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1、第十章第十章 植物的生长和分化植物的生长和分化 第一节第一节 种子萌发和幼苗形成种子萌发和幼苗形成 第二节第二节 细胞的生长和分化细胞的生长和分化 第三节第三节 植物的生长植物的生长 第四节第四节 植物的运动植物的运动第一节第一节 种子萌发和幼苗形成种子萌发和幼苗形成 一、种子萌发一、种子萌发(Seed germination) 1、种子萌发的条件、种子萌发的条件 （1）水分）水分(Water) 水在种子萌发中的作用水在种子萌发中的作用: （2）温度）温度(Temperature)： 温度三基点温度三基点 （3）氧气）氧气(Oxyzen) （4）光）光(Light): 需光种子：如莴苣，烟草，
2、拟南芥等。需光种子：如莴苣，烟草，拟南芥等。 嫌光种子：西瓜属，黑种草属。嫌光种子：西瓜属，黑种草属。 红光红光(680nm)、远红光（、远红光（730nm)水在种子萌发中的作用水在种子萌发中的作用 软化种皮易透氧，易于胚根突破种皮；软化种皮易透氧，易于胚根突破种皮； 使细胞质转变为溶胶状态，加强代谢，使细胞质转变为溶胶状态，加强代谢，胚乳储藏物质在酶的作用下转为可溶，供幼小胚乳储藏物质在酶的作用下转为可溶，供幼小器官生长用；器官生长用； 促进可溶性物质运输到幼芽、幼根，形促进可溶性物质运输到幼芽、幼根，形成结构有机物。成结构有机物。 表8-1 各种主要作物种子萌发时的最低吸水百分率（风干重的
3、%） 作 物 种 类 吸水率(%) 作 物 种 类 吸水率(%) 水稻 35-40 棉花 58-80 小麦 60.0 豌豆 186.0 玉米 39.8 大豆 120 油菜 48.3 蚕豆 157.0 含含 水水 0.3 量量 0.2 （g） 0.1 75 呼呼 50 吸吸 25 (l/h) 胚根露出胚根露出 0 12 24 36 48 发芽时数（发芽时数（h） 图图 豌豆发芽过程中的呼吸作用和含水量的变化豌豆发芽过程中的呼吸作用和含水量的变化返回返回CO2O2IIIIII 表8-2 几种主要农作物种子萌发的温度范围温 度作物种类最低最适最高小麦3-515-3130-43大麦3-519-2730
4、-40水稻10-1230-3740-42玉米8-1032-3540-44棉花10-1325-3238-40甜瓜10-1930-4045-50图图9-2莴苣种子在黑暗、红光和远红光下萌发情况莴苣种子在黑暗、红光和远红光下萌发情况黑暗黑暗红光红光远红光远红光表表9-1 交替暴露在红光交替暴露在红光 (R)和远红光和远红光(FR)下莴苣种子萌发情况下莴苣种子萌发情况 光处理光处理 萌发率（萌发率（%） 光处理光处理 萌发率（萌发率（%） R 70 R-FR 6R-FR-R 74R -FR-R-FR 6 R -FR-R-FR -R 76R -FR-R-FR -R FR 7 2、种子萌发过程中生理、生化
5、变化、种子萌发过程中生理、生化变化 萌发的基本过程：萌发的基本过程： 吸水吸水 储存物质水解储存物质水解 运输运输 细胞分裂细胞分裂 胚根、胚根、芽出现芽出现 种子的吸水种子的吸水 呼吸作用的变化和酶的形成呼吸作用的变化和酶的形成 有机物的转变有机物的转变 种子的吸水种子的吸水 分分3个阶段个阶段 急剧的吸水：物理吸涨作用急剧的吸水：物理吸涨作用 吸水的停止：细胞利用已吸收的水分进行代谢作用。吸水的停止：细胞利用已吸收的水分进行代谢作用。 又迅速吸水：又迅速吸水： 胚根长出后，胚迅速长大，细胞体积胚根长出后，胚迅速长大，细胞体积 加大，是渗透性吸水。加大，是渗透性吸水。见图见图 呼吸作用的变化
