植物发育生物学省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件

植物发育生物学

PlantDevelopmentBiology1/57课程属性：专业限选课课时/学分：34/2教学目标和要求：介绍植物发育生物学研究一些基本自然现象和研究内容，帮助学生分析当前本学科研究领域中存在问题及不一样观念。目标是帮助学生对植物发育生物学有比较全方面了解，并为今后学习和研究工作奠定初步理论基础。参考书目：植物发育生物学，白书农著

植物发育生物学，崔克明著PlantDevelopmentalBiology,ECPual&MR.Davey2/57第一章导论3/57第一节发育和发育生物学4/57一、基本概念发育（development）

生物体在生命周期中结构和功效从简单到复杂改变过程。个体发育

从受精卵形成胚胎并成为性成熟个体过程。发育生物学（DevelopmentBiology）

生物个体怎样从一个受精卵经过“胚胎发生”过程而形成其基本结构过程。5/57二、发育生物学形成历程预成论与渐成论（17-18世纪）

预成论：生物个体形态和结构预先以微缩形式存在于母体中，它逐步长大形成胚胎及成体。（本原）渐成论：生物个体是由一些均一结构在一定条件下逐步分化而形成。（过程）6/57发育生物学科成立起点

19世纪末，Roux和Driesch开创了由形态学比较转入试验分析新时代传统胚胎学向当代发育生物学转变

20世纪初，Morgan将遗传学与胚胎学相统一当代意义发育生物学形成

20世纪50年代DNA双螺旋模型提出，80年代控制形态建成同源异形基因取得7/57三、当代发育生物学与胚胎学比较关重视点胚胎发生过程及其影响因子（胚胎学）

从受精卵开始生活周期及其影响因子（当代发育生物学）研究伎俩观察、解剖、移植及各种理化因子刺激反应分析

（胚胎学）

解剖、观察、基因分离、基因组学方法（当代发育生物学）强调内容胚胎发生过程各种内外因子相互影响（胚胎学）受精卵所携带预先编制发育程序在胚胎发生及胚后发育过程中逐步解读并指导形态建成过程运行（当代发育生物学）8/57四、当代发育生物学概念框架基本概念

细胞分化、内外环境对分化影响、基因之间等级结构及其发育过程程序性控制、染色体结构对基因表示调控、细胞内外通讯中信号转导系统生活周期完成基本模式

9/57第二节对植物发育规律认识发展10/57一、植物发育与动物发育比较动物胚胎发育完成后几乎是全方面生长，不再增加新器官和组织。植物则是在特定部位保留分生组织细胞群，形成局部生长，一生中不停形成新器官和组织。动物在环境中能够自由移动。而植物通常不能主动移动，其内部结构和外部形态，甚至其生理活动都较轻易受环境影响，随环境条件改变而发生一定改变。动物没有世代交替。植物存在世代交替。11/57二、植物发育问题研究历史特点1、强调阶段性而忽略整体性2、强调外因而忽略内因12/57三、植物发育研究发展阶段20世纪初开始，植物开花机理研究20世纪50-70年代，环境因子和植物激素“诱导”形态建成发生作用机理研究20世纪70-80年代，大量新关于形态发生过程描述资料，建立植物分子生物学方法和从植物中分离基因从80年代中期开始，利用模式植物、借鉴动物发育研究中成功经验，相关形态建成控制分子遗传学研究13/57四、植物发育研究存在基本问题强调外因而忽略内因问题得到了很大程度改变强调阶段性而忽略整体性问题没有得到真正处理所以当前对植物发育关键过程及其遗传控制程序缺乏整体了解。14/57第三节植物生活周期和植物发育关键过程15/57本节主要内容

对不一样等级类群植物生活周期完成过程介绍，并对这些过程进行比较分析。明确植物个体发育主体，并从植物本身演化过程中，找出植物发育基本问题，最终对植物个体发育过程及其基本规律有一个总体把握。

16/57一、植物界范围林奈分类法原核细菌、真核真菌、苔藓、蕨类、种子植物Whittaker五界系统法苔藓、蕨类、种子植物当代观点藻类、苔藓类、蕨类、裸子植物类、被子植物类17/57二、不一样类型植物生活史及形态建成过程基本概念：配子体由单倍体细胞组成形态结构孢子体由二倍体细胞组成形态结构配子体世代配子体形成过程被称为配子体世代孢子体世代孢子体形成过程被称为孢子体世代世代交替整个生活周期完成过程中配子体世代与孢子体世代变换18/571、藻类种类：绿藻、红藻与褐藻绿藻与高等植物之间存在演化关系19/57衣藻繁殖方式：无性生殖和有性生殖（同配生殖）两个单细胞水平上发生事件：受精作用和减数分裂受精作用减数分裂20/57团藻繁殖方式：无性生殖和有性生殖（卵式生殖）两个单细胞水平上发生事件：受精作用和减数分裂21/57水绵

