《植物学》课程学习指导(一)
一、本课程的教学要求
植物学是中央电大农科重要专业基础课程,它的主要内容包括以下四个部分:
(一)种子植物的形态结构和功能
(二)植物界的类群
(三)被子植物的分类
(四)植物与环境
二、教学要求主要包括一下几点:
(一)掌握基础知识和基本理论
1.形态解剖部分 主要掌握种子植物的根、茎、时、花、果实和种子的形态结构。
2.植物的基本类群部分 主要掌握七大类群的基本特征,代表植物和起源演化。
3.被子植物分类部分 主要掌握分类单位、学名、形态结构的演化规律,重要目、科的特征及起源和演化。
4.植物生态 主要掌握生态条件、植物群落、生态系统。
(二)培养的基本技能
通过实验裸的学习应培养的基本技能是:1.显徽镜的使用。2.徒手切片制作。3.植物绘图。4.植物标本采集和制做。5.植物检索表的使用。
本课程全面复习的内容包括:绪论;第一编,种子植物的形态结构;第二编,植物界的基本类群 第三编,被子植物分类;第四编,植物的生态 教学大纲中所要求的七个必做实验。下面将按各章顺序进行学习指导
绪 论
一、本章主要内容:
(一)生物的分界及植物界的主要类群及特征
最早将生物界分为两界系统,包括动物界和植物界。以后相继分为三界系统,即动物界、植物界和原生生物界。四界系统,即动物界、植物界和原生生物界(或真菌界)和原核生物界。五界系统,即动物界、植物界、真菌界、原生生物界和原核生物界。
植物界通常划分为七个大类群,即藻类、菌类、地衣、苔藓、蕨类、裸子植物和被子植物。它们的体形大小、形态结构、寿命长短、生活方式和生活场所各不相同,共同组成了形形色色的植物界。
(二)植物在自然界中的主要作用
1.光合作用:绿色植物的叶绿体能够利用太阳的光能,把简单的有机物—水和二氧化碳,合成为复杂的有机物——碳水化合物,并释放出氧气,这个过程称为光合作用,其过程可简单写成:
光能
CQ2+H2O [CH20]+O2
叶绿素
光合作用的主要意义是:1)把简单的无机物(水和二氧化碳),合成为复杂的有机物(碳水化合物)。2)将光能转变成化学能储藏在有机物中。3)释放出氧气。
2.矿化作用:复杂的有机物,经过非绿色植物(菌类)的作用,被分解为简单的无机物(矿物质),这一过程称为矿化作用。
矿化作用的主要意义是:1)将有机物分解简单的无机物。2)使大气中的碳素、氮素得到平衡。3)植物体内的磷、钾、铁、镁、钙及各种微量元素通过矿化作用,在植物体和土壤之间循环。
(三)植物对环境的保护作用
主要是反映在它对大气、水域、土壤的净化作用上
(四)植物学学习的内容及方法
1.植物学的主要分支学科有:植物形态学、植物分类学、植物生理学、植物生态学
2.植物学的学习方法主要有观察、比较、实验。
二、本章重点掌握的内容为 :
1.生物界的五界系统
2.植物界七个主要类群及主要特征
3.植物的光合作用及矿化作用
4.学习植物学的方法
三、本章思考题:
1.植物的多样性表现在哪些方面?
2.什么光合作用和矿化作用?它们在自然界中各起什么作用?
3.为什么说,植物对环境具有保护作用?
4.如何学习植物学?
