5—10μm

成分：

⏹果胶类物质

⏹纤维素（cellulose）、半纤维素、木质素（lignin）

⏹多种酶类（enzymes）和糖蛋白

胞间连丝（plasmodesmata）

⏹细胞壁生长时并非均匀增厚，在初生壁上有一些较薄的区域叫初生纹孔场（primarypitfield），其上有许多小孔，细胞的原生质细丝通过这些小孔,与相邻细胞相连

⏹穿过细胞壁，沟通相邻细胞的原生质细丝，称为胞间连丝

细胞间的联系

⏹胞间连丝（plasmodesma）:

贯穿于细胞壁之间并密集发生于纹孔场和纹孔膜上，沟通细胞之间的连丝

⏹胞间连丝是细胞原生质体间进行物质运输和信号传导的桥梁

纹孔场及纹孔

⏹纹孔场（pitfield）：

初生壁上的一些非常薄的区域

⏹纹孔（pit）：

次生壁形成时在纹孔场不被次生壁物质覆盖，形成的凹陷区域

Ø单纹孔（singlepit）

Ø具缘纹孔（borderedpit）

⏹纹孔膜：

两个纹孔间的胞间层和两层初生壁形成纹孔膜

⏹相邻两细胞之间的纹孔多成对存在，称纹孔对（pitpair）

后含物

（一）贮藏的营养物质

1、淀粉（starch）:

Ø形式：

以颗粒状态存在，称为淀粉粒（starchgrain）

Ø鉴定：

用碘—碘化钾溶液染色时，通常呈蓝黑色

Ø形成淀粉粒时，先从一个点（脐点）开始，向外层层沉积，形成许多同心的层次——轮纹（直链淀粉和支链淀粉交替沉积而成）

Ø单粒淀粉粒：

只有一个脐点

Ø复粒淀粉粒：

有2个以上脐点，每个脐点有各自的轮纹

Ø半复粒淀粉粒：

2个以上脐点，各脐点除有本身的轮纹外，还有共同的轮纹包围

2、蛋白质

⏹形式：

①拟晶体，其晶体与无机盐结晶不同，常呈方形，因此叫拟晶体（crystalloid）；②湖粉粒：

由一层膜包裹成的圆球状颗粒

⏹鉴定：

贮藏蛋白质遇碘呈黄色

⏹湖粉粒集中分布于种子的胚乳和子叶中，往往禾谷类胚乳的最外一层细胞或几层细胞中含有大量的湖粉粒，特称为湖粉层（aleuronelayer）。

豆类子叶细胞中除普遍具有湖粉粒外，还含有一或几个拟晶体

⏹豆类湖粉粒的形成过程是：

一个大液泡分散成几个小液泡，随种子的成熟，小液泡内的蛋白质逐渐变为湖粉粒；种子萌发时，湖粉粒中的蛋白质被利用，小液泡重新转变成一个大液泡

3、脂肪（fat）和油类（oil）

⏹形式：

以固体或油滴的形式存在于细胞质中，是细胞中含能量最高而体积最小的贮藏物质，常存在于种子、胚和分生组织细胞中

⏹鉴定：

用苏丹III或苏丹Ⅳ染成橙红色

（二）生理活性物质

⏹含量很少，但对细胞生命活动起着非常重要作用的物质，统称为生理活性物质

⏹酶、维生素、植物激素、杀菌素等

⏹保证细胞内一切生化反应的正常进行；调节和控制植物生长、发育、繁殖以至遗传、变异等一系列生命活动过程

（三）其它物质

⏹糖类、有机酸、单宁、花青素、植物碱、精油、晶体等

⏹植物细胞内的晶体主要是草酸钙晶体，稀碳酸钙晶体，存在于液泡中

⏹单晶：

棱柱状或角锥状

⏹针晶：

针状，常聚集成束

⏹簇晶：

球状，由许多单晶联合形成，每个单晶的尖端都突出于晶簇的表面

细胞的类别

Ø原核细胞、真核细胞

原核细胞和真核细胞

细胞的新陈代谢

⏹一切生命活动都是在细胞中进行的

⏹生物体内进行的全部的物质和能量的变化总称为新陈代谢

⏹同化作用：

生物从外界摄入营养物质合成为生物自身的物质并贮存能量的过程

⏹异化作用：

生物体不断地将自身的某些物质分解，释放能量，并将最终代谢产物排出的过程

生命和能量

⏹一切生命活动都需要能量

⏹系统中物质的总能量可分为束缚能和自由能

⏹束缚能：

不能转化为用于作功的能量

⏹自由能：

在一定的温度和压力下能够作功的能

⏹ATP：

细胞中的“能量货币”，分解时释放能量

细胞的能量通货——ATP

原生质的化学组成

⏹构成细胞的生活物质为原生质，它是细胞活动的物质基础。

原生质有着相似的基本成分。

1.水和无机物

    原生质含有大量的水，一般占全重的60%～90%。

幼嫩植株含水60%～90%。

种子（成熟的）含水10%～14%。

除水之外，原生质中还含有无机盐及许多呈离子状态的元素，如铁、锌、锰、镁、钾、钠、氯等。

（

⏹2.有机化合物

①蛋白质

    蛋白质分子由20多种氨基酸组成。

由于氨基酸的数量、种类、排列顺序不同，形成各种蛋白质。

蛋白质可以作为原生质的结构蛋白，而且还以酶的形式起重要作用。

例如，使物质分解的淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶等。

⏹②核酸

    生活的原生质都含有核酸，核酸都和蛋白质结合形成核蛋白。

核酸由核苷酸构成。

单个的核苷酸由一个含氮碱基、一个五碳糖和一个磷酸分子组成。

核酸根据含糖不同，可分为含有核糖的核糖核酸（RNA）和含有脱氧核糖的脱氧核糖核酸（DNA）。

⏹③脂类

    凡是经水解后产生脂肪酸的物质属于脂类。

    在植物体内，有的作为结构物质，例如磷脂和蛋白质结合，构成细胞的各种膜。

有些脂类形成角质，木栓质和蜡，参与细胞构成。

⏹④糖类

    糖类是光合作用的同化产物，参与构成原生质和细胞壁。

细胞中最重要的糖可分为:

       单糖例如：

葡萄糖、核糖

       双糖例如：

蔗糖、麦芽糖

       多糖例如：

纤维素、淀粉

    原生质中除上述四大类物质以外，还含有极微量的，但生理作用很大的有机物，称为生理活跃物质,如：

酶、维生素、激素、抗菌素。

    人们日常生活所食用的五谷中以及番茄、大蒜等植物果实或植株中都可以见到其踪影。

    原生质中的蛋白质，核酸，多糖等生物大分子，均匀地分散在原生质所含的水溶液中，形成胶体。

原生质失去水分为凝胶，吸收水分则为溶胶。

植物细胞的组成

植物细胞的基本结构

⏹不同植物其细胞的大小不同，最小的细胞是枝原体，直径仅有0.1μｍ左右；西瓜瓤细胞直径约1mm；苎麻茎纤维细胞长可达550mm。

植物细胞的形状也多种多样，有长管状、球状等，植物细胞的形状取决于其生理功能。

⏹植物细胞虽然大小不同，形状多样，但是一般有相同的基本结构。

植物细胞的基本结构包括：

      1.细胞膜

      2.细胞质

      3.细胞核

      4.细胞壁

⏹

（一）细胞膜

    生活在细胞原生质外表，都有一层膜包围，称为细胞膜或质膜。

质膜横断面在电镜下呈现"暗-明-暗"三条平行带，暗带为蛋白质分子组成，明带为脂类物质组成，称为单位膜