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茎的形态与初生结构观察实验

2014-01-21 960 收藏

实验原理

 
 

实验材料

  • 单子叶植物
  • 双子叶植物
  • 1%钌红溶液
  • 石蜡
  • 实验仪器

  • 镊子
  • 放大镜
  • 解剖镜
  • 解剖刀
  • 刀片
  • 白纸
  • 载玻片
  • 盖玻片
  • 显微镜
  • 实验步骤

     一  茎的基本形态

    取三年生的杨树或胡桃的枝条(最好带侧枝),观察其形态特征。(图)



    1.  节与节间:茎上着生叶的位置叫节,两节之间的部分叫节间。

    2.  顶芽与腋芽(侧芽):着生于枝条顶端的芽叫顶芽,着生在叶腋处的芽叫腋芽,也称侧芽。

    3.  叶痕与叶迹:叶脱落后在茎上留下的疤痕,叫叶痕,在叶痕上的点状突起是叶柄与枝条中的维管束断离后留下的痕迹,叫叶迹。

    4.  芽鳞痕:是芽发育为新枝时,芽鳞脱落后留下的痕迹。常在茎的周围排列成环。根据芽鳞痕可以判断枝条的生长年龄。

    5.  皮孔:为茎表面的裂缝状的小孔,是茎与外界的通气结构观察苹果和梨的枝条,注意区别它的长枝与短枝。长枝的节间较长,短枝的节间很短,生长很慢,—般果树只在短枝上开花结果,所以也叫果枝。(图)




       芽的结构与类型

    1.解剖芽的方法

    取一枝条,首先观察各类芽在枝条上着生的位置及其特点,然后用镊子将芽取下。左手持芽,右手用镊子将芽从外向内逐层剥下,摆在—张白纸上,用放大镜观察。另一种方法是用刀片将芽纵剖为二,然后用放大镜或解剖镜观察芽的结构。

    2.叶芽的结构

    取丁香枝条,以镊子取细长的叶芽,用解剖刀将叶芽纵剖,用解剖镜观察。可以看到生长点、叶原基、幼叶和腋芽原基。最外面是芽鳞。

    3.花芽的结构

    取连翘花芽做纵切观察。中间没有生长点,而是黄色花的各部分突起,有的已出现了明显的花瓣和雄蕊。但连翘的芽鳞极易脱落。 
     
    4.混合芽的结构

    取苹果短枝上的顶芽做纵剖。首先将剖开的半个芽的鳞片剥去,里面是毛茸茸的幼叶,用镊子轻轻将幼叶去掉,即可观察到大小不等的突起,这是苹果花芽内的一部分花器。


    (1)  按芽在枝条上的位置分

    定芽:顶芽,腋芽。
    不定芽:除顶芽。腋芽以外的芽。

     (2)  大白菜叶球的解剖

    取大白菜叶球(一个特大的芽),用刀将它纵切为二。可见到其芽轴为一短缩
    的茎,其上簇生着许多的肥大的叶片,幼叶向内卷曲面形成包心的叶球,实
    为顶芽。

    按芽的性质分:在冬前一般是叶芽,腋芽往往不发育。而过年之后,顶芽开
    始分化出花序及花的原始体, 则整个叶球变成了混合芽。

     (3)  芽的类型

    1)  按芽在枝条上的位置分
     
    定芽:顶芽,腋芽。
    不定芽:除顶芽。腋芽以外的芽。

    2)  按性质分

    叶芽:包含有多层幼小的叶,能发育为枝条。
    花芽:包含有花萼、花冠及雌雄蕊等,能发育为花或花序。
    混合芽:既包含叶,又包含花,能发育成既开花又长叶的枝条。

    3)  按构造分

    鳞芽:芽外包有芽鳞的芽。
    裸芽:没有芽鳞包被的芽。

     三  茎的分枝与禾本科植物的分蘖观察

    植物分枝现象在植物生长时普遍存在,主干的伸长,侧枝的形成都是顶芽和腋芽分别发育的结果。侧枝和主干一样,也有其顶芽和腋芽,因此侧枝还可以继续产生新的次一级的侧枝,依次类推,形成了植物的枝系。由于各种植物的芽其性质和活动规律不同,所以产生枝条的方式也不相同。但分枝是有规律的。种子植物分枝一般以单轴分枝,合轴分枝和假二叉分枝为主要方式。但禾本科植物分枝呈分蘖的方式。

