上官雨莜
上一节我们介绍了植物是由种子萌发而来,胚芽发育成地面上的茎叶,胚根发育成地面下的根,植物需要进一步生长和发育就离不开这些营养器官,这一节我就来用较长的篇幅系统地阐述一下植物的根。 根(root) 是植物茎向下的自然延伸部分,不分节与节间,不生叶,一般生长在相对稳定的土壤环境之中,是植物从土壤中吸收水分和矿质元素的主要器官,标志着植物从水生到陆生演化发展。水生植物的种子萌发时,顶端分生组织的细胞经过分裂分化,最终突破种皮。而陆生植物胚根一般稍后于胚芽突破种皮进一步生长,形成植物的 主根(taproot) 。当主根生长到一定程度,就会从内部侧向生出许多侧根,可以不断生出再次一级的侧根。绝大多数双子叶植物的胚根发育成明显而发达的主根,而单子叶植物在胚根发育生长一段时间后,胚轴和胚芽鞘节上就会很快生出数条与主根同样粗细的新根,这样的根我们也经常会称为“种子根”。 任一植株地下部分的根总称为 根系root system 。可将其分为 直根系tap root system (由明显发达的主根以及各级侧根组成,主根发达,入土深,各级侧根次第减小,一般呈陀螺状分布,大多数双子叶植物的根系属于此种类型,属于深根系)、 须根系fibrous root system (主要由不定根和侧根组成,须根系主根不发达,粗细长短差不多,入土浅,为丛生状态,大多数单子叶植物属于这种类型,属于浅根系)。有的时候农业上经常会将这两种根系类型的植物搭配种植充分利用其在不同土壤深度上的吸收肥水的能力。 根在生长发育过程中会不断受到环境的刺激和诱导,会表现出向性生长,如向地性、向水性,向肥性、向气性(向通气性良好的土壤生长,来促进根系的呼吸作用)。因此根的发育会受到土壤水分、土壤肥力、土壤通透性、土壤致密度的影响。对植物起到了吸收和疏导、固着与支持、合成、储藏(如根的肉质化)、繁殖(如枣树的不定芽)的功能。 下面我们来介绍根的解剖结构,首先我们来介绍 根尖root tip 是指从根的顶端到着生根毛的部位,是植物进行吸收、分泌、合成等作用的主要部位。根的伸长、根系的形成以及根内组织的分化也都是在根尖进行的。从根尖顶端起,依次分为 根冠root cap :由薄壁细胞组成,作用是保护根尖的分生区细胞,外围细胞大而排列致密,内部细胞小而排列疏松,可润滑根冠表面,促进根表离子交换、减少根在土壤颗粒中穿行的摩擦阻力,这一部位与根的向地性有关(特别与这一部位高含量的无机钙和淀粉体有关),从根冠脱落的边缘细胞还会分泌化学物质抑制细菌、真菌等的生长。 分生区mristematic zone :由顶端分生组织(包括原分生组织和初生分生组织,初生分生组织发展出的原表皮之后分化为根的表皮,基本分生组织分化为根的皮层,原形成层分化为根的维管柱)组成,形状似圆锥,主要功能是分裂产生新细胞,以促进根系生长,所以也称为生长点。分生区细胞小,排列紧密,分化程度低,分裂能力强,外观为褐黄色。分生区产生的细胞生长分化一部分成为根冠,大部分成为伸长区的一部分,同时也有一部分细胞保持分生能力。这一区域也是细胞分裂素的分泌区域。 伸长区elongation zone :这一区域的细胞沿着根的纵轴方向伸长,体积增大,液泡化程度加强,细胞质呈一薄层,位于细胞的边缘位置。而且这一区域也是根在土壤中向前推进的动力。 成熟区maturation zone :这一区域的细胞已经停止生长,分化出各种成熟组织,其表面一般密被根毛,根毛是表皮细胞外壁向外突出形成的顶端封闭的管状结构,这里的表皮细胞液泡增大,细胞质集中于突出部位。根毛增加了根部的吸收表面积,改善根与土粒的接触。 根的 初生生长primary growth ,是指根尖顶端分生组织分裂后产生各层次成熟结构的过程。形成的结构称之为 初生结构primary structure ,我们先来看双子叶植物的初生结构, 横切双子叶植物的成熟区自外向内为 : 表皮epidermis :由原表皮发育而来,细胞近似于长方形,是重要的吸收组织,细胞特点是细胞壁薄,由纤维素和果胶质构成,水和溶质可以自由通过,许多表皮细胞的外部会向外突出形成根毛,以扩大吸收面积。有些细胞的表皮由长短两种细胞组成,其中长细胞为一般的表皮细胞,而短细胞含有较浓的细胞质和较大的细胞核,为生毛细胞。