第20章植物的生殖和發(fā)育

1、第20章植物的生殖和發(fā)育第1節(jié) 植物的生殖教學(xué)目標(biāo)：知識目標(biāo)：1）概述綠色開花植物的受精過程。2）舉例說明幾種植物的營養(yǎng)繁殖3）說出植物組織培養(yǎng)的過程能力目標(biāo)：1）通過對植物生殖的圖示觀察，嘗試圖與文字轉(zhuǎn)換的表達(dá)2）能夠模仿人工營養(yǎng)繁殖的圖示，進(jìn)行植物的嫁接、扦插或壓條等活動。情感態(tài)度和價值觀目標(biāo)：1）觀察植物的組織培養(yǎng)過程，閱讀人工種子形成的資料，體驗新科技與傳統(tǒng)生產(chǎn)的差異2）參與嫁接、扦插或壓條等活動，體驗植物新生命的誕生過程。教學(xué)過程：教師：在初一的時候我們學(xué)習(xí)了綠色開花植物花的結(jié)構(gòu)，下面我們以桃花為例，一起來回顧一下：一、花的基本結(jié)構(gòu)（以桃花為例）1花柄：一端著生在莖上，另一端連接著花

2、朵。2花托：順著花柄往上看，可看到略為膨大，呈杯狀3花萼：由5片萼片組成。4花冠：由花瓣組成?；ㄝ嗪突ü诤戏Q花被。5、花蕊：包括雄蕊和雌蕊。雄蕊由花絲和花藥組成，花藥里有花粉。雌蕊由柱頭、花柱、子房三部分組成。子房里有胚珠（桃花只有一個胚珠）。二、受精與果實的形成1、當(dāng)花的各部分發(fā)育成熟時，花被就會展開，露出花蕊?；ǚ蹚幕ㄋ幚锷l(fā)出來，通過自花傳粉或依靠昆蟲、風(fēng)等外力進(jìn)行異花傳粉，花粉落到柱頭上，經(jīng)過一系列復(fù)雜變化，完成受精作用。2、受精的過程：花粉萌發(fā)，長出花粉管，穿過雌蕊的柱頭、花柱，到達(dá)子房，一個精子與卵細(xì)胞結(jié)合，一個與極核結(jié)合，完成雙受精作用。3、子房發(fā)育成果實（包括果皮和種子），子房

3、壁發(fā)育成果皮，胚珠發(fā)育成種子。受精卵發(fā)育成種子的胚，受精極核發(fā)育成胚乳。4、綠色開花植物的這種生殖方式稱有性生殖。問題：被子植物是由什么結(jié)構(gòu)來繁殖后代的？（生）種子。（師）問題：種子中的哪部分結(jié)構(gòu)發(fā)育成為新個體？（生）胚。（師）問題：種子的“胚”是由什么結(jié)構(gòu)發(fā)育而來的？（生）兩性生殖細(xì)胞結(jié)合成受精卵發(fā)育而來的。（師）這種生殖方式屬于有性生殖。請大家概括出有性生殖的定義。（生）由受精卵發(fā)育成新個體的生殖方式稱為有性生殖。三、植物的營養(yǎng)繁殖1、植物的營養(yǎng)繁殖：（師）除了有性生殖，想一想，生活中我們觀察到的植物還有其他的生殖方式嗎？（生）學(xué)校農(nóng)業(yè)實踐活動挖番薯時，聽農(nóng)民說，番薯是用番薯藤來種的。（生

