生命科学导论.ppt

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1、8 植物的结构、功能和发育（B）,8.1 植物各门类及其特征 8.2 植物的结构与生长8.3 植物的营养与体内运输8.4 植物的繁殖8.5 植物的生长发育及调控,8.4 植物的繁殖,植物的繁殖方式包括营养繁殖、无性生殖和有性生殖3种方式。,植物营养体的一部分从母体分离开直接形成新个体的繁殖方式称为营养繁殖。也有的学者将营养繁殖归入无性生殖。植物的无性生殖是指一些具有生殖功能的细胞不经过两性的结合，直接发育成新个体的过程。无性生殖中具有生殖功能的细胞称为孢子。有性生殖是指通过两性细胞的结合形成新个体的过程。这些性细胞称为配子，为单倍体。两个配子结合形成二倍体的合子，由合子再发育形成新的个体。,被

2、子植物的生活史和世代更替,孢子体世代与配子体世代（无性世代与有性世代）交替出现，这就是植物生活史中的世代交替现象。,孢子体由种子萌发而来被子植物的配子体世代（单倍体世代）不发达，雌、雄配子体不能独立生活，都寄生在孢子体上，且特化成花的一部分。,花的结构,花柄的分化被子植物进入到生殖生长阶段时，茎的顶端一些分生组织不再形成叶原基和芽原基，转而形成花原基或花序原基。因此，花是一种特化的节间很短的变态的枝。,典型的花的结构一朵完整的花包括花托、花被、雄蕊群和雌蕊群。,完全花、不完全花两性花、单性花雌雄同株、雌雄异株,不同植物花的多样性是生物多样性的生动体现,传粉与受精,花粉和胚囊的发育,传粉与受精,

3、传粉：花粉囊散出的花粉借助媒介到达花的柱头上。自花传粉、异花传粉,受精：一个精子与卵结合形成受精卵并成为二倍体的合子，合子将来发育成为产生新个体的胚；,另一个精子与中央细胞极核结合，成为三倍体的受精极核并进一步发育成为胚乳。这种双受精是被子植物特有的现象，也是植物有性生殖中最进化的形式。,种子与果实的形成,胚的发育和种子的形成在胚发育之前胚乳的发育便开始了，多核初生胚乳-多细胞胚乳，为胚的发育提供营养。合子通常经过一段休眠后开始发育成胚。,种子与果实的形成,果实的形成子房发育成果实，子房壁成为果皮。被子植物中除子房外，其他部分如花托、花萼等也参与果实形成。被子植物的传粉也启动了包括生长素、赤霉

4、素、细胞分裂素等植物激素的产生和增加,种子与果实的形成,果实的多样性根据花中雌蕊的数目和花序的情况可以将果实分为3类单果：一枚雌蕊，单子房聚合果：多枚离生雌蕊聚花果：相互分离的花共同聚集发育成果实。,8.5 植物的生长发育及调控,植物的生长主要靠细胞数目增多、细胞体积的增大和伸长来完成。而植物的发育是指植物体的构造和机能由简单到复杂的变化过程。植物的生长和发育是相辅相成的过程。植物体的生长和发育始终都受到一系列外部和内部因素的控制。,种子的萌发与幼苗的发育,部分种子一经成熟，在适宜环境即可萌发，但大多数要经过休眠才能萌发；度过休眠且具有生活力的种子在足够水分（软、溶胶态、酶）与氧气（呼吸）、一

5、定温度条件下（酶）就开始萌发。有些种子的萌发还需要一定的光照条件（光敏色素）。种子从萌发到发育成幼苗是一个复杂的过程,各种环境因子对植物生长发育的影响,植物的生长和发育始终都受到一系列外部和内部因素的控制。影响植物生长与发育的外部环境因子主要包括温度、光、水分以及各种刺激等等。,温度是控制植物生长和发育的重要环境因子。,每一种植物都有适合自己生长发育的温度范围，主要原因是温度对细胞内酶的活性有极大影响。温度也会极大影响植物体中蛋白质、脂肪和水分的性质。植物在整个生活周期中的最适温度随生长发育阶段的改变而变化，此外还需要一定的昼夜温差。温度（低温）对于植物的生殖生长也具有调控作用（如一些植物经低

6、温处理才能诱导开花春化作用）。,光是控制植物生长发育的最重要的环境因子,光是光合作用最基本的条件和能量输入源，同时光还能控制植物不同发育阶段如种子萌发、幼苗发育和开花等形态发生过程。如拟南芥光照条件下，胞内的原叶绿素酸酯还原成为叶绿素酸酯，后者进一步形成叶绿素；黑暗条件下，不能合成叶绿素，表现为植物体黄化。,光是控制植物生长发育的最重要的环境因子,光是重要的环境信号，可以调控组织的分化和器官的发育。光对植物的成花诱导是最为典型的现象。许多植物开花受白天黑夜相对长度变化的控制。光周期现象,根据植物开花的光周期反应，可把植物分为3种类型：短日植物、长日植物、日中性植物。长日植物与短日植物的确定取决

