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1、关于植物的生长生理1第1页，讲稿共54张，创作于星期二任何一种生物的个体，任何一种生物的个体，总是要有序地经历发生、总是要有序地经历发生、发展和死亡等时期，人们发展和死亡等时期，人们把把生物体从发生到死亡所生物体从发生到死亡所经历的过程称为经历的过程称为生命周期生命周期(life cycle)(life cycle)。第一节第一节 细胞发育细胞发育开花植物的生长周期开花植物的生长周期 一、生长发育的概念一、生长发育的概念第2页，讲稿共54张，创作于星期二 种子植物的生命周期，种子植物的生命周期，要经过要经过胚胎形成、种子萌发、胚胎形成、种子萌发、幼苗生长、营养体形成、幼苗生长、营养体形成、生殖
2、体形成、开花结实、生殖体形成、开花结实、衰老和死亡等阶段衰老和死亡等阶段。生命周期中呈现的个体及生命周期中呈现的个体及其器官的形态结构的形成过程，其器官的形态结构的形成过程，称作称作形态发生形态发生(morphogensis)(morphogensis)或或形态建成形态建成。伴随着形态发生，植物体发伴随着形态发生，植物体发生着生着生长、分化和发育生长、分化和发育的变的变化。化。（A）拟南芥的示意图。（B）表现花器官的花的示意图。（C）丛生叶的营养植株（D）成熟的植株。第3页，讲稿共54张，创作于星期二1.1.生长生长 (growth)生长生长是指在生命周期中，生物的细胞、组织和器官的数目、体积
3、或是指在生命周期中，生物的细胞、组织和器官的数目、体积或干重的干重的不可逆增加不可逆增加的过程。的过程。通过原生质的增加、细胞分裂和细胞体通过原生质的增加、细胞分裂和细胞体积的扩大来实现。积的扩大来实现。营养生长营养生长(vegetative growth)(vegetative growth)营养器官营养器官(根、茎、叶根、茎、叶)的生长，的生长，生殖生长生殖生长(reproductive growth)(reproductive growth)繁殖器官繁殖器官(花、果实、种子花、果实、种子)的生长。的生长。根据生长量是否有上限，把生长分为：根据生长量是否有上限，把生长分为：有限生长有限生长
4、(determinate growth)(determinate growth)：叶、花、果和茎的节间等器官的生长叶、花、果和茎的节间等器官的生长属于有限生长类型；属于有限生长类型；无限生长无限生长(indeterminate growth)(indeterminate growth)：营养生长中的茎尖和根尖生长，营养生长中的茎尖和根尖生长，以及茎和根中形成层的生长属于无限生长类型以及茎和根中形成层的生长属于无限生长类型。第4页，讲稿共54张，创作于星期二2.分化分化(differentiation)分化分化是指从一种同质的细胞类型转变是指从一种同质的细胞类型转变成成形态结构和功能形态结构和功
5、能与原来不相同的与原来不相同的异质细胞异质细胞类型类型差异性生长差异性生长的过程。的过程。植物的分化可从不同水平上表现出植物的分化可从不同水平上表现出来：来：细胞、器官、组织细胞、器官、组织细胞水平：细胞水平：受精卵细胞分裂转变成胚；受精卵细胞分裂转变成胚；薄壁细胞分化成厚壁细胞、导管细薄壁细胞分化成厚壁细胞、导管细胞、筛管细胞胞、筛管细胞器官水平：器官水平：从生长点转变成叶原基、从生长点转变成叶原基、花原基；花原基；根尖分化出根毛。根尖分化出根毛。组织水平：组织水平：从形成层（分生组织）转变从形成层（分生组织）转变成输导组织、机械组织、保护组织等成输导组织、机械组织、保护组织等。干细胞细胞与
6、组织的分化是在生长过程中发生的，因此分化又可称为细胞与组织的分化是在生长过程中发生的，因此分化又可称为“变异生长变异生长”。第5页，讲稿共54张，创作于星期二3.发育发育 (development)发育发育是指在生命周期中，生物的组织、器官或整体在是指在生命周期中，生物的组织、器官或整体在形态结构和功形态结构和功能上的有序变化能上的有序变化过程。过程。叶发育：叶原基叶发育：叶原基幼叶幼叶成熟叶成熟叶 根发育：根原基根发育：根原基幼根幼根完整的根系完整的根系 花发育：花原基花发育：花原基花蕾花蕾开花。开花。果实发育：受精后子房膨大果实发育：受精后子房膨大果实形成果实形成成熟。成熟。广义上的发育概