在热带的某些附生的兰科植物气生根没有根毛而是经过几次平周分裂形成套状的多层细胞构成的复表皮,是一种保护组织,细胞壁局部栓质化,排列紧密,细胞腔内充满空气,主要可以减少气生根水分的丧失 皮层cortex :由基本分生组织分化而来的多层薄壁组织,是水分和溶质从根毛到维管束的横向传导途径,又是储藏营养物质和通气的部位,也进行合成与分泌,一般还可以再分为 外表皮exodermis (根的皮层最外一层或数层形状较小、排列紧密整齐的细胞,在表皮死亡时会增厚栓质化代替表皮起保护作用)、 皮层薄壁细胞 (位于外皮层与内皮层之间,细胞层数多,体积大,由明显的胞间隙,常储存大量的后含物)、 内皮层endodermis (细胞排列整齐,各细胞的上下横壁和径向壁上具有木质化和栓质化增厚的带状结构——凯氏带Casparian strip,而在横切面上,凯氏带在相邻细胞的径向壁上为点状。构成凯氏带的主要物质是木质素和栓质素,连续的穿过胞间层和初生壁,这种特殊结构有利于根的吸收作用,阻止了水分和矿物质通过质外体途经进入维管柱,从而方便进行选择性吸收,其次还可以防止维管柱里的溶质倒流至皮层,减少溶质的丧失)三个部分 维管束cylinder of vascular tissues(中柱stele) :由初生分生组织的原形成层分化而来,是根中进行上下物质运输的主要部位,包括 维管鞘(中柱鞘)pericycle (位于维管束最外层的一层薄壁细胞,细胞排列整齐,分化程度低,有潜在的分裂能力,侧根、不定根、不定芽、木栓形成层和部分微管形成层均发生于此)、 维管组织vascular tissue (位于维管柱的中央部分,由 初生木质部primary xylem {由导管和木薄壁组织组成,呈辐射状分布,辐射角处直接与维管鞘相连,这样缩短了径向运输距离。原形成层发育分化出初生木质部的顺序是从外向内呈向心式进行并逐渐成熟,这种发育方式称之为外始式exarch。紧邻维管鞘、位于辐射角的外方部分的初生木质部称为原生木质部protoxylem,是原形成层最初产生和分化成熟的初生木质部,主要是由管腔较小、具有弹性的环纹和螺纹导管组成,其疏导、支持能力较弱;内方为较晚分化成熟的后生木质部,主要由管腔较大的梯纹、网纹和孔纹导管组成,其疏导、支持能力较强。在成熟根的横切面上,初生木质部的辐射棱角称为束。不同植物其束数不同,双子叶植物束数较少,一般为2-6束,分别称为二原型、三原型.......(如下图就是五原型),单子叶植物的束数较多} 、初生韧皮部primary phloem {位于初生木质部辐射角之间,束数与初生木质部相同,但是体积较小,主要由筛管和伴胞组成,其发育方式也是外始式,原生韧皮部向外,后生韧皮部向内} 、薄壁细胞 {在双子叶植物和裸子植物中是原形成层保留的细胞,将来成为次生分生组织的一部分,而在单子叶植物中是成熟的薄壁细胞},大部分植物的后生木质部一直分化到根中央,少数双子叶植物的维管柱部分由于后生木质部没有继续向中心分化,而形成由薄壁组织组成的 髓pith 。 大多数双子叶植物和裸子植物,在初生生长的基础上产生了次生分生组织——维管形成层vascular cambium和木栓形成层phellogen。次生组织的细胞分裂、生长和分化的过程,成为次生生长。次生生长产生的组织是次生成熟组织,由次生成熟组织复合而成的结构称为 次生结构secondary structure 。这一过程是根的增粗过程,一般一年生草本双子叶植物和单子叶植物的根没有次生增粗生长。 我们先来说说维管形成层的发生、活动。根的维管形成层与初生韧皮部与初生木质部之间的薄壁细胞和维管鞘一定部位的、恢复分裂能力的细胞所组成,开始时它们主要 平周(切向)分裂 ,形成几片弧状的形成层,其片段数量与根中初生木质部的束数相同。在根的横切面上来看,这部分细胞为切向扁平型,然后这些弧形片段两端的细胞开始分裂,使得形成层的细胞开始分裂,使形成层片段沿着初生木质部辐射角扩展至维管鞘处,这是初生木质部辐射角处的维管鞘细胞脱分化,恢复分裂能力,与弧形片段连为一圈,形成波浪形的筒状形成层环,完全包围了中央的初生木质部,次生韧皮部被隔在了形成层环的外部,其凸起数与根的原型数相同;此后,由于形成层环各处分裂速度不等,波浪状形成层环的凹段细胞形成较早,分裂速度快,而且向内形成的次生木质部细胞多于向外形成的次生韧皮部的细胞,使得波浪状环的凹部逐渐向外退役,使得整个形成层呈现圆环状,且个区段分裂速度相等。次生木质部和次生韧皮部合称为维管组织。