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细胞与生物体

高二生物（上）講義

第三章植物的生殖、生長與發育

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第章植物的生殖、生長與發育

第一節植物的生殖

1、有性生殖與無性生殖的區別

減數分裂

配子結合

遺傳重組

性狀改變

適應環境

演化

品種保存

有性生殖

Y

Y

Y

Y

有利

Y

不利

無性生殖

N

N

N

N

不利

N

有利

1、無性生殖

A、被子植物以植物體的根、莖或葉等營養器官，經萌芽、長根後形成新個體，因此又稱為營養繁殖。

B、植物的組織培養：

植物體分生組織具有增生成一個新個體的潛能。

在無菌環境下，植物細胞具增生及分化的能力，在培養基充分供給養分的情況下，形成與親代遺傳物質完全相同的小個體。

2、有性生殖：

植物進行生殖時，產生精細胞與卵細胞，並經過精細胞與卵細胞結合的過程產生下一代。

2、世代交替

1、有性世代：

植物繁殖過程中，單套（N）個體稱為配子體，配子體經細胞分裂產生配子，配子經受精後行成合子（2N），合子萌發後為孢子體（2N）。

2、無性世代：

植物繁殖過程中，雙套（2N）個體稱孢子體，經減數分裂後產生孢子（N），孢子萌發後產生配子體（N）。

3、世代交替：

植物生活史中包含雙套染色體世代及單套染色體世代，這二個世代互相輪替的現象稱為世代交替。

3、植物世代交替的演化（複習高一內容）

1、植物的演化

2、苔蘚植物

3、蕨類植物

4、裸子植物

5、被子植物

4、花的構造

1、一朵典型的花，由外而內包括萼片、花瓣、雄蕊與雌蕊四個部分著生在花托上。

A、完全花：

一朵花若包含以上四個組成構造，稱為完全花。

B、不完全花：

若缺乏任何一個組成構造，則稱為不完全花。

2、雄蕊：

A、雄蕊是由囊狀的花藥及細長的花絲所組成。

B、花絲支撐花藥，花藥可產生花粉粒

3、雌蕊：

A、雌蕊是由先端細長的花柱及基部膨大的子房所構成。

B、花柱頂端稱為柱頭，可供花粉黏附。

C、子房內具有胚珠，胚珠外層有珠被保護，內部為雌性生殖細胞發育的場所，而且最後將發育成種子。

4、授粉作用：

A、雄蕊花藥裂開後，大量的花粉粒釋出，此時通常需要藉由動物攜帶或風力散播，將花粉粒傳至雌蕊的柱頭上，此即稱為授粉作用（傳粉作用）。

B、在不同植物中，花的形態大多與花粉的散布方式有關。

C、例如：

在夜間開花、以蝙蝠及蛾等為傳媒的植物，其花瓣多展開，花色偏淡或呈白色；而以鳥及蝴蝶等為傳媒的花，其花瓣細長，花色鮮豔；以風力為傳粉媒介的植物，其萼片和花瓣可能不明顯，但具有發達的雌、雄蕊，如禾草類等植物。

5、被子植物有性生殖的過程

1、雌配子的形成：

A、孢子體產生孢子：

胚珠發育時，組織中只有1個大孢子母細胞（2n），它經由減數分裂後，產生4個大孢子（n）。

B、孢子萌發為配子體：

4個大孢子通常只有1個可順利發育成功，並繼續長成雌配子體。

C、配子體產生配子：

雌配子體含有一個雌配子（卵）及一個具雙核的細胞，此雙核特稱為極核。

2、雄配子的形成

A、孢子體產生孢子：

雄蕊花藥內具有許多小孢子母細胞（2n），經減數分裂後，每個小孢子母細胞產生4個小孢子（n）。

接著，每一個小孢子進行有絲分裂，並產生特殊的花粉壁，形成花粉粒。

B、孢子萌發為配子體：

授粉作用後，花粉粒在雌蕊的柱頭上萌發出一個管狀構造，稱為花粉管，花粉管即為雄配子體。

C、配子體產生配子：

花粉管內經細胞分裂，產生有兩個精細胞。

D、花粉管的功能是將管內的精細胞送至胚珠內，以進行受精作用。

3、受精作用

A、花粉管在雌蕊中生長，由柱頭經過花柱朝子房中胚珠的方向延長。

B、雙重受精：

當花粉管接觸到胚珠內的雌配子體時，管內的兩個精細胞便進入其中，1個精細胞與卵結合，形成受精卵（2n），又稱為合子；另1個精細胞與2個極核結合，形成胚乳核（3n）。

