初生分生组织位于根端和茎端的原分生组织的后方,是原分生组织细胞分裂后经有限生长或衍生而来的组织。初生分生组织的细胞分裂能力仍较强,部分细胞初步分化为原表皮、基本分生组织和原形成层。原表皮(protoderm)位于最外周,主要进行径向分裂;基本分生组织(ground meristem)位于原表皮之内,所占比例最大,可进行各个方向的分裂,以增加分生组织的体积;原形成层(procambium)位于基本分生组织中的特定部位,其细胞扁而长,是分化产生成熟组织的基础(图2-1)。 ![]() (3)次生分生组织(secondary meristem) 次生分生组织是由某些成熟组织经脱分化、重新恢复分裂能力而来的组织。次生分生组织的细胞或扁长或短轴型的扁多角形,细胞呈不同程度的液泡化。次生分生组织包括木栓形成层(phellogen)和维管形成层(vascular meristem)(尤其是束间形成层),主要分布于根茎器官的内侧,并与其长轴相平行,与根茎的逐年增粗直接相关(图2-3)。 2.根据分生组织在植物体中的存在位置,将其分为顶端分生组织、侧生分生组织和居间分生组织(图2-4)。 ![]() (1)顶端分生组织(apical meristem) 顶端分生组织位于根和茎顶端的分生区部位(图2-2),其细胞小、排列紧密、近于方形,能较长期地保持旺盛的分裂能力。顶端分生组织分裂产生的细胞,一部分继续保持分裂能力,一部分逐渐分化、形成各种有关的成熟组织。顶端分生组织是根、茎、腋芽和幼叶生长的基础。当有花植物发育到一定阶段,茎的顶端分生组织可转化为产生花或花序的分生组织。 (2)侧生分生组织(1ateral meristem) 侧生分生组织是一类分布于植物体内、平行于所在器官的表面,且与所在器官的增粗有关的次生分生组织(图2-4)。侧生分生组织包括维管形成层和木栓形成层,其细胞特征与次生分生组织相同。在多年生植物体内,维管形成层可逐年活动,产生新的细胞,位于维管形成层外侧的细胞则分化为次生韧皮部,位于其内侧的分化为次生木质部;木栓形成层的分裂活动,向外形成木栓层,向内形成栓内层,覆盖于老根和老茎的外周。侧生分生组织活动的结果,使裸子植物和多数双子叶植物的根和茎得以增粗。 (3)居间分生组织(intercalary meristem) 居间分生组织位于茎、叶、子房柄、花梗、花序轴等器官节段的基部或其成熟组织之间,其细胞的分裂仅局限于一定时空,便转变为成熟组织。居间分生组织的细胞核大,细胞质浓,有一定程度的液泡化,主要进行横向分裂,使器官纵向伸长。禾本科植物茎的每个节间的基部都具有居间分生组织,如水稻(Oryza sativa L.)、小麦(Triticum aestivum L.)等拔节、抽穗,竹类植物的雨后春笋,韭菜(Allium tuberosum Rottler)、葱(Allium fistulosum L.)叶子刈割后的快速生长,以及花生(Arachis hypogaea L.)子房的“入土结实”等,都与居间分生组织的活动有关。 新近的研究指出:分生组织的活性是多个基因相互作用的结果。如STM(shoot meristemless)等是决定拟南芥苗端分生组织特征的关键基因。 3.不同分类标准的各类分生组织间的关系 从组织发生的来源和性质分析:顶端分生组织包括原分生组织和初生分生组织。因此,顶端分生组织既具有原分生组织的主要特征即较强的分裂能力,又具有初生分生组织的特性:一方面能够保持细胞分裂能力,另一方面向成熟组织分化。