形成层的细胞也会 垂周(径向)分裂 以适应根的增粗,而且有余初生韧皮部的柔弱,常被挤压于次生韧皮部之外,甚至会被挤碎,这时其输导功能由次生韧皮部代替。在被子植物中次生韧皮部和次生木质部的薄壁组织都比较发达,有时薄壁细胞会呈现放射状排列,出现维管射线,两个部位的分别称为 韧皮射线phloem ray 和 木射线xylem ray ,主要起横向传到和储藏作用。 维管形成层不断增粗的同时,微管鞘细胞在次生维管组织的挤压和外周的皮层及表皮的张力压迫下恢复分裂能力,进行垂周和平周分裂产生木栓形成层。木栓形成层进行平周分裂,其外侧的细胞分裂分化成熟后高度木质化,形成由多层木栓细胞构成的 木栓层cork ,内侧有一至少数几层薄壁细胞组成的 栓内层pelloderm ,木栓层、木栓形成层和栓内层组成周皮,其成熟时为死细胞,形状扁平,排列紧密而整齐,细胞壁栓质化,不通气、不透水,腔内充满气体,防止根部水分散失和抵御病虫害侵袭,同时使得外方的皮层和表皮部分营养断绝而死亡。 所以根的维管形成层和木栓形成层活动构成了根的次生结构由外向内依次为周皮(木栓层、木栓形成层、栓内层)、初生韧皮部(常被挤毁)、次生韧皮部、形成层、次生木质部和辐射状的初生木质部,有些草本植物中最内部还有髓(可以借鉴下方清晰大图:) 这里用了很长的篇幅讲述了双子叶植物的初生和次生生长过程,下面我们简介一下单子叶植物根的解剖结构。对于禾本科的植物也是表皮、皮层、维管柱(中柱)三个基本部分,但是不会形成维管形成层和木栓形成层,不能进行次生生长。而且皮层中的外表皮往往会形成栓质化的厚壁组织,具有支持作用,在根毛和表皮枯萎后代替执行保护功能。皮层薄壁细胞有些会有气腔,被解体的薄壁组织的细胞壁所间隔。根、茎、叶的气腔相互贯通,形成良好的通气组织。最内层的内皮层初级具有凯氏带,此后大部分细胞除外切向壁外,两侧径向壁、上下横壁及内切向壁均次生加厚,少部分未增厚的为通道细胞,正对初生木质部的辐射角位置,一般认为它们是根的初生结构部分内外物质运输的途经。维管柱中的维管鞘会木质化(厚壁化),产生侧根的能力减弱。初生木质部一般为多原型。维管束中央有发达的髓,由完全成熟的薄壁细胞组成,可以储藏营养物质。而且初生韧皮部和次生韧皮部之间的薄壁组织分化成熟,不再有分裂能力。大部分非禾本科植物的根的初生木质部与禾本科一样,但是少部分初生木质部束数较少,如韭菜等植物为四至五原型。 植物的根在伸长过程中除了形成根毛以扩大吸收面积外,还会产生大量侧根,它们是有 侧根原基primordium 发育而来。侧根原基由母根根毛区后方的维管鞘一定部位的细胞经脱分化、恢复分裂能力的细胞经几次平周和垂周分裂而形成,其发生方式为 内起源endogeous origin ,其在中柱鞘中的发生部位是固定的,与初生木质部和初生韧皮部的位置和束数有关。侧根原基继续分裂、生长,分化出生长点和根冠,逐渐深入皮层,分泌水解酶,进而穿透皮层和表皮。 我们跳出单纯植物学的视角,植物的根系分布于土壤中,与土壤中的微生物有着密切的关系。有些微生物会与植物的根建立互利共生的关系。如: 根瘤root nodule (土壤中的根瘤菌、放线菌和线虫都可以入侵根部形成根瘤。对于豆科植物,根瘤的形成始于幼苗期,其分泌物吸引附近的根瘤菌,聚集在根毛周围形成感染丝后刺激使得根毛卷曲膨胀,使得部分细胞壁溶解,根瘤菌由此入侵根毛,根内细胞相应分泌出纤维素等来包被感染丝,形成侵入线。根瘤菌利用皮层中的养分反之自己,另一方面刺激皮层细胞迅速分裂增加细胞数目,形成瘤状凸起物。之后根瘤菌逐渐转变为具有固氮能力的拟菌体bacterioid,进行固氮作用,同时该区域分化出与植物根部输导组织相连的输导组织、外围薄壁组织鞘和内皮层) 菌根mycorrhiza (这是植物的根与真菌的形成的互利共生关系产物。根据菌丝在根中生长部位的不同,可将其分为形成白色丝状物覆盖层的外生菌根、盘旋侵入到幼根皮层内的活细胞中的内生菌根、兼具两者的混合型的内外生菌根,真菌可以获得养分,而且真菌的分泌物促进无机养分的释放,还可以给植物提供水、无机盐、激素、维生素等)这一节内容有点多,我找了一张图,可以很好地概括这一节内容。 参考:
腊八醋w
