L系统在植物形态模拟中的应用
L系统在植物形态模拟中的应用
孔勇，璩柏青
（西安电子科技大学机电工程学院，西安 710071）
摘 要：植物是自然界的重要组成部分。随着分形理论的研究与发展，虚拟植物已经成为计算机图形学研究的热点问题。其中，L系统以其定义的简洁性和高度的结构化特点，成为植物形态模拟中最常用的方法之一。为此，论述了L系统的基本概念，并在简要介绍其表达机制的基础上，利用计算机对植物的形态进行了模拟；考虑了植物的趋光性、向地性等生长特性，将扰动变量和随机性引入了L系统，使生成的植物图像更加贴近自然，提高了植物图像的逼真性。
关键词：农业基础学科；植物形态模拟；应用；L系统；计算机模拟；扰动变量；随机性
中图分类号：S126 文献标识码：A 文章编号：1003—188X(2007)04—0136—03
0 引言
自美籍法国数学家曼德勃罗（Mandelbrot）创立分形理论（fractal）以来[1]，其已经被广泛应用于物理、化学、生物、医学及计算机科学等诸多领域。随着人工生命科学的发展，分形理论得到了广泛应用，并形成了一系列几何建模的方法，主要有L 系统（Lindenmayer System）、迭代函数系统（IFS，Iterated Function System，）、分枝矩阵（Ramification Matrix）、粒子系统（Partial System）等。L系统是美国理论生物学家Aristid Lindenmayer（1925～1989年）在研究植物形态进化与构造的过程中，根据植物的形态结构与特征，利用描述具有自相似性（self-similarity）的数学方法来表现植物生长的拓扑结构及形态结构。由于其定义的简洁性和高度的结构化特点，现已成为植物形态模拟中最常用的方法之一。
1 L系统基本理论
L系统(Lindenmayer System)也叫字符重写系统[1]，其核心是“重写”。它是对植物对象生长过程的经验概括和抽象，形成植物的初始状态，即公理（Axiom）和生长过程的产生式集（set of production，可理解为描述规则），再形成字符发展序列；然后，将初始状态中的每一个字符依次替换成新的字符，以此过程反复重写；最后，形成完整、有效的植物模型。
假设有一个由两个字母x和y组成的字符串，对每个字符的重写规则做如下规定：
x→xy，表示字母x由xy替代
y→x，表示字母y由x替代
设重写过程的初始状态为y，根据重写规则，系统的演变过程为
y
x
xy
xyx
xyxxy
xyxxyxyx
设字符集为V，V*表示V上所有单词的集合，则由3个元素组成的有序集合（V，ω，P）就构成了一个字符串0L系统。初始状态为ω，这里ω为V中的一个非空字符串，称作公理a→a，生成规则为P，即所谓的产生式的有限集合，产生式写作a→x。字母a 和单词x成为产生式的前驱和后继，规定对于任何字母a∈V，至少存在一个非空单词x，使得a→x。如果对于给定的前驱a∈V没有明确解释的产生式，则规定a→a。对每个a∈V，当且仅当有一个x使得a→x，那么就说0L系统为确定的，记为D0L系统。这里，“D”表示确定的，“0”表示与上下文无关的，即确定的与上下文无关的L系统[2]。
当然，我们不仅要表现植物的拓扑结构，还要表现出其几何性状。假设有一只乌龟在平面上爬行，（α,,y
x）为乌龟当前的状态。其中，x和y为乌龟所在位置的坐标，α为乌龟头部的指向，乌龟爬行的步长为d，乌龟头部扭转的角度增量为δ。为了
收稿日期：2006-07-10
作者简介：孔勇（1980-），男，江苏泰州人，硕士研究生，（E-mail）alan1336@https://www.wendangku.net/doc/482051459.html,。
通讯作者：璩柏青（1953-），男，合肥人，教授。
叙述的方便，先解释下列符号的含义：
1) F ：在当前方向上前进一步d ，并画线。乌龟的状态变为（α,,y x ′′）。其中，x ′＝x ＋αcos d ，y ′＝αsin d y +。
2) ＋：逆时针旋转一个角度δ，乌龟的状态变为（δα+,,y x ）。这里，规定逆时针方向为正。
3) －：顺时针旋转一个角度δ，乌龟的状态变为（δ?a y x ,,）。
在介绍了这些符号之后，就可以用一个字符串来表示分形结构。现在，以瑞典数学家科赫（H.Von.Koch ，1870～1924）构造的Koch 曲线为例，讲述L 系统在分形图绘制中的应用。设初始状态V 为ω：F ，生成规则P 为F →F －F ＋＋F －F ，旋转角度
δ=60。建立循环体，在循环体上搜索上一个字符串
F ，并利用生成规则“F －F ＋＋F －F ”对其中的字符“F ”进行替换，该循环结束后，生成新的字符串F 。如此反复，直至生成所需图形，如图1所示。
图1 Koch 曲线
2 L系统在植物的形态模拟中的应用
从图1可以看出，应用D0L 系统生成的Koch 曲线，起点和终点都是唯一的，且整个曲线既没有断点也没有相互交叉的线段。但在自然界，植物不仅种类繁多，而且形态千姿百态，结构千变万化。像树、灌木和花草等会出现一个起点（树干与地面的接触点）和多个终点（树枝的末端），称之为分枝结构，它在某些关键点会出现多个行走方向。因此，对于这些描述对象，不能用简单的直线段作为其初始状态，而应采用较为复杂的形状，并通过改变树枝的数量、大小和方向等来建立不同的模型。这里，先补充介绍两个符号“[”和“]”。“[”代表的含义是将当前信息记录下来，即将该节点（树枝的分叉点）的信息保存起来，先画第一个分枝；而“]”表示的含义和“[”正好相反，即将“[”时刻记录的信息释放出来，当画完一个分枝后，利用“]”将上一个节点的信息（即上一分叉点的状态）取出，然后从该分叉点继续画第二个分枝。现在，以公理F 、产生式F[-F]F[+F]、旋转角度25°为例画一个简单的分形树，如图2所示。
图2显示，从树干到树枝都是由笔直的线段构成且严格自相似。但自然界中万物的状态不是一成
不变的，它们只具有统计意义上的自相似性，因此只能掌握其大致的形成规则。为了能够更好地模拟自然界中的景物，生成更加逼真的图形，本文将变量和随机性引入L 系统。
图2 简单的分形树
2.1 角度扰动变量β和步长扰动变量ρ
从生物学的角度来看，由于生物趋光性、向地性等一系列生物特性以及其他自然因素的影响，植物在生长过程中同一节点树枝的生长角度处于动态变化中，且树枝的生长速率也不尽相同。也就是说，在植物模拟实现的过程中，给定的旋转角度和步长不应该是一成不变的，而应该是以某一角度和步长为中心在一定的范围内摆动。在此，给旋转角度加入一个扰动变量为β，使得旋转角度以δ为中心在(-β/2，β/2)区间内波动；给步长加入扰动变量为
ρ，使步长以给定步长为中心在(-ρ/2，ρ/2)区间
内波动，其程序实现如下：
┋ Case ：”F” Randomize
P ＝Rnd －0.5 α=β*P/180 ζ＝ρ*P 画第一个点
x=x ＋cos （δ＋α）*（步长＋ζ）
y ＝y ＋sin （δ＋α）*（步长＋ζ）
画到第二个点的直线 ┋
