植物结构与功能

• 茎的特征是有节和节间，节上有叶，具芽。
• 茎的内部结构：包括表皮、基本组织和维管束 (vascular bundles)三部分。
冬天落叶后枝条
木本植物的枝条
夏天的枝条
维 管 柱 中 叶 隙 和 枝 隙
• 双子叶植物维管束束状，纵向排列，排 成一轮，木质部与韧皮部为内外并生型， 在单子叶植物中维管束分散在基本组织 中。皮层和髓是基本组织，茎的表皮与 维管束之间为皮层，茎的中央是髓部。
• 2．复合组织(complex tissues)
• （1）维管组织(vascular tissues)：
• 由木质部(xylem)和韧皮部(phloem)组成。木 质部的输导分子有导管(vessels)和管胞 (tracheids)。
• 韧皮部的输导分子是筛管(sieve tubes)和伴胞 (companion cells)，较原始的形式则为筛胞 (sieve cells)。成熟的筛管和筛胞是没有细胞 核的生活细胞。
芋……；药用：人参，田七，何首乌，地黄，当归， 乌头，郁金，丹参，牡丹根皮；香料：香根，辣根， 檫木根。有些植物的根可能危及建筑物，高山榕 (Ficus altissima)，其发达的根系常常堵塞下水道。
成熟区
根冠
根的分区
伸长区 分生区
原表皮
基本分生组织
原形成层 分生区
根的初生分生组织位置
内皮层 皮层
• 1．简单组织(simple tissues)
• 薄壁组织：细胞近球形，可塑性大，壁薄，较少木质 化，也不角质化。在根茎的幼嫩部分、叶、花、果柔 软多汁部分，大部分为薄壁组织。薄壁细胞可以成为 贮藏组织，分泌组织，贮水细胞，传递细胞等。在维 管组织内，也有薄壁细胞。
• 厚角组织：厚角细胞是纵长的，细胞壁增厚不均匀， 主要成分为果胶质，果胶质能把纤维素粘合在一起， 从而使组织具有柔韧性。
• (一) 花的组成
• 一朵完全花(complete fiowers)，从下而上，从外到内 可分为花梗(pedicel)、花托(receptacle)、花萼(sepals)、 花瓣(petals)、雄蕊(stamens)、雌蕊(pistils)等部分。
• (二)雌雄蕊的结构和雌雄配子体的形成
• 1．雄蕊的结构和雄配子体的发育；
• 硬材与软材：双子叶植物的木材称为硬材，因为在 木质部有导管，管胞，纤维等：松柏类的木材称为 软材，因为木质部里只有管胞和薄壁射线细胞，没 有导管和纤维，硬度较低。
美 国 加 州 红 杉
横 切 面
径向切面
弦切面
物木 的本 一双 个子 木叶 方植
心材
百
年
边材
大
树
截
面
刨
剥去树皮成为圆木—— 树皮可作燃料、植料
• 分生区是顶端分生组织所在位置： • 根冠是由一团球形的细胞形成的帽状体，根冠细胞
可以分泌出粘液，湿润泥土，便于根向泥土深处伸 展，根在深入泥土过程中，根冠细胞不断磨损，又 不断由分生组织补充。根冠也有保护顶端分生组织 的作用。 • 由分生区到成熟区是分生组织不断产生的细胞长大、 伸长、成为成熟区。
• 2．雌蕊的结构和雌配子体的形成：
• 雌蕊位于花的中心位置，由子房、花柱、柱头三部分 组成。子房内有胚珠珠心(nucellus)的一个细胞发育成 大孢子母细胞，再经减数分裂，形成4个单倍体的大 孢子。4个大孢子通常只有1个继续发育，经过三次有 丝分裂，形成7个细胞8个核的胚囊（embryo sacs）： 1个卵细胞，2个助细胞，3个反足细胞，和有2核的极 核细胞。
• 气孔也是气体交换的通道：除为水分蒸腾的出口外， 光合作用时CO2进入，产生O2的逸出也要通过气孔。
• 气孔数量增加促使小型叶发展到大型叶。在泥盆纪早 期距今4亿年前，陆上最初形成的植物仅具小型叶， 叶上气孔数量很少，这种形态的叶光合作用效率有限。 当时大气中CO2的浓度是现在的10倍，植物只需要少 量气孔来就能满足吸入CO2的需要。在CO2浓度非常 大的情况下，没有形成大型叶的需要。又过了2 000 万年，距今3.7亿年时，大气中的CO2浓度下降，迫使 叶增大面积、增加气孔的密度。从化石标本上的气孔 数量，证明了在大气中的CO2的浓度迅速下降的同时， 气孔的密度和叶的表面积也在增加。