种子萌发后,上胚轴和胚芽向上生长产生茎和叶。茎端和叶腋内的芽活动生长,形成分枝,继而新芽不断产生与生长,最后形成了繁茂的植株地上系统,这一讲我们就先来介绍 茎shoot 。与根相同,茎也是植物适应陆生生活、向空中发展的标志性结构之一。茎是由主茎和枝共同组成。对于植物来说具有支持作用、疏导作用以及储藏(如鳞茎、块茎、球茎、根状茎)、繁殖和光合作用。 茎的形态特征各异,多数为实心,少数因为髓腔而成为了空心。一般植物的茎都具有节与节间,节上长叶,茎的顶端或叶腋中有芽。枝条长短不一,一般长枝是营养枝(裸子植物除外),短枝是花枝或果枝。在木本植物的纸条上,其叶片脱落后留下的疤痕为 叶痕leaf scar ,叶痕上的点状突起是枝条与叶柄之间的维管束断离后留下的痕迹,称为 维管束迹或者叶迹folial trace 。有的枝条上还有 芽鳞斑bud scale scar ,这是密集的芽鳞片脱落后留下的环状痕迹。枝条外表往往可以看到一些小型白色或者褐色的斑点称为 皮孔lenticel ,这是枝条与外界气体交换的通道。有些植物的枝条上还有表皮毛和腺毛等多种类型的毛状附属物,具有分泌作用或具有保护作用。 按照芽在枝上发生位置是否确定,芽分为 定芽normal bud 和 不定芽adventitious bud (一般发生于植株的老茎、根、叶及创伤部位)。位于枝的顶端的称之为 顶芽terminal bud (包括胚芽),发生于叶腋部位的为 腋芽axillary bud 。它们都属于定芽。多数植物一个叶腋只有一个腋芽即单芽single bud,如果有多个芽的话,除了一个为正芽外,其余为副芽accessory bud。有的植物还有叶柄下芽infrapetiolar bud。按结构和性质还可以将之分为叶芽(有叶原基和腋芽原基)、花芽(有花和花序的原基)和混合芽(外部常包有芽鳞片),一般花芽比叶芽肥大。按照芽鳞的有无分为 鳞芽scaly bud (一般是生活在冬寒地带的多年生木本植物体的部位,有叶的变态芽鳞片包被)和 裸芽naked bud 。按照芽的生理活动状态可以分为活动芽active bud和休眠芽dormant bud。还存在珠芽bulbil,是一种未发育的球茎,呈球形,通常生于叶腋,属于营养繁殖的器官。 关于植物的分枝源于芽的活动,关于侧芽的形成由两种说法:侧芽的顶端分生组织及主茎的顶端分生组织由形成叶原基时保留在叶腋出的分生细胞所组成,一是侧芽的顶端分生组织在叶腋内处由已分化的细胞恢复能力而成。由于顶芽的生长会抑制侧芽的生长,所以植物会产生不同的分枝方式: 单轴分枝monopodial branching ,也称总状分枝,从幼苗开始,主筋的顶芽活动始终占优势,形成一个直立的主轴,侧枝不发达。这种植株呈塔形。 合轴分枝sympodial branching ,顶芽发展到一定时间后死亡或者分化为花芽或者发生变态,而靠近顶芽的腋芽发展为新枝,代替主茎生长一定时间后,其顶芽又同样被下放的侧芽代替生长的分枝方式。主轴除了很短的主茎之外,其余全为各级侧枝分段连接而成。因此茎干弯曲、节间很短、而花芽较多。 假二叉分枝false dichotomous branching ,是指具有对叶生序的植物,其主茎和分支的顶芽形成一段枝条后停止发育,顶端下方对生的两个侧芽发育为新枝,且新枝的顶芽和侧芽的生长规律由母枝一样。这样的分枝在外表上近似二叉分枝,但是不是顶端分生组织本生分裂成二的真正的二叉分枝不同,所以带了个“假”字。 分蘖 (读孽) tiller ,植株的分枝组要集中于主茎的基部的一种分枝方式。其特点是主茎基部的节较密集,节上生出几个不定根,分枝的长短与粗细相近,呈丛生状态,多见于禾本科植物,还可以进一步分为疏蘖型、密蘖型、根茎型。 下面我们就来介绍一下茎的解剖结构。茎的分生组织叫做 茎尖stem tip ,是由顶芽活动形成的。顶芽活动时,分生区的原分生组织向下产生初生分生组织,初生分生组织经初生生长形成初生结构,从而形成茎尖。茎尖可以人为分为以下结构: 分生区 ,也叫 生长锥apical meristem 。茎端分生组织下有叶原基和腋芽原基,有的还有芽鳞原基。这里有两种学说描述茎尖生长锥的结构和分化动态:1)原套—原体学说,将茎分为 原套tunica 和 原体corpus 。原套是排列整齐的细胞,位于表面进行垂周分裂。而原体是原套内侧一团不规则排列的细胞,可沿着各个方向分裂,增大体积。2)细胞组织分区学说。在原套原体的中央部位各有一个原始细胞群,前者称为顶端原始细胞群,后者称为中央母细胞群。这些细胞较大,具有较大的核和液泡,细胞分裂较为频繁。