    1.  在校园观察毛白杨、油松等树干及它们的分枝,可发现这些树的主干,也就是主轴,是山顶芽不断向上伸展形成的,这种分枝称为单轴分枝,也叫总状分枝。

    2.  观察苹果、桃、梧桐、番茄等植物的主干,顶芽在生长季节不发育成发育迟缓,有的植物顶芽是花芽,因此这类植物的顶芽不能继续发育成主轴。而是由顶芽下的腋芽发育成的侧枝向上伸长代替顶芽发育成主干。这些植物的主干是由许多腋芽发育的侧枝联合组成,所以称合轴分枝。

    3.  有些具有对生叶的植物,顶芽一般停止生长,有的顶芽是花芽。在顶芽下的两侧腋芽同时发育成二叉状分枝,所以叫假二叉分枝。实际上也是合轴分枝的一种变化.如丁香、接骨木等。 



     4.  禾本科植物的分蘖

    禾本科植物的分枝方式特殊,这类植物在苗期,几个茎节密集于基部,栽培学上称之为“分蘖节”,每个节都有腋芽。当幼苗达4—5 叶时,最早的腋芽开始活动,并迅速生长为新枝,接着,在节上长出不定根,这种分枝方式称为分蘖。 



     5.   茎尖的结构

    茎尖基本和根尖类似,亦包括分生区(生长锥)、伸长区和成熟区三部分。但主要观察分生区。取丁香茎尖或黄杨茎尖的纵切制片观察(图)。茎尖生长锥的顶端部分是原分生组织;它们可向后不断产生新细胞。这些细胞一方面继续分裂,另一方面初步分化为初小分生组织;即原表皮、基本分生组织和原形成层。

    (1)原表皮:最外面的一层较小的细胞,排列整齐,以后形成茎的表皮。
     
    (2)基本分生组织:在原表皮之内。细胞较大,排列不太规则。以后发育为茎的基本组织,即皮层和髓等。

    (3)原形成层:在基本分生组织之中,有两束细长又染色深的细胞;为原形成层。以后能进一步分化成茎的维管束。 
     
    (4)原套——原体的观察:取豌豆、玉米茎尖纵切片。从这些切片中,可以观察到茎尖分生组织的最外面细胞排列紧密而整齐,这是原套细胞。



     6.  茎的初生结构

    (1)  双子叶草本植物茎的初生结构
    将向日葵籽实萌发长成幼苗或取其枝端,通过茎尖成熟区作石蜡切片。观察横切面,它的幼茎初生结构山表皮,皮层和维管柱三部分组成。

    1)  表皮:表皮细胞是从原表皮的细胞分裂,分化发育而来。表皮细胞较小,只有一层,排列紧密,细胞外壁可见有角质化的角质层。有的表皮细胞转化成表皮毛,有单细胞的或多细胞的。用高倍镜观察幼茎表皮气孔的保卫细胞,这种细胞的横切面比一般表皮细胞小,还可见二个保卫细胞之间的孔缝及其里面的腔隙,称孔下室。此层细胞结构可用徒手切片法制片观察,表皮毛的结构会很清楚。

    2)  皮层:是表皮以内,维管柱以外的部分,这部分细胞是基本分生组织分剃分化来的。靠近表皮的几层细胞比较小,是厚角组织,细胞在角隅处加厚。若用徒手切片法切取新鲜向日葵幼茎,可观察到厚角组织细胞里的叶绿体。滴染新鲜的1%钌红溶液,还可看到各厚角细胞之间的胞间层被染成红色,因此,角隅处的加厚也就清晰可见了。厚角细胞的内侧是数层簿壁细胞,即基本组织。在基本组织中有由分泌细胞围起的分泌腔(应属分泌组织)。皮层最里面一层细胞,叫内皮层细胞。在高倍镜下观察时,可在内皮层个别细胞上观察到凯氏点。但其它草本植物茎的内皮层细胞没有凯氏带加厚,而含有较多的淀粉粒,称为淀粉鞘。如徒手横切蚕豆的幼茎或大丽花幼茎,用磺液染色,可直接观察到淀粉鞘内的淀粉粒。