管胞
导管
筛板 筛管 伴胞 韧皮薄壁细胞
洋槐茎的纵切面示韧皮部， 右图为左图的局部放大
• （2）皮组织(dermal tissue)：植物体的初生结 构由表皮这一皮组织系统复盖和保护。表皮 在多数时候仅由一层细胞组成，其外向壁具 有蜡质和角质层(cuticle)，它有防止水分过度 散失、抵抗某些微生物侵害的作用。
• 叶脉(veins)：叶的维管束，常伴有细胞壁增厚的厚角 细胞或厚壁细胞，以加强叶片的支持力量。叶的维管 束与茎的维管束相连。
• 叶的用途：蔬菜；辛香蔬菜；风味食品。天仙子， 颠茄叶可用于治病。烟叶作为全球销量最大的嗜好 品，曾经有着神圣的地位。现在吸烟已被证实能引 起肺癌、口腔癌、喉癌；古柯叶曾被印地安人作为 治病的灵丹妙药，现在从古柯叶提取的可卡因，从 大麻叶中提取的大麻碱，从罂粟中提取海洛因已成 全球泛滥的毒品。
成 连
圆边材
续
外材—— 木材少节可作家具
的 薄
片
供
向心材—— 节增多，不适于作板， 多作承重的粱等，节
制 作
不影响承重
夹
板
木 材 的 三 向
切 面
橡树 柏树
云杉
白蜡树
山核桃
松材 木
材
的
枫木
用 途
胡桃
三、植物的有性繁殖
• 花是有花植物的繁殖器官，花是进化的产物。第一， 花是产生雌雄配子体和精卵的场所，也是精卵结合进 行有性生殖的场所；第二，花进一步发育成果实和种 子。花提供了雌雄配子体发育，精、卵发生的条件， 并对此提供了完善的保护；花演化出了许多特化的结 构，保证了异花传粉，提高了后代的生命力。种子包 含着胚，是精卵结合的结果，是新一代植物的雏体， 外面有种皮包裹，对胚进行了有效的保护。果实是由 包裹在胚珠外面的子房及花的其它部分发育出来的， 对种子的发育提供了更进一步的保护，而且在种子成 熟后将帮助种子散布。
• 最早的陆生植物有没有根？ • 现存的裸子植物为什么没有发展到被子
植物？
• 一、植物的组织 • (一)根系统与苗系统 • (二)植物体的三大组织系统： • 皮组织系统 • 维管组织系统 • 基本组织系统。
根尖 根冠
皮 组 织
茎
系 统
中
基
维
本 组
管
织 系 统
束
维
系
管 组
统
织
系
统
• (三)植物组织的类型
大花草Rafflesia的花，花径可以达到1米
番 荔 枝
科 紫 玉
盘
毛 茛 科
飞 燕 草
罂粟科荷包牡丹
木 兰 科
荷 花 玉
兰
豆科凤凰木
豆科白花油麻藤
豆 科 常 春 油 麻 藤
马 鞭 草 科 状 元 红
玄参科荷包花
兰 科 墨
兰
兰科
禾 本 科 芦 苇
• (三)传粉和受精
• 传粉(pollination)就是花粉粒由风力，水流，昆虫， 鸟等传送到能接受它的柱头上，一旦花粉粒落在合 适的柱头上，它就会萌发，花粉管从花粉粒的萌发 孔里伸出来，携带着精核，沿着花柱向下生长，最 后到达胚珠，穿入胚囊，花粉管先端破裂，2个精 核被释放。
——
托 叶 变
态 为 刺
仙 人 掌 刺 状 的 变 态 叶
• （三）根的初生结构 • 有两种根系，直根系(tap root system)，和须根系
(fibrous root system)。 • 根的内部结构： • 根尖区可以划分成根冠(root cap)，分生区
(meristematic zone)，伸长区(elongate zone)和成熟区 (maturation zone)。
• 茎和叶的表皮有一些特化的结构，气孔器 (stomatal apparatus)是其中之一，是调节水蒸 气、氧气、二氧化碳进出的通道。根的表皮 特化为吸收组织，具根毛。与真菌共生的根 则不具根毛。
• 植物进入次生生长时，表皮由周皮(periderm) 所替代。
观 赏 薄 荷 的 表 皮 毛
图 钉 状 的 表
皮
毛
马 铃 薯 茎 上 的 表 皮 毛
拟南芥萼片上的气孔
接 骨 木 茎 上 的 皮 孔
二、植物的器官
• (一)茎的初生结构(primary structure)
