细胞的生长与分化课件

1、细胞的生长与分化课件 第十二章第十二章 植物的生长和分化植物的生长和分化 细胞的生长与分化课件 教学要求教学要求 要求学生正确理解生长、要求学生正确理解生长、 分化和发育的概念，掌握植物生长发分化和发育的概念，掌握植物生长发 育的规律，认识顶芽与侧枝，地上部育的规律，认识顶芽与侧枝，地上部 分与地下部分，营养器官与生殖器官分与地下部分，营养器官与生殖器官 的相互影响；影响生长的因素；光形的相互影响；影响生长的因素；光形 态建成及植物的运动。态建成及植物的运动。 细胞的生长与分化课件 第二节第二节 植物细胞的生长和分化植物细胞的生长和分化 第三节第三节 植物的生长和分化植物的生长和分化 第四节第

2、四节 环境对植物生长的影响环境对植物生长的影响 第五节第五节 植物的运动植物的运动 第一节第一节 植物生长和分化、发育的概念植物生长和分化、发育的概念 细胞的生长与分化课件 把植物个体发生、生殖交把植物个体发生、生殖交 替反复并传递生命的过程称为替反复并传递生命的过程称为 生活周期生活周期。 第一节第一节 植物生长、分化和发育的概念植物生长、分化和发育的概念 一一 概念概念 细胞的生长与分化课件 受精卵受精卵 种子萌发种子萌发 营养体形成营养体形成 生殖体形成生殖体形成 不断进行着生长和不断进行着生长和 分化。分化。 胚胎形成胚胎形成 开花结实开花结实 衰老死亡衰老死亡 细胞的生长与分化课件

3、从从整体水平整体水平看，植物生活周看，植物生活周 期期包括包括种子萌发，幼苗生长、营种子萌发，幼苗生长、营 养体生长、花的发育、受精、种养体生长、花的发育、受精、种 子形成、休眠或衰老、死亡等。子形成、休眠或衰老、死亡等。 细胞的生长与分化课件 在生活周期中，伴随着形态在生活周期中，伴随着形态 建成过程，植物个体经历着建成过程，植物个体经历着量变量变 和质变和质变的过程，即的过程，即生长和分化的生长和分化的 过程过程。 细胞的生长与分化课件 细胞水平细胞水平 原生质的增加，细胞分裂、伸长和原生质的增加，细胞分裂、伸长和 扩大来实现的。扩大来实现的。 整株水平整株水平 根，茎，叶，花，果实和种子

4、的体根，茎，叶，花，果实和种子的体 积增大和干重的增加。积增大和干重的增加。 生长生长 growthgrowth 是指植物在体积、重量、数是指植物在体积、重量、数 目等形态指标方面的增加，是一种量的变目等形态指标方面的增加，是一种量的变 化。化。 概念概念 细胞的生长与分化课件 营养生长营养生长 vegetive growth 生殖生长生殖生长 reproductive growth 有限生长有限生长 determinate growth 无限生长无限生长indeterminate growth 细胞的生长与分化课件 分化分化 differentiationdifferentiation 是指

5、植物细胞在结构、是指植物细胞在结构、 功能和生理生化性质方面发生的变化，是功能和生理生化性质方面发生的变化，是 一种不同细胞之间区别的一种不同细胞之间区别的质质的变化。的变化。 概念概念 细胞的生长与分化课件 细胞在结构、代谢和生理功能上区别于原分生细胞。细胞在结构、代谢和生理功能上区别于原分生细胞。 可以表现在细胞，组织，器官的不同水平上。可以表现在细胞，组织，器官的不同水平上。 例如：受精卵细胞分裂转变成例如：受精卵细胞分裂转变成胚胚； 生长点转变为叶原基、花原基；生长点转变为叶原基、花原基； 形成层转变成输导组织、机械组织、保护组织；形成层转变成输导组织、机械组织、保护组织； 正是由于这

