动植物发育的异同
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高等动物的发育可以一般分为胚胎发育和胚后发育两个阶段。
胚胎发育:
从受精卵起到胚胎出离卵膜的一段过程(以人为例)。人的受精作用是在输卵管的上段完成。当受精卵在输卵管中段时,胚胎发育就开始了。受精卵一边进行有丝分裂,一边沿输卵管向子宫方向下行,胚胎发育进入卵裂期,接着进入桑葚胚、囊胚、原肠胚。囊胚不断通过细胞分裂和细胞的分化而长大,分成了两部分。一部分是胚胎本身将来发育成胎儿;另一部分演变为胚外膜,最重要的是羊膜、胎盘和脐带,胎儿通过胎盘和母体进行物质交换。在前两个月中,胚胎继续细胞分裂、分化,产生各种细胞,组建各种组织、器官。到第三个月末,各器官系统基本建成,已称为胎儿。以后主要是增大和少数结构的改变。由于胎儿迅速生长,母亲的负担日益加重;一般到280天左右,也就是九个月多一点(常说“十月怀胎”实际上以农历来衡量的)将发生自然娩。接着进行胚后发育。
胚后发育:
在动物个体发育过程中,从卵孵化后,或从母体生出后,经过幼虫或幼体至成虫、或成体达到性成熟时的发育过程。许多动物的幼体在形态结构和生活习性上都与成体差别较小,因此,幼体不经过明显的变化就逐渐长成为成体,如爬行动物、鸟类和哺乳动物。对于这些动物来说,胚后发育主要是指身体的长大和生殖器官的逐渐成熟。有些动物的幼体与成体,在形态结构和生活习性上都有明显的差异,如蛙。这类动物在胚后发育的过程中,形态结构和生活习性都要发生显著的变化,而且这些变化又是集中在短期内完成的。这种类型的胚后发育过程叫做变态发育。
由于动物的种类不同,胚后发育的情况也有区别。如无脊椎动物中的蚯蚓、蚂蟥和绝大多数脊椎动物的胚后发育,其幼体与成体极为相似,不经变态,逐渐长大成为成体(直接发育);另一些无脊椎动物有极为特殊的幼体期,幼体与成体极不相同,要经过形态和生理上的变化后,才能发育成为成体(变态发育),如腔肠动物、扁形动物、软体动物、环节动物、节肢动物、棘皮动物中的许多种,其中以节肢动物中的昆虫最为特殊,它们从卵孵化后,要
经过若虫(蝗虫)或稚虫(蜻蜓)而至成虫。在此过程中,若虫或稚虫随着蜕皮,发生了形态和生理上的变化;还有许多种昆虫(蚊、蝇、蝶、蛾、甲虫)的幼虫,尚需经过蛹期才能羽化成为成虫。又如脊椎动物两栖类的蛙,从卵孵化后,要经过蝌蚪期而至成体。蝌蚪的变态发育,反映了无尾两栖类可能是从有尾两栖类进化而来的。
植物的个体发育:
指植物生命所经历的全过程。从受精卵的最初分裂开始﹐经过种子萌发﹑营养体形成﹑生殖体形成﹑开花﹑传粉和受精﹑结实等阶段﹐直至衰老和死亡。但一般以种子萌发为开始阶段。构成植物个体的细胞和器官也有其自身发端﹑形成和衰老的发育过程。
发育包括生长和分化。生长指植物细胞﹑组织和器官在数量上的不可逆的增加。分化是在生长过程中发生细胞的特化﹐即从同一性质的细胞类型转变成结构上与功能上不相同的细胞类型﹐如薄壁细胞分化成厚壁细胞﹑木质部﹑韧皮部等。细胞分化的结果是建成各种组织和器官。从营养体到生殖体的转变即花芽分化﹐是植物一生中十分重要的分化过程。
具体可分为胚的发育、胚乳的发育、植株的生长和发育。
胚的发育
不同植物的胚,发育的过程大体相同,下面以荠菜为例来说明。荠菜的受精卵经过短暂的休眠以后,就开始进行有丝分裂。在第一次分裂形成的两个细胞中,靠近珠孔的一个叫做基细胞,另一个叫做顶细胞。顶细胞经过多次分裂,形成球状胚体。基细胞经过几次分裂,形成一列细胞,构成胚柄。胚柄可以从周围组织中吸收并运送营养物质,供球状胚体发育。研究表明,胚柄还能产生一些激素类的物质,促进胚体的发育。在胚体发育完成后,胚柄就退化消失了。由于球状胚体顶端两侧的细胞分裂速度比较快,就形成了两个突起,这两个突起逐渐发育成两片子叶。两片子叶之间的一些细胞发育成胚芽,胚体基部的一些细胞发育成胚根,而胚芽与胚根之间的细胞则形成胚轴。这样,子叶、胚芽、胚轴和胚根就构成了荠菜的胚。
