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中国农业大学生物学院教案2009.9~2010.7学年课程名称：植物生物学教材名称：植物生物学（主编杨世杰）授课对象：生物各专业，生命科学试验班、资源与环境学院各专业开课时间：全年授课学时：48主讲教师：《植物生物学》课程组教学章节：第六章编写时间：2009.09第六章叶的结构、发育与生理功能教学内容：叶的结构、发育与生理功能总学时：4教学目标：掌握叶的基本形态，了解叶的功能；掌握叶的结构；掌握叶对不同生态条件的适应性；掌握光合与蒸腾作用；掌握叶的衰老与脱落教学重点：叶的结构------各级叶脉的结构、叶肉的分化、表皮的结构，结构与功能的关系；叶的不同生态类型，光合作用，环境对结构的影响，离层。教学难点：叶的结构，光和作用教学手段：多媒体教学教学过程章节学时主要教学内容及安排备注第一节叶的功能第二节叶的形态第三节叶的发生和结构2导入新课（5min）：上节课我们学习了植物的营养器官之一——根的结构与功能，大家还记得根的发育及基本结构与功能吗？（结合学生回答简单进行复习）。可以说根使得植物体能够从土壤中吸收水和无机盐，为植物的生长提供了基本保证。而植物体要不断长大，将光能转化为化学能就需要另一类营养器官——叶来完成了。对一般植物而言，叶是数量最多的营养器官，为植物提供了最大表面积，植物进行光合作用也主要是在叶中进行的，本章我们学习的就是这个器官的结构。第一节叶的功能主要作用——光合作用、蒸腾作用。此外叶还有吸收和分泌、攀援等功能，结合叶形态的多样性、叶的变态等内容介绍。第二节叶的形态主要讲解单叶和复叶的结构，给出完全叶、不完全叶、叶的异叶性、叶序、叶镶嵌的概念，简单介绍禾本科叶的特点、复叶的类型。一、叶的形态叶的样式多种多样，可有不同的形状、叶基、叶尖、叶缘、叶脉类型，可作为植物分类的形态依据，这部分内容在下学期形态术语部分详细讲解。二、叶序叶在茎上的排列方式称为叶序。有互生、对生、轮生和簇生、基生几种类型。结合多媒体图片讲解各类叶序。无论哪种叶序，相邻两个节上的叶都不会重叠遮盖，他们总是因在茎节上着生的位置、方向不同，叶柄长短不一，或通过叶柄扭曲生长，使叶片之间交互排列，负载量平衡，减少相互遮盖，形成镶嵌式排列，有利于充分接受阳光照射，叶的这种排列特性，称为叶镶嵌。无论是草本植物还是木本植物都是按照叶镶嵌性来展布自己的枝叶的，我们了解这一特点，在实际生活中就要注意植物的种植密度，为植物提供充足的展布空间。第三节叶的发生和结构一、叶的发生（一）叶原基的形成。结合图片讲解叶的外起源（外生源），给出叶原基的概念，叶原基发生过程生长锥的变化。叶、腋芽原基发生的顺序。（二）叶的发育以叶片发育为主讲解叶发育过程涉及的三种生长过程，重点强调发育的动态设问板书过程。叶原基形成后，若是完全叶，则在下部先分化出托叶，上部分化出叶片和叶柄。托叶原基生长迅速，包围和保护叶原基上部。后来叶原基上部发育加快，分化出叶片雏形。而叶柄发生较晚，当叶片从芽中展开时才明显伸长，以后随幼叶叶片的展开迅速伸长。叶片的发育由叶原基上部经顶端生长、边缘生长和居间生长后形成。成熟的顺序是从叶尖至叶基。在以上生长过程中，叶的发育过程亦由原分生组织（叶原基早期）过渡到初生分生组织（原表皮、基本分生组织和原形成层），再形成初生结构，只是因各部分裂的速率不同，才形成叶器官扁平的构象。叶的生长为有限生长，基本上没有次生生长和次生结构的形成。二、叶的结构（一）叶柄的结构：（二）双子叶植物叶片的结构结合多媒体图片讲解双子叶植物的叶片结构，重点讲解各部分结构的特点及与环境、功能的适应性，并引出异面叶和等面叶的概念。叶片的结构分为表皮、叶肉（mesophyll）和叶脉（vein）三部分。1、表皮表皮来源于原表皮，叶片腹面为上表皮，背面为下表皮。表皮一般由一层细胞构成，但有的植物的表皮由一层以上的细胞构成，称为复表皮，如橡皮树、夹竹桃叶片。