6、些不同水平上的分化，植物细正是由于这些不同水平上的分化，植物细 胞分化形成各种组织，各种组织又组成了胞分化形成各种组织，各种组织又组成了 器官。植物的各个部分才呈现不同的形态器官。植物的各个部分才呈现不同的形态 和生理功能。和生理功能。 细胞的生长与分化课件 分化叶原基到长成成熟的叶片分化叶原基到长成成熟的叶片叶的发育；叶的发育； 根原基的发生到形成完整根系根原基的发生到形成完整根系根的发育；根的发育； 茎端的分生组织形成花原基，转变成花蕾，到形茎端的分生组织形成花原基，转变成花蕾，到形 成花序最后花蕾长大成花序最后花蕾长大花的发育；花的发育； 发育发育 developmentdevelopm

7、ent 是植物是植物生长生长和和分化分化 的总和，是植物生长分化的动态过程。的总和，是植物生长分化的动态过程。 概念概念 细胞的生长与分化课件 生长生长-是量变，是基础；是量变，是基础； 分化分化-是质变，变异生长；是质变，变异生长； 发育发育-是器官或整体有序的量变与质变。是器官或整体有序的量变与质变。 发育包含了生长和分化。发育包含了生长和分化。植物的地上部是通过植物的地上部是通过 茎尖的分化和生长产生的。茎尖的分化和生长产生的。如花的发育，包括如花的发育，包括 花原基的分化和花器官各部分的生长；果实的花原基的分化和花器官各部分的生长；果实的 发育包括了果实各部分的生长和分化等。发育包括了

8、果实各部分的生长和分化等。 生长、分化和发育的相互关系生长、分化和发育的相互关系 细胞的生长与分化课件 发育必须在生长和分化的基础上才能进行发育必须在生长和分化的基础上才能进行，植植 物的发育是从胚胎细胞的分化和生长开始的。物的发育是从胚胎细胞的分化和生长开始的。 生长和分化又受发育的制约。生长和分化又受发育的制约。例如，水稻幼穗例如，水稻幼穗 的分化和生长必须在通过光周期的发育阶段之的分化和生长必须在通过光周期的发育阶段之 后才能进行；白菜、萝卜等在抽薹前后长出不后才能进行；白菜、萝卜等在抽薹前后长出不 同形态的叶片，这也表明不同的发育阶段有不同形态的叶片，这也表明不同的发育阶段有不 同的生

9、长数量和分化类型。同的生长数量和分化类型。 植物的发育是受遗传和环境因素的影响。植物的发育是受遗传和环境因素的影响。 生长、分化和发育的相互关系生长、分化和发育的相互关系 细胞的生长与分化课件 植物生长分析植物生长分析 The Analysis of Plant Growth 一一 植物生长的测量指标植物生长的测量指标 二二 植物生长的分析方法植物生长的分析方法 细胞的生长与分化课件 一一 植物生长的测量指标植物生长的测量指标 植物原生质体培养植物原生质体培养 1 体积体积（长度和直径）（长度和直径） 粗略粗略 2 鲜重鲜重 受环境条件影响波动大。受环境条件影响波动大。 3 干重干重 有例外情

10、况有例外情况 4 细胞数细胞数 适合细胞种类适合细胞种类 比较单纯的个体和组织。比较单纯的个体和组织。 细胞的生长与分化课件 无论哪个指标单独应用都无论哪个指标单独应用都不能完整的客观的不能完整的客观的描述描述 植物的生长状态。植物的生长状态。 细胞的生长与分化课件 周期素周期素 cyclincyclin 细胞周期蛋白，控制细胞分裂周期的重细胞周期蛋白，控制细胞分裂周期的重 要因子，其含量的增加，可以是细胞周期缩短，单位要因子，其含量的增加，可以是细胞周期缩短，单位 时间内细胞分裂的次数多，产生的细胞数目增加。时间内细胞分裂的次数多，产生的细胞数目增加。 细胞的生长与分化课件 二二 植物生长的

11、分析方法植物生长的分析方法 （一）植物生长的流体运动学性质 图图11-1 双子叶植物上胚轴弯勾及其生长呈现典型的流体运动状态，即由不断生长双子叶植物上胚轴弯勾及其生长呈现典型的流体运动状态，即由不断生长 着的细胞构成一个相对稳定的整体形态。如果在弯勾上的某一位点作一标记，经着的细胞构成一个相对稳定的整体形态。如果在弯勾上的某一位点作一标记，经 过一段时间后，这个标记会沿箭头所示的方向从弯勾的一侧过一段时间后，这个标记会沿箭头所示的方向从弯勾的一侧“流向流向”另外一侧，另外一侧， 表示构成弯勾的细胞处于不断的更新和生长过程中。表示构成弯勾的细胞处于不断的更新和生长过程中。 细胞的生长与分化课件