居间分生组织是由茎尖顶端分生组织衍生而遗留在某些器官局部区域的分生组织,属于初生分生组织。侧生分生组织的细胞是在初生分生组织分裂的细胞经生长、分化、成熟基础上,由成熟组织经脱分化、恢复分裂而来。因此,侧生分生组织属于次生分生组织。 (二)成熟组织(mature tissue) 成熟组织是由分生组织细胞分裂所产生的细胞,经过生长、分化和特化而来的组织。成熟组织在其形态、结构和生理功能上已经稳定,一般不表现分裂活性,因而有永久组织(permanent tissue)之称。某些成熟组织在一定条件下,通过脱分化可转变为次生(或侧生)分生组织。 成熟组织是植物生长和成熟的基础,是形态、结构和生理功能各不相同的组织,也是植物体内分布最广、占比例最大的组织。根据成熟组织的细胞来源和组成特征,可将其分为简单组织和复合组织。 1.简单组织(simple tissue) 在组织发育过程中,凡由来源相同、形态结构相似和协调完成同一生理功能的细胞构成的组织,称简单组织。分生组织、保护组织、基本组织、机械组织和输导组织等都属于简单组织。 1)保护组织(protective tissue) 保护组织是存在于植物体的表面,由一层或数层细胞构成,具有防止水分过度蒸腾,抵抗外界风雨和病虫害侵入等作用的一种组织。根据保护组织的来源、形态结构及其功能的强弱,可将其分为初生保护组织——表皮,次生保护组织——木栓层。 (1)表皮(epidermis) 表皮分布于幼嫩的根、茎、叶、花、果实和种子的表面,通常是一层由初生分生组织的原表皮分化而来的生活细胞(夹竹桃等植物的叶上表皮,具有多层生活细胞所组成的复表皮),是保护植株免于风、雨、病原微生物和虫害等伤害的初生保护组织。表皮以表皮细胞为主,另有保卫细胞、副卫细胞及外生物等,有些植物的表皮中还有特化的异细胞。表皮的形态特征是物种鉴定的依据之一。 表皮细胞 表皮细胞呈各种形状的扁平体(叶)或长方体(根茎),其横切面为矩形。表皮细胞排列紧密,无细胞间隙,彼此常呈波状或不规则紧密嵌合(图2-5)。
外生物 表皮外生物通常有表皮毛和外分泌结构等,其形状、类型和功能多种多样,对植株有良好的保护作用(图2-7)。
木栓层存在于裸子植物、双子叶植物的老根、老茎外表,是在器官增粗过程中由木栓形成层的活动产生的次生保护组织。木栓层细胞径向扁平,排列紧密,无胞间隙,细胞壁较厚并高度栓化,原生质体解体,细胞腔中常存在树脂和单宁。因此,木栓层具有不透水、绝缘、隔热、耐腐蚀、质轻等特性,其抗御逆境的能力强于表皮(图2-8)。 ![]() 2)基本组织(ground tissue) 基本组织是植物体内分布最广、占有很大体积的一类组织。它们担负着吸收、同化、储藏、通气和传递等营养功能,因此,又有营养组织(vegetative tissue)之称。基本组织虽有多种形态,但皆由薄壁细胞所组成,也称为薄壁组织(parenchyma tissue)。 基本组织细胞壁薄,仅有初生壁。细胞中含有质体、线粒体、内质网、高尔基体等细胞器,液泡较大,排列疏松,胞间隙明显。基本组织分化程度较浅,具有潜在的分裂能力,在一定条件下可经脱分化转变为分生组织。了解基本组织的这些特性,对于扦插、嫁接以及组织培养等工作均有实际意义。 根据基本组织的结构和生理功能的不同,可将其分为吸收组织、同化组织、储藏组织、通气组织和传递细胞五类。 (1)吸收组织(absorptive tissue) 吸收组织位于根尖稍后方的根毛区的表皮层上,其细胞壁薄且外壁向外突出形成毛状结构——根毛,是一类从外界吸收水分和溶于水的无机养分的组织(图2-9)。 (2) 同化组织(assimilating tissue) 同化组织位于植株的绿色部位,尤其是叶肉中,是利用水和CO2进行光合作用制造有机物质(同化产物)的组织。同化组织的细胞中含有大量的叶绿体,液泡化程度较高,具有发达的胞间隙(详见第二篇第八章)。
