根的发育小结:第3章种子植物营养器官第2节茎教学主要内容和目的:一.茎的功能二.茎的形态三.茎的初生生长和初生结构四.茎的次生生长和次生结构的形成教学重点、难点:•[重点]:种子植物茎的生理功能、外部形态、内部结构;双子叶植物叶与单子叶植物茎的结构比较;•[难点]:双子叶植物根和茎次生分生组织的来源比较;次生结构形成过程;木材三个切面结构比较。茎(stem)是植物体地上部分联系根和叶、支持叶、花和果实的营养器官。少数植物的茎生于地下。由于茎顶端具有无限生长的特性,所以茎可以形成庞大的枝系。•茎的起源:种子内胚的胚芽(和下胚轴)•茎的位置:根和叶之间(一)茎的生理功能:1、输导作用:输导组织2、支持作用:机械组织3、储藏作用:薄壁组织4、繁殖作用:如土豆、杨(二)茎的经济利用:1、食用:如土豆、山药、洋葱、莲2、药用:如黄精、杜仲、半夏、天麻3、其它原材料:如木材、竹材、纤维、橡胶等一、茎的生理功能和经济利用节:茎(枝)上着生叶的部位。节间:节与节之间的结构部分。(长枝与短枝)二、茎的基本形态(一)茎的外形•枝条:着生叶和芽的茎。•长枝:节间较长•短枝:节间很短一般短枝着生在长枝上,能生花结果,所以又称果枝。叶痕和束痕(叶迹):叶脱落后在节上留下的痕迹称叶痕;叶痕表面看到的叶脱落时叶柄维管束断离后留下的痕迹,称束痕(维管束痕)也称为叶迹,肉眼观察为点、线状的小突起。芽鳞及芽鳞痕:多数植物的越冬芽外面包被的一至几轮鳞片称芽鳞。进入生长季节后,冬芽萌发使芽鳞的鳞片脱落,芽鳞的鳞片脱落后在节上留下的环状痕迹即为芽鳞痕。枝条顶端分生组织叶原基腋芽原基幼叶芽轴枝、花或花序尚未发育的雏体称为芽。(二)芽的概念和芽的类型结构芽的类型:依据不同特征可将芽分为不同类型。(1)按芽在枝上的位置:定芽顶芽腋芽:(侧芽)不定芽:生长在老根、老茎等处,位置不固定的芽。(2)按芽鳞有无分:鳞芽(被芽):芽鳞包被的芽,鳞片为叶的变态,被厚的角质层或毛茸或树脂等,防病虫害及冻害。裸芽:无鳞片包被的芽。所有一年生植物、多数二年生植物和少数多年生植物为裸芽。栓皮栎鳞芽胡桃裸芽鳞芽裸芽(3)按所形成的器官分:枝芽:由顶端分生组织和附属物组成的芽。花芽:产生花或花序的芽。混合芽:可以同时发育成枝和花的芽。叶芽、花芽和混合芽不定芽落地生根叶上的不定芽(三)茎的类型1、按茎的质地分木质茎乔木:主干明显,下部少分枝。灌木:主干不明显,近基部多分枝亚灌木(半灌木):仅基部木质化草质茎一年生草本:植物在一年内完成生命周期而植株整体枯死。二年生草本:指植物当年萌发,次年开花结果而完成生命周期而枯死。多年生草本:植物的生命周期在二年以上完成,包括宿根草本和常绿草本。肉质茎(三)茎的生长习性各不相同,有四种主要的生长方式:直立茎直立茎攀援茎缠绕茎匍匐茎茎的生长习性斑地锦蛇莓草莓匍匐茎平卧茎金银花地锦攀缘植物绞股兰丝瓜爬山虎缠绕茎第三级分枝第二级分枝主轴第一级分枝主茎(枝)主轴:由顶芽不断向上生长而形成。(四)茎的分枝方式二叉分支•分蘖的定义:禾本科植物在生长初期,茎的节间极短,几个节密集于基部,每个节上生有一叶,每个叶腋中都有一个腋芽。在四、五叶期的幼苗,有些腋芽开始活动,迅速生长为新枝,同时在节位上产生不定根。禾本科植物的这种分枝方式称为分蘖。(五)禾本科植物的分蘖产生分枝的节称为分蘖节。第一次分蘖:从主茎发生的分蘖。