    3)  维管柱:比较发达。其皮层以内的所有部分和根的初生结构比较,向日葵幼茎的维管柱具有较大的面积。但因其内皮层和中柱鞘细胞极不明显,所以常使维管柱与皮层的界限难以区分。在低倍显微镜下观察时,茎的维管柱可分为维管束、髓射线和髓三部分。

    A. 维管束:多呈束状,在横切面上许多维管束排列成一环,染色较深,很易识别。每个维管束都是由初生韧皮部、束内形成层和初生木质部组成的。而且韧皮部在木质部的外面,是外韧维管束,由于有束内形成层的存在,也称为无限维管束。它们都是由原形成层发展来的。

    初生韧皮部:包括原生韧皮部和后生韧皮部,它在发育过程中是自外向内成熟的,故称外始式。在向日葵中,维管束最外方的是原生韧皮纤维,也有人称之为“中柱鞘纤维”。在韧皮纤维之内方是筛管、伴胞和韧皮薄壁细胞。详细观察时,应转换高倍物镜。束内形成层:是原形成层保留下来的仍具有分裂能力的分生组织。在横切面上,细胞扁平状、壁薄。

    初生木质部:包括原生本质部和后生木质部。根据导管分子口径的大小和番红染色的深浅可以判断,靠近中心的是原生木质部,其外方是后生木质部。在发育过程中,初生木质部是自内向外分化成熟的。故称内始式。在高倍镜下观察时,要注意识别导管、管胞、水纤维细胞和木薄壁细胞四种成分(有条件时可参考向日葵茎纵切制片或离析材料,进行观察)。

    B. 髓射线:是存在于两个维管束之间的薄壁细胞,它连接皮层和茎中央的髓,髓至皮层薄壁细胞之间物质由此运输,并兼有贮藏的功能,是由原形成层束之间的基本分生组织分化来的。

    C. 髓:位于茎的中央也是维管柱中心的薄壁细胞,排列疏松,常具贮藏的功能。是由基本分生组织发展的。


      

    (2)  棉花幼茎的初生结构

    棉花是双子叶植物,它的茎属于水质化草木茎。也可以取棉花幼茎的切片观察其初生结构。 



     (3)  双子叶木本茎的初生结构

    梨属或桃属幼茎横切制片观察。取梨或桃茎尖成熟区永久制片或做徒手切片观察。

    基本结构和草本植物茎大同小异

    1)  表皮:位于幼茎最外层的生活细胞。形状规则,排列紧密,无胞间隙,外壁角质化,形成角质层,有表皮    毛,  具有少数气孔。

    2)  皮层:位于表皮内侧,由多层生活细胞组成。靠近表皮的细胞为厚角组织,可增加幼茎的机械支持作用。皮层细胞一般较大,排列疏松,有胞间隙,细胞内含有叶绿体,能行光合作用,因此一般幼茎呈现绿色。桃幼茎的皮层最内一层细胞含有淀粉粒,也称淀粉鞘。在桃幼茎皮层里有的细胞含有单宁。

    3)  维管柱:在低倍镜下首先区别维管束、髓射线和髓三部分。维管束在维管柱内呈环状的紧密排列,束与束之间的髓射线较狭窄,不很明显。由原形成层发展成维管束,束中形成层明显,其外侧是初生韧皮部,内侧是初生木质部。桃属和梨属茎的维管束都是外韧维管束。

    在高倍镜下观察维管束各组成部分的细胞特点。 



     (4)  单子叶植物茎结构

    单子叶植物和双子叶植物茎有许多不同。大多数单子叶植物茎只有初生构造,所以构造,比较简单;少数虽有次生构造,但也和双子叶植物的茎不同。现以禾本科植物的茎为代表,观察单子叶植物茎的结构特点。

    1)  玉米茎的结构

    取玉米茎横切制片观察

    A. 表皮:在茎的最外一层细胞为表皮。横切面呈扁方形,排列整齐,外壁增厚,有的细胞较小,壁上有发亮的硅质加厚。表皮上有气孔,从横切面上可观察到很小的细胞是保卫细胞。保卫细胞旁是较大的副卫细胞。用新鲜材料可以直接刮取玉米幼茎的表皮制成临时装片,观察其表皮的细胞结构:在玉米茎的表皮上可以看到一种长细胞,二种短细胞和气孔器有规律地排列。长细胞外壁角质化,这类长细胞组成表皮的大部分。短细胞一种是细胞外壁栓化的细胞,另一种是细胞外壁含有三氧化硅的硅细胞,两种短细胞位于长细胞之间。此外,表皮上还有哑铃型的保卫细胞和副卫细胞形成的气孔器,但数量不多,排列稀疏。(图)