12、分生区 伸长区 分化区 细胞的生长与分化课件 总体描述（总体描述（spatial description） 某一特定时刻某一特定时刻的植物外观的植物外观 具体描述（具体描述（material desription） 某一具体细胞或组织单元一段时间内某一具体细胞或组织单元一段时间内 （二）植物的生长曲线 植物植物 生长生长 状态状态 描述描述 方式方式 细胞的生长与分化课件 1.生长轨迹曲线生长轨迹曲线 具体描述具体描述 反映了植物的某一组织单元在一定的时间阶段内发生的位置变化。反映了植物的某一组织单元在一定的时间阶段内发生的位置变化。 生长轨迹曲线；图中的每一条曲线都代表根上的某一点与根生长轨

13、迹曲线；图中的每一条曲线都代表根上的某一点与根 尖之间的距离随时间的变化情况；尖之间的距离随时间的变化情况； （二）植物的生长曲线（二）植物的生长曲线 距根尖距离（毫米）距根尖距离（毫米） 细胞的生长与分化课件 例如，在快速生长的玉米根上，一个组织单元 从距根尖2mm处（分生区）移动到12mm处 （伸长区末端）需要8小时，平均速率大约是 12 mm/hr，但是在这个生长阶段内，根系的 组织单元呈加速生长的状态。 细胞的生长与分化课件 2 生长速率曲线：生长速率曲线：总体描述总体描述 植物植物整体整体在某在某特定时刻下特定时刻下的生长状态。的生长状态。 生长速率图；该生长速率图；该 图表示根上的

14、每图表示根上的每 一点相对于根尖一点相对于根尖 的生长速率与此的生长速率与此 点和根尖之间的点和根尖之间的 距离有关，离根距离有关，离根 尖越近，生长速尖越近，生长速 率越小；离根尖率越小；离根尖 越远，生长速率越远，生长速率 越大，最后达到越大，最后达到 一个恒定值，此一个恒定值，此 值即为根的伸长值即为根的伸长 生长速率；生长速率； 距根尖距离（毫米）距根尖距离（毫米） 细胞的生长与分化课件 3 相对生长速率曲线：相对生长速率曲线：总体描述总体描述 植物在植物在某一时刻各部分某一时刻各部分的生长速率。每点自身的相的生长速率。每点自身的相 对生长速率（对生长速率（dv/ds） 相对生长速率相

15、对生长速率 图。该图表示图。该图表示 根上每点自身根上每点自身 的相对生长速的相对生长速 率（率（dv/ds） 与其位置的关与其位置的关 系，从图中可系，从图中可 以判别根上生以判别根上生 长最快的区域长最快的区域 为距根尖为距根尖3-6 毫米处。毫米处。 细胞的生长与分化课件 第二节第二节 植物细胞的生长和分化植物细胞的生长和分化 第三节第三节 植物的生长和分化植物的生长和分化 第四节第四节 环境对植物生长的影响环境对植物生长的影响 第五节第五节 植物的运动植物的运动 第一节第一节 植物生长和分化、发育的概念植物生长和分化、发育的概念 细胞的生长与分化课件 第二节第二节 植物细胞的生长和分化

16、植物细胞的生长和分化 Growth and differentiation of plant cell 植物细胞分裂植物细胞分裂 植物细胞分化植物细胞分化 三植物程序性细胞死亡三植物程序性细胞死亡 细胞的生长与分化课件 顶端分生组织顶端分生组织 原始细胞原始细胞 亚顶端组织内细胞分裂和扩张亚顶端组织内细胞分裂和扩张 初生植初生植 物物外形外形 植物的生长过程是细胞分裂和扩张。植物的生长过程是细胞分裂和扩张。 细胞的生长与分化课件 植物细胞分裂植物细胞分裂 细胞的生长与分化课件 (1)(1) 继续继续增殖增殖。如分生组织的。如分生组织的 细胞。细胞。 (2) (2) 分化分化成执行一定机能的成执

