22植物学教案.docx

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22植物学教案

绪论

1.本章重点：

植物界的划分依据，植物界中包括的主要类群。

2.本章难点：

让学生对什么是植物界和什么是植物有明确的认识。

3.基本要求：

使学生了解什么是植物，植物和自然界有什么样的关系，什么是植物学，植物学的发展情况，如何学习植物学。

4.教学方法：

多媒体

一、植物界的类群及多样性

（一）、地球生命的起源

1-创世说；

2-自然发生说；

3-天外起源说。

目前被普遍接受的是通过“前生命的化学进化”过程，由非生命物质产生，并经长期进化延续至今，即“生命的进化起源说”。

（二）、生物界的划分

对于生物界划分出现如下系统:

1〉两界系统：

18世纪瑞典植物学家林奈（C.Linnaeus）根据能运动还是固着生活、吞食还是自养把生物界划分为两界。

两界系统动物界（Animalis）（能运动，异养）；

植物界（Plantae）（固着，具细胞壁，自养）。

2〉三界系统：

19世纪前后，由于显微镜的广泛使用，人们发现有些生物兼具有动、植物的特征。

据此1886年由赫克尔（E.Haeckel）提出三界系统，把具色素体、眼点、鞭毛、能游动的单细胞低等植物独立为一界，加入原生生物界。

             原生生物界（Protista）菌类、低等藻类、水绵

三界系统植物界

           动物界

3〉魏泰克的四、五界系统

1959年美国的魏泰克（whittaker）将真菌从植物界中分离出来，提出了四界系统，

原生生物界

四界系统植物界

真菌界（Fungi）

动物界

1969年，美国的魏泰克（whittaker）将细菌和蓝藻从原生生物界中独立分出，而把生物界划分为五界系统：

原核生物界（Monera）（蓝藻，细菌）

原生生物界

五界系统植物界

真菌界

动物界

4〉六界系统：

   1979年陈世骧根据生命进化的主要阶段，将生物分成3个总界的六界的新系统。

　　　　　　　病毒

　　　　　　　细菌界

六界系统蓝藻界

　　　　植物界

动物界

真菌界

（三）、植物界的六大类群（二界系统）

藻类、菌类、地衣、苔藓、蕨类、种子植物

种子植物是现今世界上种类最多，形态构造最复杂，和人类经济生活最密切、最进化的一类植物。

全部树木和绝大多数经济植物都是种子植物，本课程的形态解剖部分将着重讨论种子植物的结构。

（四）、植物的多样性

（1）种类繁多，数量浩瀚

（2）分布广泛

（3）形态结构多种多样

（4）营养方式多样

    光和自养植物、化学自养植物、寄生植物、腐生植物

（5）生命周期差别很大

    细菌为20-30min；草本类型多为一年、两年生植物；多年生种子植物，其中木本树龄可达成百上千年。

如非洲的龙血树树龄可达8000年。

（五）、我国植物资源的丰富性

   我国植物资源丰富，仅记载过的高等植物就约3万种，占世界高等植物的1/8，是植物种类最丰富的国家之一，仅次于马来西亚和巴西，居第三位。

二、植物在自然界中的作用及与人类的关系

（一）植物是自然界的第一生产力（光合作用）

1）有物质生成2）有能量积蓄3）有O2放出：

（二）植物在自然界物质循环与生态平衡中的作用

植物的合成和矿化作用使自然界的物质运动包括生命的延续和发展从而得以循环往复。

例如碳素循环（Carboncycle）中通过光合作用使大气中的二氧化碳保持平衡;通过生物固氮作用（biologicalnitrogenfixation）维持氮素循环（nitrogencycle）。

