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第四章 种子植物的生殖过程 第一节 被子植物的生殖过程 第二节 裸子植物的生殖过程 第三节 种子的形态构造
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第一节 被子植物的生殖过程 一、被子植物的生殖器官 二、雄蕊的发育与构造 三、雌蕊的发育与构造 四、开花、传粉与受精 五、果实和种子的形成
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一、被子植物的生殖器官 (一)花的的构造 1、花芽的分化:花原基或花序原基逐渐形成花或花序的过程。
花的概念:从演化上看,花是变态的枝条。是不分 枝的变态短枝,节间缩短,其上着生变态叶的以适 应生殖变态的短枝。并进一步发育成果实和种子, 因此花是果实和种子的先导,花是作为植物鉴定的 特征之一。
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花萼----花冠----雄蕊----雌蕊
一般分化顺序: 花萼----花冠----雄蕊----雌蕊 过程:生长锥伸长、增宽,依次分化出 副萼原基、花萼原基、花瓣、 雄蕊、雌蕊原基形成花芽, 此时顶端分生组织消失。
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2、花的组成部分及花的类型 ①花的组成----一朵完整的花包括:
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(1) 完全花:花萼、花冠、雄蕊和雌蕊都具备的
花,如油菜、棉、桃、番茄等的花。 (2) 不完全花:缺少花萼、花冠、雄蕊、雌蕊中 的任何一部分或几部分的花,如桑、 南瓜、柳等的花。
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1.花柄: 或称花梗,是着生花的小枝,与茎相连, 结构与茎相同。 形状:有长,有短,或无花柄,有分枝,也有 不分枝。
功能:支持花,连接花和茎,运输各种物质, 使花向各方向展布。 果实形成时,花梗 成为果柄.
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2.花托: 花柄或小梗的顶端部分,节间缩短的枝端, 一般略呈膨大状,花的其他各部分按一定的方 式排列在它上面。
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形状:圆柱状(木兰)凸起如覆碗状(草莓)
花托的形状随植物种类而异: 形状:圆柱状(木兰)凸起如覆碗状(草莓) 倒锥形(莲)凹陷呈碗状(桃)盘状(柑桔) 向上延伸成柄状(花生)。 功能:着生变态叶即花被。
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3.花被 位置:着生在花托的外围或边缘部分, 组成:是花萼和花冠的总称,由扁平状瓣片组成, 作用:主要是起保护作用。
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两被花:内、外二部分,在外的称花萼,在内的为
花冠 。如油菜、豌豆、番茄等 单被花:一轮花被的花。如大麻、荞麦等 同被花:有二轮,但内、外瓣片在色泽等方面并无区 分。它们的每一瓣片称被片,如百合、丝兰 等 无被花:花被完全不存在。如杨、柳等。
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(1)花萼 :由若干萼片组成,包被在花的最外层。
普通萼片多为绿色的叶状体,无栅栏、海绵组织的分化。 有的植物花萼大而具色彩,呈花瓣状,利于昆虫的传粉, 如飞燕草。
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副萼:棉花萼外面还有一轮绿色的瓣片 离生萼:萼片各自分 离,如油菜、桃;合 生萼:萼片彼此联合 成筒状,如樱花。 宿萼:花萼常留花柄 上,随同果实一起发 育,如茄、柿、番茄、 辣椒等 距:花萼一边引伸成 短小的管状突起,如 凤仙花、旱金莲等植 物的花萼
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(2)花冠 :位于花萼的上方或内方,是由若干称为花瓣的瓣片组成,具色、香、味,护幼小雄蕊和 雌蕊、诱引昆虫传粉.