第一编 种子植物的形态与解剖
第一章 种子与幼苗
一、本章主要内容:
种子:是种子植物所特有的繁殖器官,是由胚珠发育而来的,凡是由胚珠发育形成的种子才是真正的种子。(小麦、玉米、水稻、高梁和向日葵的籽粒,也常被称为“种子”。际上是果实,因为它们是由子房发育而成的)。
种子植物的生活史:从种子播种、萌发,经过‘定的生长发育阶段便开花、结果,产
生新的种子的过程,称为种子植物的生活史。
第一节 种子的结构
一、种子的结构:植物的种类不同,其种子在大小、形状和颜色等方面有着较大的差别。但其基本结构都是一致的。都是由胚、胚乳和种皮三部分组成。
二、胚的结构:胚是种子中最重要的部分,新的植物体就是由胚生长发育而成的。胚是由胚根、胚芽、胚轴和子叶四部分组成。
三、胚根、胚芽、胚轴和子叶的形态:胚根和胚芽的体积很小,胚根一般为圆锥形,胚芽常具雏叶的形态;胚轴位于胚根和胚芽之间,并与子叶相连,一般很短;依据子叶着生的位置将胚轴分为上胚轴和下胚轴,即子叶着生点至第一片真叶之间,称上胚轴,而子叶着生点到胚根之间,称下胚轴。子叶与一般正常叶的功能是不同的,有储藏养料的作用,或能从胚乳中吸收、转化营养物质供胚生长时使用。
四、在被子植物种子因叶数目不同分为:分为双子叶植物和单子叶植物。(双子叶植物和单子叶植物是被子植物的二个大类。有关这些内容将在以后章节中谈到)。在裸子植物中,子叶数目也很不一致,有两个的如侧柏;有二至三个的如银杏,还有多个的如松树。
五、种子萌发:胚根和胚芽突破种皮,胚根发育成幼苗的主根,胚芽发育成茎、叶部分,胚轴发育成茎的一部分,使胚迅速形成幼苗。
六、胚乳:胚乳是种子贮藏营养物质的地方,供种子萌发时胚的生长之用。胚乳的大小在不同的种子中也不同,有些种子胚乳体积较大,占种子的大部分,这类种子叫有胚乳种子。(如玉米、小麦的谷粒和蓖麻的种子)。而有些植物的种子,成熟时不具有胚乳,这类种子叫无胚乳种子,如花生、豆类及瓜类的种子。
七、种皮:种皮是种子外面的保护结构,其性质、厚度随植物种类而异。成熟种子的种皮上常常可以见到种脐,它是种子脱离果实时留下的痕迹(就是种柄和株柄相脱离的地方)。种孔是原来胚珠的珠孔留下的痕迹。有的种皮上可以明显见到种脊,种阜,如蓖麻。
第二节 种子的主要类型
根据成熟种子内胚乳的有无,可分为有胚乳种子和无胚乳种子两大类。
一、有胚乳种子: 这类种子由种皮、胚和胚乳组成。双子叶植物中的蓖麻、烟草、番茄、柿等植物的种子和单子叶植物中的小麦、水稻、玉米、高梁和洋葱等植物的种子,都属于这个类型。
(一)双子叶植物有胚乳种子:这类种子的结构以蓖麻种子为例加以说明。蓖麻种子的种皮坚硬光滑、具花纹。种子的一端有海绵状突起,称为种阜,由外种皮延伸而成,有吸收作用,利于种子萌发。种子被种阜遮盖,种脐不甚明显。在种子的腹面中央,有一长条状隆起,称为种脊,其长度与种子几乎相等。剥去种皮可见到白色胚乳。胚乳占种子体积的大部分,内含大量的脂肪。胚包藏于胚乳之中,其两片子叶大而薄,上面有显著脉纹。两片子叶的基部,有很短的胚轴,连接胚芽、胚根和子叶,胚轴上方是胚芽,下方是胚根(见教材图1—2),番茄的种子也属于双子叶植物有以下乳种子(见教材图 l—3)。
(二)单子叶有胚乳种子:这类种子的结构以小麦种子为例加以说明。