6、和酶的形成呼吸作用的变化和酶的形成 主要由无氧呼吸主要由无氧呼吸 有氧呼吸有氧呼吸 酶由束缚态酶由束缚态 自由态。自由态。 通过核酸诱导合成的蛋白质形成新的酶。通过核酸诱导合成的蛋白质形成新的酶。 有机物的转变：有机物的转变： 储藏物质分解为小分子物质运往胚。储藏物质分解为小分子物质运往胚。 碳水化合物的转变碳水化合物的转变 淀粉的分解过程：淀粉的分解过程： 淀粉淀粉蓝色糊精蓝色糊精红色糊精红色糊精无色糊精无色糊精 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖 -淀粉酶、淀粉酶、-淀粉酶、淀粉酶、 脱支酶脱支酶(R酶酶) 、 淀粉磷酸化酶淀粉磷酸化酶(P 酶酶) 胚中胚中GA糊粉层糊
7、粉层淀粉酶基因表达淀粉酶基因表达 脂肪的转变脂肪的转变 脂肪脂肪 甘油甘油+脂肪酸（脂肪酶的自我脂肪酸（脂肪酶的自我催化）。催化）。 脂肪酸脂肪酸 乙醛酸循环乙醛酸循环 乙酰辅酶乙酰辅酶A 琥珀酸琥珀酸 TCA循环循环 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 磷酸烯醇式磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸 葡萄糖葡萄糖 蛋白质的转变蛋白质的转变 蛋白酶和肽酶。（初级合成和次级合成）蛋白酶和肽酶。（初级合成和次级合成）脂肪酶脂肪酶 图图10-2 油料种子发芽时脂肪转变为蔗糖的过程油料种子发芽时脂肪转变为蔗糖的过程-氧化氧化乙醛酸乙醛酸循环循环圆球体圆球体乙醛酸循环体乙醛酸循环体线粒体线粒体细胞质细胞质图图10-4 萌
8、发种子中物质的转化萌发种子中物质的转化蔗糖蔗糖CO2CO2 3、种子的寿命、种子的寿命 定义：定义：指从种子采收到失去发芽力的时间。指从种子采收到失去发芽力的时间。 顽拗性种子顽拗性种子:寿命短，不耐脱水干燥，不寿命短，不耐脱水干燥，不耐零下低温，如荔枝，龙眼，椰子，芒果等。耐零下低温，如荔枝，龙眼，椰子，芒果等。 影响种子寿命的因素影响种子寿命的因素第二节第二节 细胞的生长和分化细胞的生长和分化 定义：定义： 1、生长、生长(Growth) 在发育过程中，细胞、器官或有机体的数目、在发育过程中，细胞、器官或有机体的数目、大小及重量的不可逆的增加。大小及重量的不可逆的增加。 2、分化、分化(D
9、ifferentiation) 来自同一个合子或遗传上同质的细胞转化为形来自同一个合子或遗传上同质的细胞转化为形态、结构和功能上异质的细胞的过程。态、结构和功能上异质的细胞的过程。 。 胚胎发生，营养器官发生，生殖器官发生胚胎发生，营养器官发生，生殖器官发生 3、发育、发育(Development) 在植物生命周期过程中，植物发生大小、形态、在植物生命周期过程中，植物发生大小、形态、结构、功能上的变化，这就是发育。发育包括生长结构、功能上的变化，这就是发育。发育包括生长和分化两个方面。和分化两个方面。 植物细胞的分化植物细胞的分化 分裂期、伸长期、分化期分裂期、伸长期、分化期 一、细胞分裂的生
10、理一、细胞分裂的生理 控制细胞周期的关键酶是依赖于细胞周控制细胞周期的关键酶是依赖于细胞周期蛋白的蛋白激酶（期蛋白的蛋白激酶（CDK）。）。 二、细胞伸长的生理二、细胞伸长的生理 能量保证（呼吸速率增快）能量保证（呼吸速率增快） 物质基础（蛋白质增加）物质基础（蛋白质增加） 三、细胞分化的机理三、细胞分化的机理 细胞全能性细胞全能性 是指任何一个有核的植物细胞，都具备是指任何一个有核的植物细胞，都具备母体的全部基因母体的全部基因,在适宜的条件下可以发育成在适宜的条件下可以发育成完整植物植株，这个性质叫细胞全能性。完整植物植株，这个性质叫细胞全能性。 细胞全能性是细胞分化的基础，细胞全能性是细胞
