植物的生长

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植物生理细胞生长器官建成激素调控

植物的生长

看清单株植物如何由细胞分裂与伸长,构建根、茎、叶并协调生长

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植物生理细胞生长器官建成激素调控

植物的生长

看清单株植物如何由细胞分裂与伸长,构建根、茎、叶并协调生长

1第 1 页 · 植物的生长

种子的萌发与幼苗的生长

上页讲了植物一生的生长节奏,但生长从哪一刻真正开始?答案藏在种子里——一粒干瘪的豆子吸水后能撑破种皮、抽出胚根。这个从「静止」到「启动」的过程,今天拆开看。

萌发条件
水、氧气、适温三要素;多数种子萌发不需光
萌发顺序
吸水→酶活→胚根先突破种皮(生长极性)
异养阶段
子叶/胚乳供能,幼苗尚未自养
自养转换点
第一片真叶展开,光合接力胚乳
休眠与破除
边界:需低温层积或种皮划破才能萌发
婴儿从喝奶到吃饭对应 →幼苗从胚乳到光合

早期靠储备,消化系统成熟后才能独立进食

2第 2 页 · 种子的萌发与幼苗的生长

根的初生生长

上页胚根突破种皮向下生长,但它不是整条根均匀变长。真正的初生生长只发生在最前端的根尖那一小段。让我们把根尖切开,看里面四区如何接力。

根尖分区
从根尖最前端到基部依次为根冠、分生区、伸长区、成熟区四个区域
分生区
位于根冠内侧,细胞持续分裂,是新细胞的源头
伸长区
细胞纵向快速伸长,是根向下推进的主要驱动力
成熟区
细胞分化形成根毛和维管组织,承担吸收与运输功能
隧道掘进机对应 →根尖分区

根冠=盾构前端挡板,分生区=刀盘切削岩土,伸长区=管节前推,成熟区=内壁长管线和照明

3第 3 页 · 根的初生生长

根的初生结构

上一节讲了根尖分生区一路分化产生初生结构,那么成熟区的根横切一刀,从外向内能看到几层?每一层各管什么?这一节我们一层层剥开看。

表皮与根毛
最外一层细胞,部分外壁向外突起形成根毛,是水分与矿质进入体内的起点
皮层与凯氏带
多层薄壁细胞构成皮层;最内一圈内皮层径向壁与横向壁上有木栓化的凯氏带,像单向阀门控制物质进入维管柱
维管柱
中柱以内的中央区域,含初生木质部与初生韧皮部,是水、无机盐上行和有机物分配纵向运输的干道
中柱鞘
维管柱最外一圈薄壁细胞,保留分裂能力,是侧根发生的源头
多层同心给水管对应 →根的初生结构

根毛=进水口;皮层=缓冲层;凯氏带=单向阀;维管柱=上下运输主干;中柱鞘=可生支管的接口

4第 4 页 · 根的初生结构

侧根的发生

根的初生结构我们已看清——表皮、皮层、中柱鞘、维管柱各司其职。但要让根系扩展,光靠根尖下推远远不够,必须从侧面长出新分支,这就是侧根。它究竟从哪儿冒出来?

中柱鞘起源
侧根起源于成熟区的中柱鞘细胞,而非根尖分生区
脱分化与分裂
中柱鞘细胞脱分化恢复分裂能力,先形成一团侧根原基
突破皮层
原基不断分裂,顶破皮层和表皮,伸出母根表面
内生源
与茎的分枝(外生源)不同,侧根从母根内部发生
楼房从内部加盖对应 →侧根的内生源发生

中柱鞘是内部结构,原基从这里动工,最终顶破外墙(皮层)露头

5第 5 页 · 侧根的发生

根的次生生长及其结构

根长出来之后,幼嫩根尖只负责往下钻。可一棵大树要撑住几十米高的枝叶,光靠初生结构远远不够——这时根也得「横向发展」,把自己变粗。

次生生长的定义
由维管形成层活动,使根在径向(粗度方向)增厚的生长方式,发生在初生生长之后
形成层的起源
两部分:初生木质部与韧皮部间的薄壁细胞 + 中柱鞘在原生木质部脊处恢复分裂的细胞
形成层的活动
向内分裂产生次生木质部,向外分裂产生次生韧皮部,根的横截面逐年增粗
周皮的形成
中柱鞘形成木栓形成层,向外产生木栓层、向内产生栓内层,取代表皮起保护作用
水管壁增厚对应 →根的形成层活动

管壁增厚=径向增厚;向心堆木质部(输水),离心堆韧皮部(输糖)