7、于对临界日长的正负反应。,光是控制植物生长发育的最重要的环境因子,植物开花还同时受到诱导周期数的影响。,诱导周期数就是光周期敏感植物开花诱导所需的光周期数（天数）。光质对开花诱导也有影响。红光是诱导长日植物开花和抑制短日植物开花最有效的光质，同时，红光效应可以被远红光（红外光）所逆转。,光是控制植物生长发育的最重要的环境因子,植物感受光周期刺激的部位是叶片。实验：两株植物（一有光周期诱导，另无）有叶片连接；无叶片连接；结论：被诱导的叶片中形成了刺激开花的物质。,植物激素与生长发育,植物激素是一些在植物体内合成的微量的有机生理活性物质，它们能从产生部位运送到作用部位，在低浓度（1mmol/L）时

8、可明显改变植物体某些靶细胞或靶器官的生长发育状态。,植物向光性生长与植物激素的发现,很早以前，植物学家就观察到，室内培育的植物具有向光性。其增加了叶片接受光的面积和光合作用对向光弯曲的燕麦苗解剖观察发现，燕麦苗的胚芽鞘背光一侧细胞的生长要快于向光的一侧。是什么引起了向光性？如何通过实验来发现？,19世纪末，Darwin父子的实验,Darwin父子提出了一种假说：胚芽鞘顶端受光后产生的某种化学信号被从顶端传送到下面弯曲的部位，导致胚芽鞘下部细胞向光的一侧与背光的一侧细胞生长不均匀。如何对其进行证明呢？,植物向光性生长与植物激素的发现,几十年后，丹麦科学家Boysen-Jensen用实验验证了Da

9、rwin父子提出的假说。,实验证明了：Darwin父子提出的某种信号是一种可传输的化学物质。这种物质是什么？,植物向光性生长与植物激素的发现,1926年，年轻的荷兰植物生理学家 Went终于从植物胚芽鞘中发现了这种化学物质。,Went结论：由胚芽鞘顶端受光产生的化学信号物质可以刺激细胞生长。他将这种植物激素定名生长素。,植物向光性生长与植物激素的发现,植物激素对植物体的生长、细胞分化、器官发生成熟和脱落等多方面具有调节作用，植物激素对于植物的生长发育是必不可少的微量化合物；大约有300多种由微生物和植物产生的次生代谢物对植物的生长发育具有调节活性；,植物激素的种类和作用,公认的5大类植物激素包

10、括：生长素、细胞分裂素、赤霉素、脱落酸和乙烯；在植物体中，5大类激素往往是相互协调地共同参与植物生长发育的调控。,细胞信号传导途径介导的植物对外界刺激的响应,外部环境因子和植物激素的作用都是通过细胞内的信号传导途径和基因的转录表达来实现的。,信号传导途径的发现,1990年，美国斯坦福大学的专家发现，对拟南芥每天人为地触摸两次，实验组植物体的高度比对照组（未实施每天人为触摸的植物）低34倍。,信号传导途径的发现,研究揭示，物理接触激活一种特殊的信号传导途径，引起核内基因组的响应，调控着拟南芥的生长和发育过程。,耶鲁大学科学家在拟南芥中发现的称为cop9信号传导复合体是结构和功能缜密的细胞信号调节

11、网络的一部分，参与了拟南芥幼苗光调控的发育过程。,植物细胞的信号传导途径,细胞的信号传导途径包括信号接受、信号传导、诱导应答3个主要步骤。信号接受是指细胞感受到某种外部环境因子或激素信号的过程。信号传导途径的传导步骤是指一系列的细胞信号传导体将接受到的刺激感应放大并转换成可引起细胞代谢应答的化学形式。最关键的联结点是第二信使（钙离子、cAMP等）诱导应答是指被放大的信号诱导细胞对刺激的应答。如脱落酸通过信号传导途径使叶片气孔关闭，原因在于激素诱导了钾离子的流失。,植物细胞的信号传导途径,例：生长素诱导的细胞伸长信号传导途径生长素与细胞膜上的受体结合，激活第二信使。质子泵活化，输出H+，细胞壁酸

12、化，有利于细胞伸长。高尔基体被刺激分泌细胞壁生长的物质。活化DAN结合蛋白，启动生长所需蛋白的表达。,花、种子与果实属于被子植物的繁殖器官。孢子体世代与配子体世代交替出现是植物生活史的世代交替现象。被子植物的孢子体由种子萌发而来，是二倍体植物，其配子体世代（单倍体世代）不发达，雌雄配子体不能独立生活，都寄生在孢子体上，且特化成花的一部分。一朵完整的花包括花托、花被、雄蕊群和雌蕊群几部分。经过传粉和受精过程，雌雄配子结合形成二倍体的合子，合子进一步发育成为种子。度过休眠且具有生活力的种子在足够水分与氧气、一定温度条件下就开始萌发。种子从萌发到发育成幼苗是一个复杂的过程。春化作用、光周期现象、“生物钟”现象等都体现了植物体的生长和发育始终都受到一系列外部和内部因素的调控。影响植物生长与发育的外部环境因子主要包括温度、光、水分以及各种刺激等。植物激素是一些在植物体内合成的微量具有生理活性的物质，在低浓度时可明显改变植物体某些靶细胞或靶器官的生长发育状态。外部环境因子和植物激素对植物体的生长和发育控制的作用都是通过细胞内的信号传导途径和基因的转录表达来实现的。,本章摘要,