17、行一定机能的 细胞，直至衰老、死亡。如细胞，直至衰老、死亡。如 大多数成熟组织的细胞。大多数成熟组织的细胞。 (3) (3) 暂时离开细胞周期暂时离开细胞周期，已已 经分化的细胞可以重新进行经分化的细胞可以重新进行 分裂分裂脱分化脱分化 （dedifferntiationdedifferntiation）当重新）当重新 进入细胞周期的位置，与其进入细胞周期的位置，与其 停止分裂离开细胞周期的位停止分裂离开细胞周期的位 置相同。置相同。 分裂后的子细胞分裂后的子细胞三种去向三种去向 细胞的生长与分化课件 脱分化脱分化 (dedifferentiation) 已经分化的细胞可以重新进行分裂。已经分

18、化的细胞可以重新进行分裂。 再分化再分化 (redifferentiation) 愈伤组织的脱分化细胞在一定条件愈伤组织的脱分化细胞在一定条件 诱导下，重新分化出组织和器官。诱导下，重新分化出组织和器官。 植物细胞的分裂能力是无限的。植物细胞的分裂能力是无限的。 组织培养组织培养 细胞的生长与分化课件 植物细胞全能性植物细胞全能性 totipotency 植物的每一个生活细胞都有全套的遗植物的每一个生活细胞都有全套的遗 传信息，在适当的条件下，能表达出来，传信息，在适当的条件下，能表达出来， 长成一个新的，与母体相似的完整植株，长成一个新的，与母体相似的完整植株， 叫植物细胞全能性。叫植物细胞

19、全能性。 细胞的生长与分化课件 植物体植物体 分离分离 灭菌灭菌 外植体、接种培养外植体、接种培养 脱分化脱分化 细胞分裂形成愈伤组织细胞分裂形成愈伤组织 再分化再分化 幼根、幼芽幼根、幼芽 小植株小植株 细胞的生长与分化课件 细胞的生长与分化课件 细胞的生长与分化课件 脱分化脱分化再分化再分化 叶片叶片 子叶子叶 子叶节子叶节 茎段茎段 胚胚 细胞的生长与分化课件 组织培养的技术条件组织培养的技术条件 （1）培养基的配制）培养基的配制 无机营养无机营养 包括大量元素和微量元素包括大量元素和微量元素 碳源碳源 蔗糖蔗糖(1% 4%)。 维生素维生素 B1(硫胺素硫胺素) ，烟酸、，烟酸、B6(

20、吡哆吡哆 醇醇)、肌醇、肌醇 激素激素 2,4-D，NAA；KT，6-BA等等 有机附加物有机附加物，如甘氨酸、酵母汁、椰，如甘氨酸、酵母汁、椰 子乳等，以促进细胞的分化。子乳等，以促进细胞的分化。 琼脂，琼脂，0.61 细胞的生长与分化课件 （2）无菌条件）无菌条件 外植体：氯化汞、外植体：氯化汞、H2O2、次氯酸钙、次氯酸钙、 70酒精等酒精等 培养基：高温高压灭菌，超净工作台培养基：高温高压灭菌，超净工作台 （3）培养条件）培养条件 光照光照 ，2527 细胞的生长与分化课件 组织培养的步骤组织培养的步骤 1.1.培养基的准备：培养基的准备：培养基是指人工配制的含培养基是指人工配制的含

21、有营养物质供培养物生长分化的介质。有营养物质供培养物生长分化的介质。通常通常 含含无机营养物质无机营养物质( (大量元素和微量元素大量元素和微量元素) )、碳、碳 源源(1%-4%(1%-4%蔗糖蔗糖) )、生长调节剂、生长调节剂(2(2，4-D4-D或或NAANAA 、KTKT或或6-BA)6-BA)以及有机附加物以及有机附加物( (维生素、甘氨维生素、甘氨 酸酸) )等几类物质组成。等几类物质组成。 2.2.消毒灭菌（材料、培养基、用具等）消毒灭菌（材料、培养基、用具等） 3.3.接种接种 4.4.培养培养 继代继代 5.5.移栽移栽 细胞的生长与分化课件 细胞生长细胞生长 另一种是大多数