表皮除基本组成的表皮细胞外，还有气孔器、表皮毛、腺毛、异细胞、排水器等。表皮细胞：外壁有角质膜，有的植物在角质膜外还有蜡被。角质和蜡质有节制蒸腾和防御病菌侵入的作用，还有折光性，防止强光引起的灼伤。气孔器：是气体交换和水分出入的主要门户，由保卫细胞、（副卫细胞）、气孔和气孔下室共同组成，结合多媒体图片讲解各组分的特点及在不同植物叶上分布规律。毛状体：形态多样，包括表皮毛和腺毛等。可反射强光，分泌粘性物质，限制叶表的空气流动，使干热风不致直入气孔，减缓蒸腾作用。茎表皮与根表皮差异甚大，原因？2、叶肉叶肉是由基本分生组织发育形成，主要由同化组织构成，此外，还可能有分泌腔、含晶体的异细胞及石细胞等。由于叶片两面受光的影响不同，叶肉又分化为栅栏组织和海绵组织两种类型。重点讲解栅栏组织和海绵组织的特征与区别，功能上的差异；等面叶和异面叶。结合栅栏组织介绍叶绿体的光运动。我们可以根据叶肉判断上下表皮。3、叶脉叶脉由原形成层发育而来。双子叶植物叶脉根据粗细分为主脉、较大侧脉、细脉、脉稍，一般大小叶脉交织成网状脉。有些植物脉稍游离于叶肉中为开放式叶脉，有些则脉稍彼此连接而形成封闭式叶脉。结合多媒体图片讲解不同类型叶脉结构变化，重点是输导组织、机械组织的复习分生组织复习保护组织特点设问介绍叶绿体光运动进展第六节叶对不同生态条件的适应变化，维管束鞘的发育，传递细胞的特点及功能。（三）禾本科植物叶片的结构特点与双子叶植物对比学习。禾本科植物的叶片也由表皮、叶肉、叶脉三部分组成。叶片一般斜向上举，两面接受光照情况相仿，因此，与双子叶植物叶片不同，为等面叶。1、表皮：识别、讲解气孔器、栓细胞、硅细胞、泡状细胞泡状细胞：禾本科叶位于相邻两条平行叶脉之间的特殊的上表皮细胞，细胞长轴与叶脉平行，常5—7个细胞为一组，中间的最大，两侧的依次渐小。横切面上状如扇形，所以又称扇形细胞。泡状细胞为体积较大的薄壁细胞，且垂周壁薄，液泡大。为什么会有泡状细胞？从结构上看，干旱时泡状细胞极易失水而引起叶片向腹面卷曲，可缩小蒸腾面积，降低蒸腾量；当空气湿度升高，蒸腾强度降低时，叶片恢复平展，故又称运动细胞。如果，干旱对植物造成永久性伤害，则叶片不能复原，即永久萎蔫。2、叶肉叶肉没有栅栏组织与海绵组织的分化，细胞呈长形、球形或无规则形，细胞壁向细胞腔内形成褶叠，叶绿体沿褶叠的壁排列。小麦等植物的叶肉细胞呈现峰、谷、腰、环状，该形状增加了细胞的表面积和扩大了细胞间隙，有利于光合作用、气体交换和物质运输。细胞环数与叶位和植物发育时期有关。3、叶脉叶脉为平行叶脉，即主脉与两侧的粗脉及细脉作纵向平行排列，各纵向脉之间有横向细脉相连。主脉和粗脉与表皮之间有发达的纤维细胞，且维管束也为纤维细胞所包围，构成维管束鞘，而细脉的维管束鞘由1-2层薄壁细胞构成。水稻等湿生、水生植物叶中常发育通气组织。（四）裸子植物叶的结构裸子植物的叶多是常绿的，少数如银杏（Ginkgobiloba）、落叶松等是落叶的。叶常呈针形、短披针形或鳞片状。以松柏类为代表，多以针形叶为主，二针、三针或五针一束，横切面上呈半圆形或三角形。以松叶为例，其结构分为表皮、下皮层、叶肉及维管组织四部分，结合图片讲解结构，重点提示气孔位置，叶肉细胞形态，树脂道结构，引导学生判断其生态类型。第六节叶对不同生态条件的适应叶是最容易受周围环境影响的器官，不同生境下叶的结构明显存在差异。生态环境对叶的长期影响会使植物在遗传上发生改变，使一些特征固定下来。而环境因子中的光照和水分是作用最大的两个因子。结合图片重点讲解阴地和阳地植物，旱生和水生植物叶的结构特点，这种结构得形成与环境因子的关系。一、阳地植物与阴地植物叶的特征这两种植物特征的差异主要是光照因子差异造成的。阳地植物：一般叶片较厚、较小，表皮角质膜厚，栅栏组织和机械组织发达，叶肉细胞间隙较小，有类似旱生植物叶的特征。阴地植物：叶片大而薄，表皮角质膜薄，栅栏组织不发达，海绵组织较发达，叶绿体较大，表皮细胞也常含有叶绿体。光合作用主要依靠富含蓝紫光的散射光，叶绿素b的含量较阳地植物高，叶片多呈黄绿色。