4、）大蒜放久了會發(fā)芽。（生）增城的“掛綠”可以接枝?。ㄉ┐汗?jié)買的富貴竹插在花瓶里，時間長了，它就長根了?。◣煟└鶕?jù)大家講的生活實例，對照插圖，觀察與思考：這些植物的生殖方式有什么共性？（生）它們用植株的根、莖、葉繁殖后代。（師）這種生殖方式和有性生殖有什么區(qū)別？（生）它們的生殖過程沒有兩性生殖細(xì)胞的結(jié)合。（師）不經(jīng)過兩性生殖細(xì)胞的結(jié)合，由母體直接產(chǎn)生新個體，這種生殖方式稱什么？（生）無性生殖。2、營養(yǎng)繁殖的應(yīng)用師：剛才有同學(xué)說：“增城的掛綠可以接枝”，“番薯是用番薯藤來種的”等，這些繁殖方式就是無性生殖中的嫁接和扦插。1）參考圖片，討論思考：嫁接植物時，植株成活的關(guān)鍵在哪里？ 請畫出切割后的砧

5、木和接穗暴露出來的形成層的位置，并選擇出接穗插入砧木的正確部位（/）。（師）經(jīng)過同學(xué)們的探討，大家知道嫁接成功的關(guān)鍵是什么嗎？（生）分析：嫁接成功的關(guān)鍵是接穗和砧木的形成層有沒有緊密結(jié)合。（師）同學(xué)們找到了嫁接操作成功的理論關(guān)鍵，那么如何識別模擬嫁接的植物是否成活呢？2）扦插3）壓條四、植物的組織培養(yǎng)（師）隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人類繁殖植物的手段也越來越多，大家還知道其他的方式嗎？下面我們進(jìn)入“生物知識共享”環(huán)節(jié)。（生）組織培養(yǎng)1、組織培養(yǎng)的原理：植物細(xì)胞的全能性2、組織培養(yǎng)的過程：3、組織培養(yǎng)在生產(chǎn)實踐上的應(yīng)用（詳見教參）附：一、漫談植物的花植物在其系統(tǒng)發(fā)育過程中，產(chǎn)生許多變異，以適應(yīng)不斷

6、變化的周圍環(huán)境；而植物的花，同樣產(chǎn)生了許多奇特的變異，從而保證了物種生存并促進(jìn)種屬的繁衍和發(fā)展。l植物很少自花授粉自花授粉的植物，其后代適應(yīng)環(huán)境的能力不強，生活力也比較弱，在自然界很容易被淘汰。所以，世界上大多數(shù)有花植物是異花授粉的，只有少數(shù)為自花授粉。植物能以各種方法避免自花授粉。有些雌雄異株植物，例如柳樹、大麻等，就完全沒有自花授粉的可能性；另外，如三葉草、木犀草和豕豆等植物，其自身的花粉不能授粉?；ㄖL短差異很大，對于避免自花授粉具有重要作用。油茶、蕎麥、櫻草等，均具有不同長度（兩種大?。┑拇菩刍ㄈ?，而千屈菜的雌雄花蕊甚至有3種大小。有些植物的雌蕊和雄蕊不同期成熟，以避免自花授粉，如核桃

7、、長山核桃、榆樹、車前草，均屬這種情況。某些巴西蘭科植物，則以最奇怪的方式防止自花授粉，它的花粉對自己的花是有毒的，花粉一旦落在同株雌花柱頭上，即引起衰萎現(xiàn)象。2花粉主要靠風(fēng)傳播異花授粉的植物，其花粉的傳播需要靠許多“媒介”得以完成。最原始的有花植物，可以想象主要是借助于風(fēng)力把它們的花粉傳布到別的花朵的柱頭上，例如柳樹、大麻、杉木和松樹等，都是靠風(fēng)來傳粉。在溫涼和寒冷的氣候中，大部分喬木、灌木和草本植物，都是由風(fēng)傳粉的。有人初步統(tǒng)計，世界上將近15的有花植物都是靠風(fēng)傳粉。這些植物的花粉數(shù)量多，并且輕而光滑，能夠被風(fēng)吹得很遠(yuǎn)?；ǚ埏w得最高、最遠(yuǎn)的是松樹花粉；松樹的花粉生有氣囊，可以幫助飛行，使它