• 在茎尖，顶端分生组织(apical meristem)和它衍生的 分生组织就一一分化出茎的初生结构。顶端分生组 织活动的结果，细胞分裂和特化形成出大小、形状、 机能皆不同的细胞群：也是由于分生组织活动，结 果形成了叶、侧芽(腋芽)、侧枝，侧枝又产生侧枝， 形成生殖结构。叶的产生是由顶端分生组织在侧面 加速分裂形成突起的原基形成的。
各种变态叶
• 花是叶的变态 • 叶成为卷须 • 叶成为捕虫的工具 • 叶成为繁殖的工具 • 叶变态为刺
一品红的叶状总苞
豌豆顶端的小叶成为卷须
茅 膏 菜
科 茅 膏
菜
狸 藻 囊 状 的 捕 虫 叶
猪 笼 草 科 猪 笼 草
有繁殖功能的叶——荷包花
有 繁 殖 功 能 的 叶 荷 包 花
典 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 的 双 子 叶
植
物
气
孔
• 叶的内部结构：由表皮，叶肉和叶脉三部分组成。
• 叶表皮复盖着叶的上下表面，表面各种附属物。表皮 细胞壁具有增厚的角质层，可减少水分损失。最突出 是植物具有气孔，气孔具有开闭的机制，它有两个重 要的作用：水分蒸腾，吸收水分的动力。
• 叶肉(mesophyll)—光合作用场所。叶肉细胞可以分为 近腹面的栅栏叶肉细胞(palisade mesophyll)，和近背 面的海绵叶肉细胞(spongy mesophyll)，它们都是含有 叶绿体的薄壁细胞。
表皮
后生木质部 原生木质部
通道细胞
中柱鞘
• （四）木本植物的次生生长
• 所有的裸子植物，许多双子叶植物，某些单子叶 植物是多年生的木本植物，可持续在2或多个生长 季节里进行生长。
• 根茎的次生结构起源于维管形成层这一侧生分生 组织。维管形成层形成次生木质部和次生韧皮部， 纵贯根与茎；多列的射线薄壁细胞成放射状横过 根、茎，这种纵向的维管组织和横向的射线，沟 通了不断长粗的木本植物根茎物质上行、下行及 横向的运输。 。
• 根的初生结构包表皮、皮层和维管柱。表皮一层，具 根毛。
• 皮层由外皮层，皮层薄壁细胞，内皮层构成，内皮层 具有凯氏带增厚。
• 维管柱最外面为维管束鞘。维管束鞘以内是韧皮部和 木质部。
• 侧根是从维管束鞘细胞反复分裂，然后突破皮层和表 皮形成的。
• 根中一般无髓。 • *根的利用：食用：红薯，木薯，豆薯，甜菜，菊
• 随着根、茎的长粗和向外扩大，来自木质部的压 力挤毁了根、茎的皮层和表皮，发展出周皮作为 植物体最外层的复盖层。周皮形成后，根、茎生 活细胞的气体交换包括需氧呼吸和放出二氧化碳 废气，是通过周皮上的皮孔(1enticels)完成的。
• 年轮：维管形成层在寒冷的冬季或长时间的干旱时， 停止活动。在一年里温湿条件较好的季节，产生的 木质部细胞管径较大，壁较薄，称为早材；相反在 干旱的季节，生成的木质部细胞管径较小，壁较厚， 称为晚材。在木材的横切面上，交替着早材和晚材 的环带，称之为生长轮(growth rings)或年轮，在季 节分明的地区，年轮是很明显的。
生命科学导论——
植物、植物的结构与功能
中山大学生命科学学院 叶创兴
E-mail: lssycx@mail.sysu.edu.cn
• 一、植物的组织 • 二、植物的器官 • 三、植物的有性繁殖 • 四、植物的无性繁殖
引出问题？
• 植物如何将水分和无机盐上送至枝顶？ 以什么为动力？
• 最早登陆的植物应具备什么样的条件才 能适应陆生生活？
• 厚壁组织：其细胞壁具有次生加厚，并充填着木质素 (1ignin)。厚壁细胞有纤维(fiber)和石细胞(sclereids； stone cells)两种。
最薄 后壁 成组
为织 十初 四为
面球 体形
，
增厚 厚角 的组 细织 胞， 壁具
有
不 均
匀
石细胞
梨果肉中的石细胞
昆栏树叶中的石细胞
一种椴树的茎横切 纤维 百岁兰叶纵切
• (二) 叶
• 叶是进行光合作用制造养分的场所。
• 叶的组成：典型的叶由扁平的叶片和叶柄组成。 叶有单叶与复叶两种形态。单子叶植物的叶分 为叶片和叶鞘两部分。
• 叶的整个结构都是适应于吸收光能，有利于气 体交换的。植物在阳光下吸收CO2，把从导管 输送来的水分，无机盐等合成为淀粉，脂肪， 蛋白质，并放出O2。肉质植物或旱生植物， 其叶片厚，肉质，贮藏很多水分，以便光合作 用时供应足够的水。