小麦籽实(见教材图1—4)或糙米的外面,除种皮外,尚有果皮与之合生,果皮较厚,种皮较薄,二者不易分离,植物学上称为颖果。从小麦籽粒纵切面(通过腹沟做正中切面)可清楚看到胚和胚乳的相对位置,果皮种皮之内,绝大部分是胚乳,胚很小,仅位于籽实基部的一侧。小麦的胚乳可分为两部分,靠外层是含大量糊粉粒的糊粉层,其内为含丰富淀粉的胚乳细胞。胚较小,由胚芽、胚轴、胚根和子叶四部分组成。胚芽在上方,胚根在下方,中间由很短的胚轴相连,在其内侧,有明显的盾状太子叶一片,与胚轴相连,叫盾片,在其与胚乳相接近的一面,有一层排列整齐的柱形上皮细胞,当种子萌发时,能分泌酶类,分解胚乳所贮藏的养料,并转运给胚利用。胚芽由数片幼叶包围着茎尖的生长锥组成,胚芽之外包被着一个鞘状物,称胚芽鞘。位于胚轴下方的胚根外围也包被一鞘状物,称胚根鞘,起保护作用
二、无胚乳种子
这类种子由种皮和胚组成。双子叶植物,如落花生、棉花、豆类、瓜类和柑橘的种子单子叶植物,如慈菇、泽泻的种子。
1.双子叶无胚乳种子:菜豆种子的结构 菜豆的种皮有各种颜色,表面具斑纹或无。种子的一侧中央有一椭圆形的斑痕,称为种脐。种脐一端有一圆孔,称为种孔,是种子萌发时水分进入种子的通道,胚根首先从这里突出种皮向外伸长。种脐另一端有一瘤状突起,称为种瘤。种瘤下边有一明显棱脊,称为种脊。胚中子叶两片,肥厚、乳白色,贮藏丰富的营养物质。胚轴较短。子叶着生于胚轴两侧。胚轴上方为胚芽,被夹在两片子叶之间,胚轴下方为胚根。(见教材图 l—5)。
2.棉花种子的结构 棉籽外面黑色的硬壳是种皮,种皮上的毛状物是表皮毛,也就是棉絮(纤维)。棉花的种脐和种孔位于较尖的一端。钝圆的一端较薄,晒种时这部分薄壁细胞被破坏,种子萌发时此处成为吸水和氧气的重要通道。
剥去种皮,有一层乳白色的薄膜,这是胚乳的遗迹。膜内就是胚,二片子叶呈折叠状,胚芽、胚轴包被在子叶之间,胚根的尖端露于子叶外边(图 l—6)。
第三节 种子的萌发和幼苗的形成
种子是有生命的,成熟的种子,在合适的条件下,经过一系列同化和异化作用,就开始萌发,长成幼苗。
(一)种子的休眠 有些植物的种子在成熟后,如果条件适合就能萌发,但也有些植
物的种子却不能立即萌发,需要隔一段时间才能发芽,种子的这一特性,叫做种子的休眠。
(二)种子的寿命 种子的寿命是指种子的生活力在一定环境条件下保持的最长期限。超过这个期限,种子的生活力就会丧失,也就失去了萌发的能力。
二、种子萌发的条件
种子的萌发,除了种子本身要具有健全的发芽力以及解除休眠期以外,也需要一定的环境条件:充足的水分、适宜的温度和足够的氧气。
三、种子萌发的过程
发育成熟的种子,在适宜的环境条件下开始萌发。经过一系列生长过程,种子的胚根首先突破种皮,向下生长,形成主根。与此同时,胚轴的细胞也相应生长和伸长,把胚芽或胚芽连同子叶一起推出士面,胚芽伸出土面,形成茎和叶。子叶随胚芽一起伸出土面,展开后转为绿色,进行光合作用,如棉花、油菜等。待胚芽的幼叶张开行使光合作用后,子叶也就枯萎脱落。至此,一株能独立生活的幼小植物体也就全部长成,这就是幼苗。
四、幼苗的类型
由种子萌发形成幼苗的过程中,由于胚轴部分的生长速度不同,形成了不同形态的幼苗,
常见的幼苗主要有两种类型,即子叶出士幼苗和子叶留土幼苗。
(一)子叶出土的幼苗 双子叶植物无胚乳种子如大豆、棉花、油菜和各种瓜类的幼苗,以及双子叶植物有胚乳种子如蓖麻,都属于这种类型。这类植物的种子在萌发时,胚根首先突破种皮,伸人士中,形成根系。然后下胚轴加速伸长,将子叶和胚芽推出士面,所以幼苗的子叶是出士的(见教材图1—8)。
(二)子叶留土的幼苗 双子叶植物无胚乳种子,如蚕豆、豌豆、荔枝、柑桔和有胚乳种子如核桃、橡胶树及单子叶植物种子如小麦、玉米、水稻等幼苗,都属于这一类型。这类种子萌发的特点是上胚轴伸长,而下胚轴却不伸长。所以子叶并不随胚芽伸出士面,而是留在土壤中,直到养料耗尽而死去。如蚕豆种子萌发时,胚根先突出种皮,向下生长,形成主根,由于上胚轴的伸长,胚芽不久就被推出士面,而下胚轴的伸长不大,所以子叶不会被推出士面,而始终埋在土里(见教材图 l—10)。
