植物生理學(xué)課件

1、植物生理學(xué)課件 職稱：教職稱：教 授授 電話：電話：8248534（H) 8247356(O) 手機(jī)：手機(jī)： E-mail: 植物生理學(xué)課件 緒緒 論論 植物生理學(xué)課件 一、植物生理學(xué)的定義與內(nèi)容一、植物生理學(xué)的定義與內(nèi)容 ( (一一) )植物生理學(xué)的定義植物生理學(xué)的定義 植物生理學(xué)植物生理學(xué)(plant physiology) 是研究植物生命活動規(guī)律、揭示是研究植物生命活動規(guī)律、揭示 植物生命現(xiàn)象本質(zhì)的科學(xué)。植物生命現(xiàn)象本質(zhì)的科學(xué)。 植物生理學(xué)課件 ( (二二) ) 植物生理學(xué)的內(nèi)容植物生理學(xué)的內(nèi)容 1.1.生長發(fā)育與形態(tài)建成生長發(fā)育與形態(tài)建成 2.2.物質(zhì)代謝與能量轉(zhuǎn)化物質(zhì)代謝與能量轉(zhuǎn)化

2、3.3.信息傳遞和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)信息傳遞和信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 植物生理學(xué)課件 1 1生長發(fā)育與形態(tài)建成生長發(fā)育與形態(tài)建成 生長發(fā)育（生長發(fā)育（growth and development）是植）是植 物生命活動的外在表現(xiàn)，它主要包括了兩個(gè)方物生命活動的外在表現(xiàn)，它主要包括了兩個(gè)方 面：一是由于細(xì)胞數(shù)目的增加、細(xì)胞體積的擴(kuò)面：一是由于細(xì)胞數(shù)目的增加、細(xì)胞體積的擴(kuò) 大而導(dǎo)致的植物體積和重量的增加；二是由于大而導(dǎo)致的植物體積和重量的增加；二是由于 新器官的不斷出現(xiàn)帶來的一系列肉眼可見的形新器官的不斷出現(xiàn)帶來的一系列肉眼可見的形 態(tài)變化，即形態(tài)建成態(tài)變化，即形態(tài)建成(morphogenesis），包括），包括 從種子

3、萌發(fā)，根、莖、葉的生長，直到開花、從種子萌發(fā)，根、莖、葉的生長，直到開花、 結(jié)實(shí)、衰老、死亡的全過程。人類對植物生命結(jié)實(shí)、衰老、死亡的全過程。人類對植物生命 活動的認(rèn)識正是從對其生長發(fā)育的觀察和描述活動的認(rèn)識正是從對其生長發(fā)育的觀察和描述 開始的，所謂開始的，所謂“春華秋實(shí)春華秋實(shí)”，“春發(fā)、夏長、春發(fā)、夏長、 秋收、冬藏秋收、冬藏”等等，便是人類對植物生長發(fā)育等等，便是人類對植物生長發(fā)育 規(guī)律直觀認(rèn)識的寫照。規(guī)律直觀認(rèn)識的寫照。 植物生理學(xué)課件 2 2物質(zhì)代謝與能量轉(zhuǎn)化物質(zhì)代謝與能量轉(zhuǎn)化 在植物形態(tài)變化的背后，是肉眼難以觀察到的物在植物形態(tài)變化的背后，是肉眼難以觀察到的物 質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化過程，

