高中生物竞赛植物部分.docx
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高中生物竞赛植物部分
17植物的结构和生殖
17.1植物的结构和功能
17.1.1什么是植物
1.植物界的四大种类型——苔藓植物、蕨类植物、裸子植物、被子植物。
2.多细胞藻类与植物的区别:
(1)最大区别——水生与陆生。
(2)藻类与植物的另一重要区别在于生殖器官。
3.上陆的植物对陆地生活的适应是出现角质膜(解决失水的问题)和气孔(解决透气的问题),同时生殖细胞的形状和受精方式和胚的发育发生了一定的变化。
4.上陆植物有了根、茎、叶的分化,使茎叶系统和根分别适应空气和土壤两种不同性质的介质,这就需要维管组织执行运输功能。
维管组织由木质部和韧皮部构成。
木质部负责运输水和无机盐,由死细胞构成;
韧皮部负责运输糖类等有机物,由活细胞构成。
藻类和苔藓植物没有维管组织。
5.植物的定义:
适应于陆地生活的能进行光合作用的多细胞真核生物,由根茎叶组成,表面有角质膜和气孔以及输导组织,雌、雄配子外有配子囊,胚在配子囊中发育。
6.被子植物分为两大类——单子叶植物与双子叶植物。
单子叶植物胚含1片子叶,主叶脉平行,维管束散状排列,花3数,根为须根系;
双子叶植物胚含2片子叶,主叶脉网状,维管束环状排列,花4或5数,根为直根系。
大多数被子植物为双子叶植物。
29.1.植物可能由绿藻进化而来
1.绿藻与维管植物有许多同源性状:
(1)二者的叶绿体所含的色素是相同的;
(2)细胞壁都以纤维素作为主要的组成成分;
(3)都是以淀粉形态贮存糖类;(4)在细胞分裂中都是由来自高尔基体的小泡形成的板分隔细胞;
等等。
29.1.1在植物的生活史中存在着孢子体和配子体两种世代的交替
1.植物的生活史中,存在着两种多细胞个体,单倍体的配子体与二倍体的孢子体。
雌雄配子体(n)经过有丝分裂形成配子(n);
雌雄配子通过受精作用形成合子(2n)
合子通过有丝分裂形成二倍体的孢子体(2n);
二倍体的孢子体通过减数分裂产生孢子(n);
孢子发育为配子体;
完成一个生命周期。
29.1.2植物界几个主要类型的进化关系
1.原始多细胞绿藻在进化中演变出两支——现代意义上的苔藓植物和维管植物。
(1)苔藓植物:
①配子体占优势,孢子体无自养能力,寄生在配子体上。
②配子体和孢子体都没有维管组织,即使有些苔藓植物也有类似叶、茎和根的部分。
(2)维管植物——孢子体占优势。
2.苔藓植物:
(1)配子体能进行光合自养,有性生殖受水的限制,因为有鞭毛的精子要借助水中游泳与卵细胞汇合。
(2)孢子体无叶绿体,无鞭毛,无性生殖不受水的限制,但因为营寄生,只能是简化的有机体。
3.维管植物:
孢子体能进行光合作用,能独立生活,有角质层和维管组织,分化出十分发达的根茎叶,无性生殖不受水的限制。
包括无种子维管植物(蕨类植物)和种子植物(裸子植物和被子植物)。
4.早期的维管植物进化出蕨类植物和种子植物。
(1)蕨类植物配子体和孢子体都能进行光合作用,孢子体分化出根茎叶,适合于陆地生活。
配子体类似于苔藓植物,为原叶体,有性生殖依然受水的限制。
(2)种子植物配子体高度简化,有性生殖摆脱了水的限制。
小孢子在其壁内发育成雄配子体—花粉(是精子的运载体,具有携带精子的作用);
大孢子在大孢子囊(珠心)发育成雌配子体(大孢子囊)。
花粉借风或昆虫传到大孢子囊,花粉萌发长出花粉管,花粉管深入珠心,运送精子和卵结合。
受精作用后,合子发育成幼胚,连同原先的珠被和雌配子体一起形成种子。
5.种子植物又分为裸子植物与被子植物。
(1)裸子植物胚珠没有被心皮(大孢子叶)包裹,是裸露的,胚珠发育为种子也是裸露的,没有双受精现象。