接合生殖水绵繁殖方式：无性生殖和有性生殖（接合生殖或同配生殖）两个单细胞水平上发生事件：受精作用和减数分裂22/57石莼23/57同形世代交替单细胞水平事件：受精作用减数分裂多细胞化配子体与孢子体之间转变经过单细胞为中介24/572、苔藓类体形较小、有茎、叶分化，假根，无维管组织，又称“非维管植物”雌性生殖器官－颈卵器，雄性生殖器官－精子器，受精需要水。合子发育处于颈卵器保护中进行，又称“有胚植物”。25/57孢子体世代：没有经典顶端生长，没有侧生结构发生，形成特定边界结构——胚（孢子体被包被在颈卵器中结构）配子体世代：早期原丝阶段，后期叶状体阶段。26/57苔藓类植物生活周期特点：异形世代交替，配子体发达，孢子体寄生于配子体上。孢子体世代没有经典顶端生长，没有侧生结构发生，形成特定边界结构。配子体在形态结构上分化比绿藻类植物要显著复杂。没有经典微管组织分化，又被称为非微管植物。精子带有鞭毛，受精过程需要水做媒介。合子深入发育处于颈卵器保护中进行,又被称为“有胚植物”27/573、蕨类体形大小、分布区域等方面显著不一样。小仅若干厘米，大可高达百米。生存在潮湿地域、水中或干热沙漠地域。开始有微管系统分化，生活周期完成过程中孢子体占据主要地位。28/57孢子体形态建成基本方式是顶端生长加侧生器官形成。以孢子为物种传输主要方式。配子体形成是直接形成原叶体。在同一原叶体后面不一样区域出现精子器和颈卵器分化。29/574、裸子植物介于蕨类植物和被子植物之间一类维管植物与苔藓、蕨类植物相同之处为都含有颈卵器产生种子，但种子裸露，没有被果皮包被30/5731/57裸子植物雌、雄配子体形成小孢子叶聚合成小孢子叶球，小孢子叶下小孢子囊内有多个小孢子母细胞，经减数分裂产生小孢子,小孢子发育成雄配子体（花粉粒）。多数种类雄配子体仅有4细胞组成：2个退化原叶细胞，1个生殖细胞和1个管细胞。大孢子叶丛生或聚生成大孢子叶球,大孢子叶腹面生有一至多个裸露胚珠，珠心一个大孢子母细胞经减数分裂产生4个大孢子（远离珠孔端大孢子发育成雌配子体），雌配子体由大孢子发育而来，在近珠孔端产生2至多个结构简短且埋藏于胚囊中颈卵器，颈卵器内有1个卵细胞和1个腹沟细胞，无颈沟细胞，比蕨类植物颈卵器愈加退化。32/57裸子植物生活史特点：受精方式：雄配子体以花粉撒播形式转移到胚珠上，以花粉管伸长方式将精细胞传递到雌配子体内颈卵器中。物种传输：多细胞形式进行，如种子和花粉。在孢子体形态建成过程中，出现了多细胞、含有特定结构茎端分生组织，含有显著而且有规律分枝活动。33/575、被子植物当前地球上种类最多、分布最广植物类群。出现花结构，又称为“有花植物”。34/5735/57被子植物生活史特点双受精：一个精细胞与卵细胞结合形成二倍体合子同时，另一个精细胞与中央细胞结合三倍体细胞。物种传输：多细胞形式进行，如种子和花粉。孢子体形态建成过程中，出现了多细胞、含有特定结构茎端分生组织，含有显著而且有规律分枝活动，孢子体形态建成复杂性大大增加。36/57三、不一样植物类群生活周期共同特点：生活周期完成过程中都有三个主要单细胞存在状态——合子、孢子和配子，两个在单细胞水平发生主要事件——减数分裂和受精。生活周期完成过程都是从合子开始，经过孢子作为中间步骤，到形成配子作为终点单向过程。生活周期完成过程中三个单细胞存在状态之间都存在不一样形式多细胞化过程和从多细胞结构中特化出单细胞“少细胞化”过程。37/57四、生活周期完成过程是植物个体发育研究基本对象1、从细胞水平看植物发育关键过程38/57植物生活周期完成关键过程：一个中心两个规律39/57动、植物发育关键过程异同点相同点：从单细胞合子开始，并将形成配子。不一样点：动物个体发育中，合子与配子单细胞状态之间转换经过“种系”细胞来完成。不一样单细胞状态之间转换仅发生在单细胞水平，与多细胞个体形态建成是两个相互独立、相互平行过程。植物体中，不一样单细胞状态之间转换必需以多细胞体作为过渡。单细胞状态转换与多细胞体形态建成之间是相互依存、融为一体两个过程。40/572.从演化角度看植物发育基本问题41/57孢子体形态建成苔藓类植物采取无生长点有限生长方式。蕨类、裸子和被子植物采取是顶端生长点加侧生器官连续生长方式，且侧生器官类型逐步趋于复杂化。配子体形态建成多细胞配子体形态建成与孢子体形态建成恰好相反，随植物类群在地球上出现时间推迟而变得越来越类简化。42/57生活周期关键单元聚生：在采取顶端生长加侧生器官形成方式多细胞体形态建成植物中，各种侧生器官类型形成是经过分枝所形成新茎端分生组织活动。分枝存在，使植物体实际上是由许多能够独立完成生活周期关键过程单元所组成聚合体。43/57将植物多细胞体形态建成放到生活周期完成关键过程中加以考查，以生活周期完成为根本，找出多细胞体形态建成中最为基本关键性状，从而揭示植物发育研究所面临基本问题：三种关键细胞——合子、孢子和配子在分子水平分化特点以及减数分裂与受精分子机理顶端生长点（包含顶端细胞和茎端分生组织）形成机理不一样侧生器官类型之间转换与侧生器官形成多细胞化与少细胞化过程开启与调控分枝与生活周期关键单元聚生配子传递与物种传输44/573、植物发育关键过程完整性、连续性与程序性