总之，在物质循环中，只有通过动物和植物等生物群体的共同参与才能使物质合成和分解、吸收和释放协调进行，维持生态上的平衡和正常发展。

（三）、植物界是植物种质保存的天然基因库

种质：

决定植物“种性”并将其丰富的遗传信息从亲代传递给子代的遗传物质总体。

大到一个遗传原种的集合体，小到控制个别遗传性状的某一基因片段。

全世界现有植物50多万种，高等植物23万多种，经过人类驯化的约有2000多种。

值得一提的是种质资源的流失是很严重的。

自地球形成至今90%以上的生物种类已经不存在了。

（四）、植物对环境的保护作用

（1）植物具有净化大气、水体、土壤以及改善环境的作用

（2）植物对环境的监测作用（环保）：

通过利用某些植物对有毒气体的敏感性作为环境污染程度的指示。

（3）植物具有水土保持的作用：

植被覆盖特别是森林植被具有涵养水源、水土保持、防风固沙的作用。

三、植物学的发展概况及分科

（一）、植物学发展简介

1、我国是研究植物最早的国家

a、早在四、五千年前就积累了有关植物的知识。

春秋的《诗经》记载描述了200多种植物。

b、晋代嵇含的《南方草木状》是我国最古老的地方植物志。

c、明代李时珍著《本草纲目》，详细描述了1880种药物，其中一半以上是药用植物。

d、清代吴其濬《植物名实图考》记述了1714种栽培植物和野生植物，这些著作积累了丰富的植物学知识。

e、十九世纪中叶，李善兰（1811—1882）与外人合作编译《植物学》一书，该书是根据英国林德勒（J.Lindley1799—1865）的《植物学纲要》中的重要篇章编译而成，共八卷，为我国第一部植物学译本。

2、国外植物学的发展：

a、最早可追溯到古希腊亚里士多德首创欧洲的植物园和德奥弗拉斯（前370—前285）所著《植物的历史》和《植物本原》。

b、瑞典植物学家林奈（1753）发表了植物种志，创立了植物分类系统和双名法，为现代植物分类学奠定了基础。

c、19世纪德国植物学家施莱登和动物学家施旺（1808—1882）首次提出细胞学说，使生物学向微观世界推进。

d、英国博物学家达尔文（1809—1882）发表的《物种起源》一书，提出了生物进化论的观点，引导生物学向宏观世界发展。

从19世纪后期到20世纪以来，随着近代物理学、化学的发展，生物学正沿着微观和宏观的研究深入，形成了细胞生物学、分子生物学等许多新的分枝学科。

近20年来，生命科学突飞猛进，宏观方面，采用先进的技术，如遥感技术，进一步揭示植物间的分布和演化规律，微观方面分子水平上对生命活动本质进行研究。

（二）植物学研究内容及分科

1、植物学定义：

是研究植物界和植物体的生活和发展规律的科学。

2、植物学研究内容：

植物的形态构造、生理机能；生长发育规律；植物与环境的相互关系以及植物分布的规律；植物的进化与分类和植物资源利用等方面。

3、植物学分科

a、植物形态学plantmorphology

植物细胞学plantcytology

植物解剖学plantanatomy

植物胚胎学plantembryology

b、植物分类学planttaxonomy

c、植物生理学plantphysiology

d、植物遗传学plantGenetics

e、植物生态学plantecology和地植物学geobotany

随着物理学、数学、化学等学科的发展，电子显微镜、电子计算机、激光以及其他技术的应用，近年又形成许多新的分科。

如，分子生物学、植物细胞生物学、植物发育生物学、分子植物学、分子遗传学。

（三）植物学的研究方法

研究方法：

描述、比较、实验

学习方法：

预习—听讲—复习—实验—考试。

（四）植物学与专业的关系

植物学是一切以植物为生产或研究对象的专业的重要基础课，生物科学、生物工程、生物技术、林学、森保、园林、环境等专业以后还要学习植物生理学、生态学等，植物学是学好这些课程的基础。

思考题：

1.    什么是二界论

2.    植物具有什么特征

3.    什么是植物学

第一章植物细胞

1.本章重点:

:

是真核细胞的一般结构及植物细胞的后含物。

细胞壁和细胞后含物是植物细胞独有的构造，对其结构和化学组成应重点掌握。

2.本章难点:

植物细胞分裂、分化及植物体生长、发育概念的把握，以及这四个概念之间的关系；植物细胞有丝分裂各时期的特点和植物细胞所处分裂期的判断。

3．基本要求：

1）掌握真核植物细胞的一般构造、细胞壁的基本构造及化学组成、细胞膜的结构及特点、细胞质的结构及细胞器的种类及功能、细胞核的结构和功能。

2）正确辨别植物细胞分裂、分化的特点；植物细胞有丝分裂的过程及各时期的细胞形态特征；搞清植物体生长、发育的内因。

3）了解细胞学说的基本内容；真核和原核细胞，动物和植物细胞之间的区别。

4.教学方法：

多媒体教学;课堂讨论

§1、1关于植物细胞的认识

一、植物细胞是构成植物体的基本单位

二、细胞的研究史

1、细胞学的创立时期

1665年，英国人虎克发现细胞（Cell）

德国植物学家施莱登（1838）和动物学家施旺（1839）共同提出了细胞学说，细胞学说被称为十九世纪自然科学的三大发现之一。

２、细胞学的经典时期（1875—1898）

受精现象（1875）、动植物细胞有丝分裂（1880）、动植物减数分裂（1883、1886）、植物受精现象（1888）、线粒体（1894）、高尔基体（1898）、被子植物双受精现象相继发现。

3、实验细胞学时期（1898—1953）

1900年孟德尔遗传定律的（重新）发现（1865）

1924年孚尔根等首次介绍了DNA反应的方法。

1934年本斯米等用超速离心机将细胞内线粒体分离出来。

1953年，DNA双螺旋结构的模型发现，奠定了分子生物学基础。

4、分子/现代细胞学时期（1953—现在）

1961年，通过尼伦堡等人的研究，确立了每一种氨基酸的“密码”。

DNA双螺旋结构的阐明被认为是20世纪以来自然科学的重大突破之一，使细胞的研究进入一个新的现代细胞学阶段，使细胞的研究从超微水平发展到分子水平阶段，并相应产生许多新兴分枝学科如细胞分子生物学，细胞工程学以及带有综合特点的细胞生物学等。

分子水平的研究，目的是认识讨论生命活动的本质和规律，从单纯观察发展到用实验方法来研究细胞，使人类进入有目的的改造细胞的阶段

三、细胞的多样性

1、形状多样（与其功能相适应）

游离的生长在疏松组织中的细胞---球形、椭圆形（皮层细胞、髓）；

起保护作用的细胞---多面体，彼此嵌合紧密（表皮细胞）；

起支持和疏导作用的细胞---圆柱形、纺锤形（韧皮部、木质部细胞）。

2、细胞大小差异很大：

高等植物细胞直径：

数μm—数十个μm，多数15—30μm。

最小细胞，如枝原体，直径0.1—0.15μm。

少数大细胞，如番茄果肉、西瓜瓤细胞直径可达1mm，肉眼可见，最长的棉花纤维细胞长可达650mm。

四、原核细胞（procaryoticcell）

（1）无核膜，仅有些比较集中的核区；

（2）核区内分布环状DNA丝；

（3）细胞质内无内质网、线粒体、高尔基体等细胞器的分化。

（4）细胞质内有游离的质粒（plasmid），是裸露的核外DNA，可遗传。

枝原体、细菌、放线菌、蓝藻等低等植物由原核细胞构成。

五、非细胞结构的生命—病毒（virus）

病毒:

无细胞结构，有生命的特殊有机体

（1）大小：

比细菌小，比Pr大，介于100—3000Å之间。

（2）组成：

Pr外壳包围着核酸芯子

（3）形状：

在电镜下病毒的形状、大小差异很大。

（4）生活方式：

不能在非生命物质上生长而需在活的有机体上生存，能感染细菌、动物和植物形成动植物病害。

因此，病毒是简单原始的生命形式，细胞是生物有机体发展到一定阶段的产物。

§1、2植物细胞的构造与功能

一、原生质及其理化性质

（一）原生质protoplasm—泛指细胞内有生命的物质，是细胞结构和生命活动的物质基础。

（组成成分，名称）

（二）原生质的化学组成

（1）、水和无机盐

A、水结合态（结构部分）

游离态（溶剂）

一般旺盛生长的幼苗及嫩叶中含水量较高，（60-90%），衰老的叶子含水量低，休眠种子含水量最低，只占鲜重的10—14%。

B、无机盐---植物生命活动中不可缺少的物质

Fe、Mg—与叶绿素形成有关

S、N、P—与Pr的合成有关

（2）、蛋白质（Protein）（三级结构）

组成：

Pr是以氨基酸为单位构成的长链分子，分子量很大，可从五千到百万以上。

Pr占原生质干重60%。

Pr按其功能分为三类：

①结合Pr：

组成原生质的结构物质

②酶Pr：

催化作用（专化性、高效性、多样性：

植物中有2000多种）

③贮藏Pr：

贮藏的营养物质

（3）核酸（nucleicacid）

组成：

由小分子的单位一核苷酸相连形成的长链分子，

两种类型：

脱氧核糖核酸（DNA）：

分布于细胞核中

核糖核酸（RNA）：

分布于细胞质中

功能作用：

是遗传信息的携带者。

（4）脂类（lipid）：

甘油+脂肪酸

包括一大类不溶于水而溶于有机溶剂的脂肪性物质，如油、脂肪、磷脂、蜡、角质、栓质和固醇等，它们都是长链化合物，但分子链比核酸短的多。

功能作用：

①结构物质（如磷脂与Pr结合构成生物膜系统）。

②形成角质、木栓质、蜡，参与细胞壁形成（脂类具疏水性，不透水）。

（5）糖类（saccharide）

组成：

化学通式为（CH2O）n.

功能作用:

①是光和作用的产物，是细胞进行代谢活动的能源。

②同时也是构成原生质、细胞壁的主要物质

③合成其它有机物的原料

类型：

单糖:

核糖（五碳糖）、脱氧核糖（五碳糖）、葡萄糖（六碳糖）

双糖：

蔗糖、麦芽糖

多糖：

纤维素、淀粉、果胶物质

（6）其它生理活动物质：

酶、维生素、激素、抗菌素

总之，组成原生质的化学元素：

大量元素：

C、H、O、N占植物鲜重大，约99%以上，另外还有K、P、Ca、S、Fe等

微量元素：

B、Cu、Mn、Zn、Na、Cl等十几种

（三）原生质的物理性质：

（1）无色半透明半流动状态的粘稠液体,比重比水大。

（2）是一种亲水胶体。

（3）原生质胶粒带有电荷,它使原生质具很大的吸水力及对物质的吸附作用,如胶体破坏，原生质也就丧失活性，失去生命特性。

（四）原生质的生理特性：

具有生命现象，即具新陈代谢的能力（同化--光和；异化--呼吸）。

二、原生质体（protoplast）

——指活细胞中细胞壁以内各种结构的总称（结构名称）。

植物细胞在显微镜下可明显区分为：

细胞质+细胞核

（一）细胞质：

（cytoplasm）

1、质膜（plasmalemma;plasmamembrane）

细胞质紧帖细胞壁的膜状结构，也叫细胞膜。

A、主要成分：

磷脂（55—57%）和蛋白质，厚约80Å

B、生理功能：

（1）使细胞与外环境隔离，保持相对稳定的细胞内环境；

（2）具选择吸收的功能；

（3）能量传递和信息传递；

（4）有大量的酶，生化反应的重要场所；

（5）协调细胞壁物质的合成与组装

2、胞基质（cytoplasmicmatrix）

A、定义：

在电子显微镜下，看不出特殊结构的细胞质部分称胞基质。

B、主要成分：

水、无机盐等小分子；脂类、糖类、氨基酸、核苷酸等中等分子；Pr、脂蛋白、RNA、多酶等生物大分子。

C、在生活的细胞中，胞基质做有规律的持续流动：

1）转动式运动2）循环式运动

3、细胞器（organelle）：

细胞质基质内具有一定形态、结构和功能的小单位。

1）、质体（plastid）：

绿色植物特有的一类合成或积累同化产物的细胞器，被双层膜，由前质体（ptoplastid）发育而来。

A、白色体（leucoplast）：

不含色素，多存在于幼嫩细胞、贮藏组织和一些植物表皮中，并根据贮藏物质的不同分为造粉体（amyloplast）造油体（elaioplast）和造蛋白体

（proteinoplast）。

B、有色体（chromoplast）：

内含大量胡萝卜素和叶绿素而呈现黄、红或橙色，这类质体常存在于花瓣、果实或一些植物的根（胡萝卜）中。

C、叶绿体（chloroplast）：

存在于植物绿色的薄壁细胞中、主要是叶肉细胞中。

所含数量因细胞而异，从十多个到数百枚不等。

色素：

叶绿素A（蓝绿）、叶绿素B（黄绿）

胡萝卜素（橙黄）、叶绿素（黄）这些色素都分布在内部片层上。

结构：

叶绿体呈球形、卵形，其内有基粒（granum）及基质（stroma或matrix）片层

功能：

（1）光合作用

（2）合成自身的DNA、RNA、Pr（3）酶集中的场所

2）、线粒体（mitochondria）

形状：

球形、棒形或细丝状颗粒。

结构特点：

由双层膜包裹，其内膜向内折叠，形成嵴。

功能：

进行呼吸作用，是细胞的“动力厂”，含自身的DNA，能独立合成Pr。

3）、内质网（endoplasmicreticulum）

结构：

以各种形状沿伸、扩展，形成各种管、泡、腔交织的复杂网状管道系统。

分类：

光面内质网：

与脂类、糖类的合成关系密切。

粗面内质网：

膜表面附着许多核糖体小颗粒，合成Pr酶。

功能：

（1）合成、包装和运输一切代谢产物、Pr酶、脂类、糖；

（2）是许多细胞器的来源；

（3）提供细胞空间的支持骨架、增加细胞的表面积；

（4）通过胞间连丝中内质网的活动，保持细胞间的联系。

4）、高尔基体（dictyosome或Golgi-body）

结构：

由一叠由单层膜围成的扁囊组成，扁囊边缘收缩形成膜质小泡，通过缢缩断裂，小泡从扁囊上脱离下来。

功能：

多糖合成，糖蛋白的合成、加工和分泌。

5）、溶酶体（lysosome）

结构：

由一单层膜组成，膜内含有多种水解酶，以酸性磷酸酶为特有的酶。

功能：

（1）消化作用；

（2）自身吞噬；（3）自溶作用。

6）、圆球体（Spherosome）

结构：

由一单层膜组成，膜内除含水解酶外，还有脂肪酶

功能：

（1）同溶酶体

（2）起储存细胞器的作用

7）、微体（Microbody）

结构：

也由单层膜包围而成。

类型：

植物中含两种微体

（1）过氧化物酶体（peroxisome）：

高等植物叶肉细胞中，与叶绿体、线粒体配合，参与乙醇酸循环，把乙醇酸转化为己糖（光呼吸）。

（2）乙醛酸循环体（glyoxysome）：

油粒种子萌发时，与圆球体、线粒体配合，把储存的脂肪转化为糖类。

8）、液泡（Vacuole）

结构：

是被一层液泡膜包着，膜内充满着细胞液。

功能：

①调节渗透压，控制水分出入细胞；

②维持一定的膨压，使细胞处于紧张状态，具坚实性；