图3就是图2加入扰动变量β和ρ后的图形。这里，取角度扰动变量的区间为(-5°，5°)，步长扰动变量的区间为(-20，20)。
图3 加入扰动变量的分形树
2.2 随机L系统
在旋转角度和步长上加入扰动变量后，生成的图形有了一定的改观，但由于其生成规则单一，所以生成的图形还是显得呆板。为了生成更为真实的图形，在L系统中引入随机量π，使不同的生成规则
P出现在同一L系统中，并且使∑
==
n
i
i
P
1
1
)
(
π。
图4(a)~图4(d)是采用随机L系统的数学模型生成的植物图形。
初始状态ω：F
旋转角度：δ＝25°
生成规则P1: F→F[－F][＋F] F
P2: F→F[＋F]F[－F＋F]
P3: F→FF＋[＋F－F－F]－[－F＋F＋F] 这里取π(1p)=π(2p)=π(3p)=1/3,且π(1p)＋π(2p)＋π(3p)=1。
(a) (b)
(c) (d)
图4 加入随机性的分形树
随机L系统克服了确定性L系统只能生成规则分形图形的局限，可构造随机的植物拓扑结构，使表现不同形态的规则按照不同的概率随机出现，从而产生更加贴近自然的、生动的植物图形。
3 结束语
目前，应用L系统等理论生成的“虚拟植物”（Virtual Plants）已经成为生物学家研究的重点。通过给树枝的旋转角度和步长加入一个扰动变量，以及将不同的生成规则加入同一L系统中，使L系统生成的图像能更好地表现出植物的生物学和形态学特性。但是，由L系统生成的“虚拟植物”还存在一些缺点（如不能很好地模拟植物的色彩等），这就需要对L系统进行进一步的改进，或利用其他理论对L系统进行补充。
参考文献：
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Application of L-system in Plant Simulation
KONG Yong，QU Bai-qing
(Department of Mechanical and Electronic Engineering, Xidian University, Xi’an 710071, China) Abstract: With the development of fractal, virtual plant has been a very interesting problem in computer graphics. For its simple definition and highly structurization, L-system has been one of the most common methods in plant simulation. This paper introduced the basic concept and expressive principle of L-system, and modeled plants by using computer. Considered some growth characters of plants such as photokinesis and geotropism, disturbancy variable and randomness were introduced into L-system in order to create more natural and more living image.
Key words: agricultural basic subjects; plant simulation; application; L-system; computer simulation; disturbancy variable; randomness
植物的形态与功能题库
第七章植物的形态与功能 本章主要考点 1、高等植物组织的类型，在植物体内的分布及其作用 2、植物根、茎结构的形成及组成 3、双子叶植物根、茎的初生结构与次生结构的差异 4、单子叶植物在根、茎结构上的差异 5、叶片结构及对生理功能的适应 6、植物的生活周期，重点掌握被子植物的生活史，认识各阶段的核相变化 7、被子植物的生殖过程，重点掌握雌、雄配子体的发育过程及其结构 8、果实和种子的形成过程，了解雌蕊、子房、胚珠、胚囊、胚、种子之间的关系 9、植物对养分的吸收和运输 10、导管与筛管在形态、构造、功能、分布等方面的异同气孔器的结构，气孔开关的机制以 及对CO2吸收和水分散失的调节 11、根吸收水分和无机盐的途径及方式 12、根压、蒸腾作用在水的运输中的作用，内聚力学说的主要内容 13、植物生长所需要的必需元素 14、植物激素的种类、在植物体内的分布及其主要作用 15、生长素的作用机制 16、光周期对植物开花的影响，长日植物，短日植物 17、光合作用：（1）光反应与碳反应的联系与区别；（2）光合色素与光系统的种类与作用； （3）电子传递与光合磷酸化过程；（4）卡尔文循环的3个阶段；（5）C3途径与C4途径；（6）光呼吸；（7）影响光合作用的因素。 名词术语 1.直根系和须根系 2.凯氏带 3.髓射线 4.维管射线 5.维管系统 6.年轮 7.早材 8.晚材 9.边材 10.心材 11.完全花 12.不完全花
13.心皮 14.传粉 15.双受精 16.子房上位 17.子房下位 18.真果 19.假果 20.聚花果 21.聚合果 22.世代交替 23.生活史 24.蒸腾作用 25.根压 26.必需元素 27.向光性 28.光敏色素 29.光周期 30.长日植物 31.短日植物 32.光反应 33.光合膜 34.天线色素 35.荧光 36.光系统 37.光合磷酸化 38.光合电子传递链 39. C3途径和C3植物 40. C4途径和C4植物 41. 景天酸代谢途径 42.光呼吸
被子植物花的形态结构和功能
第八章被子植物花的形态结构和功能 本章学习的目的和要求： 通过本章内容的学习，要求同学们了解被子植物花、花芽分化、开花、传粉和双受精等的基本概念，掌握被子植物的生殖器官中雌雄蕊的发生、分化和成熟过程中的形态、结构和功能。懂得影响植物开花、传粉、受精结实的内外在因素及其生物学意义。 本章学习的难点和重点： 花芽分化的过程及其结构特征； 雌雄蕊的发育和分化的解剖结构特征； 双受精过程及其意义； 本章教学与学习的方法： 多媒体教学（自制课件） 讲授与板书相结合 提问 本章板书内容（见讲稿黑体字） 本章讲授内容如下： 繁殖：植物生长发育到一定时期，由旧个体产生新个体，以延续种族的现象称为繁殖或生殖。植物的繁殖主要有三种类型： 1、营养繁殖：植物营养体的某一部分再生直接形成新个体。如扦插、嫁接等。 2、无性繁殖：在植物体上产生具有繁殖能力的孢子，在适宜的条件下孢子直接发育成为新 个体。 3、有性生殖：植物产生雌、雄性细胞（配子），两者结合形成合子（受精卵），再由合子发 育成新的个体。 生殖器官：花、果实和种子都与植物的生殖有关，称为生殖器官。 第一节花的组成和发生 一、花是适应于生殖而节间缩短的变态短枝条。 （一）花梗（花柄）：是连接茎的小枝，也是茎和花相连的通道，并支持着花。有长、有短、或无。 （二）花托：是花梗顶端略膨大的部分，着生花萼、花冠等部分，有多种形状。 （三）花萼：花最外轮的变态叶，由若干萼片组成；常绿色，有离萼、合萼、副萼。有保护幼花的作用。 （四）花冠：花第二轮的变态叶，由若干花瓣组成；常有各种颜色和芳香味。有离瓣花、合瓣花。可吸引昆虫传粉，并保护雄蕊、雌蕊。 花被：花萼和花冠的合称。常分为两被花、单被花、无被花（裸花）三类。 （五）雄蕊群：一朵花内所有雄蕊的总称，有多种类型，但每个雄蕊的结构如下： 花丝：常细长，有支持和输导的作用。 雄蕊 花药：呈囊状，产生大量花粉粒。 （六）雌蕊群：一朵花内所有雌蕊的总称。多数植物的花，只有一个雌蕊。 柱头：承受划分的地方，有各种形状。 雌蕊花柱：花粉管进入子房的通道。 子房壁———果皮 子房—果实 胚珠————种子