(2)被子植物的胚珠被心皮包裹,胚珠发育为种子,心皮发育为果实,二者共同构成种子。
29.2.1苔藓植物匍匐生长于潮湿地面
1.苔藓植物已经具有一些适应陆地生活的性状:
(1)地上部分体表覆盖着角质层;
(2)大多数物种具有假根,从土壤中吸收水分和矿物质;
(3)产生精子和卵的部分被细胞所包裹以保持湿度。
2.苔藓植物的生活史——地钱:
(1)配子体:
配子体是雌雄异体的;分叉的叶状体,匍匐于潮湿的地面;
腹面有假根,背面有光合细胞与通气孔;
(2)无性生殖:
并不依赖水
①叶状体的顶端细胞保持有分生能力,能不断地向前生长,不断地分叉和进行营养繁殖;
②背面都能形成胞芽杯,在其中产生胞芽。
成熟时胞芽脱落,在土中萌发成为新的配子体(与原性别相同),这是一种营养繁殖方式。
(3)有性生殖:
必须依赖水
①在雄配子体上生出雄生殖托,上有精子器;
②在雌配子体上长有雌生殖托,上有颈卵器;
③精子器成熟后,精子逸出器外,以水为介质,游入发育成熟的颈卵器内,进行受精作用;
④卵细胞、受精后产生的合子以及幼小孢子体(胚胎)一直停留在颈卵器内,受到保护;
⑤长成的孢子体由基足、蒴柄和孢蒴(孢子囊)3部分组成。
基足伸入配子体的组织中吸收养料,以供孢子体的生长,故孢子体寄生于配子体上;
孢蒴中含有大量孢子母细胞经过减数分裂产生的孢子。
⑥孢子体成熟时,蒴柄伸长,孢蒴的壁开裂,孢子散布到环境;
⑦在适宜的环境中,孢子萌发成丝状体,称原丝体,原丝体进一步发育成雌雄配子体。
29.2.2无种子维管植物的孢子体适应了陆地生活
1.维管植物分为蕨类植物、裸子植物、被子植物,后两者又统称为种子植物,所以蕨类植物有时称为无种子维管植物,包括裸蕨类、石松类、楔叶类和真蕨类。
蕨类植物的孢子体世代已适应陆地生活,而有性生殖仍依赖水。
2.蕨类植物与苔藓植物的不同:
(1)孢子体在胚胎阶段附着于配子体并从中获取营养,长大后即伸出配子体,营光合自养;
(2)有维管组织;
(3)在生活史中,孢子体世代是一个有较大的植株和较长生存时间的阶段。
3.蕨——常见的真蕨类植物:
(1)孢子体——根、茎、叶的分化:
根——不发达,由许多不定根;茎——匍匐于地面或地下;
叶——为羽状复叶,叶脉分支,叶面有角质层和气孔;
有些叶的底面有成簇的孢子囊,称为孢子叶;
(2)孢子囊中的孢子母细胞经减数分裂而产生孢子,孢子是同型的,萌发而成为单倍体的配子体。
(3)配子体——很小,有光合细胞和假根,能独立生活,称为原叶体。
(4)有性生殖——离不开水:
①同一原叶体的背面着生有精子器和颈卵器。
②精子是多鞭毛的,借助一薄层水游入颈卵器,与卵融合成为合子;
③合子萌发成孢子体,伸出配子体,成为独立生活的生物体,而配子体随即死去。
4.在植物的进化史上,角质层、气孔、维管系统、细胞壁木质化等性状的出现,使维管植物的孢子体有了新的适应特性:
(1)植物有了调节和调制体内外水分平衡的能力,从而能够适应陆地干旱环境;
(2)植物有了相当坚强的机械支撑力,不需要水介质的支持而直立于陆地上;
(3)植物有了有效地运输水和营养物质的特殊系统,因而能有效地利用土壤中的水分和营养物。
总之,体内外水分平衡的调节机制、坚强的机械支撑和有效地运输系统,这三者构成了维管植物孢子体对陆地环境比较完整的适应结构。
29.2.3裸子植物的有性生殖摆脱了对水的依赖
1.裸子植物与蕨类植物有两个主要区别:
(1)在有性生殖过程中出现了花粉和花粉管,使受精过程不再需要以水为媒介;
(2)出现了种子,在很大程度上加强了对胚的保护,提高了幼小孢子体对不良环境的抵抗能力。
2.作为无种子维管植物(蕨类植物)和被子植物之间的一个类群,裸子植物:
(1)没有真正的花,仍以孢子叶球作为繁殖器官,保留了颈卵器的构造;
(2)胚珠没有被大孢子叶包裹起来,是裸露的;
(3)由胚珠发育而成的种子也是裸露的。
3.裸子植物包括苏铁、银杏、松柏和买麻藤等。
4.松树——最常见的裸子植物:
(1)孢子体:
高大的松树是发到的孢子体;
(2)在春季,松树分枝的顶端分别产生雄球果(小孢子叶球)和雌球果(大孢子叶球):
①雄球果:
a.由许多小孢子叶组成;
b.每个小孢子叶背面有两个小孢子囊,其中有许多小孢子母细胞;
c.每个小孢子母细胞经减数分裂形成4个小孢子;
d.小孢子经3次分裂形成两个原叶细胞(迅速退化):
一个是粉管细胞,一个是生殖细胞,这就是传粉时的花粉。
②雌球果:
a.由许多鳞片状结构组成;
b.其上有一对胚珠;
c.胚珠中的珠心即为大孢子囊,中央有一个大孢子母细胞,经减数分裂形成4个大孢子;
d.仅有一个大孢子发育成多细胞的雌配子体;
e.成熟时,雌配子体顶端形成3~5个颈卵器;
f.每个颈卵器含一个卵细胞。
(3)受精作用:
①花粉从孢子囊散出后,总有少许花粉有机会落到雌球果上,长出花粉管并到达颈卵器。
②此时,花粉中的生殖细胞分裂为柄细胞和体细胞。
后者再分裂为两个精子。
③精子和卵结合成为合子。
(4)种子的形成:
①合子发育为胚。
这已是另一个世代的幼小孢子体。
②胚受到很好的包装。
珠被属于前一世代孢子体的部分,现在变成种皮,保护着幼胚;
③原来的雌配子体变成胚乳,供给幼胚营养;
④整个胚珠变成了种子。
4.裸子植物的适应性:
(1)裸子植物以浪费大量小孢子和雄配子体为代价,在有性生殖过程中,摆脱了对水的依赖;
(2)种子的包装有利于抵抗不良环境,裸子植物因此不再为湿地所局限,分布到更为干旱和寒冷的地区;
(3)裸子植物的孢子体也进一步向着适应陆地环境的方向发展:
根——有庞大的直根系,既能利用地表水,又能利用深层水;
叶——有些裸子植物,叶呈针状或鳞片状,叶表层有厚厚的角质层,气孔下陷,减少水的蒸发,提高了适应干旱气候的能力。
29.2.4被子植物是当今最繁盛的植物
1.与裸子植物相比,被子植物的生活史有如下一些特征:
(1)在传粉方式上,裸子植物是风媒的,而绝大多数被子植物是虫媒的(少量是风媒和水媒的)。
(2)被子植物的大孢子叶闭合形成心皮,胚珠包在心皮的子房中,而不是裸露在外。
种子成熟时,子房壁发育成果皮。
果皮常有鲜艳的颜色,并含有丰富的营养物质,以用来引诱动物帮助传播种子。
(3)被子植物常常在传粉后12h内受精,在几天或几周内产生出种子。
而裸子植物从传粉到种子形成通常要一年以上的时间。
(4)被子植物是双受精的,胚乳是三倍体或多倍体,裸子植物仅有卵和精子的结合,胚乳是单倍性的。
(5)被子植物的雌、雄配子体不但寄生于孢子体而且进一步简化。
①雄配子体成熟时仅由3个细胞(一个粉管细胞,两个精子)组成,原叶细胞、体细胞和柄细胞不再出现。
②雌配子体成熟时一般有1个卵细胞、2个助细胞、3个反足细胞和含有2个极核的中央细胞,颈卵器不再出现。
(6)孢子体组织分化细致,生理机能效率高。
29.2.5重新适应水生和异养的植物
1.莲——常见的水生被子植物:
(1)根状茎中有6至9个气腔;
(2)在水生植物中,这一类细胞间隙能够形成一个完美的系统,从叶到根连成一片,它不仅为水下器官提供氧气,也给植物以浮力和支持的力量。
2.猪笼草——一种食虫植物,在保留光合自养的同时,发展出异养功能
(1)叶子由叶柄、叶状部、丝状部、瓶装部组成。
叶状部——具有正常的光合功能;
瓶状部——特化为捕虫器。
(2)瓶状部:
上缘延伸为盖,瓶中有液体,其中含有由瓶内壁腺体分泌的蛋白酶;