12、在中等水平时（糖质量浓度在中等水平时（2535g/L），），形成形成层、木质部、韧皮部。形成形成层、木质部、韧皮部。 光光 黄化幼苗的组织分化很差。黄化幼苗的组织分化很差。 植物激素植物激素 细胞分裂素细胞分裂素/生长素生长素 高高：枝条；：枝条； 低低：根；：根； 1：不分化：不分化 在组培中，加入生长素和细胞分裂素，在组培中，加入生长素和细胞分裂素，可以诱导愈伤组织分化出木质部。可以诱导愈伤组织分化出木质部。 四、组织培养四、组织培养v 是指在无菌条件下，分离并在培养基中是指在无菌条件下，分离并在培养基中培养离体植物组织（器官或细胞）的技术。培养离体植物组织（器官或细胞）的技术。v 组织培
13、养的组织培养的理论基础理论基础是植物细胞具有全是植物细胞具有全能性。能性。 1. 优点优点 可研究外植体在不受植物体其它部分干扰下的生可研究外植体在不受植物体其它部分干扰下的生长和分化规律。长和分化规律。 可用各种培养条件影响它们的生长和分化，以解可用各种培养条件影响它们的生长和分化，以解决理论上和生产上的问题。决理论上和生产上的问题。 2.特点特点 取材少，培养材料经济。取材少，培养材料经济。 人为控制培养条件，不受自然条件影响。人为控制培养条件，不受自然条件影响。 生长周期短，繁殖率高。生长周期短，繁殖率高。 管理方便，利于自动化控制。管理方便，利于自动化控制。 3. 培养基的成份培养基的
14、成份： 大量元素、微量元素、糖、有机附加物、大量元素、微量元素、糖、有机附加物、激素激素 4. 概念：概念： 外植体：外植体：从植株上取下的一块组织或一团从植株上取下的一块组织或一团细胞。细胞。 脱分化：脱分化：已经分化的细胞，失去原有的形已经分化的细胞，失去原有的形态和机能，又恢复到没有分化的无组织的态和机能，又恢复到没有分化的无组织的细胞团或愈伤组织，这个过程称为脱化。细胞团或愈伤组织，这个过程称为脱化。 再分化：再分化：由脱分化状态的细胞再度分化形由脱分化状态的细胞再度分化形成另一种或几种类型的细胞的过程，称为再成另一种或几种类型的细胞的过程，称为再分化。分化。 胚状体：胚状体：在特定条
15、件下在特定条件下,由植物体细胞分化由植物体细胞分化形成的类似于合子胚的结构。又称体细胞胚形成的类似于合子胚的结构。又称体细胞胚或体胚。胚状体由于具有根茎两个极性结构，或体胚。胚状体由于具有根茎两个极性结构，因此可一次性再生出完整植株。因此可一次性再生出完整植株。 植物体植物体 外植体外植体 愈伤组织愈伤组织 茎茎 根根 5.应用应用 快繁快繁,良种良种,无病毒马铃薯等。无病毒马铃薯等。分离分离脱分化脱分化再分化再分化生长生长植株植株生长点生长点6.6.分化的生理基础分化的生理基础建立极性。不均等分裂。第三节第三节 植物的生长植物的生长 一、植物生长特性一、植物生长特性 生长大周期生长大周期 无
16、论整株植物，还是植物的某一组织、无论整株植物，还是植物的某一组织、器官甚至某一细胞，在生长速度上都表现出器官甚至某一细胞，在生长速度上都表现出“慢慢快快慢慢”的基本规律。即开始时生长的基本规律。即开始时生长缓慢，以后逐渐加快，达到最高点，然后生缓慢，以后逐渐加快，达到最高点，然后生长速度又减慢以至停止。把生长的这三个阶长速度又减慢以至停止。把生长的这三个阶段总和起来叫生长大周期。段总和起来叫生长大周期。 S型生长曲线型生长曲线 株 160 高 120 (cm) 80 40 0 生 6.0 长 4.0 速 2.0 度 0 (cmd-1) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
17、种植后时间（d） 图10-8 玉米株高生长曲线 二、生长部位的局限性二、生长部位的局限性 1、划线试验、划线试验 2、细胞学观察、细胞学观察顶端优势顶端优势 顶端生长完全或部分抑制侧芽或侧根生顶端生长完全或部分抑制侧芽或侧根生长的现象。长的现象。相关性相关性 植物各部分间的相互制约与协调的现象。植物各部分间的相互制约与协调的现象。 三、生长的相关性三、生长的相关性 1、根与地上部生长的相关性、根与地上部生长的相关性 生理基础生理基础 地上部所需要的水分和矿物质主要是由根系供应的。地上部所需要的水分和矿物质主要是由根系供应的。 根部是全株的根部是全株的CTK 合成中心，然后运输到地上部。合成中心