3种沙漠植物地上部分形结构与生物量的自相似性
第42卷第5期 2006年5月林业科学SCIE NTI A SI LVAE SI NIC AE V ol 142,N o 15May ,20063种沙漠植物地上部分形结构与生物量的自相似性 李伟成1 盛海燕2 潘伯荣3 常 杰4 (1.国家林业局竹子研究开发中心 杭州310012; 2.杭州环境保护科学研究院 杭州310005; 3.中国科学院新疆生态与地理研究所 乌鲁木齐830011; 4.浙江大学生命科学学院 杭州310029) 摘 要: 应用自相似原理,分别研究极干旱地区塔克拉玛干腹地和吐鲁番盆地地下水浇灌区柽柳、梭梭和沙拐枣植株的地上分形结构与各自地上部生物量的关系。通过分析3种植物的枝长、冠幅和体积与地上部生物量之间的统计自相似性,发现在统计拟合精度上自相似模型不如BP 神经网络模型,但分析植株生长的地域性差异时,缺少像分形维数这样的定量化描述。 关键词: 沙漠植被;地上部生物量;分形;自相似;BP 神经网络模型 中图分类号:Q948;Q949 文献标识码:A 文章编号:1001-7488(2006)05-0011-06 收稿日期:2004-08-05。 基金项目:国家自然科学基金重大研究计划N o.90202019。 Self 2Similarity R elationship betw een Component of Shoot and Biomass of Three H ungriness Plants Li W eicheng 1 Sheng Haiyan 2 Pan Borong 3 Jie 4 (1.China National Bamboo Research Center Hangzhou 310012;2.Hangzhou Environmental Protection Science Institute Hangzhou 310005; 3.Xinjiang Institute o f E cology and G eography ,Chinese Academy o f Sciences Ulmuqi 830011; 4.College o f Life Science ,Zhejiang Univer sity Hangzhou 310029) Abstract : Function y =ax b maybe can disclose the correlation between shoot fractal structure and above 2ground biomass of hungriness plant in T aklamakan Desert com pared with Turpan Basin.Desertification and salinized soil ,the tw o serious environment problems ,annoyed human in willful persecution.Especially ,this phenomenon is m ore obvious in the second largest desert T aklamakan ,which lies in T arim Basin.This research note aims to use the theory of self 2sim ilarity to study the relationship between the shoot fractal structure and each biomass of hungriness plant in T aklamakan Desert ,exert the fractal dimension (FD )to explain the capability of spatial occupation of these three plants.Three hungriness plants (Tamarix spp.,Haloxylon ammodendron and Calligonum mongolicum )are chosen and the statistical self 2sim ilarity (SS M )characters am ong shoot ,branch and above 2ground biomass are analyzed in this study.Based on the close relationship of statistical self 2sim ilarity between the length of branches ,crown width ,external v olume and shoot biomass ,a fractal m odel on calculating shoot biomass is built.When the source data are not uniform ,the results show that the simulative outcomes of SS M w orse than BP neural netw ork m odel (NNM )that the values of χ22test are not up the con fidence interval too.SS M can be used for one method in measuring the biomass with the data of small variance and im ply the capacity of spatial occupancy with the FD.It is practicable that this growth m odel using biomass of some segments of one whole plant to estimate the shoot biomass in the arid and sem iarid regions where vegetation is sparse ,ecosystem is flimsy and building the man 2made vegetation area is difficult.W e em phasize that the ecological scale in this paper is of individual significance. K ey w ords : hungriness plant ;above 2ground biomass ;fractal ;self 2sim ilarity ;BP neural netw ork m odel 目前,荒漠化与盐碱化是人类面临的2个环境问题,在塔里木盆地的塔克拉玛干沙漠表现得尤其突出(陶玲等,2001;李伟成等,2003)。