7、念：广义上的发育概念：泛指生物的发生与发展。泛指生物的发生与发展。狭义上的发育概念：狭义上的发育概念：仅指生物从营养生长向生殖生长的有序变化过仅指生物从营养生长向生殖生长的有序变化过程程，其中包括性细胞的出现、受精、胚胎形成以及新繁殖器官的产生。，其中包括性细胞的出现、受精、胚胎形成以及新繁殖器官的产生。人们常把生长发育连在一起谈，这时发育的概念也是狭义的。人们常把生长发育连在一起谈，这时发育的概念也是狭义的。第6页，讲稿共54张，创作于星期二4.生长、分化和发育的相互关系生长、分化和发育的相互关系p生长、分化和发育之间区别：生长、分化和发育之间区别：生长生长-是量变，是基础；是量变，是基础；
8、分化分化-是质变，变异生长；是质变，变异生长；发育发育-是器官或整体有序的量变与质变。是器官或整体有序的量变与质变。p生长、分化和发育的相互关系生长、分化和发育的相互关系发育包含了生长和分化，发育包含了生长和分化，如：如：花的发育：花的发育：包括花原基的分化和花器官各部分的生长；包括花原基的分化和花器官各部分的生长；果实的发育：果实的发育：包括了果实各部分的生长和分化等。包括了果实各部分的生长和分化等。发育必须在生长和分化的基础上才能进行发育必须在生长和分化的基础上才能进行；生长和分化又受发育的制约。生长和分化又受发育的制约。例如，水稻幼穗的分化和生长必须在通过光周例如，水稻幼穗的分化和生长必
9、须在通过光周期的发育阶段之后才能进行；油菜、白菜、萝卜等在抽薹前后长出不同形态的期的发育阶段之后才能进行；油菜、白菜、萝卜等在抽薹前后长出不同形态的叶片，这也表明不同的发育阶段有不同的生长数量和分化类型。叶片，这也表明不同的发育阶段有不同的生长数量和分化类型。第7页，讲稿共54张，创作于星期二发育是遗传信息在内外条件影响下有序表达的结果：发育是遗传信息在内外条件影响下有序表达的结果：发育在时间上有严格的进程发育在时间上有严格的进程，如种子发芽、幼苗成长、开花结实、，如种子发芽、幼苗成长、开花结实、衰老死亡都是按一定的时间顺序发生的。衰老死亡都是按一定的时间顺序发生的。发育在空间上也有巧妙的布局
10、发育在空间上也有巧妙的布局，如，如:茎上的叶原基就是按一定的顺序排列形成叶序；茎上的叶原基就是按一定的顺序排列形成叶序；花原基的分化通常是由外向内进行，如先发生萼片原基，以后花原基的分化通常是由外向内进行，如先发生萼片原基，以后依次产生花瓣、雄蕊、雌蕊等原基；依次产生花瓣、雄蕊、雌蕊等原基；在胚生长时，胚珠周围组织也同时进行生长与分化等。在胚生长时，胚珠周围组织也同时进行生长与分化等。第8页，讲稿共54张，创作于星期二二二、细胞分裂、伸长和分化的控制细胞分裂、伸长和分化的控制植物形态建成以植物形态建成以细胞的分裂、生长和分化为基础细胞的分裂、生长和分化为基础 植植物物体体各各个个器器官官的的形
11、形态态及及整整体体的的宏宏观观结结构构都都是是由由组组成成它它们们的的细细胞胞的的分分裂裂方方向向、频频度度、细细胞胞生生长长速速率率和和分分化化状状态态所决定的。所决定的。拟南芥根的横切面模型拟南芥根的横切面模型拟南芥根的横切面模型拟南芥根的横切面模型根尖后1mm横切面，已经形成了不同的组织第9页，讲稿共54张，创作于星期二1、细胞分裂植物的顶端分生组织或侧生分生组织中的细胞处在不断生长和不植物的顶端分生组织或侧生分生组织中的细胞处在不断生长和不断分裂的过程中，称为断分裂的过程中，称为分生细胞分生细胞。分生细胞的特点：分生细胞的特点：细胞不断分裂，细胞数目不断增加，但体积细胞不断分裂，细胞数
12、目不断增加，但体积变化不大。变化不大。一次细胞分裂后所产生的新细胞又一次细胞分裂后所产生的新细胞又继续生长增大，随后又平均地分裂继续生长增大，随后又平均地分裂成两个与母细胞相似的子细胞。成两个与母细胞相似的子细胞。从亲代细胞分裂结束到子代细从亲代细胞分裂结束到子代细胞分裂终止所经历的时期称为胞分裂终止所经历的时期称为细胞周期细胞周期(cell cycle)(cell cycle)。把G1、S与G2持续过程称为分裂间期(interphase)其中S期较长，M期最短，G1与G2期长短变化较大。M期严格按前期、中期、后期和末期的次序进行。第10页，讲稿共54张，创作于星期二细胞周期细胞周期第11页，