它们分裂形成了围绕在它们周围的 周围分生组织peripheral meristem zone ,和下方的 胁状分生组织rib meristem zone (又称髓分生组织,这里的细胞较周围的分生组织更加液泡化,进行有规律的分裂),有些植物在胁状分生组织和周围分生组织之间还有形成层过渡区,在叶原基形成的间隔期内可以有体积的变化。分生区下方形成初步分化的初生分生组织,由原套的表面细胞分化的原表皮层,周围分生组织和胁状分生组织分化出的基本分生组织和原形成层。 伸长区 ,其细胞学特征与根相似,但是该区通常包含几个节和节间。 成熟区 ,细胞分裂与伸长都停止,各种成熟组织的分化基本完成,具备了幼茎的初生结构。 双子叶植物的茎节间的初生结构可以分为 表皮 (由原表皮分化而来,包括表皮细胞、气孔器和各种表皮毛。表皮细胞一般不含叶绿体,有的含有花色素苷,细胞外壁后、有角质层,有的还有蜡被可以控制和保护蒸腾,有利于幼茎内部的绿色组织进行光合作用,表皮毛可以加强保护)、 皮层 (由基本分生组织分化而来。外皮层由一至几层厚角组织细胞组成,协助表皮支持和保护幼茎,其细胞含有叶绿体,可以进行光合作用。中皮层由体积较大、排列疏松的薄壁组织细胞组成,通常含有叶绿体,内皮层的细胞通常为幼茎皮层的最内一层细胞,少数可以产生凯氏带,有的还有淀粉鞘)和 维管柱 (由维管束、髓和髓射线三部分组成。维管束由原形成层发育而来,无限外韧维管束包括初生韧皮部(外始式)、初生木质部(内始式)、束中形成层,髓位于幼茎中央,细胞体积较大,常含有淀粉粒具有储藏作用,有时也会有含单宁和含晶体的异细胞,有些双子叶植物茎的髓细胞已经停止生长,但周围的细胞还在伸长,从而形成中空髓鞘。 髓射线pith ray ,是连接皮层与髓的薄壁组织,有横向运输和储藏作用,与束中形成层相接的那部分成为束间形成层interfascicular cambium,木本植物的髓射线较窄,而草本植物的髓射线较宽)三部分。 大多数双子叶植物会出现维管形成层和木栓形成层,进行次生增粗生长。束中形成层分裂分化,这是与之相接的髓射线细胞恢复分裂能力,转变为束间形成层。束中形成层和束间形成层连成一环共同构成维管形成层。木质化程度高的植物维管形成层主要是束中形成层,而木质化程度低的草本植物其维管形成层主要是束间形成层。维管形成层细胞有两种,纺锤状原始细胞和射线原始细胞。前者是形成层的主要成员,构成了茎的纵向(轴向)系统,后者与茎轴垂直排列,分布于纺锤状细胞之间,成为茎的横向(径向)系统。 维管形成层开始时活动主要是纺锤状原始细胞不断切向分裂,向外形成次生韧皮部(包括筛管、伴胞、韧皮薄壁细胞、韧皮纤维)向内形成次生木质部(导管、管胞、木纤维、木薄壁组织),次生木质部和次生韧皮部共同构成次生维管组织,成为纵向输导组织。同时也会形成韧皮射线和木射线,统称为维管射线,成为横向输导组织。 说到这里就不能不提提木材,木材是指维管形成层历年产生的次生木质部的总称(初生木质部很小可忽略)。年轮annual ring就是指在季节性明显的区域(热带为旱季和雨季),木本植物的维管形成层在一年中只活动一次形成的次生木质部,一年只有一个生长轮。因此年轮就可以作为研究气候变迁的依据。在春天生长期气候温和,木材生长较快,这部分木材,质地疏松,颜色较浅,称为早材early wood。生长的晚期在夏末秋初,导管和管胞直径较小而壁厚,因此木材质地坚硬而颜色深称为晚材late wood。靠近形成层部分的木材是近几年形成的次生木质部,木质疏松,颜色浅,其导管和管胞和木薄壁组织有输导和储藏作用,这就是边材sap wood。靠近茎中央的形成层较久的次生木质部,这部分颜色较深,木质致密,其导管和管胞由于侵填体的形成,由于单宁、树脂、色素的积累而失去了输导作用,成为心材heart wood。 木栓形成层 来源不一,如表皮、近表皮的皮层薄壁组织后厚角组织、深的薄壁组织。大多数植物中为每年发生,不断形成新的 周皮 (木栓层、木栓形成层、栓内层)当新的木栓层形成后由于木栓层细胞不透水、不透气,外面的周皮就会死亡。木栓形成层主要进行切向分裂。 皮孔lenticel是 指枝条表面上产生的近圆形的或者枝状的小突起,是茎与外面进行气体交换的通道,也是病虫入侵的通道,一般生于原来气孔的位置木栓形成层会形成圆球形的薄壁细胞,细胞排列疏松,间隙发达,称为补充组织。随着补充组织越来越多向外突出形成裂口便有了皮孔。