6第 6 页 · 根的次生生长及其结构

茎的初生生长及其结构

上一页看完根——根尖分生组织向下推,维管组织辐射排列。现在反过来看茎:茎由 SAM 向上推,初生结构最大的不同是出现了「维管束」,木质部和韧皮部抱团成束。

初生生长的动力来源
茎顶端分生组织(SAM)持续分裂,沿分生区→伸长区→成熟区推进,使茎伸长并分化出各类初生组织
初生结构的组成
由外向内:表皮(保护)→ 皮层(薄壁组织常含叶绿体)→ 维管柱(维管束+髓+髓射线)
维管束排列规律
双子叶植物:维管束环状排列于维管柱;单子叶植物:维管束散生于整个茎的薄壁组织中
与根的关键区别
根:无髓、无束、维管组织辐射排列;茎:有髓有束、皮层常含叶绿体,维管束成环或散生
竹笋拔节长成竹子对应 →茎的初生生长

笋尖不断冒新节=分生区;中段节间拉长=伸长区;基部老节=成熟区——三区接力推动笋往上拔

7第 7 页 · 茎的初生生长及其结构

茎的次生生长及其结构

上一页我们看到茎如何向上伸长,但一棵树苗长成参天大树,光靠'长高'不够——树干年年变粗,这背后就是次生生长的功劳。

次生生长的定义
茎的直径增粗过程,由侧生分生组织(维管形成层、木栓形成层)驱动
维管形成层
向内分裂产生次生木质部,向外分裂产生次生韧皮部
木栓形成层
分裂产生木栓细胞形成周皮,替代表皮起保护作用
年轮的形成
维管形成层周期性活动,早材疏松、晚材致密,呈现同心圆
给笔一圈圈缠胶带对应 →次生生长

每缠一圈笔就粗一点,茎每过一年也长出新的一圈木质部

8第 8 页 · 茎的次生生长及其结构

周皮与树皮

上页讲完茎的次生生长,你可能想到:茎在变粗,原来那层薄薄的表皮能扛住吗?扛不住——它会被撑破,需要一套全新的次生保护层来接班。

周皮三组分
木栓形成层(分生母体)+ 木栓层(死细胞栓质化,防水)+ 栓内层(活细胞)
木栓形成层起源
并非固定位置:可由表皮、皮层或韧皮部薄壁细胞脱分化而来
皮孔
周皮上的通气结构,弥补木栓层不透气的缺陷
树皮(广义)
= 维管形成层以外的所有组织:周皮 + 残余皮层 + 次生韧皮部
建筑外墙三层对应 →周皮三组分

施工队(木栓形成层)不断加层,外砖墙(木栓层死后防水),内保温层(栓内层活细胞)

9第 9 页 · 周皮与树皮

年轮是如何产生的

茎的次生生长让形成层不断在内部添加次生木质部;当一年中形成层的活动有强有弱,新木材便在横切面上留下深浅相间的条纹。

季节节律
形成层春季活跃,生长季末逐渐放缓;季节性气候使木材增量有强有弱。
早材
春季形成,细胞腔较大、壁较薄,颜色较浅,输水能力相对强。
晚材
生长季末形成,细胞较小、壁较厚,颜色较深,更致密且机械支持作用强。
一轮含义
一轮通常是一年形成的次生木质层,含早材与晚材;热带树木年界可能不明,干旱或霜冻可造成假轮、缺失轮。
环境档案
宽度与同位序列可辅助估龄,并重建干湿、温度或火灾历史;需交叉定年。
按年装订的日记对应 →年轮

每年新写的一页对应一圈;页内春季与季末的变化,对应早材和晚材。

10第 10 页 · 年轮是如何产生的

茎的初生组织与次生组织之

茎的初生组织与次生组织之间的关系:定义、要点与典型应用

茎的初生组织与次生组织之
茎的初生组织与次生组织之间的关系:定义、要点与典型应用
11第 11 页 · 茎的初生组织与次生组织之

本节要点

  • 根向下、茎向上,源于分生区细胞分裂
  • 初生生长使器官伸长,次生生长使器官加粗
  • 形成层是次生生长的引擎
  • 年轮是树木的气候档案
  • 维管束把根、茎、叶连成统一整体
延伸主题:植物激素如何调控生长环境因子对生长的影响双子叶与单子叶的差异
12第 12 页 · 本节要点

课后思考

先遮住参考答案,给自己一分钟再翻看提示。

1为什么种子萌发后,幼苗的根总是先向下、茎总是先向上生长?

参考答案重力刺激下生长素分布不均:根对生长素敏感,高浓度反而抑制向下弯,茎则被促进向上长。

2如果将一棵幼树主干环剥一圈树皮,树会怎样?为什么?

参考答案韧皮部被切断后,有机物无法向下运到根部,根部饥饿致死,整株逐渐枯萎。

3年轮在温带清晰可见,热带雨林的树为什么几乎没有年轮?

参考答案年轮源于形成层随季节的周期性活动;热带气温雨量稳定,形成层持续分裂不形成明显界线。

13第 13 页 · 课后思考