22、高等植物的另一种是大多数高等植物的 多细胞器官中，细胞的扩大是由多细胞器官中，细胞的扩大是由 整个细胞壁的大部分区域一起扩整个细胞壁的大部分区域一起扩 展，呈展，呈弥散型弥散型 。 一种是一种是顶端生长顶端生长，如根毛，如根毛， 花粉管的细胞扩大仅在细胞的一花粉管的细胞扩大仅在细胞的一 端产生；端产生； 细胞的生长与分化课件 细胞的生长与分化课件 细胞生长方向细胞生长方向 激素激素 微纤丝取向微纤丝取向 微管微管 终端复合体终端复合体 细胞的生长与分化课件 微纤丝沉积方向决定细胞的形状微纤丝沉积方向决定细胞的形状 细胞的生长与分化课件 激素影响微管在质膜内侧的排列方向激素影响微管在质膜内侧的排

23、列方向 乙烯乙烯 GA 细胞的生长与分化课件 XET XET 从分子链内部水解木葡聚糖，并从分子链内部水解木葡聚糖，并 将水解的木葡聚糖片段转移到另外一将水解的木葡聚糖片段转移到另外一 个木葡聚糖的末端个木葡聚糖的末端 赤霉素对细胞壁伸展性的增加，与它能促进细胞壁赤霉素对细胞壁伸展性的增加，与它能促进细胞壁 中的木中的木葡聚糖内糖基转移酶葡聚糖内糖基转移酶XETXET活性密切相关。活性密切相关。诱诱 导导XET活性的增加是赤霉素的特异作用活性的增加是赤霉素的特异作用。 XET增加细胞壁的伸展性可能增加细胞壁的伸展性可能 是它增加了细胞壁对扩张蛋白是它增加了细胞壁对扩张蛋白 的透性。扩张蛋白在酸

24、性条件的透性。扩张蛋白在酸性条件 下可以弱化细胞壁多糖之间的下可以弱化细胞壁多糖之间的 氢键。氢键。 细胞的生长与分化课件 细胞的生长与分化课件 细胞分化细胞分化是发育生物学中是发育生物学中 的一核心问题。的一核心问题。 细胞的生长与分化课件 产生生长素（产生生长素（IAA），）， 皮层薄壁细胞接受皮层薄壁细胞接受IAA 诱导诱导ATHB-8的表达的表达 调节所需蛋白酶基因调节所需蛋白酶基因 和核酸酶基因的表达和核酸酶基因的表达 表达产物参与导管分子表达产物参与导管分子 成熟时的细胞自溶成熟时的细胞自溶 信号产生信号产生 和感受和感受 分生特征基因分生特征基因关闭关闭 分化特征基因分化特征基因

25、表达表达 结构和功能结构和功能 基因表达基因表达 结构和功能结构和功能 分化成熟分化成熟 （一）细胞分化过程四步模式 二二 植物细胞分化植物细胞分化 细胞的生长与分化课件 极性极性 polaritypolarity 是指植物器官、组织或是指植物器官、组织或 细胞在形态结构、生化组成以及生理功能细胞在形态结构、生化组成以及生理功能 上的不对称性。上的不对称性。 （二）细胞分化与极性（二）细胞分化与极性 极性在植物整体、极性在植物整体、 器官组织、细胞等器官组织、细胞等 各个水平上均普遍各个水平上均普遍 存在。存在。 细胞的生长与分化课件 直接表现直接表现 细胞器的不均衡分布；细胞器的不均衡分布；

26、 细胞核不均衡；细胞核不均衡； 质膜表面功能蛋白不均衡分布；质膜表面功能蛋白不均衡分布； 胞内离子浓度；胞内离子浓度； pHpH梯度；梯度； 细胞的生长与分化课件 极性是既受极性是既受基因基因表达的控制，表达的控制， 又受又受环境环境条件影响。条件影响。 细胞的生长与分化课件 外界环境条件对细胞极性的影响：外界环境条件对细胞极性的影响： 墨角藻极性建成过程墨角藻极性建成过程 光照光照钙离子钙离子 流出流出 无极性合子无极性合子 钙离子流入钙离子流入 极性轴形成极性轴形成 极性合子极性合子 胚胎胚胎 细胞壁形成细胞壁形成 极性化极性化 脱极性化脱极性化 细胞不均细胞不均 等分裂等分裂 细胞的生长