13、讲稿共54张，创作于星期二 2、细胞的伸长细胞伸长受多种因素的影响：受核质遗传基因的控制受核质遗传基因的控制，因为细胞核与细胞质的数量比只能维持在一定的范围内；受细胞壁以及周围细胞作受细胞壁以及周围细胞作用力的影响用力的影响(图图)；受环境因素的制约受环境因素的制约，如在水分少，温度低，光照强时，细胞体积会变小。细胞生长和分裂同时进行从而维细胞生长和分裂同时进行从而维持最适的细胞体积持最适的细胞体积第12页，讲稿共54张，创作于星期二细胞生长方向受微纤丝取向的影响细胞生长方向受微纤丝取向的影响植株细胞中最常见的是植株细胞中最常见的是圆柱形细胞圆柱形细胞，它的伸长程度要远大于加粗的程度，这是它的
14、伸长程度要远大于加粗的程度，这是由于细胞圆柱面中所沉积的由于细胞圆柱面中所沉积的微纤丝通常与微纤丝通常与伸长轴的方向垂直，成圈状排列伸长轴的方向垂直，成圈状排列，因而限，因而限制了细胞的加粗生长，而对伸长生长制了细胞的加粗生长，而对伸长生长的限制较小。的限制较小。细胞生长的原动力是膨压。这种压力是均等地向各个方向的。细胞生长的原动力是膨压。这种压力是均等地向各个方向的。如果如果没有壁的束缚没有壁的束缚，在膨压的作用下，细胞应呈，在膨压的作用下，细胞应呈球状球状。然而，植物细胞都。然而，植物细胞都有各种各样的形状，这主要取决于细胞壁中有各种各样的形状，这主要取决于细胞壁中微纤丝的取向和交织程微纤
15、丝的取向和交织程度度。第13页，讲稿共54张，创作于星期二增加膨压增加膨压 因为只有当膨压超过细胞壁的抗张程度时细因为只有当膨压超过细胞壁的抗张程度时细胞才能生长；胞才能生长；(渗透物质增加）渗透物质增加）细胞壁松弛细胞壁松弛 减弱壁的强度。在通常情况下，植物通减弱壁的强度。在通常情况下，植物通过第二种方式使细胞生长。过第二种方式使细胞生长。壁松驰的机理：壁松驰的机理：1.植物的细胞质膜中有植物的细胞质膜中有ATP酶，它被酶，它被IAA激活后，可将细胞质中的激活后，可将细胞质中的H+分泌到细胞壁中。分泌到细胞壁中。2.低低pH值一方面可降低壁中氢键的结合程度，另一方面也可提高壁中适值一方面可降
16、低壁中氢键的结合程度，另一方面也可提高壁中适于酸化条件的水解酶的活性，使壁发生松驰。于酸化条件的水解酶的活性，使壁发生松驰。3.壁一旦松驰，在膨压的作用下，细胞就得以伸展。同时，一些新合壁一旦松驰，在膨压的作用下，细胞就得以伸展。同时，一些新合成的成壁物质会填充于壁中，以增加壁的厚度和强度。成的成壁物质会填充于壁中，以增加壁的厚度和强度。细胞壁的存在阻碍着细胞体积的增长。克服这种阻克服这种阻碍有两种方式碍有两种方式：第14页，讲稿共54张，创作于星期二激激素素和和一一些些外外界界因因素素因因能能影影响响微微管管在在质质膜膜内内侧侧的的排排列列方方向向，从从而而影影响响微微纤纤维维在在细细胞胞壁
17、壁中中的的沉沉积积方方向向，进进而而影影响响到到细细胞胞的的伸长和植株的形态伸长和植株的形态。例如例如乙烯和赤霉素乙烯和赤霉素对豌豆幼对豌豆幼茎表层细胞中微管的排列有茎表层细胞中微管的排列有着不同的效应：着不同的效应：赤霉素赤霉素能使微管在质膜内能使微管在质膜内侧的排列与细胞长轴方向成侧的排列与细胞长轴方向成直角，因而当用赤霉素处理直角，因而当用赤霉素处理豌豆芽时，幼茎伸长而不增豌豆芽时，幼茎伸长而不增粗；粗；乙烯乙烯则能使微管在质膜内侧则能使微管在质膜内侧的排列与细胞长轴方向平行，因的排列与细胞长轴方向平行，因而当用乙烯处理豌豆芽时，幼茎而当用乙烯处理豌豆芽时，幼茎增粗而少伸长。增粗而少伸长
18、。A.乙烯处理后的豌豆幼苗形态；B.乙烯处理表层细胞中微管排列的方向；C.赤霉素处理表层细胞中微管排列的方向；D.赤霉素处理后的豌豆幼苗形态。空心箭头表示细胞伸展的方向乙烯GA第15页，讲稿共54张，创作于星期二3、细胞的分化(1)(1)细胞分化的分子机理细胞分化的分子机理当细胞体积停止增大后，细胞进入分化期，形成具有一定结构和功能的当细胞体积停止增大后，细胞进入分化期，形成具有一定结构和功能的组织、器官，如薄壁组织、机械组织、维管组织、表皮细胞等。组织、器官，如薄壁组织、机械组织、维管组织、表皮细胞等。细胞分化的分子基础是细胞基因表达的差别。细胞分化的分子基础是细胞基因表达的差别。一般情况下
19、，同一一般情况下，同一植物体中的细胞都具有相同的基因，因为它们都是由同一受精卵分裂而植物体中的细胞都具有相同的基因，因为它们都是由同一受精卵分裂而来的，而且其中的每一个细胞在适宜的条件下有可能发育成与母体相似来的，而且其中的每一个细胞在适宜的条件下有可能发育成与母体相似的植株。的植株。在个体的发育过程中，细胞内的基因不是同时表达的，而往往在个体的发育过程中，细胞内的基因不是同时表达的，而往往只表达基因库中的极小部分。只表达基因库中的极小部分。比如，在胚胎中有开花的基因，但在营养生长期，它处于关闭比如，在胚胎中有开花的基因，但在营养生长期，它处于关闭状态。一定要到达花熟状态，处在生长点的开花基因