塔克拉玛干地区生态环境恶劣,气候极度干旱,因此一些抗热、抗寒、抗强碱的优良固沙先锋植物在这里就显得尤为重要了(潘伯荣等,1994;陶玲等,2001)。柽柳(Tamarix spp.)作为干旱、半干旱区广泛分布的灌木,具有强大的固定流沙和耐盐碱能力;梭梭(Haloxylon ammodendron )是我国干旱荒漠区的优良固沙植物,是荒漠濒危类3级国家保护植物(陶玲等,2001);而沙拐枣(Calligonum mongolicum )以其独特的生活型、表型特征和薪柴、饲用、固沙、蜜源等经济特点,早就引起了人们的注意。上述3种植物具备了荒漠先锋种的生理、形态特征(潘伯荣等,1994;陶玲等,2001),是西北荒漠生态系统的关键物种。 自从Burrough (1981)将Mandelbort (1979)提出的分形和分维概念应用到自然生态和环境学科领域以来,
植物形态结构与功能的适应
植物形态结构与功能的适应 姓名：赵雪学号：20101920 班级：国经1005 【摘要】：提出植物形态结构与功能相适应的观点，以旱生植物为例，从旱生植物的根茎叶三方面形态结构的变化是如何与其抗旱的功能相适应的。最后对文章进行一些总结。 【关键词】：旱生植物、形态结构、功能 现存的每一种植物都具有与环境相适应的形态结构和生理功能特征[1]。植物的根、茎、叶、花、果实和种子等器官，都具有明显的适应性特征。例如，有的花花粉粒小而数量多，容易随风飘散，适应于风力传粉。有的花颜色鲜艳、气味芳香，适应于昆虫传粉。靠动物传播的果实和种子，如针草、苍耳等，其果实的表面都有刺或粘液，容易附着在动物的身体上随动物的运动而携带到其他地方去。借风传播的种子，如蒲公英、枫杨等，果实上生有毛绒绒的白色纤维或带有翅，随风飞扬。这些都体现出植物形态结构与功能的适应。 植物由于外界生态因素的影响，逐渐演化出各种各样的形态和结构来适应所生长的环境。外界的各种生态因素都有可能引起植物的形态发生变化，而其中影响最大的是植物生长周围水分的供应状况。因此，本文主要谈由于水分引起的植物的形态结构与功能的适应关系。依照植物与水分的关系，可以将植物分为陆生植物与水生植物，陆生植物又分为旱生植物、中生植物和湿生植物[2]。具体以旱生植物的适应性特征来解释其形态结构与功能的适应关系。 可适应干旱条件而正常生活的植物称为旱生植物，旱生植物的叶具有保持水分和降低蒸腾作用,其通常向着两个方向发展:一类是减小蒸腾的适应:就外型而言,一般植株矮小,根系发达,叶小而厚,蜡被和表皮毛发达,有的植物形成复表皮。就结构而言,叶的表皮细胞壁厚,角质层发达，气孔下陷或限定在气孔窝内。栅栏组织细胞层数多,甚至上下表皮内方均有栅栏组织分布。海绵组织和细胞间隙不发达，叶脉发达,可提高输水率和机械强度,如夹竹桃和松叶。这些形态上的结构特征,或是减少了蒸腾面,或是尽量是蒸腾作用迟缓进行,再加上原生质体的少水性,以及一些细胞液的高渗透压,使旱生植物具有了高度的抗旱性,来适应干旱环境[3]。
水生植物叶片的分形特征研究
收稿日期:2003205223;修订日期:2003209230 基金项目:国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002C B412310);国家自然科学基金项目(30070153,39670150);中科院知识创新工程重要 方向项目(K SCX22SW 2111);中科院知识领域前沿项目(220208)和湖北省涝渍灾害与湿地农业重点实验室基金(HNK F J2002A02)资助;福州大学科技发展基金项目(XK J (QD )20134) 作者简介:潘文斌(1973—),男,浙江临安人;博士;主要从事环境工程教学和科研工作,研究方向为水生生物学、流域生态学与流域环境管 理与规划 通讯作者:蔡庆华,E 2mail :qhcai @https://www.wendangku.net/doc/482051459.html, 水生植物叶片的分形特征研究潘文斌1,2 黎道丰1 唐 涛1 蔡庆华1 (中国科学院水生生物研究所,淡水生态与生物技术国家重点实验室,武汉 430072; 福州大学环境与资源工程系,福州 350002) 摘要:应用分形几何理论对保安湖部分水生植物叶的分形特征进行研究,以寻找其中的自相似性特征,计算其分形维数,并力图了解各个分维的生态学含义。计算得到各物种分维平均值,马来眼子菜为11441(11322-11520,sd = 010547),菹草为11472(11381-11565,sd =010489),大茨藻为11325(11209-11406,sd =010470),轮叶黑藻为11103(11001-11217,sd =010456)。按分维值排序,菹草>金鱼藻>马来眼子菜>茨藻>黑藻。叶片分维的大小,说明了 不同种类水生植物叶片占据空间的程度和利用生态空间的能力有差异。通过对五种植物叶的空间格局的定量化描述,更好地理解水生植物对水环境的适应机理,为进一步对更大尺度下的水生植物空间格局研究提供基础信息。关键词:水生植物;构件;分形特征 中图分类号:Q94818 文献标识码:A 文章编号:100023207(2004)0120023206 构件(M odule )是由单一顶端分生组织,由始至终生长发育形成的,一个独立的,具有与其相连的节、叶片和腋生分生组织的,终止于一顶生花序的轴[1—3]。高等植物是构件生物,是由构件不断重复增加形成的,具体地说,植物是通过其构件一如叶、芽、枝、花、根等的反复形成实现其生长[2]。 构件研究最初的对象主要是一些陆生植物。Prev ost 首次报道了植物构件的研究工作,但是直到20世纪70年代植物学家才对构件的概念引起重 视。英国的著名生态学家Harper 最早将其译作英 文的“M odule ”[4] ,同时他将这个思想应用于植物种群统计学的研究中,极大地推动了植物种群生态学的发展。近年来,构件理论已被广泛接受并运用于 植物种群生态学研究的许多方面[2,3,5,6]。关于植物构件格局的研究一般侧重于枝、叶、花、果、芽的大小、形状、角度及位置等空间分布几何特征方面[7,8]。 在水生植物的形态结构上起着重要作用的构件是叶和枝[9]。叶片是水生植物进行光合作用的主要 器官,叶片的多少、叶面积的大小以及叶片的配置等空间结构特征直接影响着叶片的受光量、光照强度和光谱成分等,进而决定着水生植物的光能利用效率。枝条的主要功能一是作为叶片的支撑体,并决定着叶片的空间分布;二是连接叶片与主茎,并担负着它们之间的水分和营养物质的输送。 虽然水生植物不同等级构件的尺度、结构和空间复杂度存在差异,但其形态结构具有自相似特征,并形成一个等级系列,叶是这个等级系统的最小分辨尺度。水生植物分枝结构是具有自相似性的分形体。由于分形体不存在特征尺度,即分维不依赖于尺度,故可以用分维来刻画分形体各尺度上特征的共性,揭示水生植物构件本质特征。 本文应用分形几何理论对部分水生植物叶的分形特征进行研究。目的是寻找其自相似性特征,计算分形维数,并力图了解各个分维的生态学含义,同时完成对各个构件格局定量化描述,更好地理解水生植物对水环境的适应机理,为进一步对更大尺度下的水生植物空间格局研究提供基础信息。 第28卷 第1期 水生生物学报 V ol.28,N o.12004年1月 ACT A HY DROBI O LOGIC A SI NIC A Jan .,2004