二、本章重点掌握的内容:
1.种子:
2.种子植物的生活史:
3.种子的结构:
4.胚的结构:
5.了解胚根、胚芽、胚轴和子叶的形态。
6.双子叶植物和单子叶植物的种子结构。
7.种子萌发的过程
8.有胚乳种子和无胚乳种子。
9.种皮的外部种脐、种孔种脊、种阜等。
10.根据成熟种子内胚乳的有无,可分为有胚乳种子和无胚乳种子两大类。
11.有胚乳种子的结构:以蓖麻种子为例掌握双子叶植物有胚乳种子的结构。以小麦种子为例掌握单子叶有胚乳种子的结构。
12.无胚乳种子结构 以菜豆、棉花种子为例掌握双子叶无胚乳种子的结构。
13.种子的休眠。
14.种子的寿命
15.种子萌发的条件
16.种子萌发的主要过程
17.幼苗的类型:子叶出士幼苗和子叶留土幼苗两种类型。
三、本章复习思考题
1.学习植物各器官的形成与发育,为什么从种子开始,为什么说胚是新一代植物的原
始体?
2.总结种子的基本结构有哪些?比较有胚乳种子中双子叶植物种子与单子叶禾本科植物
的种子有何异同。
3.种子里有哪些主要的贮藏物质?
4.种子萌发的内外条件是什么?萌发的主要过程如何?从胚发育为幼苗可以见到哪些形
态方面的变化?
5.何谓“子叶出土幼苗”和“子叶留土幼苗”?
《植物学》课程学习指导(二)
第三章 植物的细胞
一、本章主要内容
1.细胞的发现及其意义
十七世纪英国虎克发现了细胞。十九世纪德国施莱登和施旺建立了细胞学说。细胞学说的基本内容是:“动植物体都是由细胞构成的,细胞是一切生物体的基本单位”。细胞的发现和细胞学说的建立具有重大意义,它从细胞水平提供了生物界统一的证据,证明了植物和动物有着细胞这一共同的起源,也为近代生物科学接受生物界进化的观点准备了条件。
二、植物细胞的基本结构
植物细胞体积微小,直径—般在20—50微米之间,形状多种多样。
各种植物细胞具有相同的基本结构;都由原生质体和细胞壁两部分组成。原生质体是细
胞内各种代谢活动进行的场所,因而是细胞结构的主要部分,原生质体包含细胞核和细胞质两部分,其中的细胞质又包括质膜、胞基质和细胞器三部分组成。细胞器有质体、线粒体、内质网,高尔基体、核糖核蛋白体、液泡、溶酶体、原球体、微管和微丝等。此外,细胞中还存在内含物。
其相互关系可见下图:
核膜
细胞核
原生质体 核仁
核质
质膜
细胞 细胞质 胞基质
质体
线粒体
内质网
细胞器 高尔基体
细胞壁 核糖核蛋白体
液泡
溶酶体
原球体
微管
微丝
(此外还有内含物)
根据细胞核和细胞器的有无,而将植物界的细胞分为真核细胞和原核细胞。
植物细胞的分裂
植物细胞分裂方式有无丝分裂、有丝分裂和减数分裂,其中最普遍、最常见的是有丝分裂。有丝分裂是一个连续的过程,为了叙述方便,人们将它人为地划分为分裂间期、前期、中期、后期和末期。有丝分裂一般分为核分裂和胞质分裂。核分裂时,在形态、结构上表现出一系列复杂的变化,如染色体、纺锤丝的出现与消失。核蛋白、核膜的消失与重现等等;细胞质分裂通常发生在后期终了和末期。一个细胞经过有丝分裂,产生染色体数目和母细胞相同由两个子细胞;无丝分裂是指间期不经有丝分裂的前、中、后、未四个时期,直接地分裂,形成差不多相等的两个子细胞。
二、本章教材重点和难点
一、原生质体
原生质体是本章教材中的重点内容之一,学习时应着重掌握它的亚显微结构。
(一)细胞质
由质膜、胞基质和细胞器三部组成