20、才表达，状态。一定要到达花熟状态，处在生长点的开花基因才表达，即花芽才开始分化。这就是即花芽才开始分化。这就是个体发育过程中基因在时间和空间个体发育过程中基因在时间和空间上的顺序表达上的顺序表达。第16页，讲稿共54张，创作于星期二细胞的基因是如何有选择性地进行表达，合成特定蛋白细胞的基因是如何有选择性地进行表达，合成特定蛋白质的，质的，即基因是如何调控的，这是细胞分化的关键。即基因是如何调控的，这是细胞分化的关键。在已分化的细胞中仍然保留着整套染色体的全部基因，在已分化的细胞中仍然保留着整套染色体的全部基因，因此，细胞分化一般不是因为某些基因丢失或永久性失因此，细胞分化一般不是因为某些基因丢
21、失或永久性失活所致，而是不同类型细胞有不同基因表达的结果。从活所致，而是不同类型细胞有不同基因表达的结果。从某种意义上讲，某种意义上讲，具有相同基因的细胞而有着不同蛋白质具有相同基因的细胞而有着不同蛋白质产物的表达，即为产物的表达，即为细胞分化细胞分化。细胞分化的本质细胞分化的本质就是不同类型的细胞专一地激活了某些特就是不同类型的细胞专一地激活了某些特定基因，再使它转录成特定的定基因，再使它转录成特定的mRNAmRNA的过程。的过程。第17页，讲稿共54张，创作于星期二叶片在枝条顶端的起源以及它们在茎杆上的排列叶片在枝条顶端的起源以及它们在茎杆上的排列叶片在枝条顶端的起源以及它们在茎杆上的排列
22、叶片在枝条顶端的起源以及它们在茎杆上的排列（A）枝条顶端分生组织侧向的叶原基。（B）沿着不同的轴发生枝条的示意图。第18页，讲稿共54张，创作于星期二（A）通过根中央的纵切面，原生组织中包含了能够形成根的所有组织的中心细胞以浅色标出。（B）在A中标出的原生分生组织的示意图。这其中只描述了四个静止细胞中的两个。黑线表示的是发生在茎细胞中的细胞分裂平面。白线表示皮层内皮层以及侧生根冠表皮茎细胞中发生的次级细胞分裂。拟南芥根中的所有组织都是从根拟南芥根中的所有组织都是从根拟南芥根中的所有组织都是从根拟南芥根中的所有组织都是从根尖分生组织中的中心细胞衍生而尖分生组织中的中心细胞衍生而尖分生组织中的中心
23、细胞衍生而尖分生组织中的中心细胞衍生而来的来的来的来的第19页，讲稿共54张，创作于星期二(2)(2)细胞分化的控制因素细胞分化的控制因素1 1）极性极性是细胞分化的前提是细胞分化的前提极性极性(polarity)(polarity)是指细胞是指细胞(也可指器官和植株也可指器官和植株)内的一端与另一端内的一端与另一端在形态结构和生理生化上的差异。在形态结构和生理生化上的差异。主要表现在主要表现在:细胞质浓度的不一细胞质浓度的不一；细胞器（细胞核）的不均衡分布；细胞器（细胞核）的不均衡分布；质膜表面功质膜表面功能蛋白的不均衡分布；能蛋白的不均衡分布；胞内胞内Ca2+Ca2+浓度梯度；浓度梯度；p
24、HpH梯度的存在梯度的存在等方面。等方面。细胞极性是细胞不均等分裂的基础，而不均等分裂（分化分裂）又细胞极性是细胞不均等分裂的基础，而不均等分裂（分化分裂）又是植物组织结构极性分化的基础。是植物组织结构极性分化的基础。第20页，讲稿共54张，创作于星期二荠荠菜菜胚胚的的形形成成A-B.受精卵的第一次不均等分裂；C-H.胚与胚柄的形成；I.球状胚；J-K.由于球状胚近胚柄处的胚细胞垂周分裂，形成心形胚；L.鱼雷形胚；M.成熟胚。以荠菜胚发育荠菜胚发育荠菜胚发育荠菜胚发育为例，受精卵的不均等分裂产生大小不等的两个细胞，靠近珠孔端的细胞大，将来发育成为胚柄细胞，其对侧的细胞小，将来形成胚。胚细胞和胚
25、柄细胞在形态、功能方面差异很大：胚柄细胞大且液泡化，能合成营养物质和GA等激素，并运至胚细胞，供胚发育所需。胚柄细胞通常在胚发育后消亡。而胚细胞的细胞质浓，能持续进行分裂与分化。胚细胞也有极性，经分裂分化后，与胚柄相对的一端形成叶和胚，而近胚柄的一端则形成胚根。第21页，讲稿共54张，创作于星期二 拟南芥胚珠在双受精后4小时就会出现胚囊。受受受受精精精精卵卵卵卵出出出出现现现现明明明明显显显显的极性的极性的极性的极性。受精卵顶端的那一半具有浓厚的细胞质与一个单一的大核，而另一个大的中央液泡占据了细胞基部的一半。在这个阶段，包围受精卵的胚囊也具有了四个内胚乳核。受精卵的极性受精卵的极性受精卵的极
