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植物茎的结构及其功能的观察

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一、实验目的

1. 了解芽的构造。

2. 了解双子叶植物茎的初生构造,次生构造及单子叶植物茎的构造。

3.认识植物茎的输导功能。

二、实验原理

芽是处于幼态而未伸展的枝、花或花序,也就是枝、花或花序尚未发育前的雏体。以后发展成枝的芽称为枝芽;发展成花或花序的芽称为花芽。枝芽的结构决定着主干和侧枝的关系与数量,也就是决定植株的长势和外貌。花芽决定着花或花序的结构和数量,并决定开花的迟早和结果的多少。茎的顶端分生组织中的初生分生组织所衍生的细胞,经过分裂、生长、分化而形成的组织,称为初生组织,由这种组织组成了茎的初生结构。双子叶植物茎和裸子植物茎的初生结构,包括表皮、皮层和维管柱三个部分,但裸子植物茎没有双子叶植物茎的那种一生只停留在初生结构中的草质茎类型。

单子叶植物的茎和双子叶植物的茎在结构上有许多不同。大多数单子叶植物的茎,只有初生结构,所以结构比较简单。少数的虽有次生结构,但也和双子叶植物的茎不同。以禾本科植物的茎作为代表,说明单子叶植物茎初生结构的最显著特点。绝大多数单子叶植物的维管束由木质部和韧皮部组成,不具形成层(束中形成层)。维管束彼此很清楚地分开,一般有2 种排列方式:

一种是维管束全部没有规则地分散在整个基本组织内,愈向外愈多,愈向中心愈少,皮层和髓很难分辨,如玉米、高粱、甘蔗等的维管束,它们不像双子叶植物茎的初生结构内,维管束形成一环,显著地把皮层和髓部分开。

另一种是维管束排列较规则,一般成两圈,中央为髓。有些植物的茎,长大时,髓部破裂形成髓腔,如水稻、小麦等。维管束虽然有不同的排列方式,但维管束的结构却是相似的,都是外韧维管束,同时也是有限维管束。

双子叶植物和裸子植物茎发育到一定阶段,茎中的侧生分生组织便开始分裂、生长和分化,使茎加粗,这一过程称为次生生长,次生生长产生的次生组织组成茎的次生结构。侧生分生组织通常包括维管形成层和木栓形成层。形成层细胞的分裂包括切向分裂和径向分裂。切向分裂向内形成次生木质部,加在原有木质部的外方;向外形成次生韧皮部,加在原有韧皮部的内方。

在形成次生结构同时,形成层细胞为扩大自身圆周还必须进行径向分裂或横分裂以适应内方木质部的增粗,同时形成层的位置渐次向外推移。双子叶植物茎中次生木质部的组成包括轴向系统的导管、管胞、木纤维、木薄壁组织和径向系统的木射线。次生韧皮部同样包括轴向系统和径向系统,轴向系统由管胞、伴胞、韧皮薄壁细胞和韧皮纤维组成,有时也有石细胞;径向系统则由韧皮射线组成。韧皮射线通过形成层的原始细胞与木射线相连,合称维管射线。芽是植物地上部分的轴,主要的生理功能是支持和输导的作用。水分与矿质元素的长途运输依赖于导管和管胞;同化物的长途运输主要依赖于筛管和筛胞。

三、实验用品

(一)材料 大叶黄杨茎尖纵切片、向日葵和玉米茎横切片、椴树茎横切片、蚕豆茎、盆栽木槿

(二)器材显微镜、擦镜纸、刀片

(三)试剂蒸馏水、番红、红墨水

四、实验操作

(一)芽的基本结构

取大叶黄杨或丁香芽纵切片在显微镜下观察

1.茎尖生长锥(原分生组织):位于芽的顶端部位。

2.叶原基:位于生长锥下方的小突起,将来发育成幼叶。

3.腋芽原基:位于幼叶的腋间。

(二)茎的初生结构

1.双子叶植物茎的初生结构:取向日葵茎或大理菊茎横切片,观察下列各部:

(1) 表皮为茎的最外一层细胞,较小,排列紧密,其上有表皮毛和气孔器。

(2) 皮层在表皮以内,维管柱以外,由多层厚角组织和薄壁组织构成,常含叶绿体。在薄壁组织中有分泌腔。

(3) 中柱(维管柱) 是皮层以内的所有部分,包括维管束、髓射线和髓。

① 维管束多成束存在,在横切面上排列成一环,每个维管束都由初生韧皮部、束中形成层和初生木质部三部分组成。注意韧皮部和木质部的排列方式与根有何不同?