1.质膜 细胞质与细胞壁之间的膜为质膜。其厚度在60一100埃之间( 1埃=10—8厘
米),这样的厚度在光学显微镜下难以看到,在光学显微镜下看到的质膜,实际上还包含了膜以内的一薄层物质。在电子显微镜下,质膜显出三层结构,内外两侧呈两个暗带。中间夹有—个明带。明带的主要成分是类脂,暗带主要成分为蛋白质。三层结构成为一个单位的膜,称为单位膜。质膜是一层单位膜,它的主要功能是控制细胞物质与外界物质的交换,这是因为质膜具有“选择透性”,这种特性表现为不同的物质透过的能力不同。
2.胞基质 胞基质在电镜下看不出有什么结构,表现为有一定弹性和粘滞性的胶体溶
液。胞基质不仅是细胞器之间物质运输的介质,而且,也是细胞代谢的一个重要场所。许多化学反应是在胞基质中进行的。同时,胞基质也不断为细胞器行使功能提供原料。
3.细胞器 一般认为细胞器是细胞质内具有一定结构和功能的微结构和微“器官”一般认为细胞器应包含质体、线粒体、内质网、高尔基体、核糖核蛋白体、液泡、溶酶体、圆球体、微管、微丝等。
在各种细胞器中,应当着重掌握质体(主要是其中的叶绿体)、线粒体、内质网和核糖核蛋白体等四类细胞器。
质体 质体分为叶绿体、有色体和白色体,是一类合成和积累同化产物的细胞器。其中,叶缘体是绿色质体,含有叶绿素、叶黄素和胡萝卜素。主要功能是进行光合作用。因而是重要的质体。高等植物的叶绿体呈球形、卵形或透镜形,直径4一10мm。而在低等植物藻类中,则有各种形状,如杯状、带状和各种不规则形状。高等植物的叶绿体,主要存在于叶肉细胞内,一个叶肉细胞中的叶绿体数目,常多达数百个。靠光学显微镜可以看到它们的外形和大小。然而其内部结构则需在电镜下,才能显现出来、每个叶绿体的外面由双层膜包被,内部有由膜形成的许多个基粒,基粒之间有基粒间膜相联系。基粒和基粒间膜都分布在基质中,而基质则无一定的结构。在叶绿体的结构中,以基粒最为重要,基粒由若干个圆盘状的层片(类囊体)相互重叠而成,基粒的每个层片,叫基粒片层。叶绿体中的色素及许多光合作用有关的酶定位于基粒片层上。由此可知基粒与光合作用的密切关系。在每—叶绿体内,可能有40—60个基粒,而每个基粒的类囊体层数,则因不同植物和植株的不同部位而差别很大,有10一100片不等,例如烟草的基粒含10—15片,玉米则为15—20片,冬小麦的基粒所含类囊体层数随叶位上升而增多。
线粒体 线粒体是进行呼吸作用的主要细胞器。它们多呈球状,杆状、也有具分枝或其它形状的。其体积比质体小,直径一般为0.5—0.1Μm。长约1—2Μm。在光学显徽镜下不易辨认,必须用特殊染料染色,才能显示出来。细胞中的线粒体数目很多,例如玉米的一个根冠细胞中,有100—3000个线粒体。在电镜下,可见线粒体外有双层单位膜构成的膜。外膜包被整个线粒体,内膜在许多部位向内延伸,形成管状或片状的内褶,叫做嵴,在两层单位膜之内和中心腔内充满基质。
线粒体是细胞进行呼吸作用的场所,在内层膜上和基质中有100多种酶,其中绝大多数酶都参加呼吸作用。
内质网 内质网是分布于细胞质中。由膜构成的管道系统,管道以各种形状延伸和扩展,成为各类管、泡、腔交织的状态。有些内质网外面附有核糖核蛋白体,称为粗糙型内质网。另外一些内质网外面没有核糖核蛋白体附着,称为光滑型内质网。
关于内质网的功能,一般认为它是一个细胞内的蛋白质、类脂和多糖的合成、贮藏及运输的系统。粗糙型内质网与核糖体紧密结合,反映出它的功能是合成和运输蛋白质。光滑型内质网主要是合成及运输类脂和多糖。