此過程中發生兩次的受精作用，稱為雙重受精。

C、雙重受精為被子植物的重要特性。

4、種子的形成：

雙重受精後

A、胚珠中的合子會發育成胚胎。

B、胚乳核發育成富含養分的胚乳，以供胚胎生長之需，此外胚胎也透過珠被從雌蕊獲得養分。

C、珠被則發育為種皮。

D、胚胎、胚乳以及種皮三者共同構成種子。

5、果實的形成：

A、被子植物的胚珠留在子房中發育成種子。

B、子房則發育為果皮，種子與果皮共同形成果實。

C、果實提供種子多一層的保護，並可協助種子傳播。

6、果實與種子的傳播

1、依傳播媒介的不同，可分為機械性傳播與生物性傳播。

2、機械性傳播

A、果實與種子藉由風力、水流或果實裂開的力量等方式來傳播者，即為機械性傳播。

B、風力傳播：

藉風力傳播的果實與種子大多乾燥且輕，或有協助飄動的附屬構造。

例如：

楓樹（青楓、三角楓）的果實具有由雌蕊子房外壁延伸長出的薄翅（翅果），可隨風飄送；桃花心木的種子具有由珠被延伸長出的薄翅，在果實裂開後，種子可飄離植株。

蒲公英的果實與馬利筋的種子上有毛，均可協助飄動。

C、水流傳播：

藉由水流攜帶的果實或種子，除了具有乾燥而輕的特性外，果皮或種皮外層也大多能防水，不易因立即吸水而下沉。

例如：

棋盤腳的果實外殼富含纖維且膨鬆，可隨水漂流，甚至藉海洋洋流作長距離傳播。

D、果實裂開的自力傳播：

果實自然裂開的彈力，可將種子散播遠離母體，例如：

孔雀豆的豆莢因乾燥而裂開捲起，利於種子自果莢掉落；非洲鳳仙花的果實成熟或被碰觸時，果皮裂開而內捲，可將其內的種子彈出。

3、生物性傳播

A、果實與種子藉由動物等生物媒介的取食或攜帶來傳播，稱為生物性傳播。

B、種子在果實中成熟後，香甜的果實常會被許多動物取食，例如：

青背山雀吃果實後，種子即可藉動物取食而傳至其他地方。

C、有些植物的果實或種子表面有鉤狀突起，如咸豐草（俗稱鬼針草），當動物經過時，即附在動物的毛皮上，隨之移動。

第二節種子的萌發與幼苗的生長

1、種子的構造

1、種子的構造包括種皮、胚胎與胚乳。

2、胚胎是尚未發育的幼小植物體，由胚根、胚軸、子葉、及胚芽所組成。

3、子葉數目是單子葉植物及雙子葉植物的主要差異之一，而胚乳則是提供胚胎發育及種子萌發的養分來源，例如：

玉米、洋蔥等單子葉植物的胚乳。

4、雙子葉植物中，有些種類的胚乳在胚胎發育早期即已消耗殆盡，如豆類（黃豆）；但有些種類的種子成熟時仍保有胚乳，以供種子萌發之需，如蓖麻。

2、種子的休眠

1、有些植物的種子成熟後，通常會進入休眠狀態，即使環境適宜生長也不立即萌發。

2、休眠中的種子，其種皮大多乾燥堅硬，內部組織細胞新陳代謝遲緩，幾近停滯狀態，唯有在適當環境誘導下，種子才會終止休眠，恢復代謝活性而萌發。

3、種子萌發的誘導

1、水：

自然情況下，當環境由乾燥轉為水分充足時，水可沖掉休眠種子種皮上抑制萌發的物質，使種皮吸水軟化；內部的細胞也漸漸獲得足夠水分，使得酵素活化，促使新陳代謝的進行。

2、溫　度：

有些溫帶地區的植物，種子在秋天成熟，故需休眠以渡過寒冬，當環境恢復溫暖後，種子才得以萌發。

因此，若希望這些種子在其他季節萌發，可先將種子以低溫處理，再回到常溫下，種子便可萌發。

3、光：

有些植物的種子對光的刺激很敏感，需照光後才容易萌發，例如：

萵苣；但也有些種子必須在黑暗中始能發芽，如仙客來。

4、外力傷害：

有些種子的種皮堅硬，會阻礙幼苗突破種皮，故有時需要外力破壞種皮，種子才有萌發的機會。

在自然情況下，種皮可能遭遇的外力傷害包括石礫的刮磨，如蓖麻；或者經由動物消化道內的酸性消化液軟化種皮；有些甚至需要經過火燒，例如：

胡桃與俗稱「開心果」的阿月渾子果實的內果皮皆很堅硬，可藉由加熱促使內果皮裂開，再利用水的浸潤，使種子順利萌發。

4、種子萌發的過程

1、植物種子萌發成幼苗的過程一般包括胚根突出、胚軸延伸及胚芽生長等三個階段。

2、胚根突出：