储藏组织是储藏淀粉、蛋白质、脂肪以及某些特殊物质如单宁、橡胶等次生代谢物质的组织(图2-10)。主要分布于块根、块茎、果实、种子,以及根茎的某些结构中,如甘薯[Ipomoea batatas(L.)Lam.]块根、马铃薯(Solanum tuberosum L.)块茎的薄壁细胞储藏淀粉粒,蓖麻(Ricinus communis L.)种子的胚乳细胞储藏糊粉粒,花生种子的子叶细胞储藏油滴等。 (4) 通气组织(ventilating tissue) 通气组织是水生植物和湿生植物中的一种能贮存和输导气体的薄壁组织(见第二篇第八章)。在水湿生植物的根茎叶结构的发育过程中,部分细胞程序性死亡,形成相互贯通的气道、气腔,储藏着大量空气,有利于光合作用、呼吸作用过程中气体的交换,同时也可以有效地抵抗水生环境中所受到的机械应力。植物的通气组织的发达与否常因物种、生存条件、发育程度和分布部位而不同。
传递细胞是一类细胞壁显著向内生长、胞间连丝发达、短途运输物质能力强的薄壁细胞 (图2-11)。植物体中的传递细胞分布广泛,常见于物质短途运输强烈的部位,如叶表皮腺细胞、木质部或韧皮部薄壁细胞、维管束鞘、花药绒毡层、珠被、胚囊中的助细胞、反足细胞及子叶表皮细胞、胚乳细胞等。 3)机械组织(mechanical tissue) 机械组织是在植物体内主要起机械支持作用和稳固作用的一种组织。 机械组织细胞的特点是其细胞壁均匀或不均匀加厚。根据其细胞的形态、细胞壁加厚程度与加厚方式,可将其分为厚角组织和厚壁组织。 (1)厚角组织(collenchyma tissue) 厚角组织是一类细胞仅在其角隅处或相毗邻的细胞间的初生壁显著增厚的组织(图2-12左图)。厚角组织主要出现于双子叶植物的幼茎、花梗、叶柄以及粗壮的叶脉等的薄壁组织外围,组成厚角组织的细胞是活细胞,常含叶绿体,有一定的分裂潜能。其细胞壁的局部增厚是伴随器官的发育而增厚的,因此,厚角组织既有一定的坚韧性,又具有可塑性和延伸性。厚角组织的细胞较长,两端呈方形、斜形或尖形,彼此重叠连接成束,在横切面上其细胞腔接近于圆形或椭圆形。 (2)厚壁组织(sclerenchyma tissue) 厚壁组织是一类细胞壁全面次生增厚、常木质化,细胞腔狭小,成熟细胞一般没有生活的原生质体的组织。根据其形状不同又可分为纤维和石细胞(图2-12右图)。
石细胞(stone cell) 石细胞一般是由薄壁细胞经过细胞壁的强烈增厚并高度木质化(有时也可栓质化或角质化)而来的特化细胞。石细胞的细胞壁坚硬、呈同心层次,分枝纹孔从细胞腔放射状分出,细胞腔很小,原生质体消失,故具有坚强的支持作用。石细胞形状多种多样,或近于短径、或不规则,最常见的形状为等直径、椭圆形、球形、长形、分枝状或不规则形状。石细胞通常成群聚生,有时也可单生于植物茎的皮层、韧皮部、髓内,桃[Prunus persica (L.) Batsch]、杏(Prunus armeniaca L.)等的果皮,和蚕豆(Vicia faba L.)等的种皮中也较常见。茶(Camellia sinensis O.Ktze.)等的叶肉、梨(Pyrus bretschneideri Rehd.)