有的植物冬眠前会在补充细胞群的外部形成排列紧密而栓质化的封闭层,生长季节补充组织可以突破封闭层。 树皮 是指维管形成层外侧所有组织的总称,除了次生韧皮部以外,包括历年产生的周皮和一些已死的皮层、韧皮部等,是茎内同化产物的输导组织,又具有极强的保护作用,这是树怕剥皮的真正原因。 因此双子叶植物的次生结构从外向内为周皮(老茎进行气体交换的通道)、皮层、初生韧皮纤维、次生韧皮部(含韧皮射线,输送有机物)、维管形成层(包括纺锤性原始细胞和射线原始细胞)、次生木质部(疏松水分、无机盐和机械支持作用)、初生木质部(为内始性)、髓(由薄壁细胞组成,常含有淀粉粒等储藏物质,有的髓边缘有环状的环髓带)。 而对于双子叶植物的节间结构中还会有叶迹和枝迹的斜向伸出,节部的皮层和中柱之间没有截然划分的界限,各个维管束排列不构成一环,存在维管束的侧面连接。 而对于单子叶植物中的禾本科植物的茎与根一样,不能进行次生生长,没有次生结构。大多数茎节间中空,少数植物如玉米、甘蔗等的茎节间中空。没有中柱与皮层之分。一般分为 表皮 (由长细胞、短细胞、气孔器有规律排列组成,外覆角质层。长细胞构成表皮的主要成分,细胞壁厚,角化且硅化,短细胞有两种类型,即 栓细胞cork cell 和 硅细胞silica cell ,位于两个长细胞之间,细胞壁栓化,硅细胞中含有大量二氧化硅。甘蔗等的茎表皮上还覆盖着发达的蜡被,气孔器与细胞间隔排列成纵行) 、基本组织 (表皮以内与维管束之间均为基本组织,主要是由薄壁细胞组成,水稻的维管束之间还有良好的通气组织。其中的厚壁细胞相连成环,形成坚强的机械组织,而且水稻的机械组织环之间还会通过同化组织隔开,所以外观可见绿色纵纹排列) 、维管束 (维管束为外韧有限维管束、散生,排列方式有两类:一类以水稻和小麦等为代表,各维管束大体上排列为内外两环,外环的小、被机械组织包围,内环的大、被基本组织包围,节间中部形成髓腔。另一类比如玉米、甘蔗、高粱等,茎内被基本组织充满,外环的小、相距近,内环的小、相聚远),而且单子叶植物在叶原基的下方有许多由顶端分生组织衍生而来的初生分生组织排列为垂周行列,即为初生增粗分生组织。禾本科每个节间基部都保持幼嫩的生长环,即居间分生组织。居间生长极为拔节,抽穗是几个节间共同居间生长。 而对于裸子植物如松柏类,其初生结构也是由表皮、皮层和维管束等部分组成。皮层内常分布着树脂道。只不过维管组织中的韧皮部没有筛管和伴胞,自由筛胞和韧皮纤维。木质部中没有导管、纤维,只有管胞和木薄壁组织。松柏类裸子植物次生结构均匀,木材的横切面上有辐射排列的单层细胞的木射线。有的木质部、韧皮部、皮层具有树脂道,纵横排列构成一个系统。松柏类植物次生韧皮部同样没有筛管和伴胞,只有筛胞。木麻黄等草本裸子植物的表皮层细胞外壁厚,气孔器下陷,内皮外层细胞局部发育为厚壁机械组织,皮层薄壁细胞含叶绿体,外韧维管束,有束中形成层,一般具有次生生长。在百岁兰等高级的裸子植物中的木质部中出现了导管,韧皮部出现了筛管。 参考:
三月蛐蛐
被子植物的花粉经过传粉受精后,子房代谢活跃,子房壁迅速生长,胚珠发育为种子,生长中的子房壁连同其中的种子,共同发育为果实。有些植物的花托、花萼甚至苞片也参与到种子的形成过程中。 种子通常是由植物通过有性生殖过程的最终产物。由 胚乳endosperm 、 胚embryo 、 种皮teata 组成。分别由初生胚乳核、受精卵和珠被发育而来。原来胚珠内的珠心和胚囊内的助细胞和反足细胞一般均被吸收而消失。而胚乳一般分为以下几种: 核型胚乳 :在单子叶植物和双子叶离瓣花植物中普遍存在,是被子植物中最普遍的胚乳发育形式。其发育分为四个时期: 合胞期 (三倍体细胞连续分裂但不伴随着胞质分裂,不会产生细胞壁,众多的细胞核游离分散于细胞质中,中央液泡形成后,众多游离核与细胞质都被挤向胚囊。一个细胞多个细胞核的现象极为合胞体,其细胞质会形成管状结构,称为腔槽,其平周分裂会引发胞质分裂和胚乳的细胞化)、 细胞化期 (微管微丝开始丰富起来,形成成膜体。胚乳细胞壁的形成通常从最外层开始,向心产生细胞壁而形成胚乳细胞,最后整个胚囊被胚乳细胞充满。胚乳细胞还会分化为淀粉胚乳、糊粉胚乳)、 分化期 (当胚乳细胞充满整个胚囊,或者其生长受到了珠被的限制,细胞分裂停止。