高中生物竞赛知识—植物学

植物学绪论一、植物界（一）生物的分界林奈最早将生物界分为两界系统，包括动物界和植物界。

以后相继分为三界系统，即动物界、植物界和原生生物界。

四界系统，即动物界、植物界和原生生物界（或真菌界）和原核生物界。

五界系统，即动物界、植物界、真菌界、原生生物界和原核生物界。

我国学者提出六界系统，即非胞生物界（类病毒和病毒）、动物界、植物界、菌物界（真菌界）、原生生物界和原核生物界。

（二）植物界的主要类群和分布植物界通常划分为七个大类群，即藻类、菌类、地衣、苔藓、蕨类、裸子植物和被子植物。

它们的体形大小、形态结构、寿命长短、生活方式和生活场所各不相同，共同组成了形形色色的植物界。

种子植物根据茎干质地分为木本植物和草本植物两大类型：1．木本植物：茎内木质部发达、木质化组织较多、质地坚硬，系多年生的植物。

因茎干的形态，又可分为乔木、灌木和半灌木三类。

（1）乔木：植株一般高大，主干显著而直立，在距地面较高处的主干顶端，由繁盛分枝形成广阔树冠的木本植物。

如玉兰、泡桐、杨、榆、松、柏、水杉、桉等。

（2）灌木：植株较矮小，无显著主干，近地面处枝干丛生的木本植物，如大叶黄杨、迎春、紫荆、木槿、南天竺、茶等。

灌木和乔木的区别是生长型的不同（不是内部结构的不同）。

（3）半灌木：外形类似灌木，但地上部分为一年生，越冬时枯萎死亡的木本植物，如金丝桃、黄芪和某些蒿属植物。

2．草本植物：茎内木质部不发达、木质化组织较少、茎干柔软，植株矮小的植物。

因植株生存年限的长短，又可分为一年生、二年生和多年生三类。

（1）一年生植物：水稻、玉米、高粱、大豆、黄瓜、烟草、向日葵等。

（2）二年生植物：白菜、胡萝卜、菠菜、冬小麦、洋葱、甜菜等。

（3）多年生植物：薄荷、菊、鸢尾、百合等。

3．无论木本植物或草本植物，凡茎干细长不能直立，匍匐地面或攀附他物而生长的，统称藤本植物。

1)木质藤本：葡萄、紫藤等。

2)草质藤本：牵牛、茑萝等。

（三）植物在自然界中的作用1．植物的光合作用和矿化作用①光合作用：绿色植物细胞内的叶绿体，能够利用光能，将简单的无机物（即二氧化碳和水）合成为碳水化合物的过程称为光合作用。

其过程可简单写成：光能CO2+H2O [CH2O]+O2叶绿素光合作用的主要意义是：1）把无机物合成为有机物的过程。

2）将光能转变成化学能，储积在有机物内的过程。

3）释放出氧气。

②矿化作用：使复杂的有机物分解为简单的无机物，可以再为绿色植物所利用，这一过程称为矿化作用。

矿化作用的主要意义是：1）将有机物分解简单的无机物。

2）使大气中的碳素、氮素得到平衡。

3）植物体内的磷、钾、铁、镁、钙及各种微量元素通过矿化作用，在植物体和土壤之间循环。

有机物的分解途径：1)通过动植物的呼吸作用来进行2)通过非绿色植物的参加2．植物在自然界物质循环中的作用①碳循环②氮循环：1)生物固氮作用2)氨化作用3)硝化作用4)反硝化作用③微量元素的循环3．植物对环境保护的作用1)对大气的净化：首先是通过叶片吸收大气中的毒物，减少大气中的毒物含量；其次是植物能降低和吸附粉尘，净化大气，草坪也有显著的减尘效果。

2)对水域的净化：首先是植物能分解和转化某些有毒物质，其次是植物的富集作用。

3)对土壤的净化4)植物的监测作用：例如：利用唐菖蒲和葡萄监测氟化氢，利用菠菜和胡萝卜监测二氧化硫（SO2）4．植物对水土保持的作用（四）植物界的发生和发展1)由简单到复杂发展2)由水生到陆生发展3)由低级到高级发展二、植物学学习的内容及方法（一）植物学研究的对象（二）植物学的分支学科：植物形态学、植物分类学、植物生理学、植物生态学和地植物学（三）植物学的发展（四）植物学与国民经济的关系（五）植物学的学习方法：观察（基本方法）、比较、实验。