等的果肉中分布的石细胞形态、数量是鉴别其品质的依据。石细胞的形态特征有时也作为区分物种的参考依据。 4)输导组织(conducting tissue) 输导组织是植物体内长距离运输物质的组织,其细胞长管状、相互贯通成为统一的整体。根据输导组织的结构和所运输的物质不同,可将其分为运输水分和无机盐类的导管与管胞,以及运输有机同化物的筛管与筛胞两大类。 (1)导管(vessel) 导管普遍存在于被子植物的木质部,向上运输根从土壤中吸收的水分和无机盐。它们是由许多管状的、细胞壁木质化的死细胞纵向连接成的一种输导组织。组成导管的每一个细胞称为导管分子(vessel element)。 在导管分子的发育初期,其细胞内含有丰富的微管、内质网、高尔基体等细胞器。随着细胞的生长、液泡的分化和继后的细胞程序性死亡过程,导管分子的侧壁形成各种纹饰的次生加厚,端壁逐渐解体消失,形成不同形式的穿孔(单穿孔或数个小孔组成的复穿孔)。具有穿孔的端壁称为穿孔板(perforation plate)。穿孔的形成及原生质体消失使导管成为中空的连续长管,有利于水分及无机盐的纵向运输。导管还可通过侧壁上的纹孔或未增厚的部分与毗邻的细胞进行横向运输。根据导管的发育先后和侧壁木质化增厚方式,可将其分为环纹导管、螺纹导管、梯纹导管、网纹导管和孔纹导管五种类型(图2-13)。
梯纹导管(scalariform vessel)、网纹导管(reticulated vessel)和孔纹导管(pitted vessel) 这类导管是在器官的初生生长中后期和次生生长过程中形成的,位于初生木质部中的后生木质部和次生木质部,其导管分子短粗而腔大,输水效率高(尤其是孔纹导管)。梯纹导管和网纹导管的侧壁分别呈梯状和网状增厚,孔纹导管的侧壁则大部分木质化增厚,未加厚的部分则形成纹孔。 (2)管胞 (tracheid) 管胞是绝大部分蕨类植物和裸子植物的唯一输水组织,多数被子植物中,管胞和导管可同时存在于木质部中。管胞长梭状,两端尖斜不穿孔,横切面呈三角形、方形或多角形。管胞次生壁的木质化和增厚方式与导管相似,在侧壁上也呈现环纹、螺纹、梯纹和孔纹等多种方式的加厚纹饰(图2-15)。
筛管存在于被子植物的韧皮部中,是由若干不具细胞核的管状活细胞(即筛管分子,sieve element)纵向连接而成的、运输有机物质的输导组织(图2-16)。筛管分子的细胞壁不次生加厚,端壁(称为筛板,sieve plate)上存在着成群的小孔——筛孔(sieve pore),具有筛孔的凹陷区域称为筛域(sieve area),只有一个筛域的端壁叫单筛板,具有多个筛域的端壁叫复筛板。穿过筛孔连接相邻两个筛管分子的原生质呈束状,称为联络索(connecting strand)。联络索通过筛孔彼此相连,使纵接的筛管分子相互贯通,形成运输同化产物的通道。
(4)筛胞(sieve cell) 筛胞是蕨类植物和裸子植物体内主要承担输导有机物的细胞。筛胞通常细长,末端尖斜,细胞壁上可有不甚特化的筛域出现,筛孔细小、一般不形成筛板结构。许多筛胞的斜壁或侧壁相接而纵向叠生。运输有机物质的效率比筛管差得多,是比较原始的运输有机物质的组织。 导管和筛管是被子植物体内物质输导的重要组织,但也是病菌感染、传播扩散的主要通道。如土壤中的枯萎病菌入侵根部后,其菌丝可随导管到达地上部分的茎和叶,某些病毒可借昆虫刺吸取食而进入筛管,引起植株发害。因此,研究输导组织的特性,有利于合理施用内吸传导型农药,有效防治病、虫、草害。 