禾本科植物在外层胚乳细胞分裂的同时,出于内部的胚乳细胞便在质体内开始积累蛋白质和淀粉,由母体运来的灌浆物质却是由外向内输送分配,胚乳层外部细胞由于集聚矿物质、脂类、蛋白质等物质而转变为糊粉粒细胞)、 成熟期 (随着淀粉的大量积累和粒的充实度提高,胚乳细胞中的胞基质、质体以外的细胞器和细胞核开始程序性死亡。淀粉粒充分发育充满整个细胞) 细胞型胚乳 :初生胚乳核分裂伴随着细胞壁的形成。且以后每次分裂都是常规的有丝分裂,细胞核每分裂一次,细胞质也分裂一次,不出现游离核时期。在发育过程中有时还会产生吸器来从母体吸收养分。 沼目型胚乳 :特点界于核型细胞和细胞型细胞之间。初生胚乳核的首次分裂伴随着细胞质的不均等分裂,将胚囊腔一分为二,大细胞位于珠孔端,小细胞位于合点端,前者进行多次游离核分裂,最后形成细胞,后者很少分裂或者不分裂,呈合胞体状态。 胚的发育从合子开始,合子通常形成纤维素的细胞壁,并度过一段时间的“休眠”才开始分裂。合子的第一次分裂通常为不均等分裂,形成一个小的 顶细胞apical cell 和一个大的 基细胞basal cell ,顶细胞和基细胞所含的细胞通常是不同的,它们的大小形状相差很大。细胞质的控制因子在不均等分裂后的两个细胞中也不同,会引起基因的选择性表达。被子植物的胚的发育可以分为: 原胚期 :基细胞发育为胚柄,顶细胞先横裂或纵裂,细胞变小,细胞质变浓,液泡化程度降低,形成具有几十个细胞的球形原胚,然后进入胚的各器官发育和分化,在多数单子叶植物中,球形原胚为绿色。 幼胚期 :是从球形原胚到胚的各组成器官分化形成的阶段。球形原胚与合点相对的一端的亚顶端一侧或者两侧分别发育产生子叶,子叶的内侧、原胚的顶端发育为胚芽,原胚的基部和与之相接处的一个珠柄细胞参与胚根的发育,原胚中部发育为胚轴。单子叶禾本科植物在胚芽和胚根发育的同时,还会产生胚芽鞘和胚根鞘分别将这两个部位包围起来,形成保护罩。 胚成熟期 :在发育过程中,幼胚仍然可以通过 株柄suspensor 向胚乳细胞、珠心细胞吸取养分,来营养和发育自身。之后胚柄细胞逐渐萎缩死亡,胚的子叶可以直接从胚乳细胞中吸收、转化营养。此后胚的子叶逐渐弯曲生长成为了成熟胚特有的结构。子叶节、下胚轴乃至子叶基部分别产生维管束组织。胚的生理代谢逐渐走向成熟。 双子叶植物在胚柄的生长过程中顶细胞会相应进行纵向分裂,之后再进行与第一次分裂面相垂直的第二次纵向分裂,形成四分体胚体。之后形成八分体,逐渐形成球形胚体,之后两个子叶原基突起。之后两个子叶基部相连处的凹陷部位分化出胚芽,与胚芽相对的一端胚根逐渐发育。之后胚柄逐渐消失。成熟的胚包括 胚芽、胚轴、胚根 和 子叶 4个部分。其中子叶为暂时性的叶器官。 而单子叶植物胚经过两次分裂形成四细胞原胚,之后进行各个方向上的分裂,形成基部稍长的梨形原胚。之后梨形原胚上出现小的凹沟。凹沟以上区域将来会形成 盾片 (内子叶的主要部分)和胚芽鞘的大部分,凹沟的稍下的部位即原胚的中间位置,将来会形成胚芽鞘的其余部分以及胚芽、胚轴胚根、胚根鞘和一块不发达的胚叶,原胚的基部会形成盾片的下部和胚轴单子叶植物的胚由胚芽、胚轴、胚根和子叶(单子叶植物只有一片宽大的子叶所以也称之为盾片),盾片有从胚乳吸收养料的作用。 无融合生殖apomixis ,是指某些被子植物不经过雌性、雄性细胞的融合而产生胚的种子的现象。分为两类: 单倍体无融合生殖 (若由卵细胞不经受精作用发育为胚,称为单倍体孤雌生殖。若由助细胞或者反足细胞直接发育为胚,称之为单倍体无配子生殖。其所产生的胚均为单倍体,后代常常不育)、二倍体无融合生殖(是由未经过减数分裂的孢原细胞、胚囊母细胞或珠心细胞直接发育而成的)。 不定胚现象adventitious 是指某些植物的珠心或珠被细胞分裂、发育成的胚。不定胚与合子胚共同存在于胚囊中。通常情况下,珠心胚利用营养多,出苗快,长成的珠心苗也健壮,基本保持了母体的优良特性减少衰退。而 多胚现象polyembryony 是指在同一个胚珠中产生了两个或者两个以上的胚的现象,可能是由于受精卵裂生形成,或者是一个胚珠中有两个胚囊而出现了多胚,还有就是助细胞和反足细胞也发育成了胚。 种皮 是由珠被发育而来的保护结构,单层珠被形成单层种皮,双层珠被生成内外两层种皮。有的植物外珠被在种子形成过程中被吸收而消失,内珠被形成极不发达的种皮,如小麦、水稻等残存的种皮与果皮紧紧贴在一起,主要由果皮对胚起着保护作用。