核糖核蛋白体 简称核糖体,是直径为170—230埃的小颗粒。一个细胞中可以有几十万个核糖体。在细胞质中,它们有的以游离状态存在,也有的附着在粗糙型内质网表面上。此外,也存在于细胞核、线粒体、叶绿体中。核糖体是细胞中蛋白质合成的中心。
细胞的内膜系统和各类细胞器不仅功能上密切联系,而且在结构和起源上也是相联系的。绝大部分细胞器都是由膜围成,各类细胞器的膜在成分和功能上虽具有各自的特异性,但它们基本结构是相似的,都是单位膜。可以认为细胞内各个细胞器是一个统一的、相互联系的膜系统在局部区域特化的结果,这个膜系统称为细胞的内膜系统。“内膜”是相对于包围在外面的质膜而言的。
关于细胞器的范围;存在着不同意见。有人认为细胞核也列为细胞器,有人认为液泡不是细胞器,也有人提出质体、线粒体的外层膜和质膜性质相似,因此不属于内膜系统,也就不应属于细胞器,但上述这些看法都不带普遍性。
(二)细胞核
细胞核是活细胞中最显著的结构,体积轻大,植物薄壁组织细胞中,细胞核的直径一般始35—50Mm,因此,在光学显微镜下能完全显示出来。在活细胞中可以看到在细胞核外面有—后薄膜,与细胞质分界称为核膜。膜内充满均匀透明的胶状物质,称为核质。其中有—到几个折光性强的球状小体,称核仁。当细胞固定染色后,核质中被染成深色的部分,称染色质,其余染色浅的部分是核液。染色质是细胞中遗传物质存在的主要形式,在电镜下显出一些交织成网状的细丝,主要成分是 DNA和蛋白质。当细胞进行有丝分裂时,这些染色质丝便转化成粗短的染色体。由于细胞内的遗传物质主要集中在核内。因此,细胞核的主要功能是储存和传递遗传信息,在细胞遗传中起重要作用。此外,细胞核对细胞的生理活动,也起着重要的控制作用。
二、有丝分裂
有丝分裂是本章教材中另一个重点内容。其原因有二。一是有丝分裂是植物细胞分裂最谱遍、最常见的一种各裂方式,应该着重掌握。二是这部分内容中有些概念容易混淆,必须着重弄清楚。
1.植物细胞有丝分裂各个时期的主要特点见下表。
细胞周期 各时期的主要特点
分 裂 间 期 1.从细胞一次分裂结束到下一次分裂之前为分裂间期。 2.这时期细胞内部发生复杂变化。主要是完成组成染色体的DNA分子的复制和有关蛋白质的合成 3.复制结果,每个染色体形成两个染色单体,两个染色单体,两个染色单体各是一条长的细丝呈染色质形态。
分 裂 期 期 前 期 细胞核内染色质形成染色体,核膜、核仁消失1.细胞两极发出纺锤丝,并有规律的排列在赤道面位置上可辨认染色体的形态和数目。
中期 1.纺锤体清晰可见2.着丝点两极发出纺锤丝,形成纺锤体 3.可辩认染色体的形态和数目
后期 1.每条染色体着丝点分裂,成两条染色单体2.纺锤丝收缩将染色单体均匀分为两组,逐渐向两极移动
末 期 1.到达两极的染色体变成细长丝状的染色质2.出现核膜、核仁3.赤道面位置出现细胞板,逐渐形成细胞壁。最后由一个细胞形成两个子细胞。
2.有丝分裂的几个概念性问题
(1)有丝分裂的开始和结束 有丝分裂从哪开始? 到哪儿结束? 初学者往往认为
是从分裂的前期开始,到末期结束。这当然不对,因为它把分裂间期忽略了。要了解细胞有丝分裂开始和结束,必须了解细胞周期的概念。细胞进行有丝分裂,具有一定周期性。连续分裂的细胞,从—次分裂完成时开始,到下一次分裂完成时为止,是一个细胞周期。细胞周期包括两个阶段,分裂间期和分裂期。一个连续分裂的细胞,当它形成两个子细胞后,子细胞的细胞核中,开始了染色体的复制,新的一次有丝分裂在子细胞形成时就开始了。
(2)染色质和染色体 染色质和染色体的主要成分是 DNA和蛋白质

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