26、性受精卵的极性第22页，讲稿共54张，创作于星期二拟南芥胚胎发生的细胞分裂的模式拟南芥胚胎发生的细胞分裂的模式拟南芥胚胎发生的细胞分裂的模式拟南芥胚胎发生的细胞分裂的模式（A）受精卵第一次分裂后的单细胞胚胎，形成顶细胞和基细胞；（B）两细胞胚胎；（C）八细胞胚胎；（D）早球形期阶段，形成了一个独特的原表皮层（；（E）早心期阶段；（F）晚心形期阶段；（G）鱼雷形期阶段；（H）成熟胚胎第23页，讲稿共54张，创作于星期二多细胞的植物体中，细胞之间紧密连接，相互作用，每个细胞在组织中的位多细胞的植物体中，细胞之间紧密连接，相互作用，每个细胞在组织中的位置不仅决定它的生理功能，而且也决定其分化方向置不
27、仅决定它的生理功能，而且也决定其分化方向位置效应（位置效应（positional effect)2)2)细胞分化的位置效应细胞分化的位置效应细胞分化的位置效应细胞分化的位置效应拟南芥胚胎发育过程拟南芥胚胎发育过程 植物组织和器官的顶端基部结构在胚胎发生早期就已经形成本图阐述了早期拟南芥幼苗是如何从胚胎的特定区域发生的。第24页，讲稿共54张，创作于星期二3)3)细胞分化受细胞分化受环境条件环境条件诱导诱导如短日照处理，可诱导菊花提如短日照处理，可诱导菊花提前开花；前开花；低温处理，能使小麦通过春化低温处理，能使小麦通过春化)而进入幼穗分化；而进入幼穗分化；对作物多施氮肥，则能使其延对作物多施氮
28、肥，则能使其延迟开花。迟开花。光照对墨角藻受精卵发育的影光照对墨角藻受精卵发育的影响：响：光照、温度、营养、光照、温度、营养、PHPH、离子和电势等环境条件以及、离子和电势等环境条件以及地球的引力都能影响细胞的分化地球的引力都能影响细胞的分化14h第25页，讲稿共54张，创作于星期二进进一一步步研研究究发发现现，照照光光能能使使CaCa2+2+离离子子浓浓度度在在细细胞胞中中产产生生梯梯度度，即即照照光光的的一一面面CaCa2+2+从从细细胞胞中中流流出出，而而背背光光的的一一面面CaCa2+2+则则从从介介质质中中流流入入。同同时时由由肌肌动动蛋蛋白白组组装装的的微微丝丝以以及及大大量量的的
29、线线粒粒体体、高高尔尔基基体体、核核糖糖体体等等细细胞胞器器都都聚聚集集在在背背光光一一侧侧，细细胞胞核核也也向向背背光光一一侧侧移移动动。这这样样，CaCa2+2+梯度和微丝聚集梯度和微丝聚集使细胞产生极性而引起不均等的分裂使细胞产生极性而引起不均等的分裂墨角藻受精卵极性建立的过程墨角藻受精卵极性建立的过程A.未极化的合子；B.极性尚未稳定的合子；C.极化的合子；D.胚胎产生极性而引起不均等的分裂。第26页，讲稿共54张，创作于星期二4)4)植物激素在细胞分化中的作用植物激素在细胞分化中的作用植物激素能诱导细胞的分化，这在组织培养中已被证实。植物激素能诱导细胞的分化，这在组织培养中已被证实。
30、19551955年韦特莫尔在丁香愈伤组织中插入一个茎尖年韦特莫尔在丁香愈伤组织中插入一个茎尖(内含内含IAA)IAA)，可以看到在茎尖的下部愈伤组织中有管胞的分化。如以含有，可以看到在茎尖的下部愈伤组织中有管胞的分化。如以含有IAAIAA的琼脂代替茎尖，也可以诱导管胞的分化。证明了的琼脂代替茎尖，也可以诱导管胞的分化。证明了IAAIAA有有诱导维管组织分化诱导维管组织分化的作用。的作用。另一个经典的实验是对烟草愈伤组织器官分化的研究，在改变另一个经典的实验是对烟草愈伤组织器官分化的研究，在改变培养基中生长素和细胞激动素的比例时，可改变愈伤组织的分培养基中生长素和细胞激动素的比例时，可改变愈伤组
31、织的分化。化。IAAIAA与与KTKT的比值低时，则有利于芽的形成，而抑制根的分的比值低时，则有利于芽的形成，而抑制根的分化化；反之，则有利于根的形成，而抑制芽的分化。；反之，则有利于根的形成，而抑制芽的分化。第27页，讲稿共54张，创作于星期二第28页，讲稿共54张，创作于星期二将拟南芥组织置于含生长素IBA和细胞分裂素的环境中诱导愈伤组织的产生。当愈伤组织被放在只有生长素的环境中作次培养时，诱导根产生（左图）；当被放在细胞分裂素与生长素之比比较高的环境中培养时，芽激增（右图）。第29页，讲稿共54张，创作于星期二 一.组织培养的意义和分类(一一)组织培养的概念与分类组织培养的概念与分类植植