    B. 基本组织:在成熟的茎中,靠近表皮处,有1—2 层细胞排裂紧密,形状较小,是厚壁细胞组成的外皮层。它们排列成一保护坏,每隔一定距离为气孔区所中断,气孔与气孔下的气腔相连。内部为薄壁的基本组织细胞,细胞较大,排列疏松,并有细胞间隙。越靠茎的中央,细胞直径越大。

    C. 维管束:在基本组织中,有许多散生的维管束。维管束在茎的边缘分布多,每个维管束较小,在茎的中央部分分布少,担每个维管束较大。因此,在玉米茎中没有皮层、维管柱及髓之间的明显界限。 
     
    玉米茎维管束被一圈厚壁组织(纤维)构成的鞘包裹着。里面只有初生木质部和初生韧皮部两部分,其间没有形成层,初生木质部通常含有3—4 个显著的导管,它们在槽切面上排列成V 形。v 形下半部是原生木质部,含有1—2 个较小的导管和少量的薄壁细胞。小导管内侧有一个大空腔,是由于一部分最早形成的原生木质部被破坏而形成的。一般这个空腔沿着维管束伸展,形成茎内的气道。v 形的上半部是后生木质部,含有两个大的孔纺导管,二者之间,分布着—些管胞。初生木质部的外方是初生韧皮部,其中原生韧皮部位于初生韧皮部的外侧,但已被挤压破坏,有时还可看到一些残留遗迹。后生韧皮部是初生韧皮部的有效部分,只含有筛管和伴胞两种成分,通常没有韧皮薄壁细胞和其它成分。



    2)  小麦茎的结构

    取小麦茎横切制片观察(图)。注意与玉米茎作比较。






    A. 表皮:表皮层的细胞除气孔器外,还有两种类型的表皮细胞,一种狭长,另一种是等径的。

    B. 机械组织和绿色组织:位于表皮下的机械组织是厚壁细胞,它们在表皮内方形成不同厚度的连续区域,包围着绿色组织以及外围的较小的维管束。绿色组织由薄壁细胞组成,在横切面上呈圆形,纵向引长,气孔器下面的气室常与绿色组织相通。但注意茎杆基部节间绿色组织较少,甚至全无。

    C. 基本组织:在机械组织以内直到中央的髓腔之间,均由薄壁细胞组成,靠近髓腔者较大。

    D. 维管束:节间的维管组织由两环维管束组成.外环小的维管束与绿色组织交互排列。内环维管束则位于基本组织的薄壁细胞之中,为外韧维管束。其具体结构与玉米茎差不多。
     
     

    注意事项
    1.  观察叶芽的结构也可用胡桃、桃、柳等叶芽观察。
     
    2.  观察花芽的结构:也可取棉花、木槿、槐、胡桃等花芽,解剖观察其结构特点。

    3.  观察混合芽也可不做纵剖,直接从外向内剥取鳞片、叶片,至最后观察其生长点部位是花器为止。春天观察混合芽在植株上的萌动,可见到枝和花虚花序同时发育。也可以取梨、海棠,丁香的混合芽做解剖观察,注童它们的结构特点。

    4.  观察大白菜叶球注意其生长锥、叶原基.幼叶,腋芽原基和侧生的腋芽。 注意大白菜叶球之外没有芽鳞包被,若按构造分析,应属裸芽类型。


    5.  深秋可在小麦地拔取幼苗观察,教师也可将具分蘖的禾谷类作物幼苗制成保绿标本,供其他季节实验课观察。

    6.  在生长锥的两侧,还有叶原基和幼叶,以及幼叶叶腋间的腋芽原基。注意它们的细胞特点,属于哪类组织
     
    7.  注意豌豆的原套细胞是两层,玉米原套细胞为一层。认真观察可见正在分裂的细胞,它们是何种方向分裂,有何意义?原套以内是—群不规则的细胞,称为原体细胞,这部分也可观察到正在分裂的细胞。这些细胞分裂方向与原套细胞有何不同,它们分裂后的细胞对茎生长有何意义?

     

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