胚乳的发育
受精的极核不经过休眠,就开始进行有丝分裂,经过多次分裂形成大量的胚乳细胞。这些胚乳细胞构成了胚乳。
多数双子叶植物在胚和胚乳发育的过程中,胚乳逐渐被胚吸收,营养物质储存在子叶里,这样就形成了无胚乳种子,如大豆、花生和黄瓜等。多数单子叶植物在胚和胚乳发育的过程中,胚乳不被胚吸收,这样就形成了有胚乳的种子,如小麦和玉米等。
在胚和胚乳发育的同时,珠被发育成种皮。这样,整个胚珠就发育成种子。与此同时,子房壁发育成果皮,整个子房就发育成果实。
果实和种子成熟以后,便从母体上脱落下来。如果遇到合适的环境条件,种子就会萌发并长成幼苗(有些植物的种子需要经过一段时间的休眠才能萌发。
植株的生长和发育
幼苗经过一段时间的生长,成为一株具有根、茎、叶三种营养器官的植株。植株生长发育到一定阶段,就开始形成花芽,接下来便是开花、结果。花芽的形成,标志着生殖生长的开始。对于一年生植物和二年生植物来说,在植株长出生殖器官以后,营养生长就逐渐减慢甚至停止。对于多年生植物来说,当它们达到开花年龄以后,每年营养器官和生殖器官仍然生长发育。其中营养器官的生长发育包括:
根和茎顶端分生组织的活动,使茎不断长高,根不断伸长。与此同时,由于茎和根的形成层的活动,使茎和根不断长粗。这样,多年生植物就逐年长大。
植物能够不断进行形态建设。形态建设是植物发育生物学研究中的重要问题:
模式的识别、轴向、重复性、对称性。植物的形态建设与环境因素、信号转导。而花的拟态是最极端的进化发育。植物发育的模式,如种子的发育潜模式。植物发育的特殊性是具有重复单元,如画得发育与顶端分生组织。茎顶端分生组织的发育中存在“原套”学说和“功能域”学说。
植物形态发生
植物的外部形状和内部结构的起源、发育和建成的过程。高等植物是一类高度进化的生物有机体。由于植物体的分化而显出各种特化的机能和结构,如在外部分化出各种器官,在内部则形成能执行不同功能的各类细胞、组织和组织系统。植物体中的各个部分,虽然可以有不同的生长速率和分化出不同的结构特征。但是它们的分化和生长并不是孤立地进行,而是紧密地交织在一起相互作用的。植物体不会永远停留在一种固定的形态上,而总是经常地在迅速变化。另外,植物体在正常发育过程中,当受到某些外界因素的干扰时,往往具有一种回复到原来正常状态的能力,即通过形态发生又长成类似原来形状的能力,使植物体能够保持“原状稳定”。
植物的生长发育与分化。高等植物体具有一个连续生长的体轴,常常可以无限地生长,而这种生长一般由根和茎顶端的分生组织所控制。这些顶端分生组织细胞可以不断地分裂和分化,逐渐形成了后面较老的部分。至于叶、花和果实等器官,就不像体轴那样,而是有限的生长器官。其分生组织只能在一个时期分化生长,并且也往往不集中在某一部位,而分散在器官中,因此初期时常显出全面生长,及到成熟,所有组织都停止了生长。植物在形成过程中,同时逐渐表现出各种分化。植物愈高等,分化愈复杂,由此分化形成各种器官,组织之间也逐渐产生出差异,细胞之内也有原生质体内各种细胞器的分化,可以说,植物体内没有不分化的部分。
形态发生的各种表现。植物发育时,十分有秩序地形成了各种形态。高等植物都具有“体轴”,但是体轴的两端,在结构与生理活动上,却有很大的不同,这就是植物体的根端与茎端,其中尚有各种侧生器官。植物中这种具轴的两极向特征,特称为极性现象。极性是生命活动在空间上的特殊序列现象。植物形态发生中除了极性现象以外,尚有相关现象和对称现象等。
相关现象在植物界中普遍存在,可用以解释芽、叶和茎生长之间的相互影响,以及成花控制、果实生长、脱落现象,以及维管形成层的活动等等,甚至创伤愈合和人工嫁接与大部分的再生作用也关系到相关现象。平常植物生理学上所说的顶端优势,也是相关现象的一个好例证。