32、物物组组织织培培养养（plant tissure culture)是指植物的离体器官、组织或细胞在人工控制的环境下培养发育再生成完整植株的技术。用于离体培养的各种植物材料称为外植体外植体（explant）。根据外植体的类型，又可将组织培养分为：器官培养、组织培养、胚胎培养、细胞培养以及原生质体培养等(见下图)。第三节第三节 植物的组织培养植物的组织培养第30页，讲稿共54张，创作于星期二由高等植物的由高等植物的细胞、组织和细胞、组织和器官培养成植器官培养成植株的过程株的过程1.器官培养2.花药和花粉培养3.组织培养4.胚胎培养5.细胞培养6.原生质体培养组织培养的分类组织培养的分类第31页，讲
33、稿共54张，创作于星期二理论依据：理论依据：植物细胞的全能性植物细胞的全能性第32页，讲稿共54张，创作于星期二外植体外植体（离体的（离体的植物器官、组织、植物器官、组织、细胞）细胞）脱分化脱分化愈愈伤伤组组织织再分化再分化不定根不定根或或不定芽不定芽或或胚状体胚状体植植物物体体外植体：在组织培养中，由植物体上取下来进行离体培养的那部分组织或器外植体：在组织培养中，由植物体上取下来进行离体培养的那部分组织或器官。官。脱分化脱分化/去分化去分化：由高度分化的植物器官、组织或细胞，经过离体培养，产生愈：由高度分化的植物器官、组织或细胞，经过离体培养，产生愈伤组织的过程。（一个成熟细胞转变为分生状态
34、的过程）伤组织的过程。（一个成熟细胞转变为分生状态的过程）再分化再分化：指脱分化的分生细胞重新恢复分化能力，沿着正常的发育途径形成具有：指脱分化的分生细胞重新恢复分化能力，沿着正常的发育途径形成具有特定结构和功能的细胞的过程。（脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以特定结构和功能的细胞的过程。（脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化成根或芽等器官的过程。）重新分化成根或芽等器官的过程。）植物组织培养过程植物组织培养过程第33页，讲稿共54张，创作于星期二 三、组织培养的应用(一一一一)无性系的快速繁殖无性系的快速繁殖无性系的快速繁殖无性系的快速繁殖兰花、甘蔗和名贵品种的无性繁殖兰花
35、、甘蔗和名贵品种的无性繁殖(二二二二)培育无病毒种苗培育无病毒种苗培育无病毒种苗培育无病毒种苗马铃薯、香蕉、苹果、甘蔗、葡萄、桉树、毛白杨、草莓、甜马铃薯、香蕉、苹果、甘蔗、葡萄、桉树、毛白杨、草莓、甜瓜、花卉瓜、花卉(三三三三)新品种的选育新品种的选育新品种的选育新品种的选育1.1.花培和单倍体育种花培和单倍体育种2.2.离体胚培养和杂种植株获得离体胚培养和杂种植株获得3.3.体细胞诱变和突变体筛选体细胞诱变和突变体筛选4.4.细胞融合和杂种植株的获得细胞融合和杂种植株的获得(四四)人工种子和种质保存人工种子和种质保存人工种子和种质保存人工种子和种质保存(五五五五)次生物质工业化生产次生物质
36、工业化生产次生物质工业化生产次生物质工业化生产第36页，讲稿共54张，创作于星期二四、组织培养的优点或意义组织培养的优点或意义：1，便于研究植物体的生长发育规律，便于研究植物体的生长发育规律 2，人工调控植物的生长，人工调控植物的生长3，生长周期短，繁殖系数高，生长周期短，繁殖系数高4，管理方便，利于工厂化管理，管理方便，利于工厂化管理第38页，讲稿共54张，创作于星期二第四节第四节 种子的萌发种子的萌发种子是由受精胚珠发育而来的，是脱离母体的延存器官。严格地说，生命周期是从受精卵分裂形成胚开始的，但人们习惯上还是以种子萌发作为个体发育的起点，因为农业生产是从播种开始的。播种后种子能否迅速萌发
37、，达到早苗、全苗和壮苗，这关系到能否为作物的丰产打下良好的基础。第39页，讲稿共54张，创作于星期二风干种子的生理活动极为微弱，处于相对静止状态，即风干种子的生理活动极为微弱，处于相对静止状态，即休眠状态休眠状态。在有足够的水分、适宜的温度和正常的空气条件下，种子开始在有足够的水分、适宜的温度和正常的空气条件下，种子开始萌发。萌发。从形态角度看从形态角度看，萌发是具有生活力的种子吸水后，萌发是具有生活力的种子吸水后，胚生长突胚生长突破种皮破种皮并形成幼苗的过程。通常以胚根突破种皮作为萌发的标志。并形成幼苗的过程。通常以胚根突破种皮作为萌发的标志。从生理角度看从生理角度看，萌发是无休眠或已解除休
