第16章 植物、真菌及其上陆,高级讲师 王波 Bonnie_wang70163.com 中山大学中山医学院生物教研室,概述：登陆 植物多样性 真菌 和进化的联系：互利共生,植物： 通过光合作用制造有机分子的多细胞真核生物，具有适陆生生活的适应性,为适应陆生环境，特化出地上的茎、叶和地下的根，用于吸收水和矿物质,上 陆 植物对陆生的适应,多数植物的根都有共生的真菌，为植物根提供水和矿物质，而植物产生的糖为真菌提供养分,真菌和植物的共生,有真菌鞘的根,根,真菌,植物的叶子是光合作用器官，叶表面的气孔进行气体交换，而蜡质结构有助于保持水分 植物的茎进化出木质素(lignin)，使细胞壁变硬，起支持作用,上 陆 植物对陆生的适应结构性适应,气孔,大多数植物有维管组织(vascular tissue):是由管状细胞构成，其分支遍布整个植株。维管组织特化为两种运输组织： 木质部(xylem)：由死细胞组成的管道，运输矿物质和水 韧皮部(phloem)：由活细胞组成，运输营养,上 陆 植物对陆生的适应结构性适应,植物（以及某些藻类）进化出配子囊(gametangium)，即在配子外面生成一个保护性结构，以保证配子在湿润环境发育 花粉的传播，可以依靠风、动物；受精和发育发生在雌性植株体内 胚 在种子里，也多依靠风、动物传播,上 陆 植物对陆生的适应生殖性适应,胚,子房,母体组织,分子生物学和其他证据表明，轮藻纲的多细胞绿藻与植物亲缘关系最近 植物登陆也是一个漫长的过程，现代轮藻生活在池塘、湖泊边缘的浅水中，而古轮藻可能定居在偶尔干燥的浅水区，自然选择使能度过干燥期的个体存活下来，配子和胚都有配子囊保护,上 陆 植物起源于绿藻,轮藻,鞘藻,化石记录了植物进化的4个主要时期，每个时期都以结构的进化为标志，这些结构为陆上生活提供了新机会,植物多样性 植物进化要点,百万年前,500,400,300,200,100,0,有花植物的多样化,最早的种子植物,早期的维管植物,植物起源,轮藻纲,苔藓植物,无种子的维管植物，如蕨类,裸子植物,被子植物,起源于水生的轮藻纲绿藻，进化出配子囊，保护配子和胚，这一结构使得苔藓植物(bryophytes)登陆 进化出维管植物，无种子，使得蕨类植物(ferns)上陆 进化出种子植物，种子可以进一步保护胚，裸子植物(gymnosperms)上陆 进化出有花植物，即被子植物(angiosperms)。花是复杂的生殖结构，种子被保存在子房的小室中,植物多样性 植物进化要点,苔藓(Mosses)是生长成一堆的,象海绵一样吸水保水的植株 苔藓蜡质的膜防止失水，胚在配子囊中发育，这使得它们的陆地生活成为可能 苔藓的生殖需要水，精子有鞭毛，要在水中游动到达卵子 没有木质素而矮小，没有维管组织而必须生活在潮湿环境,植物多样性 苔藓植物(bryophytes),挪威的泥炭藓沼泽,有配子体和孢子体两个世代,苔藓有两种不同植株个体，绿色海绵样的为配子体(gametophyte)，另一种为孢子体(sporophyte)，由配子体长出的柄，顶端为孢蒴(spore capsule) 配子体细胞是单倍体，产生单倍体雌雄配子，而孢子体细胞为二倍体，产生单倍体孢子 孢子可直接发育成新个体，而雌雄配子需融合成二倍体合子，才发育成新个体；孢子具有坚硬外壳，帮助抵御干燥环境,孢子体,孢朔,配子体,植物多样性 苔藓植物(bryophytes),植物多样性 苔藓植物(bryophytes),单倍体,二倍体,孢朔,孢子体,合子,孢子,配子体,配子 （精子和卵子）,减数分裂,受精作用,配子体和孢子体二者可以相互产生，是相互交替的世代。