植物发育生物学.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,植物发育生物学,Plant Development Biology,1/57,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,Plant Developmental Biology,E C Pual&M R.Davey,2/57,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（Development Biology）,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,18/57,1、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,24/57,2、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”,27/57,3、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。,29/57,4、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,30/57,31/57,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。,33/57,5、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”。,34/57,35/57,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。,40/57,2.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,44/57,3、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。,46/57,2、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。,47/57,3、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。,48/57,4、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；,关于顶端分生组织分区及活动研究；,关于维管组织分化研究；,关于扦插和嫁接研究,53/57,整体系统,利用正常发育植物体研究植物发育问题。在植物发育生物学发生和发展整个历史过程中一直发挥着其它试验系统无法替换作用，在未来发育过程也将发挥着它独特作用。主要应用研究领域包含：正常胚胎发育过程研究；,正常营养器官发育过程研究；,正常形成层活动周期解剖学、细胞学、生,物化学、生理学和分子生物学等研究。,54/57,突变体系统,利用自然发生或人工诱导发生突变体研究编制成发育程序基因结构、功效和调控等。即使此系统在植物发育生物学中应用是植物发育分子生物学诞生以后事，但却是此阶段所用最主要、最基本试验系统。,55/57,三、植物发育生物学和生产实践关系,增加新优品系或株系繁殖系数(细胞和组织培养、扦插等),植物育种，,利用细胞组织培养变异扩大基因库；利用单倍体培养缩短育种时间；单倍体培养中进行物理或化学诱变，即应用微生物诱变育种方法进行高等植物育种；用于基因工程，如转基因植株培育等。,利用光周期控制观赏植物或育种中杂交植株开花期,56/57,培养缩微植物,培养取得所需组织或器官,中药材生产工业化，,如人参愈伤组织工业化生产，番红花花柱发酵罐生产等。,研究花芽形成规律以控制其发生发育,，如修剪、外源激素使用等。,指导林业生产，,研究形成层发生与活动规律及影响它原因，以用于林业科学管理，培育适合生产要求树种，选择适当生产技术。,57/57,