一般种子成熟后会有 种脐 (从种柄或者胎座上脱落留下的痕迹)、 种孔 (珠孔发育而来)、 种脊 (倒生珠被的外珠被和株柄愈合形成的纵脊),大多数植物的种皮外层常常分化为厚壁组织,内层为薄壁组织,中间各层往往分化为纤维、石细胞或者薄壁组织。之后随着细胞失水,整个种皮称为干燥的包被结构。少数植物的种子有肉质表皮,如石榴的内表皮层细胞辐射状延伸,形成多汁含糖的可食部分。还有一些植物的种皮上出现了毛、刺、腺体、翅等附属物,对种子的传播有适应意义。单种皮的细胞种子发育过程中,内珠被消失,外珠被分化形成许多明显的层次。最外面的表皮层细胞径向延长,侧壁与外壁增厚,发育为柱状石细胞,呈栅栏状垂直分布,故为 栅状层 。这种种皮坚硬的种子有很高的抗逆能力,种子的寿命得以延长,有利于种子的长距离传播。双层种皮为外种皮和内种皮,外种皮的外表皮细胞几乎充满了分层状的黏液物质,表皮遇水后可吸水膨胀,促使细胞外壁破裂。外表皮细胞下有薄壁组织分化,可能发育出厚壁或挤毁而被吸收。外种皮的内表皮细胞,在径向壁和内切向壁上都出现了显著的木质化增厚,是种皮中最坚固的细胞层。内珠被的薄壁组织常被挤毁,它们的内表皮变为了色素层。如棉的外珠被发育为外表皮、外色素层、内表皮,而内珠被也分为栅状层的外表皮和内色素层和乳白色层。少数种子还会形成假种皮,由株柄和胎座发育而来,包于种皮之外的结构,常含有大量储藏物质,如龙眼、荔枝等肉质可食部分。 果实是被子植物有性生殖的特有产物和结构。受精后,花萼枯萎或者宿存。花瓣和雄蕊凋谢,雌蕊的柱头、花柱枯萎,仅子房或子房外其他与之相连的部分一同生长发育,膨大为 果实fruit 。果实包被着种子不仅起到保护作用,而且有助于传播种子。根据果实发育来源与组成,可以将果实分为 真果true fruit (直接由子房发育而来,如桃子、柑橘)和 假果 (由子房、花托、花萼甚至整个花序共同发育而成如苹果、菠萝、瓜类)。 其中真果的结构简单,外层为果皮,内含种子,可以分为外果皮、内果皮、中果皮三层。 外果皮exocarp :由子房壁的外表皮(相当于叶片的下表皮发育而来),可由一至数层细胞构成。一般外表皮上分布有气孔、角质、蜡被,还有毛、钩、翅等附属物,具有保护果实和有助于果实的传播作用。 中果皮mesocarp 由子房壁的中层(相当于叶片的叶肉和叶脉)发育而来,由多层细胞构成,中果皮在结构上变化很大,有的中果皮上具有许多营养丰富的薄壁细胞,有的中果皮由发达的薄壁组织,有的中果皮的薄壁组织还含有厚壁组织,有的中果皮变干后收缩为膜质、革质,或成为疏松的纤维状,维管组织发达,如柑橘的“橘络”。 内表皮endocarp ,由子房壁的内表皮(相当于叶片的上表皮)发育而来。多由薄壁细胞组成,但是在杏、桃的果实中内皮层厚壁化、石细胞化,形成硬核,橘会形成大而多汁的汁囊。胎座placenta是心皮愈合而成的结构,是胚珠孕育的场所,是种子发育成熟过程中的养分供应基地。多数逐步干燥萎缩,也有的胎座参与形成果肉的一部分,有的进一步发育为厚实、肉质化的假种皮如荔枝和龙眼。 也有一些植物可以不经过受精作用而结实的现象称为单性结实。一般都没有种子,主要有两种情况:子房不经过传粉或者其他的刺激就可以形成无籽果实的现象为营养性单性结实。另一种是子房必须经过一定的传粉刺激才能形成无籽果实,称为刺激性单性结实。 果实的类型可以分为: 单果simple fruit :由一朵花中只有一个雌蕊的子房发育而来的果实。可以分为肉质果(果皮部分肉质多汁,如苹果、黄瓜)、干果(果皮干燥,如果成熟时开裂为裂果如油菜的角果,不开裂为闭果,如禾本科的颖果) 聚合果aggregate fruit :由一朵具有多个独立雌蕊的花发育而成的果实,如草莓、八角 复果multiple fruit :由整个花序发育而成的果实,又称为聚花果,如菠萝、无花果等。 由于为了防止种子过于聚集而存在的生存竞争,经过长期的自然选择,成熟的果实和种子具备了适应于各种传播方式的结构和特性,以扩大后代的分布范围。如借助风吹的果实一般轻而且小,常有毛状和翅状附属物。借助于水流扩散的果实有不透水的构造或者充满空气的腔隙结构,借此漂浮在水中。如苍耳还居于翅状或者钩状的附属物钩附在动物皮毛上随动物移动而传播。还有些植物成熟时靠着自身发育的特殊结构,使得果皮在失水干燥的过程中扭曲或者卷曲将种子弹出。 参考:
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