5)异细胞 异细胞是单独分散于其它各种组织中的含特殊分泌物的细胞。异细胞由薄壁细胞特化而来,其细胞壁稍厚、细胞体积较大,细胞中的内含物种类很多,有分类学价值,如内含挥发油、树脂、树胶、单宁、蛋白质或粘液等次生物质(含单宁异细胞、含晶异细胞等)。 异细胞的研究对于了解植物的生理意义和生化调节机制有着重要的意义。 2.复合组织(compound tissue) 复合组织是指由发育上或功能上密切相关的几种简单组织组成的、共同执行特定生理功能的、相对独立的结构。复合组织位于植物体的特定部位。如周皮、树皮、木质部、韧皮部、维管束、分泌结构等都是由多种组织复合而成。 1)周皮(periderm) 周皮由木栓层、木栓形成层和栓内层共同构成。从组织分类来看,木栓层属于次生保护组织,木栓形成层属于次生分生组织,而栓内层属于次生薄壁组织,因此,周皮是由三种不同组织组成的复合组织。 2)木质部(xylem)和韧皮部(phloem) 木质部和韧皮部是植物体内主要起输导和支持作用的组织。木质部一般包括导管(多数蕨类植物及裸子植物无导管)、管胞、木薄壁组织和木纤维等;韧皮部包括筛管、伴胞(蕨类植物及裸子植物仅为筛胞,无筛管、伴胞)、韧皮薄壁组织和韧皮纤维等。木质部和韧皮部的组成分子包含输导组织、薄壁组织和机械组织等几种组织,因而被称为复合组织。由于木质部或韧皮部的主要组成分子都是管状结构,因此,常将木质部和韧皮部或者将其中之一称为维管组织(vascular tissue)。维管组织的形成,在植物系统进化过程中,对于适应陆生生活有着重要意义。从蕨类植物开始,它们体内已有维管组织的分化出现。种子植物体内的维管组织则更为发达进化。通常将蕨类植物和种子植物总称为维管植物。 3)维管束(vascular bundle) 维管束存在于蕨类植物和种子植物中,是由原形成层分化而来、由木质部和韧皮部组成的束状结构。在不同种类的植物或不同的器官内,原形成层分化成木质部和韧皮部的情况不同,也就形成不同类型的维管束。根据维管束内束中形成层的有无或能否增粗生长,可将其分为有限维管束和无限维管束两大类型(图2-17)。
有限维管束是其组成上仅有木质部和韧皮部、没有束中形成层的维管束。这类维管束一经形成便不再增粗,如大多数单子叶植物中的维管束等。 (2)无限维管束(open bundle) 无限维管束是指组成上含有除木质部和韧皮部外,在二者之间还保留有束中形成层的维管束。这类维管束以后能通过形成层的分裂活动,不断产生次生韧皮部和次生木质部,如裸子植物和许多双子叶植物的维管束。 4)分泌结构(secretory structure) 植物体中凡能产生分泌物质(如糖类、挥发油、有机酸、乳汁、蜜汁、单宁、树脂、生物碱、抗生素等)的有关细胞或特化的细胞组合称为分泌结构。分泌结构一般由分泌细胞和其他薄壁细胞所组成。 通常根据分泌结构的存在部位和分泌物的溢排情况,将其划分为外分泌结构和内分泌结构两类。 (1)外分泌结构(external secretory structure) 外分泌结构分布在植株的外表,其分泌物排于体外的分泌结构,如腺毛、腺鳞、盐腺、蜜腺和排水器等(图2-18)。
