茎的次生结构实验

一、 双子叶草本植物茎的次生结构
 
1.   取有加粗生长的向日葵茎的横切制片，观察茎的次生结构。
 
（1）表皮：向日葵老茎仍保持表皮层。表皮细胞在横印面上排列整齐，是板状的长方形细胞组成的保护组织。
 
（2）皮层：表皮以内为皮层细胞。靠近表皮的皮层细胞是厚角细胞。这些细胞都含有叶绿体，在厚角细胞以内是虚层薄壁细胞，但层数不多。
 
（3）维管柱：在韧皮部外有成堆的厚壁细胞，细胞壁明显木质化，成为纤维细胞，制片过程中被番红染红色，这就是韧皮纤维。
 
在向日葵茎的横切制片中，很清楚观察到韧皮部和木质部之间形状扁长的细胞，也就是形成层细胞，这些细胞己不是一层，具有3至5层甚至还多，可观察到已开始活动。这是束中形成层。形成层活动的结果是向内分裂分化木质部各种细胞，向外分裂分化韧皮部各种细胞。从切片上看，向内分裂分化的木质部各种细胞比向外分裂分化的韧皮部细胞多。
 
在横切面上，还可以看到比较小型的维管束，它们是由一部分束间的射线薄壁细胞恢复分裂能力组成的束间形成层活动的结果。在大的维管束和小的维管束之间仍存在有髓射线，不过已经很窄了。在维管束内还有横向的由薄壁细胞组成的维管射线。
 
向日葵存在着明显的髓和髓射线，特别是髓，一直很发达。
 
2.  双子叶植物棉花木质化草本茎的次生结构。

 

二、 双子叶木本茎的次生结构
 
取三年生椴树茎横切片，观察其次生结构。

1.  表皮：在茎的最外层，由一层排列紧密的表皮细胞组成。细胞在横切面上略呈扁长方形，外壁角质化，并有角质层。在三年生的枝条上，表皮已不完整，有些地方已被皮孔胀破并脱落。

 

2.  皮孔：在表皮细胞以内的皮层里，可以观察到木栓形成层向外产生的许多薄髓细胞，称补充细胞。这些细胞使表皮层逐渐隆起而破裂，这就是椴树枝条上的皮孔。皮孔多数形成于表皮层的气孔处。
 
3.  周皮：在椴树茎的横切片中是很明显的，它由木栓层细胞、木栓形成层细胞和栓内层细胞共同组成。
 
（1）木栓形成层细胞：是由皮层细胞恢复分裂能力以后形成的。椴木茎的木栓形成层产生于皮层靠外层的薄壁细胞。木柱形成层细胞在横切面上扁平，细胞质浓，只有一层细胞，由它向外分裂， 分化木栓层细胞，刚刚形成的水栓层细胞是活细胞也呈扁平状，与木桂形成层的细胞很难区别。看上去与木栓形成层相似。

（2）木栓层细胞：在横切面上观察，是一些在同一半径线上排列整齐的扁平细胞。壁栓质加厚，是死细胞。
 
（3）栓内层细胞：是木栓形成层细胞向内分裂、分化而成，一般只有1至2 层。从横切片上观察，这两层细胞是具有细胞核的活细胞，细胞质很浓，往往被染成较深的颜色。
 
4.   皮层：在维管柱外，仅由数层薄壁细胞组成，在制片中可观察到有些细胞内含有晶簇。

5.   韧皮部：在形成层以外，细胞排列呈梯形，其底边靠近形成层。纤维细胞在横切制片中呈一堆堆被染成红色的厚壁细胞群，与纤维细胞间隔排列的是筛管、伴胞和韧皮薄壁细胞。筛管一般口径比较大，伴胞口径小。与韧皮部相间排列着髓射线。这些髓射线细胞越靠近外部越大，构成一个以皮层为底边的倒梯形。
 
6.   形成层：形成层细胸只有一层，但因裂出来的细胞还没有分化成木质部和韧皮部的各类细胞。所以，看上去这种扁长方形的细胞约有4-5 层之多，在高倍镜下，纺锤状原始细胞和射线原始细胞，都能观察到细胞的横面。
 
7.   木质部：在形成层之内，在横切面上占有最大面积，由于细胞直径大、小及细胞壁厚薄不同，可看出年轮的界线。
 
年轮：在三年生椴树茎横切面上，可以清晰地看到本质部的三个同心环年轮。在低倍镜下就可观察到秋天形成层细胞分裂分化的木质部各种细胞口径小，细胞壁厚，特别是木质部导管分子更明显，在制片中番红染色着色较深。这部分木质部称为晚材。春天形成的木质部各类细胞，导管口径大，细脑壁相对地显得薄些，这部分木质部称为早材。前一年的晚材和第二年的早材之间，界线常明显，称为年轮线，在椴树茎的早材和晚材的横切面中，导管的口径大小区别非常明显。

 

8.  髓：位于茎中，由薄壁细胞组成。占茎横切面很少部分。在髓的外部紧靠初生木质部处，有数层排列紧密。体积较小的薄壁细胞，这些细胞含有丰富的储存物质，有的含有粘液，制片中染色较深，称环髓鞘。在髓部，有的细胞含有晶体。有些细胞是圆形和多角形的石细胞群。在高倍镜下这些石细胞群的纹孔道可观察得很清楚，石细胞的细胞腔很小。
 