离瓣花:花瓣之间完全分离,如桃、油菜 合瓣花:花瓣之间部分或全部合生。如南瓜、百合 整齐花:花瓣形状大小相同 不整齐花:花瓣形 状、大小不相同
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花冠类型
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4.雄蕊 : 位于花被的内方或上方,在花托上呈螺旋或 轮状排列。一般直接生于花托上,也有基部 着生于花冠或花被上的。
花丝:细长,顶端与花药相连,支持花药。 花药;是主要部分,囊状结构。内有花粉粒。
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雄蕊类型 二强 四强 单体 二体 多体 聚药 (唇形科) (十字花科) (山茶) (刺桐) (金丝桃) (菊花) 离生雄蕊 合生雄蕊
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中间为药隔相连。花粉成熟后,花粉囊自行破 裂,花粉由裂口处散出。
花药:由4个或2个花粉囊组成,分为两半, 中间为药隔相连。花粉成熟后,花粉囊自行破 裂,花粉由裂口处散出。 花药分裂方式 纵裂:沿二粉囊交界处纵行裂开,如油菜、牵牛、 百合等; 横裂:沿花药中部成横向裂开,如木槿、蜀葵等; 孔裂:在花药顶端开一小孔,花粉由小孔散出, 如茄、番茄等; 瓣裂:花粉囊自下而上揭开,花粉由瓣下的小孔散 出,如香樟等
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花药在花丝上着生方式: 全着药、背着药、基着药、背中央丁字型 着药、个字型着药、上连下分水平状着药
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5.雌蕊 柱头 雌蕊 花柱 子房壁 果皮 子房 果实 子房室 种子
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心皮:构成雌蕊的单位,具有生殖作用的变态
叶 。 腹缝;边缘愈合的部分形成一条缝线 背缝:相对于心皮的中肋处的一条缝线 心皮形成雌蕊过程示意图
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雌蕊类型 单雌蕊:一朵花中雌蕊只由一个心皮构成,如大豆,蚕豆。 离生雌蕊:一朵花中有数枚雌蕊,每个雌蕊是由一个心
皮组成。草梅、八角、芍药、玉米、莲。
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复雌蕊(合生雌蕊):一朵花中只有一个雌蕊,由二个以上心皮互相联合,组成。如棉、番茄等。 有几种联合情况: 子房联合,柱头和花柱分离。 子房与花柱联合,柱头分离。 子房、花柱和柱头全部联合。
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子房的位置与花的关系
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胎座类型
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禾本科植物的花 1、花特征:花小而不显著,无花冠,形态结构独特。 2、花的 组成 小穗轴 内颖 颖片 小穗组成 外颖 内稃
小穗轴 内颖 颖片 小穗组成 外颖 内稃 小花 外稃: 中脉常外延成芒 浆片:常二片 花 雄蕊:三或六枚 雌蕊:一枚
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一朵小花: 浆片: (退化的花被)2枚, 雄蕊:3枚。 雌蕊:1枚, 两侧:内稃片,外稃片各一。
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(二) 花的作用 1.在植物体上的作用 2.在园林实践中的作用 (1)园林绿化中有更多的选择 (2)花具极高的观赏价值,可以美化环境,陶冶
心情。 3.花的经济利用 可以提取芳香油料,制成香精,如茉莉,代代; 可以制饮料,如花茶;可用于医药,如丁香,金银 花,菊花等;可作染料:如凤仙;可食用:如金针 菜;可做糕点:如桂花,玫瑰花等。
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二、雄蕊的发育与构造 花药是产生花粉的主要部分 花丝:最外层是表皮,内为薄壁组织,中央是维管束。
雄蕊 花粉囊(4或2个):包括花粉囊壁和药室,内含花粉粒。 花药 药隔(在中央):包括基本组织与维管束,与花丝的维管束 相连。
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(一)花药的发育与构造 1、花药的发育:由雄蕊原基生长分化形成: 基部发育:花丝, 顶端发育:
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花粉粒的结构