植物叶的形态结构与环境关系
植物叶的形态结构的比较 棉花叶横切（禾本科）：有维管束延伸层，栅栏组织为圆柱形细胞，海绵组织细胞不规则排列，间隙发达。 松树叶横切（裸子植物）：有树脂道，叶肉部分化成栅栏组织和海绵组织，有一圈内形成层，有气孔。 夹竹桃叶横切（旱生）：表皮由2至3层细胞组成复表皮，排列紧密，外被厚的角质层，下表皮有下陷的气孔窝结构，气孔窝内的表皮细胞常特化成表皮毛，叶肉细胞分化成栅栏组织和海绵组织。叶脉是叶肉中的维管组织 眼子菜叶横切（水生）：表皮细胞壁薄，细胞内含叶绿体，外壁没有角质层，不具气孔，叶肉细胞不分化成多层的栅栏组织和海绵组织，细胞间隙发达或分化成大型的气室。
玉米叶横切（C4）：表皮细胞较小，形状较规则，上表皮两个维管束之间有几个大型的薄壁细胞，没有栅栏组织和海绵组织的分化，叶肉细胞小排列紧密,细胞间隙较小，内含叶绿体，维管束鞘为大型单层薄壁细胞，内涵较大的叶绿体，与毗邻的叶肉细胞组成“花环形”结构，为C4植物所特有。 水稻叶横切（C3）：表皮细胞较大，细胞疏松排列，叶肉细胞有栅栏组织和海绵组织的分化，含有正常的叶绿体，维管束较小，维管束鞘细胞没有叶绿体。 植物叶的形态和结构的观察 名科叶形叶序叶脉叶尖叶缘 银杏叶扇形簇生二叉平行 叶脉 叶基（楔形） 不规则 三节 状，中 间凹入 鹅掌楸叶马褂形互生网状脉截形（叶尖） 掌状半 裂 玉簪叶椭圆形簇生弧形平行 脉 急尖（叶尖）全缘
金钱松叶披针形簇生 急形异短尖 （叶尖） 铁树（复叶）羽片条 形 对生叶 序 侧出平行 脉 急尖（叶尖） 羽状全 裂 红花木倒形羽互生网状脉急形异短尖 （叶尖） 细锯状 苦楮披针形互生网状脉尾尖锯状 野生豌豆羽状复 叶 叶须卷 羽状全 裂 植物叶的形态结构与生态环境的关系 摘要：植物由于外界生态因素的影响，逐渐演化出各种各样的形态和结构来适应所生长的环境。其中影响最大的是植物生长周围水分的供应状况。因此，依照植物与水分的关系，可以将植物分为旱生植物、中生植物、水生植物。叶子是花植物的一种主要进行蒸腾的器官，所以旱生植物的叶子为了减少蒸腾，其相适应的结构产生变化。水生植物的叶浸没在水里，在结构上与旱生植物迥然不同。可见不同环境植物叶的形态结构有很大的不同和差距，即使生长在同一环境，它们克
植物的形态结构变化
植物在不同环境中形态结构的变化 摘要：植物与其生长的环境是一个统一的整体，为了适应不同的逆境环境，植物在形态和结构上都发生了相应的变化，依此来保持自身正常的生命活动。本文详细阐述了植物的根茎叶在高CO2、低CO2、缺氧、高温、低温、干旱、盐因子等不同逆境下所发生的形态和结构变化。 关键词：植物；环境；变化 The plants variation of morphology and structure in different environments Abstract: The growth of the plants and their environment is a unified whole. In order to adapt to the different adversity environments, the plants have corresponding variations in morphology and structure to keep their normal life activities. This paper expounds the plants variation of morphology and structure in different environments, such as high CO2, low CO2, hypoxia, high temperature, low temperature, drought and salt factor. Key words:plants; environments;variation 植物体是一个开放体系，生存于自然环境，而自然环境不是恒定不变的，为了适应不良环境，植物在形态结构和生理上都发生了相应的变化。那么，植物面 对高CO 2、低CO 2 、高温、低温、缺氧、干旱、盐渍等不同环境会发生增氧的变化 呢? 本文讨论了在各种不良环境中植物形态和结构发生的相应变化。 1 大气 大气是植物赖以生存的物质条件，空气质量直接影响植物的生长发育。植物生长在各种各样的大气环境中，长期的大气变化使其获得了一些适应某种大气环境的相对稳定的遗传特征，其中也包括形态结构方面适应的特征。因此某种大气环境因子突然改变就必然导致植物在形态结构上出现某种变化[1]。
植物花形态结构及解剖研究
一、实验名称：植物花形态结构及解剖研究 二、实验目的 （1）识辨数种常见花卉； （2）掌握花的基本结构和常见类型； （3）掌握描述花形态结构的基本术语； 三、实验用具 3.1. 实验材料：新鲜的金鱼草花、百合花、玫瑰花、菊花、水稻花，百合子房横切片 3.2. 实验设备：WiFi光学显微镜（Motic麦克奥迪），互动光学显微镜（Motic麦克奥迪），体视显微镜，镊子，解剖针，解剖刀，载玻片，盖玻片，吸水纸，洗瓶等 3.3. 实验试剂：蒸馏水 四、实验内容 4.1. 花的各部分结构解剖 金鱼草花的观察：在体视镜下解剖金鱼草花，自内向外观察其组成。 （1）花柄（花梗）：着生在茎上，支持花朵。 （2）花托：花柄顶端着生花萼、花冠、雄蕊群、雌蕊群的部分。 （3）花萼：为花的最外一轮，萼片为（绿）色，共（5）片，萼片（分离）。 （4）花冠：位于花萼内轮，花冠由（2）片（白）色的花瓣