这种类型的生活周期称为世代交替 (alteration of generation),孢子（N）配子体 配子结合（2N）孢子体,配子体是主要世代,蕨类植物进化出维管组织，没有种子, 孢子体较发达 精子也有鞭毛，需要水完成受精,植物多样性 蕨类植物（ferns）,蕨类是当今最具有多样性的植物，种类超过1万2千种，大多数生活在热带，有些存在于温带的森林 至今2亿9千万3亿6千万年的石炭纪，蕨类植物处于鼎盛时期，遍布欧亚北美大陆，它们以及其它无种子植物的遗体沉入湿地，亿年后形成了煤炭,蕨类植物的孢子体,孢子体特化的生殖结构：由孢朔组成的黄点,石炭纪末全球气候变得更加干燥寒冷，沼泽开始消失，为种子植物的繁盛提供了机会 最成功的最早期的种子植物就是裸子植物 松柏类(conifers)(针叶类) 是地球上最高、最大、最古老的生物之一 几乎全是常绿植物，叶子针状，覆盖厚的角质膜，气孔深陷，防止水分流失 寿命最长的松树年龄超过4600岁,植物多样性 裸子植物(gymnosperms),谢尔曼将军，树干周长26米,种子植物的陆生适应 裸子植物比蕨类植物多了3点适应陆生生活 配子体进一步减少，孢子体相对发达。可能与太阳辐射有关，因为单倍体的配子体更容易基因突变。针叶林树本身就是孢子体，其微小的配子体生活在球果(cone)中 出现花粉(pollen),即退化的雄配子体，发育出精子细胞。在松柏类植物，风将花粉传至雌球果，卵就在鳞片间的胚珠内（雌配子体）发育。雌球果生长位置较高，防止同株受粉,植物多样性 裸子植物(gymnosperms),加拿大铁杉的雄球果,加拿大铁杉的雌球果,http:/www.cas.vanderbilt.edu/bioimages,出现种子 种子由胚珠发育而来。种皮包裹着胚和贮备的养分 裸子植物没有子房，其种子裸露在球果的鳞片上（即胚珠位于其上） 种子从亲本植株上释放出来后，可以休眠，条件适宜时萌发,植物多样性 裸子植物(gymnosperms),种皮(2n) （源于珠被）,胚(2n) （新孢子体）,雌配子体(n),卵核(n),释放出来的 精核(n),花粉粒(n) （雄配子体）,花粉管(n),孢子囊(n),孢子(n),珠被(2n),胚珠,受精的胚珠,种子,食物供给 （源于雌配子体组织）,Virginia Pine cone,当今地球上约有25万种被子植物，700种裸子植物； 裸子植物提供大部分木材和纸张，而被子植物提供几乎所有食物和纺织纤维,植物多样性 被子植物(angiosperms),被子植物进化出花，维管组织改进比裸子植物更有效，这是被子植物成功的关键 花、果实和被子植物的生活周期 真正的生殖结构是：雄配子体花粉粒 雌配子体胚珠内,雄蕊,花药,花丝,花瓣,心皮,柱头,花柱,子房,萼片,胚珠,花的结构,吸引传粉者,花粉粒在其中发育,接受花粉,起保护作用，有一个或多个胚珠,卵在胚珠中发育,被子植物生活史,在心皮柱头上 萌发的花粉粒,胚囊 （雌配子体）,卵,精核,合子,胚 （孢子体）,孢子体 幼苗,有花的 成熟孢子体,花药,沿花柱向下生长的花粉管,子房（心皮底部）,胚珠,单倍体,二倍体,种子,萌发的 种子,种子 （由胚珠发育而来）,胚乳,果实（子房发育而来），保护并有利于散布种子,植物世代交替的三种形式,孢子体依赖于配子体 （如藓类）,大的孢子体和小的独立的配子体 （如蕨类）,依赖孢子体的更小的配子体 （如种子植物）,配子体（n）,配子体（n）,配子体（n）,孢子体（2n）,孢子体（2n）,孢子体（2n）,被子植物和农业 