18、，然后运输到地上部。 根系还能合成植物碱等含氮化合物。根系还能合成植物碱等含氮化合物。 地上部为根系提供有机物。地上部为根系提供有机物。 根冠比：根系与地上部的干重或鲜重之比。根冠比：根系与地上部的干重或鲜重之比。 旱长根，旱长根， 水长苗水长苗 影响因素影响因素 水分、水分、N、 P、 K “根深叶茂根深叶茂” “” “本固枝荣本固枝荣” A A 水分水分 土壤缺土壤缺水，水，R/TR/T ；水分充足，；水分充足，R/T R/T B B 矿物质矿物质 N N多，多，R/TR/T ；缺缺N N，R/TR/TP P、K K充足，充足， R/TR/TC C 温度温度 较低温度时，较低温度时，R/T
19、R/TD D 光强光强 强光照，加速蒸腾，地上部生长受强光照，加速蒸腾，地上部生长受抑制，抑制，R/TR/T 在农业生产上，可用在农业生产上，可用水肥措施、修剪、水肥措施、修剪、生长调节剂等生长调节剂等来调控作物的根冠比，促进收来调控作物的根冠比，促进收获器官的生长。获器官的生长。 2、主茎和侧枝、侧芽生长的相关性、主茎和侧枝、侧芽生长的相关性 （1）顶端优势现象）顶端优势现象(Apical dorminance) （2）生长素梯度学说）生长素梯度学说 主根和侧根也表现生长的相关性主根和侧根也表现生长的相关性 3、营养生长和生殖生长的相关性、营养生长和生殖生长的相关性 （1）统一方面）统一方面
20、 营养生长是生殖生长的物质基础；营养生长是生殖生长的物质基础； 生殖过程中产生的激素类物质又作用于生殖过程中产生的激素类物质又作用于营营 养生长。养生长。 （2）矛盾方面）矛盾方面 a.a.营养器官生长过旺，消耗较多养分，影营养器官生长过旺，消耗较多养分，影响生殖器官的生长。响生殖器官的生长。 b.b.生殖器官的生长抑制营养器官的生长。生殖器官的生长抑制营养器官的生长。 如如: : 一次性开花植物一次性开花植物 水稻、竹子水稻、竹子 “果树的大小年、隔年果果树的大小年、隔年果” 应用：整枝、修剪；疏花疏果应用：整枝、修剪；疏花疏果第四节第四节 植物的运动植物的运动 高等植物的运动可分为高等植物
21、的运动可分为向性生长向性生长和和感性运动感性运动 一、向性生长一、向性生长(Tropic growth) 外界因素单方向刺激引起植物的定向生长。外界因素单方向刺激引起植物的定向生长。 感受感受 传导传导 反应反应 向性运动是生长引起的，向性运动是生长引起的，不可逆不可逆的运动。的运动。 向光性向光性(Phototropism) 正向重力性和负向重力性正向重力性和负向重力性 向化性向化性(Chemotropism) 向水性向水性 (Hydrotropism) 向光性向光性(Phototropism) 植物随光的方向而弯曲的能力。植物随光的方向而弯曲的能力。 机制：机制： 生长素分布不均匀，生长素
22、分布不均匀， 抑制物质分布不均匀抑制物质分布不均匀 蓝紫光最有效蓝紫光最有效 + 正向重力性和负向重力性正向重力性和负向重力性 感受重力部位：根尖、茎尖感受重力部位：根尖、茎尖 细胞中造粉体被称为细胞中造粉体被称为“平衡石平衡石” 机制：机制： 生长素分布不均匀（茎尖）生长素分布不均匀（茎尖） 脱落酸分布不均匀（根尖）脱落酸分布不均匀（根尖） 综合综合 图图10-3 向重力性机理向重力性机理钙泵钙泵造粉体造粉体内质网内质网生长素泵生长素泵Ca2+CaM 向化性向化性(Chemotropism) 向水性向水性 (Hydrotropism) 二、感性运动二、感性运动(Nastic movement) 是由外界刺激（如光暗转变、触摸等）或内部时间是由外界刺激（如光暗转变、触
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