机械组织不发达，叶脉稀疏。设问泡状细胞用途同一株植物，不同叶位受光情况不同也会形成这两种叶结构差异。二、旱生植物与水生植物叶的结构特点主要是水分因子差异早成植物体结构差异。1、旱生植物：能适应干旱条件而正常生活的植物。旱生植物的叶具有保持水分和降低蒸腾的特征，通常向着两个方向发展：减少蒸腾：叶面积小，表皮细胞外壁增厚，角质膜厚，蜡被和表皮毛发达，有的植物形成复表皮。气孔下陷或限定在气孔窝内。栅栏组织细胞层数多，甚至上下表皮内方均有栅栏组织分布。叶脉发达，可提高输水率和机械强度，如夹竹桃、松叶等。贮藏水分：形成肉质植物，叶片肥厚多汁，叶肉中有发达的贮水组织，保水能力强，以适应干旱的环境，如芦荟、马齿苋等。2、水生植物：部分或全部生活在水中的植物。气体和光照不足。为适应这种生态环境，叶片通常较薄，沉水植物叶无气孔和表皮毛，表皮细胞具叶绿体，可营吸收、光合作用和气体交换的功能。叶肉不发达，无栅栏组织和海绵组织的分化，形成发达的通气系统，机械组织和维管组织退化，导管不发达。浮水叶仅在上表皮有少量气孔。挺水叶气孔集中在上表皮。三、、C3、C4植物和Cam植物（见光合作用）小结（2min.）：本次课程我们学习了叶的功能、形态、发育与结构、环境因子对叶的影响，有关叶的生长和结构、叶的生态类型是我们重点掌握的内容。第四节光合作用（包括第六节中的C4植物、CAM植物）2导入新课（5min）：上节课我们学习了叶的功能、形态、发育与结构、环境因子对叶的影响等内容，（展示双子叶植物叶片图）这张图片展示了————（设问），对这是双子叶植物叶片的结构（复习叶的基本结构）。结构是执行功能的基础，这节课我们重点学习叶的两大生理功能：光和作用和蒸腾作用。第四节光合作用一、光合作用的实质和重要性。通过光合作用的基本公式、层层设问、科学数据的给出讲解光合作用。光合作用通常是指绿色植物吸收光能，把二氧化碳和水合成有机物，同时释放氧气的过程。光合作用是地球上最重要的化学反应。光合作用是生物界获得能量、食物以及氧气的根本途径光合作用被称为“地球上最重要的化学反应”。当今人类社会面临着日趋严峻的食物不足、能源危机、资源匮乏和环境恶化等问题，这些问题的解决无一不与植物的光合作用有着密切的关系。因此深入探讨光合作用的规律，揭示光合作用的机理，使之更好地为人类服务，愈加显得重要和迫切。二、光合作用的核心和机理通过对光合作用研究历程的回顾解析光合作用的核心和机理在光和作用的简单公式里隐藏的光合作用的核心就是能量转换太阳光转化为电能、不稳定化学能、继而稳定化学能，是光合作用的实质和核心。在这一复杂反应过程中，光能如何被捕捉？能量如何被储存并转化？反应在哪里发生？氧气如何产生？这一些列的问题都是伴随着研究的深入逐步弄清的。光合作用本质上是一个氧化还原过程。其中CO2是氧化剂，H2O是还原剂，作为CO2还原的氢的供体。设问给出公式设问激发学习兴趣光合作用的实质是将光能转变成化学能。根据能量转变的性质，将光合作用分为三个阶段：1.光能的吸收、传递和转换成电能，主要由原初反应完成；2.电能转变为活跃化学能，由电子传递和光合磷酸化完成；3.活跃的化学能转变为稳定的化学能，由碳同化完成。光合作用靠光发动，但并非全过程都需要光。根据需光与否，又可将光合作用过程分为光反应和暗反应。三、光合作用的反应过程（一）光反应光反应在叶绿体类囊体膜上进行。包括原初反应、电子传递和光合磷酸化过程，经过光反应，光能转化为活跃的化学能储存于ATP、NADPH中。1.光：光是辐射能的一种形式，具有波粒二相性。光有着不同的波长，光靠光波进行传递，波长越短，能量越高。从太阳辐射到地球的光波长范围为：300-2600nm植物光合能吸收的光波长范围为：400-700nm2.光合作用进行的部位（复习叶、叶绿体结构）叶片是植物进行光合作用的器官！叶绿体是能量转换和物质转化的场所！色素蛋白复合物和电子传递链捕获、传递、转换能量！酶的作用重大！3.光合色素在光合作用的反应中吸收光能的色素称为光合色素，主要有三种类