③是各种养料的代谢产物的贮藏场所。

9）、核糖体（Ribosome）

结构：

有两个半圆形的亚单位形成，无膜结构。

主要成分：

约40%Pr+60%RNA。

功能：

合成Pr的场所。

10）、细胞骨架系统

微管microtubule：

微管Pr围成直径20-30nm的长管结构。

组微丝microfilaments：

由肌动Pr和肌球Pr组成的直径约为5-6nm的细长丝。

成中间纤维intermediatefiber：

直径约10nm。

微梁microtrabeculae：

直径3-5nm的很细很短的纤维。

功能：

形成错综复杂的立体网络系统，共同起着细胞支架以及连接细胞内各种结构，使其能执行各自的功能。

（二）细胞核（nucleus）

核膜 （nuclearmembrane）：

双层膜，上有核孔

核仁（nucleolus）：

呈小球体，折光性强，是RNA与某些Pr合成的基地，是装配核糖

的场所，

染色质chromatin：

染色质丝

核质（nucleoplasm）染色体（chromosome）

核液（nucleochylema）：

核内无明显结构的基质

功能：

即控制细胞的遗传、生长和发育。

三、后含物（内含物）（ergasticsubstance）

定义：

细胞生长过程中，原生质体不断进行新陈代谢活动产生的各种代谢产物，叫后含物。

是一些非原生质、无生命的有机或无机物质。

类型：

就其存在的部位来讲：

有的存在于细胞液（cellsap）中；

有的存在于细胞质（cytoplasm）中。

就其对细胞生命过程中的作用来讲：

贮藏的营养物质

生理活性物质

代谢中间产物

细胞内含物的种类和含量随植物种类、部位、生长发育时期和环境条件不同而异。

1、贮藏的营养物质

A、淀粉粒（starchgrain）：

一般由造粉体转化而成，围绕一至多个脐形成轮纹。

不同植物淀粉粒形状不同，可作为商品检验和生药鉴定的依据。

B、蛋白质：

非活性，较稳定，遇KI呈黄色

结晶状

糊粉粒（aleuronegrain）（无定形）胡桃、花生、大豆、蓖麻种子中含量多。

C、脂类：

高能量贮藏物质，以油滴状态存在于细胞质中，遇苏丹III滴染立即呈现橙黄或桔红色。

2、生理活动物质：

酶、维生素（vitamin）、植物激素（Hormone）

功能：

保证cell内一切生化反应正常进行，调节控制植物

生长、发育、繁殖等。

植物激素：

生长素、赤霉素、细胞分裂素（促进生长发育）

脱落酸、乙烯（抑制）。

3、其它物质

A、糖类：

葡萄糖、果糖、蔗糖等，如甘蔗、甜菜

B、有机酸：

草酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸等，如果实酸味。

C、酚类化合物：

酚、单宁、黑素和木质素

单宁（tannin）：

一种缺N的有机化合物，有涩味，遇铁盐呈现蓝色以至黑色，可用于制革、防腐、印染、医药、钻井等方面。

D、精油：

挥发性芳香物质，是一种烃，具杀菌作用，可制香水。

E、类黄酮（flavonoid）：

花色素、黄酮醇和查耳酮与植物颜色有密切关系。

花色素常见的有花青素（cyanidin）、花翠素、花葵素等。

花青素：

植物体内普遍存在，通常溶解在细胞液中。

花青素的颜色与细胞液的PH值有关，酸→红，中→紫，碱→蓝。

F、植物碱：

一种含N的有机化合物，种类很多（6000），因植物种类不同而异。

咖啡、茶叶→咖啡碱；烟草→烟碱；罂粟→罂粟碱；黄莲素、三棵针牙膏→小檗碱，半夏、乌头→半夏碱（哑药），许多植物碱是重要的医药。

G、无机盐类和结晶体：

有的呈溶解态，有的呈结晶体，如草酸钙结晶

H、其它：

橡树→橡胶，松柏类植物→松脂

四、细胞壁cellwall：

包围在植物细胞原生质体外面的一个坚韧的外壳

（一）细胞壁的功能

1）支持、保护作用。

相当于动物的骨骼，称外骨骼；

2）还参与植物体吸收、分泌、蒸腾和细胞间运输等；

3）有Pr，参与细胞生长、调控，细胞识别等生理活动。

组成：

1.纤维素2.半纤维素3.果胶多糖4.蛋白质：

占细胞壁干重的5％－10％

5.细胞壁的其他化学成分：

木质、角质、栓质、矿质等。

（二）细胞壁的发生与分层

1、胞间层（intercellularlayer）（中层）：

主要成分为果胶质

2、初生壁（primarywall）：

3、次生壁（secondarywall）：

分内、中、外三层

4、纹孔（pit）：

细胞壁增厚时，并非全面均匀增厚，其中常留有不增厚的部分称纹孔。

实际上并非真正的孔，而是一些薄壁的区域。

类型：

具缘纹孔（borderedpit）、单纹孔（simplepit）、半具缘纹孔（half

borderedpit）

5、胞间连丝（plasmodesmata）：

是连接相邻两个植物细胞的细胞器，是植物细胞间物质和信息交流的直接通道，行使水分、营养物质、小的信号分子以及大分子的胞间运输功能。

（三）细胞