8、可以升高幾千米，越過高山，跨過海洋，傳播到100km以外的地方去。一株玉米的雄穗具有20005000萬?；ǚ?，花粉多，授粉的機會也就增多了，同時還可以彌補風(fēng)的撒播是紊亂和不定的缺點。3昆蟲及某些動物是花粉的最好傳播者油茶、大豆、煙草、芝麻等植物是靠昆蟲傳粉。它們常具有許多特性來適應(yīng)各種昆蟲的傳粉。蟲媒花植物的花具有花蜜，花粉少而粗糙，帶粘性，花還用美麗的顏色和濃郁的香味招引昆蟲。蜜峰能識別青、紫、黃等色澤；深紅的色澤對蝴蝶有很大的引誘力。有一種馬來西亞的“無葉花”，還會發(fā)出摹仿腐敗物質(zhì)的臭氣，來招引喜歡吃腐肉的蒼蠅為它傳粉；長在蘇門答臘的“大花草”，也會散發(fā)出一股觸鼻臭味，這種奇臭同樣也是為了

9、吸引昆蟲，特別是那些專吃腐敗物的蠅和甲蟲來傳遞花粉。蛾子專為特殊的花傳粉，“夜來香”總是在夜里開放，全靠濃香吸引蛾子來為它傳粉。蟲媒花的結(jié)構(gòu)和形狀都起了巧妙的變化。例如鼠尾草具有口唇狀的花冠，在上唇瓣的下面有1個雌蕊和2個雄蕊，就象兩根杠桿并列在花筒的入口處。當(dāng)丸花蜂踏上唇瓣，把頭伸進(jìn)花筒去吃蜜時，頭向里面推頂，雄蕊的上端則因杠桿作用，正好把花粉撲散在蜂背上。當(dāng)這只丸花蜂飛到另1朵花去采蜜時，它的背部附著的花粉便和下垂的雌蕊接觸，傳播了花粉。在非洲馬達(dá)加斯島上有一種蘭花，它的花蜜藏在一根約30cm長的花管子里，卻偏有一種嘴巴長竟達(dá)30cm的蛾子來吸蜜，同時幫助了傳粉。南美洲有一種蜂鳥，體小如蜂

10、，嘴巴似針，能插入花管吸蜜，也為植物傳了花粉?！叭f年青”的花為黃色多肉，蝸牛最喜歡吃，同進(jìn)也為它傳了粉。爪哇島上有一種木本植物，黃昏后才開花，花為玫瑰色，它的傳粉者竟是蝙蝠。枇把這種植物卻靠鳥雀來進(jìn)行傳粉。在澳大利亞有許多植物的花蜜被袋鼠采食，這樣袋鼠也為它們傳了粉。也有一些植物的花，其形狀演變成象昆蟲的樣子，引誘昆蟲為它們傳種接代。英國就有一種蘭科植物，名叫蝴蝶蘭，花的形狀非常奇特。這種植物，在潮濕的沼澤地里，貼近地面生著兩張橢圓形的大葉子，中間抽生一根約30cm長的枝梗，枝梗上開著許多白花，微風(fēng)吹動，很象一群蛾子在飛舞，從而吸引蛾子紛紛飛來作伴，而旦靠近時卻又被此花花蜜的香氣所吸引。自然，

11、這些昆蟲在吸蜜的同時便為這種植物傳了花粉。還有一種美麗的蘭科植物，大都生長在土壤松軟的牧場里。它的萼片和花瓣都是粉紅色或白色，花瓣一展開活象蜜蜂身上的大翅膀；裸露的褐色唇瓣既寬闊，又彎曲，很象一只大蜜蜂，故稱蜜蜂蘭。它就是依靠這一特殊構(gòu)造，迎來了為它傳種接代的蜜蜂。人們知道了植物的這一奧秘之后，就用人工傳粉幫助植物多結(jié)實，增加產(chǎn)量。例如向日葵、玉米等植物。經(jīng)過人工輔助授粉，就大大增加了產(chǎn)量。4水也參與植物的傳粉許多水生植物、如金魚藻屬、茨藻屬、安納卡利屬、苦草屬等植物，常常是賴以水力來進(jìn)行異花傳粉。在這些植物的種類中，苦草屬的植物授粉過程特別有趣。雄花從花序上脫落，上升而飄浮在水面；雌花的花莖