组成，花瓣基部愈合，分离部分呈唇形，上唇（二） 裂直立，下唇（三）裂开展外曲，故称唇形花冠。花 瓣形状、大小各异，通过花的中心只有一根对称轴能 将花分成相等的两半，故属不完整花（两侧对称）。（5）雄蕊群：位于花冠的内方，共（4）枚，其中（2）枚较短，（2）枚较长，称二强雄蕊。每枚雄蕊由两部分 构成：细长的部分为花丝；顶端的囊状物称为花药。（6）雌蕊群：位于花的中央，形似一瓶装物即雌蕊。雌蕊顶端扩大部分为柱头，基部膨大部位为子房；二者之 间较细的部分为花柱。子房的基部着生于花托上，为 子房上位。用刀片将子房做若干个横切，用体视显微 镜进行观察，课间子房分为（2）室，由此可推断这 种雌蕊为（2）心皮合生的复雌蕊。 按上述内容解剖观察百合花、玫瑰花、菊花、水稻花。 4.2 百合子房结构 取百合子房横切片于显微镜下观察。百合的雌蕊是由三心皮联合而成的复雌蕊。 百合子房主要有子房壁、子房室、胎座和胚珠租车那个，横切面上可见有（6）个子房室，每室中可见（1）个胚珠（实为纵向两列）。胚珠着生处为胎座，百合胚珠着生在中轴上所以为（中轴）胚座。子房壁最外面一层的细胞叫外表皮，最内一层细胞叫内边皮，内外表皮之间为薄壁细胞；在对着
植物体的形态、结构和功能
定根和不定根 直系根和须系根 初生结构 通道细胞 不活动中心 凯氏带 内起源 外始式 次生生长和初生生长 早材和晚材 心材和边材 春材和秋材 木材 树皮 单叶和复叶 完全叶 叶序 等面叶和异面叶 异性叶性 叶镶嵌 变态 同工器官和同源器官 1.种子休眠和萌发的原因各有哪些？ 答：种子休眠的原因：胚的影响——银杏、人参等的种子采收时外部形态已近成熟，但胚尚未分化完全,仍需从胚乳中吸收养料,继续分化发育，直至完全成熟才能发芽。另如樱桃、山楂、梨、苹果、小麦等种子胚的外部形态虽已具备成熟特征，但在生理上必须通过后熟过程，在种子内部完成一系列生理生化变化以后才能萌发。种皮的影响——主要是由种皮构造所引起的透性不良和机械阻力的影响。有的是种皮因具有栅状组织和果胶层而不透水，导致吸水困难，阻碍萌发（如豆科植物种子）；有的种皮虽可透水，但气体不易通过或透性甚低，因而阻碍了种子内的有氧代谢，使胚得不到营养而不能萌发（如椴树）。有些“硬实”种子则是由于坚厚种皮的机械阻力，使胚芽不能穿过而阻止萌发（如苜蓿、三叶草）。抑制物质的影响——有些种子不能萌发是由于种子或果实内含有萌发抑制剂，其化学成分因植物而异，如挥发油、生物碱、激素（如脱落酸）、氨、酚、醛等都有抑制种子萌发的作用。这些抑制剂存在于果汁中的如西瓜、番茄；存在于胚乳中的如鸢尾；存在于颖壳中的如小麦和野燕麦；存在于种皮的如桃树和蔷薇。它们大多是水溶性的，可通过浸泡冲洗逐渐排除；同时也不是永久性的，可通过贮藏过程中的生理生化变化，使之分解、转化、消除。 种子萌发的原因： 1，温度——适宜的温度是生命活动正常进行的必要条件，温度过高、过低种子不能正常萌发。 2，水分——种子萌发过程中，贮存在子叶或胚乳内营养物质的转运及细胞分裂的进行都需要水分。 3，氧气——在种子吸收充足的水分后，只有氧气充分，贮存在胚和胚乳中的营养物质才能够通过呼吸作用产生中间产物和能量，满足萌发所需。4，光——有些植物的种子在无光条件下不能萌发，这类种子叫需光种子，如黄榕、烟草和莴苣的种子；有些植物如早熟禾、月见草等的种子在无光条件能萌发，但在有光时萌发得更好。而某些百合科植物和洋葱、番茄、曼陀罗的种子萌发时会受光照抑制，这类种子为嫌光种子。
植物茎形态结构与功能的适应--宋姗姗
植物茎的形态结构与功能的适应 姓名：宋姗姗学号：20121070219 学院：生命科学学院专业：园艺 【摘要】：提出植物形态结构与功能相适应的观点，以旱生植物为例，从旱生植物的茎方面的形态结构的变化来解释植物是如何与抗旱的功能相适应的。最后对文章进行一些总结。 现存的每一种植物都具有与环境相适应的形态结构和生理功能特征[1]。植物的根、茎、叶、花、果实和种子等器官，都具有明显的适应性特征。 植物由于外界生态因素的影响，逐渐演化出各种各样的形态和结构来适应所生长的环境。外界的各种生态因素都有可能引起植物的形态发生变化，而其中影响最大的是植物生长周围水分的供应状况。因此，本文主要谈由于水分引起的植物的形态结构与功能的适应关系。依照植物与水分的关系，可以将植物分为陆生植物与水生植物，陆生植物又分为旱生植物、中生植物和湿生植物[2]。具体以旱生植物的适应性特征来解释其形态结构与功能的适应关系。 可适应干旱条件而正常生活的植物称为旱生植物，，一般在严重缺水和强烈光照下生长的植物，植株往往变得粗壮矮化。地上气生部分发育出种种防止过分失水的结构，而地下根系则深入土层，或者形成了储水的地下器官。另一方面，茎干上的叶子变小或丧失以后，幼枝或幼茎就替代了叶子的作用，在它们的皮层细胞或其他组织中可具有丰富的叶绿体，进行光合作用。 旱生植物的形态和结构的变化，可从茎方面表现出来[4]： 茎是地上的重要部分，经受干旱的影响，远比根部显著，也比较容易观察，它们在形态解剖上的变化是： 沙漠里生长的多年生植物的叶子往往非常退化，幼枝代替了叶子的功能，例如各种梭梭(Haloxylon spp. )和沙拐枣(Calligonum spp. )，茎上已不发育出叶片(或有一些非常退化的鳞片叶，)，却在幼小的绿色枝条上进行光合作用，形成所谓同化茎。有的这些枝条以后也可能脱落。有些沙漠植物的枝条，在干旱季节可以及时枯死，以减少水分的蒸发，同时使植物体内需水的程度减到最低限度，但是一到雨季，它们又能够迅速长出新的枝条。 沙生植物，特别是沙生灌木，常可看到的一种特征，就是形成分裂的茎。例如一种蒿(Artemisia herba- alba)，骆驼蓬(Peganum harmala)和一种霸王(Zygophyllum dumosum)的茎部都可以裂开成几部分。分裂形成的几个分开部分，由于所遇到的小生境的条件可能不同，因此，有的干死了，而有的却可能存活下来，继续生长。 旱生植物的皮层和中柱的比率较大，茎中的皮层要比中生植物的宽，而维管束则较紧密，
各种有趣的分形
各种有趣的分形 我们看到正方形，圆，球等物体时，不仅头脑里会迅速反映出它是什么，同时，只要我们有足够的数学知识，我们头脑中也反映出它的数学概念，如正方形是每边长度相等的四边形，圆是平面上与某一点距离相等的点的集合，等等。 但是，当我们看到一个山的形状时，我们会想到什么?"这是山"，没错，山是如此的不同于其他景象，以至于你如果绘画水平不高，根本画不出象山的东西。可是，山到底是什么?它既不是三角形，也不是球，我们甚至不能说明山具有怎样的几何轮廓，但为什么我们却有如此直观而又强烈的山的印象?分形的创始人是曼德布洛特思考了这个问题。让
分维及分形的定义 分维概念的提出 对于欧几里得几何所描述的整形来说，可以由长度、面积、体积来测度。但用这种办法对分形的层层细节做出测定是不可能的。曼德尔布罗特放弃了这些测定而转向了维数概念。分形的主要几何特征是关于它的结构的不规则性和复杂性，主要特征量应该是关于它的不规则性和复杂性程度的度量，这可用“维数”来表征。维数是几何形体的一种重要性质，有其丰富的内涵。整形几何学描述的都是有整数维的对象：点是零维的，线是一维的，面是二维的，体是三维的。这种几何对象即使做拉伸、压缩、折叠、扭曲等变换，它们的维数也是不变的；这种维数称为“拓扑维”，记为d。例如当把一张地图卷成筒，它仍然是一个二维信息载体；一根绳子团成团，仍然是一维结构。但曼德尔布罗特认为，在分形世界里，维数却不一定是整数的。特别是由于分形几何对象更为不规则，更为粗糙，更为破碎，所以它的分数维（简称“分维”，记为D）不小于它的拓扑维，即D≥d。 维数和测量有密切关系。如为了测一平面图形的面积，就要用一个边长为l、面积为l2的标准面元去覆盖它，所得的数目就是所测的面积。