② 髓射线为各维管束之间的薄壁组织,是连接皮层与髓的薄壁组织。

③ 髓维管束内方,茎的中央部分,由大量圆形的薄壁细胞组成。


2.单子叶植物茎的初生构造

单子叶植物大多数只有初生结构,没有次生结构。取玉米和小麦茎横切制片(图6-4,图6-5,图6-6),在显微镜下观察

(1)表皮为茎最外面的一层细胞,其外被有角质层。

(2)下表层为表皮下方的几层小型细胞或厚壁细胞。

(3)基本组织为下皮层以内的所有薄壁组织,细胞较大,具细胞间隙,其中散生许多维管束。

A.小麦茎; B. 玉米茎
      l.表皮;2.同化组织;3.机械组织;4.维管束鞘;5.韧皮部;6.后生木质部 7.原生木质部;8.基本组织;9.髓腔;10.木质部;11.胞间道

3.维管束散生于薄壁组织中,注意维管束在茎中排列特点,详细观察一个维管束的结构,识别次生韧皮部,初生木质部和维管束鞘,注意有无形成层?

(三)双子叶植物茎的次生结构

取椴树茎横切制片(图6-7,图6-8)在低倍镜下观察。

1.表皮是否存在?完整或被挤破。

2.周皮

表皮下数层扁平的木栓细胞,排列整齐,染成红褐色为木栓层,紧接木栓层的一、二层薄壁细胞,很扁平为木栓形成层。在木栓形成层内方的一、二层生活细胞,常含有叶绿体,即栓内层。

3.维管柱

(1)韧皮部

先找到呈圆环状的形成层环,其外围是次生韧皮部,注意识别韧皮纤维、韧皮射线、筛管和伴胞等。初生韧皮部应在哪个部位?能看见吗?为什么?

(2)形成层

位于韧皮部与木质部之间,呈圆环状,由扁平的排列紧密的一层或几层具有分生能力的细胞组成。

(3)木质部

次生木质部,在形成环以内,次生木质部由同心环状年轮构成。每一年轮中靠里面的细胞较大,细胞壁加厚是一生长季中早期长成的称早材,靠外面的细胞小,胞壁加厚程度高,是后期形成的称晚材,次生木质部中有许多木射线通过,与韧皮射线相连,均为薄壁细胞。初生木质部应在哪个部位。

(4)髓在维管柱中央,由薄壁细胞组成。

(四)植物茎的输导作用的观察实验

1.取带叶的蚕豆茎干,将下部的叶去除,并减去下部小段茎,然后插入盛有番红或红墨水的容器内,并注意观察。事先在茎基部选择一点,并把茎上部去顶,计算从该点到茎顶部所需的时间和距离,即可粗略的估分上升的速度。将茎取出,做徒手切片,观察红墨水的分布部位。

2.同化物运输的途径:

3-5 个同学一组,盆栽生长健壮的木槿植株,对其大小一致生长相当的侧枝做不同的环割处理:
      a.在一枝条基部环割3cm 宽,剥去树皮;
      b.同上,但环割处用塑料布包裹,用绳扎紧;
      c.在环割3cm 宽处,保留2mm 的韧皮部,使割环上下通过其连接。
      d.不加处理,作为对照。

适时观察其生长状态,环割处愈伤组织的生长情况;叶片黄化与脱落情况以及枝条死亡情况。思考:a.处理近死亡的枝条用刀片环剥处剖开,滴碘-碘化钾溶液在切面上,结果如何,为什么?b.处理的环割处,能否产生愈伤组织,从而使上下韧皮部重新连接起来?比较a,c 处理,枝条的生长情况有何不同?

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