12、伸長，直到柱頭達(dá)到水面，并停留在水面，直到它接觸從雄花所散發(fā)出來的花粉。在授精以后，花莖卷曲起來，拉引幼果到水下，在那里完成其發(fā)育。但是，對陸生植物來說，授粉季節(jié)下雨卻是非常有害的，不但傳粉的昆蟲在這種天氣下不出來活動，而且空氣中隨風(fēng)傳播的花粉也會被雨水沖洗掉。5一些植物奇特的傳粉方式蘿藦的花是靠昆蟲傳粉的，但它的花朵構(gòu)造奇特，花冠圓形，很長。當(dāng)昆蟲來到籮藦的花朵上時，很容易陷入花冠深處，等昆蟲拼命掙扎出來的時候，它的腳上已經(jīng)沾滿了花粉。而馬兜鈴的花卻象個小瓶子，雌蕊和雄蕊都生在瓶子底部，雌蕊比雄蕊早熟23d（天），這就避免了自花授粉。當(dāng)雌蕊成熟時，瓶底的蜜腺就分泌出又香又甜的蜜汁，昆蟲便從瓶

13、口爬進(jìn)瓶子里吸蜜；但是這些昆蟲進(jìn)去后再出來就不容易了，因為瓶口的毛挺直有力，尖頭向下，象一根根倒刺。這時，昆蟲便在瓶內(nèi)亂蹦亂撞，結(jié)果由別處帶來的花粉便沾到雌蕊上了。雌蕊授精以后，昆蟲還出不來，直到幾天后，雄蕊成熟了，小蟲沾了一身雄蕊的花粉，這時瓶口的茸毛才萎軟下來，昆蟲才掙脫出來；這時沾滿花粉的昆蟲又鉆進(jìn)另一朵花里去吃蜜。并傳了花粉。二、扦插扦插也稱插條，是一種培育植物的常用繁殖方法。可以剪取某些植物的莖、葉、根、芽等（在園藝上稱插穗），或插入土中、沙中，或浸泡在水中，等到生根后就可栽種，使之成為獨立的新植株。在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中，不同植物扦插時對條件有不同需求。了解和順應(yīng)它們的需求，才能獲得更高的

14、繁殖成功率。嫩枝插是在植物的生長期間（以雨季最適宜）所進(jìn)行的帶葉扦插。選擇當(dāng)年生發(fā)育充實的半成熟枝條作插穗，長度一般為10 cm左右，保證每個插穗帶兩到三個葉片，以便它們能進(jìn)行光合作用制造養(yǎng)料，促進(jìn)生根。如葉片較大，可只留一片或?qū)⑷~片剪去一部分，以減少蒸發(fā)量。草本植物的嫩枝插最好選取枝梢部分，可大大提高成活率，且能迅速獲得理想株形。紫背天葵的扦插就屬于嫩枝插。水插即把插穗基部先浸泡在水中，定期換水，等生根后再移植到土中。豆瓣綠的莖和葉都可以水插。為了保證扦插的成活，必須注意以下幾個關(guān)鍵性的問題：1.插穗的選擇和處理。要選擇生長健壯沒有病蟲害的枝條作插穗。選好插穗后要精心處理。嫩枝插的插穗采后應(yīng)

15、立即扦插，以防萎蔫影響成活。多漿植物（如仙人掌等），剪取后應(yīng)放在通風(fēng)處晾幾天，等切口略有干縮再扦插；或用微火略燒烤下面切口，以防止腐爛。一般植物插穗的下面切口如沾一些剛燒完的草木灰，也有防止腐爛的作用。2.溫度。一般植物的扦插以保持2025 生根最快。溫度過低生根慢，過高則易引起插穗切口腐爛。所以，如果人為控制溫度的條件，一年四季均可扦插。自然條件下，則以春秋兩季溫度為宜。3.濕度。扦插后要切實注意使扦插基質(zhì)保持濕潤狀態(tài)，但也不可使之過濕，否則引起腐爛。同時，還應(yīng)注意空氣的濕度，可用覆蓋塑料薄膜的方法保持濕度，但要注意在一定時間內(nèi)通氣。三、嫁接嫁接就是把一個植物體的芽或枝，接在另一個植物體上，