三、学习植物学的目的与要求（一）学习植物学的目的（二）学习植物学的要求1.在种子植物形态解剖部分2.在孢子植物部分3.在种子植物分类部分第一章植物的细胞和组织第一节、植物细胞的形态结构一、细胞是构成植物体的基本单位有机体除了最低等的类型（病毒）以外，都是由细胞构成的。

1665年英国虎克发现了细胞。

十九世纪德国施莱登和施旺建立了细胞学说。

细胞学说的基本内容是：“动植物体都是由细胞构成的，细胞是一切生物体的基本单位”。

细胞的发现和细胞学说的建立具有重大意义，它从细胞水平提供了生物界统一的证据，证明了植物和动物有着细胞这一共同的起源，也为近代生物科学接受生物界进化的观点准备了条件。

二、植物细胞的形状和大小（一）植物细胞的形状：形状多样，有球状体、多面体、纺锤形和柱状体等。

单细胞植物体或分离的单个细胞，因细胞处于游离状态，常常近似球形。

植物细胞的形态变化：1.输送水分和养料的细胞（导管分子和筛管分子），呈长柱形，并连接成相通的关刀，以利于物质的运输。

2.起支持作用的细胞（纤维），呈长梭形，并聚集成束，加强支持的功能。

3.幼根表面吸收水分的细胞，常常向着土壤延伸出细管状突起（根毛），以扩大吸收面积。

（二）植物细胞的大小：植物细胞体积微小。

影响细胞体积的的因素：1.细胞大小受细胞核所能控制的范围的制约2.细胞体积小，其相对表面积就大，有利于物质的迅速交换。

3.受外界条件的影响，如水肥供应，光照强弱，温度高低或化学药剂的使用。

三、植物细胞的结构植物细胞由原生质体和细胞壁两部分组成。

原生质体由生命物质——原生质所构成，是细胞内各种代谢活动进行的主要场所，是细胞结构的主要部分。

细胞壁是包围在原生质体外面的坚韧外壳。

在光学显微镜下，原生质体包含细胞核和细胞质两部分。

人们把在光学显微镜下呈现的细胞结构称为显微结构，在电子显微镜下看到的更为精细的结构称为亚显微结构或超微结构。

（一）原生质体1.细胞核植物中除最低等的类群——细菌和蓝藻外，所有生活细胞都具有细胞核。

有些细胞可以是双核或多核的，多见于菌藻植物，维管植物中少数细胞也可有两个以上的核，如乳汁管具多核，绒毡层细胞常具二核。

细胞核外面有—后薄膜，与细胞质分界称为核膜。

膜内充满均匀透明的胶状物质，称为核质。

其中有—到几个折光性强的球状小体，称核仁。

当细胞固定染色后，核质中被染成深色的部分，称染色质，其余染色浅的部分是核液。

核膜具双层，有内膜和外膜组成。

膜上具小孔，称为核孔。

核孔随细胞代谢状态不同启闭反映出细胞核与细胞质间具有密切能控制的物质交换。

对调节细胞代谢有重要意义。

核仁是核内混合成和贮藏RNA的场所，大小随细胞生理状态而变化。

在活细胞中可以看到在染色质是细胞中遗传物质存在的主要形式，在电镜下显出一些交织成网状的细丝，主要成分是DNA和蛋白质。

核液是核内没有明显结构的基质。

由于细胞内的遗传物质主要集中在核内。

因此，细胞核的主要功能是储存和传递遗传信息，在细胞遗传中起重要作用。

2.细胞质：由质膜、胞基质和细胞器三部分组成。

1)质膜包围在细胞质表面的薄膜。

（动物细胞通常称为细胞膜）用高渗溶液处理使原生质失水收缩，与细胞壁发生分离（质壁分离）在电子显微镜下，质膜显出三层结构，内外两侧呈两个暗带。

中间夹有—个明带。

明带的主要成分是类脂，暗带主要成分为蛋白质。

三层结构成为一个单位的膜，称为单位膜。

质膜是一层单位膜，它的主要功能是控制细胞物质与外界物质的交换，这是因为质膜具有“选择透性”，这种特性表现为不同的物质透过的能力不同。