9.  髓射线：由髓的薄壁细胞辐射状向外排列，经木质部时，是一成二列细胞；至韧皮部，薄壁细胞变大并沿切向方向延长，呈倒梯形。
 
10.  维管射线：是在每个维管束之内，由木质部和韧皮部之间的横向运输的薄壁细胞组成，一般短于髓射线。髓射线在初生结构中就有，它们是维管束之间的射线。茎中维管束数日有一定，因此髓射线的数目也有定数。髓射线和维管射线来源不同，髓射线最初来源于基本分生组织；有了次生生长以后则来源于射线原始细胞。而维管射线只是次生分生组织小的射线原始细胞分裂分化来的。

 

三、 维管形成层细胞(示范)
 
取洋槐、杜仲等植物茎的维管形成层制片。在显撤镜下观察二种细胞，识别纺锤状原始细胞和射线原始细胞的形态、排列等特征。
 
四、裸子植物茎的次生结构
 
裸子植物通过维管形成层扣周皮的产生，进行茎的次生生长。维管形成层不断向里产生次生木质部，向外分裂分化次生韧皮部，从而使茎逐年加粗。
 
1.  松茎三切面的观察：

 

取一段直径 l0 厘米左右的松茎三切面标本，注意，切示径向纵切和切向纵切的两个断面，观察：

（1）横切面：注意树皮的厚度、色泽。它是由哪几部分细胞组成的？树皮内是木材，注意观察年轮线、边材和心材。
 
（2）径向切面：注意年轮线的排列方向，木材上的花纹是怎样形成的？
 
（3）切向切面：注意它和径向切面有何不同，与横切面有何不同？
 
2.  松茎木材三切面的结构特征：

取松茎木材三切面的制片观察：在三十不同的切面上，次生木质部（木材）各种组织的分布及形态特征，从而建立茎结构的立体观念。
 
（1）松木材横切面：观察各种成分的形态特征；管胞呈四边形或者是多边形，具缘纹孔在管胞的径向壁上呈剖面观；木射线呈放射状排列，只一列细胞宽，是长方形的薄壁细胞；树脂道明量可见，呈横切面。
 
（2）松木材径向纵切：可见管胸呈纵向排列，细胞长梭形，细胞壁上的具缘纹孔呈正面观；木射线细胞呈纵切状态，横向排列，能见其壁上有单纹孔与茎轴面垂直，可以见到射线的高度；树脂道多呈纵向分布。
 
（3）松木材切向切面：管胞呈纵向排列，壁上的具缘纹孔，呈剖面观；木射线是横切状态，轮廓大约为梭形；可以见到木射线的高度与宽度。

 

五、双子叶茎的次生结构（示范）

取软化的 2—8 年生杨树茎、松茎、梨树茎或桃树茎，直接取新鲜的材料在滑走切片机上切片。也可将切下的横切片发给同学做简单染色，观察茎的次生结构。
 
六、少数单子叶植物茎的形成层活动(示范)

单子叶植物，如芦荟。朱蕉、丝兰、龙血树等，除初生结构外，还有次生加粗生长，因而产生了次生结构。徒手做芦荟茎横切片，可以观察到表皮、皮层薄壁细胞，在皮层薄壁细胞和初生维管束之间，还有几层扁平的细胞层，这就是由薄壁细胸恢复分裂能力而形成的形成层细胞。这些细胞主要行切向分裂，向外产生少量薄细胞，向内产生的细胞发育成次生维管束。次生维管束同初生维管束一 样，分散地分布在薄壁细胞组织中。
 
七、次生保护组织——周皮和皮孔 

多数草本植物茎的表皮组织在植物的终生都起保护作用。但木本植物的表皮组织只能保持一段时间就脱落了。因此，常在表皮脱落之前形成一种新的保护组织，叫周皮，以适应茎的加粗生长。
 
1.  取接骨木枝条，观察枝上的周皮及皮孔着生情况。

 


2.  观察周皮和皮孔的内部结构：取接骨木茎通过皮孔的横切片，在低倍镜下观察。首先发现一个两边拱起的破裂口，这就是皮孔。而皮孔的两侧则为周皮。
 
换高倍镜，先详细观察周皮的结构，共分三层：
 
（1）木栓层：在残留的表皮（死细胞）之下，为多层按半径线整齐排列的细胞。没有胞间隙，胞壁加厚并栓质化，细胞中无生活物质，无核，是死细胞。所以木栓层既不透水，也不能透气。
 
（2）木栓形成层：在木栓层的里面，是一层扁平的细胞，壁薄、具核、有浓厚的细胞质，能向外分裂木栓层（注意并不是一下子就水栓化），向内分裂栓内层。
 
（3）栓内层：紧靠木栓形成层，一般为 1—2 层活细胞，有明显的细胞核和细胞质，壁薄，无栓质化。根据它按半径线整齐排列的特点，可以和皮层细胞区别开来。
 
周皮包在老茎的外面，代替表皮执行保护功能。其次观察周皮上的通气结构皮孔，可见在破裂口的内方是一团排列疏松的，圆形薄壁细胞，叫补充细胞。细胞间隙很大，所以此处可以透气。在补充细胞的内方，也有木栓形成层和栓内层。
 
由于木拴形成层在此处不产生木栓层，而产生大量的补充细胞，故能胀破外面的表皮和木栓层而形成裂缝状的皮孔。

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