16、使結(jié)合在一起的兩部分長成為一個完整的植物體。接上去的芽或枝叫做接穗，被接的植物體叫做砧木。嫁接的方法有兩類：芽接和枝接。芽接是用芽作接穗，枝接是用枝作接穗。不管是芽接或枝接，都要確保接穗的形成層與砧木的形成層緊密地結(jié)合在一起。只有這樣，雙方的形成層分裂出來的新細(xì)胞才能愈合，接穗才能成活。在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)實踐中，很多植物都是使用嫁接繁殖的，如月季、菊花、仙人掌類、蘋果、梨、桃、柑橘等。以梨樹作例子來說，接穗要從鴨梨等優(yōu)良品種的植株上選取，砧木可以選用杜梨等野生種類植株。鴨梨的果實大，味道甜，但抗病力弱。杜梨的果實小，味道澀，但抗病力強。通過嫁接，就將鴨梨和杜梨的優(yōu)點結(jié)合到了一起。給果樹嫁接，技術(shù)要求

17、高、專業(yè)性強，還要使用專門的嫁接工具，如芽接刀等。給仙人掌類植物嫁接則相對容易一些。仙人掌類植物一般為仙人掌科植物的通稱。此科植物約有2 000多種，如蟹爪蘭、曇花、令箭荷花、三棱箭、仙人球、仙人鞭等。仙人掌類植物形態(tài)獨特、花色繁多，有些品種還可食用，故而受到人們越來越多的偏愛。仙人掌類植物中絕大部分屬陸生類型，原產(chǎn)于沙漠或草原地帶，耐干旱和強烈光照。少數(shù)種類原產(chǎn)于熱帶雨林，只有200多種。如曇花、蟹爪蘭等，屬于附生類型。仙人掌在我國南方一些地區(qū)可陸地栽培，是很好的園林綠化植物。而在北方地區(qū)，則不能在室外越冬，故多盆栽。仙人掌要長到一定大小才能開花，花期又短，人們就把花期較長的蟹爪蘭嫁接到仙人

18、掌上。元旦春節(jié)期間，蟹爪蘭絢爛的花朵不但裝點了環(huán)境，又烘托了節(jié)日氣氛。仙人掌嫁接蟹爪蘭需要的材料用具有：蟹爪蘭幼莖、仙人掌，芽接刀、廢紙、尺子、醫(yī)用橡皮膏等。嫁接的方法如下：先用尺子測量蟹爪蘭扁平的變態(tài)莖的寬度，再將仙人掌的球莖頂端平著切掉一部分；要使切口略寬于蟹爪蘭莖的寬度。使用芽接刀小心地在切口中央下切152 cm深；再把蟹爪蘭莖的背腹兩側(cè)115 cm處各斜削一刀，削成楔形。立即將削好的蟹爪蘭插入仙人掌的切口中（注意盡量避免對傷口的污染），插牢后用醫(yī)用橡皮膏把插接處纏繞一周。操作時可用廢紙包住仙人掌，避免小毛刺扎手。教師可事先實踐一下，取得經(jīng)驗，再帶領(lǐng)學(xué)生操作。四、植物的組織培養(yǎng)植物組織培