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花粉母细胞的减数分裂
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有的造孢细胞不分裂直接形成花粉母细胞的如锦葵科,葫芦科。
注 有的造孢细胞不分裂直接形成花粉母细胞的如锦葵科,葫芦科。 DNA复制一次,而细胞连续分裂两次,四个小孢子细胞里的染色体数只有原来细胞染色体数的一半,但在受精过程中,由于两性配子的融合,产生新个体的染色体数又恢复原有母本的染色体数。
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花药成熟,中层及绒毡层已解体,花粉囊只有表
皮与纤维层。后花粉囊裂开,散出花粉。
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(二)花粉粒的发育 过程: 单核花粉粒 营养细胞(大) 生殖细胞(小) 精子 三核花粉粒 二核期花粉粒
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核 四分体 花粉母细胞 造孢细胞 游离小孢子 生 殖 细 胞 营养细胞 生殖细胞 精C 单核靠边 胼胝质壁溶解 不均等的有丝分裂 减数分裂
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花粉粒的形态结构 形态:形状不一,直径 20—50 微米。
水稻: 微米、玉米: 77 — 89 微米、 球形—杨柳科 三角形—苹果 卵形—紫玉兰
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花粉粒 形状 大小 颜色
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结构: 外壁:质坚厚,无弹性,表面光滑或有突起,花
纹,色彩,粘性。 成分:孢粉囊,胡萝卜,类 黄酮素, 脂类,蛋 白质。 萌发孔(沟):不具外壁,只有内壁,也是花 粉粒萌发生出花粉管的地方。 内壁:质柔薄,富有弹性(在萌发孔处常较厚) 成分:纤维素,果胶半纤维素,蛋白质。与一 般植物细胞壁不同,含有生物活性的蛋白 质和酶类。
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扁果菊 香雪球(十字花科) 桉树 花粉粒的电镜结构
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雄性不育 (1)概念:产生的花药或花粉不能正常地发育,成为畸形或完全退化,雄蕊发育不正常无生育能力 (2)原因 ① 花药退化 ② 不生花粉
② 不生花粉 ③ 花粉败育 生产中应用:杂交育种,可免去人工去雄常用药物杀雄。
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1、 花粉败育: (1)概念:花粉没有经过正常发育,不能起生殖作用。 (2)原因 ① 花粉母细胞减数分裂不正常 ② 营养不良 ③ 绒毡层作用无常 ④ 不产生精子 上述现象的发生,常与环境条件相关,如温度过低,干旱等。
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三、雌蕊的发育与构造 雌蕊的发育:由雌蕊原基生长分化而成: 上部:柱头和花柱 基部:子房 柱头 雌蕊 花柱 子房壁 子房 子房室 胎座 胚珠
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(一)胚珠的构造与胚囊的形成 胚珠结构: (1)珠被:一层或两层,包围珠心。其中一端留有一开口称珠孔。
(2)珠心:被珠被所包围,正中有胚囊。 (3)珠柄:连接珠被、珠心、胎座的柄状部分。中间有维管束,沟通子房与胚珠。 (4)合点:珠被、珠心和珠柄连合的部位。
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胚珠的类型:直立、横生、倒生、弯生
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胚珠的发育 胚珠是在心皮内侧沿复缝处的胎座上发展起来的,最初产生的一团突起是胚珠的珠心,由珠心基部外围的细胞加速分裂形成珠被,在顶端留下一个小孔,即为珠孔。 一层珠被(胡桃,向日葵,银莲花) 二层珠被(较多,如小麦,水稻,油菜,棉,百合)
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胚珠与胚囊的发育过程: 胚珠 珠被 外珠被 内珠被 珠心 胚囊母细胞 四分体 单核胚囊 三核胚囊 四核胚囊 八核胚囊 卵核1个 助细胞2个
反足细胞3个 极核2个