27、与分化课件 极性是细胞不均等分裂（分化）的基础；极性是细胞不均等分裂（分化）的基础； 墨角藻极性建成墨角藻极性建成 不均等分裂又是植物组织极性结构分化产不均等分裂又是植物组织极性结构分化产 生的基础；生的基础； 受精卵，大孢子，小孢子等后续分裂。受精卵，大孢子，小孢子等后续分裂。 细胞的生长与分化课件 分化分裂分化分裂 formataive division 产生两产生两 个形态或生理生化上具不同性质的细胞。个形态或生理生化上具不同性质的细胞。 植物极性结构形成的基础，是细胞分化植物极性结构形成的基础，是细胞分化 的前提。的前提。 增殖分裂增殖分裂 proliferative division

28、产生产生 两个性质相同的细胞。两个性质相同的细胞。 细胞的生长与分化课件 细胞极性是分化分裂的基础；细胞极性是分化分裂的基础； 分化分裂是植物极性结构的基础，分化分裂是植物极性结构的基础， 是细胞分化的前提。是细胞分化的前提。 细胞的生长与分化课件 荠菜胚的形成荠菜胚的形成A-B.A-B.受精卵的第一受精卵的第一 次不均等分裂；次不均等分裂； C-H.C-H.胚与胚柄的形成；胚与胚柄的形成； I.I.球状胚；球状胚； J-K.J-K.由于球状胚近胚柄处由于球状胚近胚柄处 的胚细胞垂周分裂，形成心形胚；的胚细胞垂周分裂，形成心形胚； L.L. 鱼雷形胚；鱼雷形胚； M.M.成熟胚。成熟胚。 受精

29、卵的分裂是典受精卵的分裂是典 型的不均等分裂，型的不均等分裂， 产生了植物最早的产生了植物最早的 轴向极性结构轴向极性结构 细胞的生长与分化课件 gnom wt GNOM基因 突变，导致 根和子叶的 丧失 细胞的生长与分化课件 A.无秋水仙素处理 B.高浓度秋水 仙素 C.低浓度秋水仙 素 分裂被抑制 均等分裂 营养细胞营养细胞 LAT52基因表达基因表达 生殖细胞生殖细胞 无无LAT52基因表达基因表达 无细胞分裂无细胞分裂 仍为营养细胞仍为营养细胞 LAT52基因表达基因表达 两个营养细胞两个营养细胞均有均有 LAT52基因表达基因表达 图图 利用秋水仙碱干扰花粉母细胞分裂的试验，证明花粉

30、利用秋水仙碱干扰花粉母细胞分裂的试验，证明花粉 （小孢子）的形成必须经由不均等分裂。（小孢子）的形成必须经由不均等分裂。 不均等分裂 细胞的生长与分化课件 气孔 根毛 筛管和 伴胞 细胞的生长与分化课件 位置效应影响甚至位置效应影响甚至 决定细胞分化的方决定细胞分化的方 向和生理功能。向和生理功能。 胞间通讯与位置效应胞间通讯与位置效应 胞间通讯可以通过胞间胞间通讯可以通过胞间 连丝（连丝（plasmodesmataplasmodesmata）的）的 共质体共质体和细胞壁空间的和细胞壁空间的 质外体质外体形式进行。形式进行。 筛管中含有大量蛋白质，但是筛管是无核细 胞不能合成蛋白，这些蛋白质只能由相邻的 的伴胞合成，通过胞间连丝运入筛管。 细胞的生长与分化课件 胞间通讯与细胞分化胞间通讯与细胞分化 大量的试验证据表明，植物 细胞分化过程中，分化调节 物质主要通过胞间连丝进行 胞间主动运输。 金鱼草（Antirrhinum） 在金鱼草（在金鱼草（Antirrhinum）中，）中，FLO基基 因（一种转录因子基因）只在成花分生因（一种转录因子基因）只在成花分生 组织的组