38、眠的种子吸水后由，萌发是无休眠或已解除休眠的种子吸水后由相对相对静止状态转为生理活动状态静止状态转为生理活动状态，呼吸作用增强，贮藏物质被分解，呼吸作用增强，贮藏物质被分解并转化为可供胚利用的物质，引起胚生长的过程。并转化为可供胚利用的物质，引起胚生长的过程。从分子生物学角度看从分子生物学角度看，萌发的本质是水分、温度等因子使种，萌发的本质是水分、温度等因子使种子的子的某些基因表达和酶活化某些基因表达和酶活化，引发一系列与胚生长有关的反应。，引发一系列与胚生长有关的反应。第40页，讲稿共54张，创作于星期二一、种子萌发的环境条件 水分、温度、氧气、光照 (一一)水分水分水分是种子萌发的第一条件
39、。水分是种子萌发的第一条件。吸水是种子萌发的第一步吸水是种子萌发的第一步。水分水分对种子萌发的生理作用：对种子萌发的生理作用：吸水后，种子细胞中的原生质胶体由吸水后，种子细胞中的原生质胶体由凝胶转变为溶胶凝胶转变为溶胶，使细，使细胞器结构恢复，基因活化，转录萌发所需要胞器结构恢复，基因活化，转录萌发所需要mRNAmRNA并合成蛋白质。并合成蛋白质。吸水能使种子呼吸上升，代谢活动加强，让贮藏物质水解成吸水能使种子呼吸上升，代谢活动加强，让贮藏物质水解成可溶性物质供胚发育所需要。可溶性物质供胚发育所需要。吸水后种皮膨胀软化，有利于种子内外气体交换，也有利于吸水后种皮膨胀软化，有利于种子内外气体交换
40、，也有利于胚根胚芽突破种皮而继续生长。胚根胚芽突破种皮而继续生长。水分可促进可溶性物质运输到正在生长的幼芽和幼根，供给呼吸和水分可促进可溶性物质运输到正在生长的幼芽和幼根，供给呼吸和形成细胞结构的有机物。形成细胞结构的有机物。第41页，讲稿共54张，创作于星期二种子的发芽需水量，决定于种子的发芽需水量，决定于储藏养分的类型储藏养分的类型：蛋白种子（豆科）的种子吸水要超过干种子的重量时才蛋白种子（豆科）的种子吸水要超过干种子的重量时才能发芽。能发芽。淀粉和油料种子吸水达风干重的淀粉和油料种子吸水达风干重的30%30%70%70%即可发芽。即可发芽。如不能达到发芽需水量，消耗养分，失去发芽能力。如
41、不能达到发芽需水量，消耗养分，失去发芽能力。第42页，讲稿共54张，创作于星期二(二二)温度温度温度与种子萌发的温度与种子萌发的呼吸代谢及酶促反应呼吸代谢及酶促反应有关，存在有关，存在温度三基点温度三基点。最适温度最适温度是指种子发芽率最高、发芽时间最短的温度。是指种子发芽率最高、发芽时间最短的温度。系统发育不同，最适温度不同系统发育不同，最适温度不同：一般冬作物种子萌发的温度三基点较低，：一般冬作物种子萌发的温度三基点较低，而夏作物较高。而夏作物较高。生产上种子萌发的温度范围是确定生产上种子萌发的温度范围是确定适宜播种期适宜播种期的重要依据。温度过高的重要依据。温度过高或过低都会影响发芽。或
42、过低都会影响发芽。一般播种温度要高于最低温度一般播种温度要高于最低温度。难以萌发的种子，采用难以萌发的种子，采用变温处理变温处理比恒温更有利于种子萌发，比恒温更有利于种子萌发，原因原因：变温促：变温促进种子内外气体交换，呼吸增强；进种子内外气体交换，呼吸增强；增强了某些酶的活性，有利于贮藏物的转增强了某些酶的活性，有利于贮藏物的转化和呼吸化和呼吸；使种皮胀缩，有利于胚根、胚芽突破种皮。；使种皮胀缩，有利于胚根、胚芽突破种皮。第43页，讲稿共54张，创作于星期二(三三)氧气氧气种子萌发是一个非常活跃的生长过程，需要呼吸作用中的能量种子萌发是一个非常活跃的生长过程，需要呼吸作用中的能量代谢和物质的
43、转化运输来提供能量和物质，通气不良，造成无代谢和物质的转化运输来提供能量和物质，通气不良，造成无氧呼吸，烂种。氧呼吸，烂种。不同作物种子需氧情况不同不同作物种子需氧情况不同，一般作物种子氧浓度需要在一般作物种子氧浓度需要在10%10%以上才能正常萌发，当氧浓度在以上才能正常萌发，当氧浓度在5%5%以下时，很多作物种子不能以下时，很多作物种子不能萌发。尤其是含脂肪较多的萌发。尤其是含脂肪较多的油料油料种子在萌发时需氧较多种子在萌发时需氧较多（如花生、大豆和棉花等），（如花生、大豆和棉花等），而淀粉种子较少（脂肪转而淀粉种子较少（脂肪转变糖，呼吸商小于变糖，呼吸商小于1 1）。）。因此，油料种子宜
44、浅播。若播后遇雨，要及时松土排水，因此，油料种子宜浅播。若播后遇雨，要及时松土排水，改善土壤的通气条件，否则会引起烂种。改善土壤的通气条件，否则会引起烂种。第44页，讲稿共54张，创作于星期二(四四)光照光照根据种子萌发对光的反应，将种子分为：根据种子萌发对光的反应，将种子分为：中光种子中光种子：如水稻、小麦、大豆、棉花等。如水稻、小麦、大豆、棉花等。需光种子需光种子：如莴苣、紫苏、胡萝卜、桦木以及多种杂草种：如莴苣、紫苏、胡萝卜、桦木以及多种杂草种子。子。喜暗喜暗(或嫌光或嫌光)种子种子：如葱、韭菜、苋菜、番茄、茄子、南瓜等。：如葱、韭菜、苋菜、番茄、茄子、南瓜等。光线对种子萌发的影响与光的