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卵:受精后发育为胚 助细胞: ① 诱导花粉管进入胚囊 ② 分泌酶类物质,促进花粉管末端溶解 ③ 转运珠心物质进入胚囊 中央细胞:发育为胚乳,贮藏营养 反足细胞:转运物质进入胚囊 丝状器:是助细胞壁向内生长伸向助细胞中间的不规则的片状或指状突起,大大增加了质膜的表面积,有利于增进营养物质的运转。
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四、开花、传粉与受精 (一)开花 1、概念:当雄蕊中的花粉和雌蕊中的胚囊达到成熟的时期,
或二者之一已成熟,原来由花被紧紧包住的花张开,露出雌 雄蕊。这一现象称开花。 其外部形态标准是:雄花丝挺直,花药呈现该植物特有的 颜色,雌柱头分泌柱头液。
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2、不同植物开花年龄,开花季节,花期长短等不同。
3、植物的开花期是指:一株植物从第一朵花开放到最后一朵花毕所经历的时间。时间长短不一,几天,几个月,终年。 如:早稻 5 ~ 7 天,晚稻 9 ~ 10 天,小麦 3 ~ 6 天。每朵花开放时间:小麦 1 ~ 2 分钟,南瓜早开午闭。棉花早开晚闭。
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(二)传粉 1、概念:成熟的花粉粒借外力传送到雌蕊柱头上过程。 目的:为下一步受精作准备(是有性生殖重要环节)。
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2、方式: 1) 自花传粉:同一朵花,花粉粒传到柱头上的过程如小 麦,水稻。 涵义常被扩大:农作物的同株异花间的传粉。果栽中的
麦,水稻。 涵义常被扩大:农作物的同株异花间的传粉。果栽中的 同品种异株间的传粉。 条件:两性花,雌雄必须同时成熟;雌花的柱头对于本 花的花粉萌发和花粉管中雄配子的发育没有任何生理阻碍。 最典型的自花传粉为闭花受精现象 ——花未开就完成受 精作用,如 豌豆,花生,花粉直接在花粉囊里萌发,花粉 管穿过花粉囊的壁,向柱头生长,完成受精,严格讲,不 存在传粉这一环节。
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2) 异花传粉:一朵花的花粉传送到同一植株或不同植株
的另一朵花的柱头上的过程。 条件:单性花;两性花,但雌雄不同时成熟;雌雄异长或 异位,花粉落在本花柱头上不能萌发(自花不孕)。 生物意义:异花传粉比自花传粉更进化。异花传粉两性配 子在不同环境下产生的,后代的生活力强、适应性大。但 受外界环境条件的影响较大,必须借助风,昆虫,水,鸟 等媒介。
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风媒花:靠风传粉的花。此种植物叫风媒植物。 特点:雄花粉多、小、质轻、干燥、外壁光滑;(无
蜜腺和香气;雄花丝细长,易风吹摆动;花被无颜色, 退化或缺失;雄雌异花或异株)不是必要特征。雌花柱较 长,高出花外;先花后叶。 (2) 虫媒花:靠昆虫为媒介传粉的花。此种植物叫虫媒植物。 特点:花大而鲜艳,具芳香或特殊气味;具蜜腺可产 蜜汁;花粉粒大,粗糙有粘性。 3)人工辅助授粉:环境条件下不利于上述传粉时采用人工 辅助授粉(采集花粉,散到柱头上)。 优点:可增产,如玉米人工辅助授粉可增产8—10% 。 缺点:费时。
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3、植物的异花传粉适应: 单性花 雌雄蕊异熟:一株植物或一朵花上的雌、雄蕊成熟 时间不一致。 雌雄蕊异长雌雄蕊异位:同种个体只产生一种两性
花,但花中雌雄蕊的空间排列不同,可避免自花传 粉。 自花不孕:花粉落到同一朵花或同一植株 上不能结 实的一种现象。
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昆虫传粉 风传粉 鸟传粉 水传粉 动物传粉 人工辅助传粉
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(三)花粉管的萌发及受精过程 传粉→花粉粒落到柱头上萌发→形成花粉管→进入 胚囊→释放精子→与卵结合→完成受精→ 胚珠→种子。
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花粉粒在柱头上的萌发 萌发:落在柱头上的花粉粒,被柱头分泌物粘住,并
从柱头分泌物中吸收水分膨胀,内壁从萌发孔处突出 逐渐形成花粉管。 说明: 1、落在柱头上的花粉不是全能萌发的(柱头对花粉具 有识别作用) 2、一般每一花粉粒只长出一个花粉管,如有多个萌发 孔——多个花粉管——最后只有一个继续生长。 3、花粉在柱头上萌发的时间不一,立即萌发(如玉米) 几分钟或更长时间萌发(如棉花)。 4、萌发受外界条件影响 ,如空气湿度过高,温度过低, 萌发受影响。
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花粉管的生长 落在柱头上的花粉如果与柱头的生理