植物个体发育研究主体：生活周期完成关键过程完整性：在三种关键单细胞状态之间有方向性转换，生活周期是一个有始有终过程而不是由合子出发呈射线状无限生长过程。连续性：多细胞体形态建成是在三种关键单细胞变换之间过渡状态。程序性：在多细胞体形态建成过程中，不一样器官类型发生存在一定先后次序。45/57五、生活周期关键过程与当前植物发育研究中若干问题1、关于“胚胎发生”问题植物胚胎发生是从合子到种子形态建成过程，类似于动物胚胎发生，奠定了植物体今后形态建成模式。胚胎就其本意而言仅指被包裹结构。从苔藓到被子植物都有胚胎，但只有种子植物含有种子。苔藓植物胚胎类似动物胚胎，在其包裹阶段中形成了其孢子体多细胞体基本结构，蕨类、裸子和被子植物胚胎在其被包裹阶段仅形成了其完成生活周期过程中所应该出现孢子体多细胞体中最初一部分。46/572、关于“开花”与“花发育”问题开花与叶片生长看作是在发育过程中截然不一样两个阶段花器官与叶片之间，不一样花器官之间在许多情况下都可能出现过渡形态。这些器官之间改变更可能是连接合子与孢子多细胞体中不一样器官类型之间次序改变。47/573、关于“植物不一样发育命运器官系统”问题从种子开始植物发育分为地下部分根和地上部分茎两个系统从生活周期完成关键过程来看，茎主要在不一样侧生器官之间起分隔和支撑作用，而根作用更为间接。从演化角度看，根存在是否并不是生活周期完成必要条件，它只是植物对陆生环境适应一个产物。48/574、关于“无限生长”特征问题动物个体发育是有限生长，而植物个体发育能够无限生长。植物个体本质是许多完成生活周期基本单元“聚生”而成“聚合体”。分枝对植物生活周期关键过程完成含有主要意义，从合子到孢子两种关键单细胞状态转换所出现全部侧生器官类型是经过分枝来形成，分枝又是植物进行营养繁殖主要形式。49/57第四节植物发育生物学相关学科内容50/57一、植物发育生物学定义植物发育生物学是从分子生物学、生物化学、细胞生物学、解剖学和形态学等不一样水平上利用各种试验伎俩研究植物体外部形态和内部结构发生、发育和建成细胞学和形态学过程及其细胞和分子生物学机理科学。这是在植物形态解剖学，植物生理学，植物生物化学，遗传学，分子生物学，生物物理学等众多学科基础上发展起来一门边缘学科。发育生物学是生物学中继分子生物学后又一个研究热点。

51/57二、用于植物发育生物学研究试验系统细胞和组织培养系统植物细胞和组织培养技术诞生以来用于研究植物发育生物学问题最主要试验系统，其优越性是在人工控制下进行，发生发育条件较清楚，便于调整，缺点是缺乏体内一些组织发育所需要位置效应，所以难于用来研究特定组织发育。52/57损伤系统(切割试验、剥皮和去木质部试验等)植物细胞和组织培养技术诞生前应用最广一个试验系统，就是其后也依然发挥着其它试验系统不可替换作用。现在主要用于以下植物细胞和组织培养技术难于研究领域：关于形成层发生和活动研究；

关于顶端分生