第二次分蘖:第一次分蘖苗发生的分蘖。有效分蘖:能抽穗结实的分蘖。无效分蘖:不能抽穗的分蘖。蘖位:就是分蘖所处的节位。原套原体髓分生组织原分生组织初生分生组织成熟组织周缘分生组织原表皮基本分生组织(部分)原形成层基本分生组织(部分)皮层、髓射线维管束髓表皮三、茎的发育--苗端分生组织与器官形成(一)顶端分生组织和根相似,茎尖分生区最先端为原分生组织,其后为初生分生组织。初生分生组织亦分为原表皮、基本分生组织和原形成层三种。原分生组织初生分生组织次生分生组织(形成层)茎尖的分区:分生区伸长区成熟区2、原套—原体学说:3、细胞学分区概念:茎端纵切面,示细胞组织分区A.细胞图B.结构图解1.顶端原始细胞区2.中央母细胞区3.周围分生组织区4.形成层状过渡区5.肋状分生组织区枝芽顶端的纵切面,示叶原基(引自陆时万)1.顶端分生组织2.叶原基(三)叶和芽的起源(三)叶和芽的起源顶芽发生在茎端(或枝端)分生组织,而腋芽起源于腋芽原基。叶是由叶原基逐步发育而来的。•茎尖培养根尖培养茎尖培养脱毒的原理是茎尖几乎不含病毒,采用旺盛分裂的茎尖组织培养,就有可能去除病毒。茎尖分区与根尖分区?与植物向性生长有关?脱毒苗常用茎尖?•1758年,迪阿梅尔(法国海军督察员)观察发现:“如果把一株幼苗上下倒置,它的根会重新定向而向下生长。它的茎会弯曲,向着上方的天空生长”。•揭示幼苗会重新确定生长方向。•许多科学家:“根进行重新定向的方式和重力有关”。根尖:“重力影响植物生长”50年后,奈特(英国乡绅)做科学实验来检测这一说法。(提供离心力,抵消重力。)实验结果:幼苗的根背着水轮车的中心向外生长,而所有的幼苗茎都朝着中心生长。事实:离心力,人造重力。但没能解释如何感知到重力。19世纪末,达尔文父子,精确确定植物感知重力的部分。猜测:“重力感受器”位于根尖。检验此假说:豌豆、蚕豆和黄瓜的根尖切掉不同长度的小段,把根侧着放在潮湿的土壤上。结果:不再具备重新确定生长方向和向土壤中弯下去的能力。进一步推测:根尖一定以某种方式传递了信号。1.切除根尖之前等待90分钟。结果,无根尖,依然向下生长。2.不再切除根尖,而是用硝酸银灼烧根尖。得出结论:根尖具有感知重力的机制。•之后一个多世纪,现代遗传学研究才确认了达尔文的实验结果,表明根最末端的细胞(根冠的区域中)能感知重力。平衡石(固定不动之石)对重力做出反应的方式,是科学家猜测它们是真正的重力感受器。根冠中央区域的细胞内致密球状结构最近20年,俄亥俄州迈阿密大学约翰.基斯及其同事确定平衡石是否真的就是感知重力的结构?方法:通过类似重力的高低度磁场,诱使平衡石侧向移动。结果:根朝着平衡石移动的同一方向弯曲。预测:无重力的情况下,平衡石不会落到细胞底部,因此植物无法知道哪儿是下。检验结果:航天飞机上(在外层空间无重力条件下),“平衡石”随机分布。基斯检测不到任何向地性弯曲。植物需要“平衡石”感知重力,正如我们需要耳朵中的耳石刺激我们的平衡感受器一样。茎的生长是与重力相反的方向(负向地性)。它又是如何感受重力的?•达尔文向光实验:切除植株的顶端部分,可以让植株失去看见光并向着侧面光弯曲的能力。•设想:茎尖也是植物向上生长时所必须的?(科学家分离出因各种光受体的缺陷而“失明”的植物。)•事实证明:切掉茎尖,植物仍然能向上生长。•是否意味着:根和茎感知重力的方式不一样?