植物的形态与功能
植物的形态与功能 §1·1 植物的结构与功能 1、植物的定义 ①植物是适合生活在陆地上的多细胞、能进行光合作用的真核生物 ②由根、茎、叶组成→表面有角质膜、有气孔 →内部有疏导组织 ③在生殖方面→具有雌和（或）雄配子囊，产生雌雄配子 →胚在配子囊中发育 2、植物界的分类 植物界包括苔藓植物、蕨类植物、裸子植物和被子植物四大类型 二、植物体由各器官构成 1、根（root） 功能：①从土壤中吸收水分和无机盐②将植物固定于地面 ③储存营养物质④合成氨基酸、激素、生物碱等 根系——根的总称，可分为两种： 直根系——主根明显，从主根上生出次根，主次分明，其固着能力强，有的还能储存营养物质 须根系——主根退化，从茎的基部长出丛生的须根，具有和土壤更多的接触表面积其中，源于茎基部的根又称为“不定根”，如榕树的气生根 根的变态：特别膨大，存储营养物质 2、茎（stem） 茎一般生长在地面上，连接着叶和根，其上生长着叶、花或果实 结构特点：①茎上有节，节上长叶②顶端有芽，节上叶腋内也有芽 生长特性：趋光性和背地性 变态：根状茎，块茎，球茎，鳞茎
3、叶（leaf） 生长在茎的节上，通过叶柄或叶鞘与茎相连，形态多种多样 结构特点：扁平，具有网状或平行的叶脉 表皮有气孔 功能：①光合作用合成有机物质②蒸腾作用 变态：猪笼草，仙人掌的刺 三、植物的组织 按照组成细胞是否具有分裂能力，植物组织可被分成两大类： 分生组织——其细胞不分化，始终保留分裂能力 成熟组织——细胞分化，不能分裂，成为特定功能的细胞群 1、分生组织 细胞特点： 细胞未分化，具分裂能力，细胞小、细胞壁薄、细胞质浓厚，无或仅有很小的液泡，细胞彼此紧密连接，无细胞间隙 功能：分裂产生新细胞 细胞种类——按照细胞的活跃程度分： ①常处于活跃状态的组织： 顶端分生组织，位于根尖、茎尖分生组织——纵向生长 居间分生组织，位于根、茎内部的形成层——横向生长 ②处于潜伏状态的组织：腋芽内的分生组织——侧生分生组织 2、①成熟组织 按照组织的功能可分成五类，保护组织、薄壁组织、机械组织、输导组织和分泌结构保护组织结构：位于植物体的表面，由一层或数层细胞构成 功能：防止水分的过度挥发； 控制植物体与周围环境间的气体交换； 抵抗外界风雨和病虫害 分类：初生保护组织、次生保护组织 A、初生保护组织——即表皮层 细胞特点：活细胞，细胞扁平，形状不规则，细胞间犬牙交错，紧密镶嵌，细胞质少，液泡大，细胞壁表面有角质或腊质层 有的表皮细胞引伸或分裂形成毛状附属物，称为表皮毛 功能：保护植物体免受伤害，防止水分的过度蒸发 实例：叶的表皮组织 B、次生保护组织——周皮 细胞特点：扁平，排列紧密，无细胞间隙， 包括：栓外层——死细胞，具有栓化的次生细胞壁 木栓形成层——活细胞，属于侧生分生组织 栓内层——死细胞，具有栓化的次生细胞壁 功能：保护 ②薄壁组织：是植物体中数量最多的组织，各器官均含有大量的薄壁组织 细胞特点：细胞壁薄，无次生细胞壁，细胞质少、液泡大，细胞排列松散，有较大的细胞间隙，细胞等径或长形 功能：储存营养物质，进行光合作用、呼吸作用、分泌作用，具有很强的分生潜能，受刺激后能恢复分裂能力，如形成侧根、不定根、不定芽
分形植物模拟
基于GDI+和BSP算法的分形植物模拟 王兴元武志峰 （大连理工大学电子与信息工程学院，大连 116024） 摘要：为更灵活地模拟较多种类的植物形态，本文提出了一种借助GDI+技术，将分形算法与BSP算法相结合的编程思路。通过为植物各部器官建模和忠实于真实植物生长机制的程序处理，可生成多种自然逼真、立体感较强的植物形态图像。使用计时器技术，还实现了植物形态的动态模拟控制。 关键词：分形算法；BSP算法；GDI+；植物模拟；动态控制 中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 0 引言 分形理论的引入,为研究植物结构形态开辟了新途径。当前典型的分形植物模拟方法有两种：L-系统[1、2]和迭代函数系统[3、4]，但L-系统需先确定生成规则，简洁但不够灵活，且难于编程控制[5、6]；迭代函数系统中仿射变换的确定较复杂，而且不能描绘细节[7]。因此，单独使用这两种算法并不是最好的选择。作者将L-系统的字符串替换思想和递归算法相结合，运用BSP( Binary Space Partition)[8、9]方法，通过递归地剖分空间，对每个平面进行细节描绘，从而找到一种能生动逼真地模拟植物形态的编程方法。作者利用https://www.wendangku.net/doc/482051459.html,和GDI+（Windows提供的图形设备接口）编程[10]，设计了基于参数数据库的“植物形态动态模拟系统”，可登录http://wuzhifeng_https://www.wendangku.net/doc/482051459.html,/浏览该系统生成的部分图片。 1 GDI+ GDI+是集成于.NET开发环境中的图形设备接口[10]，为图形函数提供了新的API.。使用GDI+，可以利用Windows的图形函数库，灵活使用各种画笔、画刷，在窗体和控件上创建图形和绘制文本，并可将图形图像作为对象进行操作。使用.NET Framwork提供的Graphics、Pen、Brush、Font、Color 等GDI+绘图对象类，可实现形状、线条、文本的绘制和图形处理。Graphics对象相当于绘图的画布，它的创建是各种编程操作的基础，创建了Graphics对象和Pen、Brush对象后，就可以使用一些画线和填充图形方法。画图方法主要有DrawLine、DrawRectangle、DrawBezier、DrawEllipse、DrawClosedCurve，填充图形的方法有FillRectangle、FillEllipse、FillPolygon、FillClosedCurve等。可以用这些方法绘制植物各部器官的模型，再灵活使用Brush对象的SolidBrush、HatchBrush、TextureBrush、LinerGradientBrush、PathGradientBrush方法进行填充，就可模拟整株植物的形态。 2 分形递归算法与BSP算法的结合 2.1 分形递归算法 自然植物具有自我相似、自我复制和自我嵌套的物质结构规则。递归是分形几何中的一种基本算法，在计算机程序设计中，递归的实质就是利用压栈和出栈的功能，重复运用某些规则来生成嵌套的结构。根据不同的植物外形，可以设定不同的生成元（基本生长模型），如图1所示，然后利用递归算法，将这个生成元在每一个层次上不断重画[11]。 基金项目：国家自然科学基金(69974008)及辽宁省自然科学基金( 972194)资助. 作者简介：王兴元（1964-）,男,辽宁省沈阳人,博士,副教授,主要研究方向为混沌与分形理论及其应用；武志峰（1973-）,男,山西大同人,硕士,主要研究方向为分形的计算机模拟.