胚根首先突破種皮，並自環境中吸收水分，以提供其他部位生長所需；之後還會逐漸長出支根。

3、胚軸延伸：

A、當胚根突出種皮生長後，胚軸快速伸長，不同植物因胚軸伸長的情況不同，因此露出地表的部分不同分為下列兩種類型。

B、地上型萌發：

子葉下方的胚軸延伸，可見子葉及芽露出地面，稱為地上型萌發或子葉出土型萌發。

例如：

黃豆或蓖麻。

C、地下型萌發：

子葉上方的胚軸延伸，僅有芽露出地面，稱為地下型萌發或子葉不出土型萌發。

例如：

玉米或豌豆。

4、胚芽生長

A、胚芽突出地面後，幼葉經陽光照射，葉肉細胞內生成葉綠體，葉片轉為綠色，並展開以接收光能進行光合作用製造養分，持續長出新的枝葉。

B、種子萌發後，子葉與胚乳會隨著幼苗的生長而逐漸萎縮、脫落。

第三節調節植物生長與發育的物質

1、植物激素

1、負責調節植物生長發育的物質，統稱為植物激素。

2、植物激素的種類及組成因植物不同而異，通常分為植物生長素、吉貝素、細胞分裂素、離層素及乙烯等五大類。

3、這些激素除了在植物體自然生成外，也有人工合成者，並且被廣泛用於農業方面，以增加產量或改進農產品質。

2、植物生長素

1、發現：

早在十九世紀即引發達爾文父子的注意，他們發現燕麥芽鞘會向光生長，當遮蔽芽鞘頂端時，向光現象則消失。

達爾文父子並不知造成此現象的物質是什麼，直到文特首先自燕麥芽鞘中分離出此化學物質，並命名。

2、植物體內的植物生長素（auxin）有很多種，以吲哚乙酸（IAA）最為常見。

3、植物生長素多存於莖頂或根尖處，能促進細胞的延伸，並且在光及地心引力的刺激下，可產生向性（詳見本章第4節）。

4、可促進組織的分化，植物生長素在農藝、園藝方面的用途廣泛，例如︰促進發根、枝條接合或作為除草劑等。

5、花農常用的發根劑中，即含有人工合成的植物生長素，如萘乙酸（NAA）。

在枝條切口上塗少量發根劑，再種植於土中，可誘導枝條快速發根，如此便可用枝條進行大量的營養繁殖。

6、又如高接梨的種植，果農為了在溫暖的低海拔環境種植高冷地區的寒帶梨品種，而將在高冷地區才能分化產生花芽的寒帶梨枝條，接到平地生長力較強的品種枝條上，並緊密固定接合處，此技術稱為嫁接。

由於上端具花芽的枝條富含植物生長素，便影響接合處的維管束組織分化，促使枝條癒合，並順利開花、結果。

果農常應用嫁接技術來栽培各種品質優良的水果，以獲取較高利潤。

7、此外，早期農民曾在稻田裡噴灑人工合成的植物生長素作為除草劑，如二氯苯氧基乙酸（2,4-D）等，是應用不同植物對植物生長素反應不同的原理，造成雙子葉的雜草快速代謝，營養補充不足而凋亡，但單子葉的農作物則因吸收及運送2,4-D的能力較差而影響較小，因而繼續存活。

3、吉貝素

1、發現：

1926年，日本學者黑澤首先發現一種真菌感染的稻米植株上會產生一種物質，使植物生長改變，其病癥是生長快速，植物細長、泛白、軟弱易倒。

1934年，藪田及住木分離出此成分，並命名為吉貝素。

吉貝素俗稱徒長素。

2、吉貝素（Gibberellin;GA）有百餘種，其化學結構略有不同，功能也稍有差異。

多數植物體內就有約十種或更多的吉貝素，一般較熟悉的吉貝素即是會造成植株增長的GA3。

3、吉貝素在植株嫩芽處含量較多，可促進細胞分裂及延長，使莖、葉伸長，並可促進開花。

4、此外，吉貝素在種子中的含量最多，具打破種子休眠、誘導萌發的功能，也能促進穀類種子胚乳養分的分解。

5、在改善農作方面，可應用在葡萄結實上，使花穗分枝增長，增加果實生長空間，也可增加果皮細胞的數目及大小，使果實肥大。

4、細胞分裂素

1、發現：

1941年凡歐佛別克發現椰子水中含有一種可促進細胞生長分化的物質，它能促進人工分離出來的植物胚胎快速發育，有助於組織培養的成功。

接著史固及米勒等人研究發現一種小分子激動素與植物生長素調配在組織培養基裡，可使未分化的細胞團長出不同的器官。

2、目前已從不同植物中分離出數種細胞分裂素（cytokinin），此物質大部分存在分裂旺盛