蜜腺 蜜腺(nectary)是能分泌蜜汁的多细胞腺体结构,它们由表皮或表皮及其内层细胞共同形成,即由保护组织和分泌细胞构成。根据蜜腺在植物体上的分布位置,可将蜜腺分为花蜜腺和花外蜜腺两类。 盐腺 盐腺(salt gland)是将过多的盐分以盐溶液状态排出植物体外的外分泌结构。 排水器 排水器(hydathode)是植物将体内多余的水分直接排出体外的结构,常分布于植物的叶尖和叶缘。从排水器排水过程称为吐水(guttation)。在温湿的夜间或清晨,常在叶尖或叶缘出现水滴,就是经排水器泌出的水液。吐水现象往往可作为根系正常生长活动的一种标志。 (2)内分泌结构(internal secretory structure) 内分泌结构是将分泌物贮存于植物体内的分泌结构。它们常存在于基本组织内,常见的有分泌囊(腔)、分泌道和乳汁管(图2-19)。
分泌囊(腔) 分泌囊(secretory cavity)是由外侧1~2层扁平的鞘细胞包裹着1层长方形的上皮细胞(第一层分泌细胞)及其内的分泌腔共同构成。分泌腔是植物体内多细胞构成的储藏分泌物的腔室结构。根据腔室形成的方式可分为溶生分泌腔和裂生分泌腔两种类型。溶生(lysigenous)分泌腔较多,最初有一群具有分泌能力的分泌细胞,渐渐地细胞内的分泌物质增多,最后细胞解体,形成溶生的腔室,原来细胞中的分泌物贮积在腔中,形成分泌腔,如橘(Citrus reticulata Blanco)的果皮和叶,棉的茎、叶、子叶中都有这种类型的分泌腔。裂生(schizogenous)分泌腔是构成分泌腔的细胞间隙扩大成的腔室,周围1至多层分泌细胞将分泌物排入腔室中。 分泌道 分泌道(secretory canal)为管状的内分泌结构,管内贮存分泌物质。分泌道也有溶生和裂生的方式,但多为裂生而形成。如松柏类植物的树脂道即是分泌细胞的胞间层溶解,细胞相互分开而形成的长形细胞间隙,完整的分泌细胞环生于分泌道周围,由这些分泌细胞分泌的树脂贮存于分泌道中。树脂的产生,增强了木材的耐腐性。漆树中有裂生的分泌道称为漆汁道,其中贮有漆汁。树脂和漆汁都是重要的工业原料,经济价值很高。 乳汁管 乳汁管(laticifer)是能分泌乳汁的管状结构。按其形态发生特点可分为无节乳汁管和有节乳汁管。如大戟属(Euphorbia)和莴苣(Lactuca sativa L.)等的乳汁管。 三、植物体组织的发生与联系 从植物的个体发育过程中,植物体中的各组织均来源于胚胎。在胚胎发育早期,细胞不断分裂,产生的细胞也具有很强的分裂能力,称为胚性细胞。当植株成熟后,只在特定部位保留下一些胚性细胞,即原分生组织。原分生组织分裂产生的细胞衍生出初生分生组织。初生分生组织分化出的原表皮、基本分生组织和原形成层这三部分的细胞经分裂、生长、分化而形成各种成熟组织。这些组织都属初生性质,称初生成熟组织(primary mature tissue)。 大多数双子叶植物的根和茎在初生成熟组织的基础上会发生维管形成层和木栓形成层这两种次生分生组织。它们活动的结果是不断产生次生维管组织和周皮,次生维管组织和周皮属次生成熟组织(secondary mature tissue)。因此,使植物的根和茎增粗。 在有些植物的根和茎的次生成熟组织中,某些部位的木薄壁细胞或韧皮薄壁细胞重新恢复分裂能力,转变成副形成层,成为三生分生组织。副形成层的活动则产生三生木质部和三生韧皮部,构成三生维管束。三生维管束属三生成熟组织(tertiary mature tissue),如此不断的分裂、生长和成熟,使植株的特定器官不断扩大和增粗。 植物组织的形成和关系可表示如下:胚→原分生组织→初生分生组织→初生成熟组织→次生分生组织→次生成熟组→三生分生组织→三生成熟组织。 |
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来自: 百眼通 > 《01总论-718》