我们食用的谷类、蔬菜和水果，全部都是被子植物；我们还从被子植物取得纤维、药物、香料、木材和装饰品 人类很早就播种选育被子植物，产生了农业；人类通过选育良种改进并干预了植物的进化 农业是植物与动物之间的一种独特进化关系,植物多样性 被子植物(angiosperms),由于人口爆炸和扩张，热带雨林消失速度极快，上千的植物物种以及生活在其中的昆虫、动物物种也随之消失；灭绝的物种不能恢复，是不可再生资源 热带雨林是个大医药库，超过120种处方是从植物中提取的，可作药用的植物超过5千种；我们必须长远考虑，保护资源，这是全人类的财富,植物多样性 植物的多样性是不可再生的资源,真菌是真核生物 分子生物学研究表明，真菌与动物的亲缘关系比与植物的更近 真菌的营养 异养生物，向体外分泌水解酶消化食物，将复杂的分子分解为可以吸收的小分子 真菌是分解者，在无生命的动植物尸体或排泄物中生活 寄生性真菌，从活的宿主细胞或体液中吸取营养，其中有些是病原体 有些与植物互利互惠,真 菌 真菌的特征,真菌的结构 大多真菌的躯体由菌丝构成 菌丝是小的丝状结构，相互缠绕形成菌丝体， 是吸收养分的网络结构，可十分巨大 菌丝的质膜外包裹着管状的细胞壁真菌的细胞壁主要成分为壳多糖，与昆虫外骨骼的壳多糖类似 大多数真菌是多细胞生物。菌丝由横向的细胞壁分割成许多细胞，壁上有孔，允许核糖体、线粒体甚至细胞核通过 菌丝体生长很快，每天可增加长度1千米，以弥补不能运动的缺陷,真 菌 真菌的特征,真菌的生殖 真菌通过释放孢子进行生殖，可能有性也可能无性 大量孢子被释放，在风或水携带下，到了潮湿的地方就会萌发形成新的菌丝体 真菌孢子分布极广，甚至飞到160公里的高空,真 菌 真菌的特征,马勃菌释放大量的孢子,真菌是分解者 真菌和细菌是生态系统中主要的分解者，将有机物分解成无机物，为植物提供养分；当然它们既会分解废物又会为我们生活带来不便 寄生性真菌 10万多种真菌中，30%是寄生的，大多跟植物寄生在一起，一种真菌几乎消灭了美国所有榆树，甚至危害农作物，造成经济损失 大约50种真菌寄生在人和动物体内，可导致肺病、阴道炎、皮肤病等,真 菌 真菌的生态影响,真菌的商业用途 蘑菇和块菌是美味的食用真菌部分，真菌可用来催熟奶酪、发面、酿酒、酿造业等 真菌还有重要药用价值，生产治疗细菌感染的抗生素，如青霉素等，真菌对地球上生命有重要作用,真 菌 真菌的生态影响,共生(symbiosis) 指直接接触的不同物种的个体间的生态关系，通常是互利互惠的 寄生 是一种损害宿主的共生关系 互利共生的例子：真核细胞就是原核细胞互利共生起源的；真菌与某些植物的共生；某些细菌与人和动物的共生 地衣lichen由真菌和藻类组成的互利共生体，是两个物种互相融合形成的新生命形式，藻类光合作用为真菌提供营养，真菌的菌丝体为藻类提供良好的环境，帮助藻类吸收并保持水分和矿物质,和进化的联系：互利共生,小 结,掌握：植物上陆的结构性和生殖性适应、植物进化要点、苔藓植物主要特点、蕨类植物的主要特点、世代交替、种子植物的陆生适应、真菌的营养、真菌的生态影响 熟悉：花的结构、被子植物生活史、真菌的结构、真菌的生殖、共生、地衣的组成 了解：被子植物与农业、植物的多样性是不可再生资源、寄生性真菌、真菌的商业用途,复习题,植物上陆的结构性适应有哪些？ 植物上陆的生殖性适应有哪些？ 植物的进化要点有哪些？ 苔藓植物的结构生殖特点有哪些？ 概念：世代交替？共生？寄生？地衣？ 蕨类植物的结构生殖特点有哪些？ 种子植物的陆生适应有哪些？ 被子植物成功的关键是什么？ 真菌的营养是怎样的？ 真菌的生态影响有哪些？,