45、光线对种子萌发的影响与光的波长有关：波长有关：红光（红光（R）和远红光）和远红光（FR）发现其萌发情况决定于最后一次照发现其萌发情况决定于最后一次照射的光谱成分。如最后照射的是红射的光谱成分。如最后照射的是红光则促进种子萌发，最后照射的是光则促进种子萌发，最后照射的是远红光则抑制种子萌发。远红光则抑制种子萌发。红光红光远红光远红光第45页，讲稿共54张，创作于星期二二、种子的萌发过程根据萌发过程中根据萌发过程中种子吸水量种子吸水量变变化，即种子鲜重增加量的化，即种子鲜重增加量的“快快-慢慢-快快”的特点，可把种子萌发的特点，可把种子萌发分为三个阶段：分为三个阶段：I：吸胀性吸水阶段吸胀性吸水阶
46、段II：缓慢吸水阶段缓慢吸水阶段III：生长的渗透吸水阶段：生长的渗透吸水阶段 种子萌发的三个阶段和生理转变过程示意图 第46页，讲稿共54张，创作于星期二1.1.阶段阶段II吸胀吸水阶段吸胀吸水阶段即即依赖原生质胶体吸胀作用的物理吸水依赖原生质胶体吸胀作用的物理吸水。此阶段的吸水与种子代谢无关：无论种子是否此阶段的吸水与种子代谢无关：无论种子是否休眠休眠，是否有，是否有生活力生活力，同样都能吸水。同样都能吸水。通过吸胀吸水，活种通过吸胀吸水，活种子中的原生质胶体由子中的原生质胶体由凝胶状态转变为溶凝胶状态转变为溶胶状态胶状态，使那些原在，使那些原在干种子中结构被破坏干种子中结构被破坏的细胞器
47、和不活化的的细胞器和不活化的大分子物质得到大分子物质得到伸展伸展与修复与修复，表现出原有，表现出原有的结构和功能。的结构和功能。凝胶凝胶溶胶溶胶大分子物质结构修复大分子物质结构修复与代谢无关，只与成分有关与代谢无关，只与成分有关（豆类（豆类 淀粉淀粉 油料种子）油料种子）第47页，讲稿共54张，创作于星期二2.2.阶段阶段缓慢吸水阶段缓慢吸水阶段经阶段经阶段的快速吸水，原生质的水合程度趋向饱和；的快速吸水，原生质的水合程度趋向饱和；细胞膨压增加细胞膨压增加，阻碍了细胞的进一步吸水；再则，种子的体积膨胀受阻碍了细胞的进一步吸水；再则，种子的体积膨胀受种皮的束缚种皮的束缚，因而种子萌发在突破种皮前
48、，有一个吸水暂停或速度变慢的因而种子萌发在突破种皮前，有一个吸水暂停或速度变慢的阶段。阶段。酶促反应与呼吸作用增强酶促反应与呼吸作用增强贮藏物贮藏物可溶性小分子物质可溶性小分子物质（胚发（胚发育；降低胚细胞水势）育；降低胚细胞水势）新合成新合成mRNA，并合成蛋白，并合成蛋白酶促反应与呼吸作用增酶促反应与呼吸作用增强强。子叶或胚乳中的贮藏物子叶或胚乳中的贮藏物质开始分解，转变成简质开始分解，转变成简单的可溶性化合物，这单的可溶性化合物，这些可溶性的分解物运入些可溶性的分解物运入胚后，胚后，一方面一方面给胚的发给胚的发育提供了营养，育提供了营养，另一方另一方面面也降低胚细胞的水势，也降低胚细胞的
49、水势，提高了胚细胞的吸水能提高了胚细胞的吸水能力。力。mRNAmRNA合成，并合成蛋白合成，并合成蛋白质。质。第48页，讲稿共54张，创作于星期二 3.3.阶段阶段生长吸水阶段生长吸水阶段在贮藏物质转化转运的基础上，胚根、胚芽中的核酸、蛋白质等原生质的组成成分合成旺盛，细胞吸水加强。胚细胞的生长与分裂引起了种子外观可见的萌动。当胚根突破种皮时，新生器官生长加快，表现为种子的(渗透)吸水和鲜重的持续增加。种子萌发的三个阶段和生理转变过程示意图种子萌发的三个阶段和生理转变过程示意图 第49页，讲稿共54张，创作于星期二种子萌发时，胚乳作种子萌发时，胚乳作为幼苗生长的物质为幼苗生长的物质的来源。的来
50、源。种子大小不同，发芽种子大小不同，发芽出苗的快慢也不同：出苗的快慢也不同：一般一般大粒种子慢，大粒种子慢，小粒种子快。小粒种子快。第50页，讲稿共54张，创作于星期二三、种子萌发时的生理生化变化1.1.呼吸与酶的变化呼吸与酶的变化 呼吸速率增强，酶活性增加呼吸速率增强，酶活性增加休眠风干的种子呼吸速率和物质转化都不明显，解除休眠休眠风干的种子呼吸速率和物质转化都不明显，解除休眠浸水后几个小时，呼吸速率上升，达到一个稳定状态，而浸水后几个小时，呼吸速率上升，达到一个稳定状态，而当胚根突破种皮，呼吸速率又增加。当胚根突破种皮，呼吸速率又增加。种子萌发阶段种子萌发阶段突破种皮前突破种皮前为无氧呼吸