植物体的结构与功能
第1章植物体的结构与功能 教学目标： ◆掌握：植物细胞和组织、器官的概念、类型、构造以及细胞有丝分裂的特点，根、茎、叶的形态、构造与功能。 ◆理解：生物膜的结构和功能，减数分裂的特点，花的构造、开花、传粉、受精作用及果实和种子的形成。 ◆了解：植物细胞的形状和大小；根、茎、叶的功能与变态。 ◆学会：显微镜的正确使用方法；简易装片的制作方法及步骤；会用显微镜 对植物细胞、器官进行观察。 教学时数：16学时 教学方法：理论讲授10学时、技能训练6学时 教学内容： 第一节植物细胞的结构和功能 教学重点： ◆植物细胞的基本结构及功能； ◆细胞膜的组成、结构和功能； ◆细胞有丝分裂的特点及意义； ◆减数分裂的概念及意义； ◆植物组织及其分类。 教学难点： ◆细胞有丝分裂各时期的特点。 一、植物细胞的概念 自然界的生物有机体，除了病毒和类病毒外，都是由细胞构成的。细胞是植物体结构和执行功能的基本单位。 1665年英国科学家胡克发现细胞（Cell）。德国人施莱登和施旺共同创立了细胞学说。 细胞可分为两大类型：原核细胞和真核细胞。原核细胞有细胞结构，但没有典型的细胞核；真核细胞具有被膜包围的细胞核和多种细胞器。 二、植物细胞的形状和大小 （一）植物细胞的形状 植物细胞的形状是多种多样的，有球形或近球形、长筒状、长纺锤形、长柱形、星形等不规则形状。细胞形状的多样性，反映了细胞形态与其功能相适应的规律。 （二）植物细胞的大小 植物细胞的大小差异悬殊。最小的支原体细胞直径为0.1μm；绝大多数的细胞体积都很小。
三、细胞生命活动的物质基础 构成细胞的生活物质称为原生质，它是细胞结构和生命活动的物质基础。 组成原生质的化学元素主要是碳、氢、氧、氮等4种，约占全重的90%；其次有少量硫、磷、钠、钙、钾、氯、镁、铁等，约占全重的9%；此外还有极微量的元素，如钡、硅、矾、锰、钴、铜、锌、钼等。 组成原生质的化合物可分为无机物和有机物两类。无机物主要是水，此外还有CO2和O2等气体、无机盐以及许多离子态的元素等。有机物主要有蛋白质、核酸、脂类、糖类和极微量的生理活性物质等。 四、植物细胞的基本构造 植物细胞包括细胞壁、细胞膜、细胞质和细胞核等部分，其中细胞膜、细胞质和细胞核总称为原生质体。 （一）细胞壁 1．细胞壁的结构细胞壁是植物细胞所特有的结构。细胞壁结构大体分为三层：胞间层、初生壁和次生壁。 2．细胞壁的变化次生壁常因有其他物质填入，使细胞壁的性质发生角质化、木栓化、木质化、矿质化，以适应一定的生理机能。 3．细胞壁特殊结构纹孔和胞间连丝。由于纹孔和胞间连丝的存在，细胞之间可以更好地进行物质交换，从而将各个细胞连接成为一个整体。 4．细胞壁的功能：保护原生质体，减少蒸腾，防止微生物入侵和机械损伤等；支持和巩固细胞的形状；参与植物组织的吸收、运输和分泌等方面的生理活动；在细胞生长调控、细胞识别等重要生理活动中也有一定作用。 （二）细胞膜（质膜） 1．组成与结构质膜主要由脂类物质和蛋白质组成，此外还有少量的糖类以及微量的核酸、金属离子和水。质膜厚约7.5～10nm，是有横断面上呈现“暗-明-暗”三条平行带组成的单位膜。 2．流动镶嵌模型即脂质双分子层构成膜的骨架，蛋白质分子结合在脂质双分子层的内外表面、嵌入脂质双分子层或者贯穿整个双分子层。膜及其组成物质是高度动态的、易变的。 3．生物膜构成细胞的膜种类很多，除质膜外，还包括细胞内膜，如核膜和各种细胞器的膜，这些膜通称为生物膜。 4．功能质膜起着屏障作用，维持稳定的细胞内环境，可调节和选择物质的通过，有
植物叶的形态结构与环境的关系
植物叶的形态结构与环境的关系 刘新秦 （西北大学生命科学学院，2004级生物科学专业）依据各类植物与水的关系,把其分为陆生植物与水生植物,陆生植物又分为旱生植物,中生植物和湿生植物. 可适应干旱条件而正常生活的植物称为旱生植物.旱生植物的叶具有保持水分和降低蒸腾作用,其通常向着两个方向发展: 一类是减小蒸腾的适应:就外型而言,一般植株矮小,根系发达,叶小而厚,蜡被和表皮毛发达,有的植物形成复表皮.就结构而言,叶的表皮细胞壁厚,角质层发达.气孔下陷或限定在气孔窝内.栅栏组织细胞层数多,甚至上下表皮内方均有栅栏组织分布.海绵组织和细胞间隙不发达.叶脉发达,可提高输水率和机械强度,如夹竹桃和松叶.这些形态上的结构特征,或是减少了蒸腾面,或是尽量是蒸腾作用迟缓进行,再加上原生质体的少水性,以及一些细胞液的高渗透压,使旱生植物具有了高度的抗旱性,来适应干旱环境; 夹竹桃黄花夹竹桃黄花夹竹桃叶 夹竹桃叶切片图 另一类为肉质叶片,叶片肥厚多汁,叶肉中有发达的储水组织薄壁组职,保水力强.这些植物的细胞,能保持大量水份,水的消耗也少,因此可耐干旱.如芦荟,景天,龙舌兰等. 芦荟白景天翡翠景天金边龙舌兰 水生植物的整个植株生在水中,因此,可以获得充分的水分和溶于水中的营养物质,但它们的叶--尤其是沉水叶,不怕缺水,而因为水中溶解的空气少,光线为散射光叶绿体，,如何解决获得它所需要的气体和阳光成为所要面对的问题.适应这种生态环境的水生植物,通常叶片较薄,叶面无气孔和表皮毛(浮水叶仅在上表皮有气孔),表皮细胞具叶绿体,可营吸收,光合作用和气体交换的功能表皮细胞所含的叶绿体,对于光的吸收是极为有利的,因此,沉水叶的表皮不仅是保护组织,也是吸收组织和同化组织(光合组织).叶肉不发达,无栅栏组织和海绵组织的分化,形成发达的通气系统.机械组织和维管组织退化,导管不发达.胞间隙特别发达,形成通气组织,即具大液泡间隙的薄壁组织.有些水生植物中具气生叶或漂浮叶,后者仅上表皮有气孔,叶肉中也句发达的通气系统.如芦竹、石菖蒲、芦荻和水生美人蕉等。 芦竹石菖蒲芦荻水生美人蕉水生植物在分类群上由多个植物门类组成，包括非维管束植物，如大型藻类和苔藓类管束植物,其中被子植物占绝大多数，典型的水生植物多为被子植物中的单个叶纲. 水生植物有挺水、浮叶、沉水等生活型,以下将做详细介绍: 湿地植物(包括挺水型、浮叶型)-- 生长在浅水湿地，其根系发达且深，下部淹没水中或在陆地上全部暴露在空气中均可生长，可形成净化带，对地表径流流入湖中的水起过滤作用，阻拦、吸收、转化可能进入水体的有机质及营养盐，有利于水体自净，防止水体的富营养化。 挺水型:挺水植物指根生底质中、茎直立、一般植株高大,根部生活在水中,植物大部分挺出水面.光合作用组织气生的植物生活型,主要为单子叶植物. 黄鸢尾水竹 浮叶型:根生浮叶植物是一面叶气生的水生植物活型。一般茎细弱不能直立,根状茎发达,有根在水下泥中,不会随风漂移。 萍莲草荇菜 沉水植物--生长在湖底，整个植物浸没水下,多为观叶植物,能防止底泥的再悬浮而影