小虫落入瓶内,瓶口被小盖所遮蔽,水中的蛋白酶将小虫消化掉,被吸收为有机氮源,以补充无机氮的不足。
杨世杰:
植物生物学——植物类群演化的趋势
总体讲,植物类群演化的趋向是由结构和功能简单和不分化趋向复杂、分化和完善。
植物体各种器官和组织的分化和分工,如根、茎、叶的出现,维管系统的发生以及生殖器官和胚的发育,都是适应陆地生活而产生的,所以茎叶体植物要比原叶体植物复杂得多。
由一个类群可辐射状地产生一些较进化的类群。
在体形上,由单细胞个体到群体,最后到细胞分工、组织分化;在繁殖方式上,由细胞裂殖(蓝藻和细菌),到无性繁殖和有性繁殖(同配—异配—卵配);从生活史上看,由一种植物体(单倍体或双倍体)到具有两种植物体(孢子体和配子体);从进化主干来看,植物是越来越强化孢子体。
这些都是上升演化,也是演化的总趋势。
但植物在适应新的环境条件时,有些器官和组织的结构反而从复杂走向简单,称为简化或退化。
这些晚出的结构决不意味着是原始特征,而是适应某种环境而形成的。
如睡莲科和金鱼藻科等水生植物重返水中生活,因而输导组织以及根茎叶都发生退化现象。
又如苔藓植物由孢子体发达的裸蕨退化而成。
这就是下降演化。
此外,植物在与环境长期相互作用过程中还存在另外一种适应形式,即专化。
与上升和下降演化不同,专化是指植物的演进水平并没有变化的特化。
当某些植物类群在特殊的环境下,如干旱缺水、养分缺乏或适应特殊形式的传粉和繁殖体散布等,植物体常常具有相应的适应性结构或形态特征,如产生刺和表皮毛,叶变态为捕虫叶,花呈两侧对称并特化以适应某类动物传粉等。
由于专化是在特殊环境下产生的,因此其进化水平并没有提高。
但正是因为专化,才使得现存植物中既有进化水平较高的类群,又有较原始的植物类群。
原始类群之所以存活至今,是由于它们曾经始终沿着局部性适应的途径(专化)发展;而进化类群则是沿着总的前进途径(植物不是个别器官的完善化,而是整个有机体的完善化)发展。
另外,由于有些植物的专化适应走向极端,以致于依赖某种特殊环境而生存或两者相互依存,即缺少一方,则另一方便随之消失。
从这种意义上来看,专化是演化道路上的盲枝。
17.1.2植物体由各种器官组成
17.1.3植物的器官由各种组织组成
17.1.4植物组织由三种基本类型的细胞组成
17.2植物的生长
17.2.1植物生长概述
17.2.2根和茎的初生生长
17.2.3根和茎的次生生长
17.3植物的生殖和发育
17.3.1被子植物的有性生活周期
17.3.2果实和种子的发育
17.3.3种子萌发是生活周期的继续
17.3.4植物还可以进行营养生殖
18植物的营养
18.1植物对养分的吸收和运输
18.1.1植物的空气营养和土壤营养
18.1.2根细胞控制养分的吸收
18.1.3蒸腾作用使水分和养分在木质部中上运
18.1.4糖分在韧皮部中运输
18.2植物的营养与土壤
18.2.1植物需要17种必需元素
18.2.2土壤对植物的生活十分重要
18.2.3真菌和细菌对植物的营养有特殊作用
18.2.4植物也可能是异养的
18.2.5植物营养与农业有密切关系
19植物的调控系统
19.1植物激素
19.1.1向光性的研究导致植物激素的发现
19.1.2生长素、细胞分裂素和赤霉素起促进作用
19.1.3脱落酸和乙烯起抑制作用
19.1.4植物激素在农业上有许多用途
19.2植物的生长响应和生物节律
19.2.1向性改变植物生长的方向
19.2.2植物有生物钟
19.2.3植物光敏素与生物钟有关
19.3植物对食植动物和病菌的防御
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