实验:科学家把成千株拟南芥突变幼苗(“失明”植物)种上一周后,把它们所在的容器翻了90°。结果:几乎所有都重新定向。极少数不能感知重力。•不能感知重力:这些突变体有很多个体根和茎都有缺陷。•但是,其他突变体则只有根或者茎受到影响。比如:一个叫稻草人的基因发生突变的拟南芥个体,茎不知道自己什么时候被横置,但根却保持了正向地性。•日本一种“牵牛花”品种“枝垂朝颜”实际上也是“稻草人”(scarecrow)基因的突变体。•表明感受重力的位置,并不知根和茎感受重力的机制。纽约大学菲尔.本菲实验室的科学家试图通过“稻草人”突变体来发现茎感知重力的部位。内皮层?发现:“稻草人”基因是内皮层形成所必须的。“稻草人”基因发生突变的植株完全没有内皮层。根中感受重力的是根尖;在茎中则是内皮层。结构如何?“枝垂朝颜”茎失去了负向地性,但根却保持了正向地性。四、茎的初生生长和初生结构结合“根尖结构”(一)双子叶植物茎的初生结构表皮保护组织,具角质层、气孔器、表皮毛皮层厚角组织皮层薄壁组织(内皮层)维管束髓射线髓初生韧皮部(外始式)束内形成层初生木质部(内始式)五、茎的次生生长与次生结构(1)维管形成层的产生髓射线的薄壁细胞(与束内形成层对应位置)脱分化束间形成层束内形成层维管形成层次生韧皮部次生木质部维管形成层的活动次生韧皮部纺缍状原始细胞切向分裂轴向的维管系统次生木质部侧横径向分裂、倾斜的垂周分裂维管形成层裂裂扩大维管形成层环径向分裂韧皮射线射线原始细胞切向分裂径向的射线系统木射线(2)木栓形成层的活动木栓层木栓形成层周皮树皮栓内层表皮(苹果)厚角组织(椴树)双子叶植物茎次生结构三维图初生木质部心材边材形成层韧皮部和皮层周皮次生木质部心材与边材(3)木材的结构春材(早材)年轮秋材(晚材)木材三切面:横切面、径切面、弦切面裸子植物茎的结构特点裸子植物茎的基本结构与双子叶植物相似,初生结构包括表皮、皮层、维管柱三个部分,有形成层,能进行次生生长。主要不同点:木质部没有导管,只有管胞;韧皮部没有筛管,只有筛胞。单子叶植物茎的结构特点(以玉米为例)表皮初生韧皮部维管束初生木质部维管束鞘基本组织特点:1.维管束散生在基本组织中。2.没有形成层,不能次生生长。*补充:竹茎双子叶植物茎的初生结构初生韧皮部初生木质部髓表皮机械组织髓射线束内形成层双子叶植物茎的初生结构轮廓图表皮皮层初生韧皮部髓射线髓初生木质部束中形成层双子叶植物茎的初生构造2311、初生木质部2、初生韧皮部3、束内形成层双子叶植物茎的初生结构立体图解维管形成层的产生及活动纺锤状原始细胞与射线原始细胞双子叶植物茎的次生结构木栓形成层的产生及其活动周皮和皮孔的形成木栓层具有重要的经济价值木栓层细胞的特性:质轻而有弹性可用于包装和防震抗酸耐腐蚀为热、电、声的不良导体隔热、隔声和电的绝缘体特殊植物(黄柏)的木栓是良好的天然药物木栓层的形成和积累情况,决定树皮的外观形态:木栓形成层条状分布,树皮纵裂;木栓形成层片状分布,树皮鳞片状脱落:木栓形成层为连续筒状的分化,树皮套状剥落,比较光滑。年轮及早材、晚材早材晚材年轮1~3年生锻树茎射线边材和心材木材的三切面苹果茎的立体结构(木材三切面)玉米茎的结构与维管束玉米茎立体图解小麦与水稻茎的结构初生增厚分生组织返回松茎(示树脂道)补充了解:竹类形态特点一、地下茎二、竹秆(地上茎)三、枝四、叶和箨五、花六、果通常为颖果,也有坚果或浆果状类型。