“膜的流动镶嵌模型”2)细胞器细胞质中具有一定形态结构和具有特定功能的小“器官”。

I.质体一类与碳水化合物的合成与贮藏密切有关的细胞器。

根据色素的不同，分为叶绿体、有色体和白色体。

叶绿体含有叶绿素、叶黄素和胡萝卜素。

叶绿素是主要的光合色素，能吸收和利用光能，直接参与光合作用。

其他二类色素只能将吸收的光能传递给叶绿素，起辅助光合作用的功能。

植物叶片的颜色与叶绿体中三种色素的比例有关。

叶绿素占优势，叶片呈绿色；叶绿素含量降低，叶片呈现黄色或橙黄色。

叶变红色是因为细胞中的花青素和类胡萝卜素占优势。

高等植物的叶绿体呈球形、卵形或透镜形，直径4一10μm。

而在低等植物藻类中，则有各种形状，如杯状、带状和各种不规则形状。

高等植物的叶绿体，主要存在于叶肉细胞内，一个叶肉细胞中的叶绿体数目，常多达数百个。

靠光学显微镜可以看到它们的外形和大小。

然而其内部结构则需在电镜下，才能显现出来，每个叶绿体的外面由双层膜包被，内部有由膜形成的许多个基粒，基粒之间有基粒间膜相联系。

基粒和基粒间膜都分布在基质中，而基质则无一定的结构。

在叶绿体的结构中，以基粒最为重要，基粒由若干个圆盘状的层片(类囊体)相互重叠而成，基粒的每个层片，叫基粒片层。

叶绿体色素位于基粒的膜上，光合作用所需的酶定位于基粒的膜上或在基质中，光反应在基粒上进行，暗反应在基质中进行。

有色体只含有胡萝卜素和叶黄素。

能积聚淀粉和脂类，在花和果实中具有吸引昆虫和其他动物传粉及传播种子的作用。

白色提不含色素，呈无色颗粒状。

普遍存在于植物各部分储藏细胞中，起着淀粉和脂肪合成中心的作用。

特化成淀粉储藏体时称为淀粉体，形成脂肪时称为造油体。

有色体和白色体表面有双层膜包被，内部没有发达的膜结构，不形成基粒。

质体的发育是由幼小细胞中的前质体发育而来的，前质体是一种较小的无色体，能分裂。

在光照条件下，内膜逐渐发育成正常的叶绿体基粒，同时形成叶绿素发育成叶绿体。

黑暗条件下，内膜形成分离的管子，相互联结成立体的网格，同时也不形成色素，发育成白色体。

有色体是由白色体或叶绿体转化而成的。

II.线粒体是进行呼吸作用的主要细胞器。

呈球状，棒状或细丝状颗粒。

直径一般为0．5—0．1μm。

长约1—2μm。

在光学显徽镜下需用特殊染色，才能加以辨别。

在电镜下，线粒体由双层膜包裹着。

内膜向中心腔内折叠，形成许多隔板状或管状突起，称为嵴，在两层单位膜之内和中心腔内充满以可溶性蛋白为主的基质。

线粒体是细胞进行呼吸作用的场所，在内层膜上和基质中有100多种酶，其中绝大多数酶都参加呼吸作用。

被比喻为细胞中的“动力工厂”。

细胞中线粒体的数目，以及线粒体中嵴的多少，与细胞的生理状态有关。

代谢旺盛，能量消耗多时，细胞就具有较多线粒体，其内有较密的嵴，反之亦反。

III.内质网内质网是分布于细胞质中。

由膜构成的管道系统，管道以各种形状延伸和扩展，成为各类管、泡、腔交织的状态。

有些内质网外面附有核糖核蛋白体，称为粗糙型内质网。

另外一些内质网外面没有核糖核蛋白体附着，称为光滑型内质网。

关于内质网的功能，一般认为它是一个细胞内的蛋白质、类脂和多糖的合成、贮藏及运输的系统。

粗糙型内质网与核糖体紧密结合，反映出它的功能是合成和运输蛋白质。

光滑型内质网主要是合成及运输类脂和多糖。

IV.核糖核蛋白体简称核糖体，是直径为170—230埃的小颗粒。

一个细胞中可以有几十万个核糖体。

在细胞质中，它们有的以游离状态存在，也有的附着在粗糙型内质网表面上。