性质是亲和的,经过吸水和酶的促进作用后,便开始萌发形成花粉管。 花粉管具有顶端生长的特性,它的生 长限于前端3—5微米处。形成后能继续向 下引伸,先穿越柱头,然后经花柱到子房,同时花粉粒细胞的内含物全部注入花粉管内,向管顶集中。
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进入花柱的通道: (1)花柱中空:花粉管沿花柱道向下生长伸长 到子房; (2)花柱实心:中间为引导组织或一般薄壁细
胞所充填,花粉管生长时需经酶作用将中层果 胶质溶解,沿细胞间隙向下生长。
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雄配子体变化: 3细胞型花粉粒(1 个营养细胞、2 个精子)全部进入花粉管中; 2细胞型花粉粒,当营养细胞和生殖细胞移入花粉管以后,生殖细胞在花粉管中分裂形 成2个精子。见下图(三色堇花粉粒的萌发)
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花粉管进入胚囊的的位置、时间、温度 1、位置 珠孔受精:花粉管从珠孔
进入胚囊(最常见) 合点受精:花粉管经胚珠基部的合 点进入胚囊。(榆、胡桃) 中部受精:花粉管从中间(珠柄、 珠被)进入胚囊。(南瓜) 2、时间: 正常多在 12 ~ 48h , 但水稻仅 20 ~ 30 分, 3、温度: 25 ~ 30 度为好
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受精过程
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被子植物的双受精过程及其生物学的意义 1、双受精过程 : (1) 花粉管穿过胚囊壁,从已退化的助细胞的丝状器直入
1、双受精过程 : (1) 花粉管穿过胚囊壁,从已退化的助细胞的丝状器直入 助细胞, (2) 在花粉管前端开孔将 2 精细胞等内容物释放到胚囊。 (3) 受精开始, 1 精细胞在合点端无壁区与卵接近融合, 另 1 也在无壁区与中央细胞接近融合。 (4) 核融合 ── 受精完成 ── 合子。
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2、双受精特点及意义 特点: (1) 精子与卵细胞融合速度比与极核慢,所以完成
较迟。如棉花 4h ,小麦 3.5 ~ 4.5h (受精卵) 融合晚、历时短,如棉花 1h ,小麦 1 ~ 2h (受精极核)。 (2) 被子植物特有,是进化上高度发展标志,精卵结合把父、母本具有差异的遗传物质重新组合,形成了兼有父母本双重遗传性的合子。
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意义:(1) 恢复了植物原有的染色体数,保持的物种
的相对稳定性 ; (2) 形成新的遗传性状为产生新变异提供物质基础: 精子、极核结合,形成三倍体的初生胚乳核,同样兼 有父、母本的遗传特性,生理上更活跃,发育成的胚 乳作为营养物质供胚发育之用。 * 双受精完成后,合子进入休眠期(合子发生一系列变 化,为分裂作准备而初生胚乳核只有短暂休眠(小麦、 棉花)或无休眠(水稻)即进入第一次分裂。 * 出现新的遗传性状产生变异的后代。使物种得到发展, 因此是系统进化上高度发展的重要标志。
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无融合生殖与多胚现象 1、无融合生殖:胚囊里形成胚的过程不需精卵结合 就能发育成胚。 孤雌生殖:卵细胞不经过受精直接发育成胚。
无配子生殖:由助细胞、反足细胞或极核发育成胚。 无孢子生殖:由珠心或珠被细胞直接发育成胚。
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2、多胚现象:在某些植物的种子常常有2个 或更多个胚。 多胚现象原因: 无融合生殖是原因之一。 1个受精卵发育成胚的过程中分裂成几个胚。 1个胚珠中有多个胚囊,每个胚囊中有1个卵细胞, 有几个胚囊就有几个胚。 柑橘中常见,由珠心形成。 原因:1.无融合生殖 2.受精卵分裂 3.多胚囊
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种子由受精后的胚珠发育而成: 受精卵 胚 受精的中央细胞 胚乳 受精胚珠 少部分 外胚乳 种子 珠心 大部分被吸收 珠被 种皮
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五、果实和种子的形成 被子植物受精作用完成后,胚珠——种子,子房——果实。种子由受精后的胚珠发育而成: 受精卵 胚 受精的中央细胞 胚乳
受精卵 胚 受精的中央细胞 胚乳 受精胚珠 少部分 外胚乳 种子 珠心 大部分被吸收 珠被 种皮