19、養(yǎng)發(fā)展簡史植物組織培養(yǎng)是20世紀(jì)30年代初期發(fā)展起來的一項生物技術(shù)。它是在人工配制的培養(yǎng)基上，于無菌狀態(tài)下培養(yǎng)植物器官、組織、細(xì)胞、原生質(zhì)體等材料的方法。植物細(xì)胞的全能性是植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)。20世紀(jì)初，曾有人提出能否將植物的薄壁細(xì)胞培養(yǎng)成完整植株?研究者從胡蘿卜根的韌皮部取下一塊組織，并在液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)，使其分化出了愈傷組織，從愈傷組織又得到胚狀體，胚狀體轉(zhuǎn)移到固體培養(yǎng)基上繼續(xù)培養(yǎng)后，獲得了完整的胡蘿卜試管植株。經(jīng)過栽培，此植株能夠正常生長并開花結(jié)果，其種子繁衍出來的后代與正常植株的種子所繁衍出的后代別無二致。根據(jù)此實驗可以得出以下結(jié)論：即不經(jīng)過有性生殖過程也能將植物的薄壁細(xì)胞培養(yǎng)出與

20、母體一樣的完整植株。由于植物的每個有核細(xì)胞都攜帶著母體的全部基因，故在一定條件下，它們均能發(fā)育成完整植株，這就是所謂的植物細(xì)胞全能性?？茖W(xué)家在植物激素對器官建成，及改進(jìn)培養(yǎng)基配方等方面所取得的成果，極大地推動了組織培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展，使這項技術(shù)可以實際應(yīng)用于快速繁殖、品種改良等方面。20世紀(jì)50年代初期，法國科學(xué)家利用組織培養(yǎng)技術(shù)成功地脫除了染病大麗花植株所攜帶的病毒，從而為脫毒苗的生產(chǎn)提供了一種可行的途徑?，F(xiàn)在憑借組織培養(yǎng)技術(shù)來脫除植物的病毒已經(jīng)在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)50年代中期，由于細(xì)胞分裂素的發(fā)現(xiàn)，使組織培養(yǎng)狀態(tài)下外植體芽的形態(tài)建成成為可人為調(diào)控的因素，從而使在組織培養(yǎng)狀況下進(jìn)行植株再生

21、成為現(xiàn)實。進(jìn)入60年代以后，組織培養(yǎng)技術(shù)在基礎(chǔ)理論、實際操作方面不斷取得進(jìn)展，相繼在植物體細(xì)胞雜交、單倍體育種、種質(zhì)資源保存、快速育苗、人工種子制造、次生代謝物生產(chǎn)等方面有了可喜的成果。時至今日，組織培養(yǎng)技術(shù)已經(jīng)成為基礎(chǔ)堅實、易于掌握、應(yīng)用面廣的一種技術(shù)手段。愈傷組織及其形成愈傷組織（callus）原指植物體的局部受到創(chuàng)傷刺激后，在傷口表面新生的組織。它由活的薄壁細(xì)胞組成，可起源于植物體任何器官內(nèi)各種組織的活細(xì)胞。在植物體的創(chuàng)傷部分，愈傷組織可幫助傷口愈合；在嫁接中，可促使砧木與接穗愈合，并由新生的維管組織使砧木和接穗溝通；在扦插中，從傷口愈傷組織可分化出不定根或不定芽，進(jìn)而形成完整植株。在植物器官、組織、細(xì)胞離體培養(yǎng)時，條件適宜也可以長出愈傷組織。其發(fā)生過程是：外植體中的活細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)，恢復(fù)其潛在的全能性，轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚?xì)胞，繼而其衍生的細(xì)胞分化為薄壁組織而形成愈傷組織。從植物器官、組織、細(xì)胞離體培養(yǎng)所產(chǎn)生的愈傷組織，在一定條件下可進(jìn)一步誘導(dǎo)器官再生或胚狀體而形成植株。在單倍體育種中，也可由花粉產(chǎn)生的愈傷組織或胚狀體分化成單倍體植株。甚至可由原生質(zhì)體培養(yǎng)誘導(dǎo)植株或器官再生。故愈傷組織的概念已不局限于植物體創(chuàng)傷部分的新生組織了。在植物的組織培養(yǎng)中，從一塊外植體形成典型的愈傷組織，大致要經(jīng)歷三個時期：啟動期、分裂期