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1、胚的发育
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双子叶植物胚的简要发育过程
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2、胚乳 胚乳是被子植物贮藏养料的部分,由2个极核 受精后发育而成,是三核融合体,极核受精后一 般不经休眠(或短暂休眠)直接发育成胚乳(因
此发育早于胚),分二种类型:
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1、核型胚乳的发育(单子叶和双子叶植物离瓣花中
普遍存在) 特点:1)受精极核的第一次分裂以及以后的多次核分裂 都不伴随细胞壁的形成,胚乳细胞核呈游离状态,分布在 同一细胞质中——游离核形成期,核多少不 一,多达百千 个,如胡桃,苹果,少8—16个或4个,如咖啡。 2)随着核数的增加,核和原生质逐渐由于中央液泡出现, 被挤向胚囊的四周(珠孔和合点端较密集,侧方仅分布一 薄层。) 3)核分裂到一定时期,向细胞时间过渡,即在游离核之间 形成细胞壁,进行细胞质分隔,即形成胚乳细胞,整个组 织称胚乳。 4)分裂以有丝分裂为主,也有少数出现无丝分裂。
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2、细胞型胚乳的发育(大多数双子叶合瓣花属于此
类,如芝麻,烟草)与前者区别在:在核分裂后,随即 伴随细胞质分隔和细胞壁的形成。以后进行的分裂全属 细胞分裂,形成胚乳细胞,无游离核时期。
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无胚乳种子:在胚发育过程中,胚乳被全吸收,养料
贮存于子叶中。 外胚乳———由珠心组织随种子的发育而增大形成。 与胚乳比较:作用相同,来源不同。
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3 种皮的形成 种子的外表一般为种皮所包被,由珠被随胚,胚乳
3 种皮的形成 种子的外表一般为种皮所包被,由珠被随胚,胚乳 一同发育而来。 1)珠被一层,发育——种皮(一层)如向日葵,胡桃。 2)珠被二层,发育——外珠被——种皮,内珠被营养 被胚吸收而消失。豆类,丝瓜。 ——内珠被——种皮,外珠被退化,如水稻,小麦 3)二层珠被同时发育——2层种皮(内种皮,外种皮) 4)假种皮:有些植物的种皮外面还有一些覆盖层,它 是由珠柄、胎座等部分发育而来的。如荔枝、龙眼的肉 质可食部分。西瓜的肉质部分由胎座发育而来。 棉纤维为种皮的表皮细胞向外突出形成的;红米、 黑米等为种皮细胞内含有色体。
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外种皮:外珠被有3层结构,即:长柱状厚壁细胞,
骨形厚壁细胞,多层薄壁细胞。有极强的保护作用, 机械力量强,还具有光泽,花纹等附属结构。早期 的外种皮,富含淀粉,因此,鲜嫩蚕豆种皮可食。 内种皮:内珠被一般薄而柔软,到种子成熟干燥时 起不了保护作用,由子房壁(果皮)起保护作用。 如水稻,小麦,果皮种皮不易分离。 被子植物的种皮多数是干燥的,但也有少数肉质的 如石榴(可食部分)
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(二)果实的形成 1、果实的形成 受精作用后,花的各部分起了显著的变化。
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2 果实的结构: 果皮、种皮、种子。 (1)纯由子房发育而成的——真果(桃,棉) (2)非纯由子房发育而成——假果(南瓜,苹果)
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层结构有的很明显,有的互相混合无从区别。 严格讲:果皮是指成熟的子房壁,即单纯的由 子房发育而成。如果除心皮外,还包含了其他
果皮:包括外果皮,中果皮,内果皮。三 层结构有的很明显,有的互相混合无从区别。 严格讲:果皮是指成熟的子房壁,即单纯的由 子房发育而成。如果除心皮外,还包含了其他 附属结构组织如花托、花萼、花序轴等。则果 皮的含义也可扩大到非子房壁的附属结构或组 织部分。
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单性结实———不经受精子房就发育成果实的。
包括自发;诱导。 无子果实———单性结实的果实里不含种子。 1)自发:不传粉,不受精而形成果实,如香蕉。 柑桔,柿,瓜类。 2)诱导:要传粉,不受精,而形成果实。 方法:用同类植物或亲缘关系相近的植物花粉浸 出液喷射在柱头上。如马铃薯花粉刺激番茄柱头, 爬山虎花粉刺激葡萄柱头。用生长激素如2,4-D 吲哚乙酸等涂洒在柱头上。
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