4、而物質(zhì)轉(zhuǎn)化與能量轉(zhuǎn)化又緊密質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化過程，而物質(zhì)轉(zhuǎn)化與能量轉(zhuǎn)化又緊密 聯(lián)系，構(gòu)成統(tǒng)一的整體，統(tǒng)稱為代謝聯(lián)系，構(gòu)成統(tǒng)一的整體，統(tǒng)稱為代謝(metabolism)。 植物的代謝活動包括水分的吸收、運(yùn)輸與散失；礦植物的代謝活動包括水分的吸收、運(yùn)輸與散失；礦 質(zhì)營養(yǎng)的吸收、同化與利用；光合作用；呼吸作用；質(zhì)營養(yǎng)的吸收、同化與利用；光合作用；呼吸作用； 有機(jī)物的轉(zhuǎn)化、運(yùn)輸與分配等方面。代謝過程歸根有機(jī)物的轉(zhuǎn)化、運(yùn)輸與分配等方面。代謝過程歸根 結(jié)底是運(yùn)行于植物體內(nèi)的一系列生物化學(xué)和生物物結(jié)底是運(yùn)行于植物體內(nèi)的一系列生物化學(xué)和生物物 理的變化，而生長發(fā)育則是代謝作用的綜合表現(xiàn)和理的變化，而生長發(fā)育則是代謝

5、作用的綜合表現(xiàn)和 最終結(jié)果。代謝作用是生命的基礎(chǔ)，代謝一旦停止，最終結(jié)果。代謝作用是生命的基礎(chǔ)，代謝一旦停止， 生命也就不復(fù)存在，生長發(fā)育更無從談起。某些代生命也就不復(fù)存在，生長發(fā)育更無從談起。某些代 謝環(huán)節(jié)如果發(fā)生重大變化或遭到破壞，也必然會影謝環(huán)節(jié)如果發(fā)生重大變化或遭到破壞，也必然會影 響到生長發(fā)育。如有的植物由于合成赤霉素的某些響到生長發(fā)育。如有的植物由于合成赤霉素的某些 基因缺失，赤霉素合成發(fā)生障礙，因而莖不能正?；蛉笔?，赤霉素合成發(fā)生障礙，因而莖不能正常 生長，變?yōu)樯L，變?yōu)椤鞍桶汀?；又如蘋果樹缺少微量元素；又如蘋果樹缺少微量元素 鋅，便會影響生長素的生物合成，使新生葉不能

6、展鋅，便會影響生長素的生物合成，使新生葉不能展 開，發(fā)生開，發(fā)生“小葉病小葉病”。 植物生理學(xué)課件 植物生理學(xué)課件 3 3信息傳遞和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)信息傳遞和信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 信息傳遞（信息傳遞（message transportationmessage transportation）和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)）和信號轉(zhuǎn)導(dǎo) （signal transductionsignal transduction）是植物生命活動的另一個(gè)重）是植物生命活動的另一個(gè)重 要方面。植物雖不像動物那樣具有發(fā)達(dá)的神經(jīng)系統(tǒng)，但要方面。植物雖不像動物那樣具有發(fā)達(dá)的神經(jīng)系統(tǒng)，但 它生活在復(fù)雜多變的環(huán)境中，必須對環(huán)境的變化做出響它生活在復(fù)雜多變的環(huán)境中，必

7、須對環(huán)境的變化做出響 應(yīng)，或順應(yīng)環(huán)境的有規(guī)律的變化，形成植物固有的生命應(yīng)，或順應(yīng)環(huán)境的有規(guī)律的變化，形成植物固有的生命 周期，或?qū)?yán)酷的環(huán)境條件進(jìn)行適應(yīng)與抵抗，以保持物周期，或?qū)?yán)酷的環(huán)境條件進(jìn)行適應(yīng)與抵抗，以保持物 種的繁衍。這些反應(yīng)都是從種的繁衍。這些反應(yīng)都是從“感知感知”環(huán)境條件的物理或環(huán)境條件的物理或 化學(xué)信號開始的。在許多情況下，感知信息的部位與發(fā)化學(xué)信號開始的。在許多情況下，感知信息的部位與發(fā) 生反應(yīng)的部位往往不是同一器官，這就需要感受器官將生反應(yīng)的部位往往不是同一器官，這就需要感受器官將 它所感受到的信息傳遞到反應(yīng)器官，并使后者發(fā)生反應(yīng)。它所感受到的信息傳遞到反應(yīng)器官，并使后者發(fā)

8、生反應(yīng)。 如：進(jìn)入秋季，夜長增加，這個(gè)物理信號如果被一年生如：進(jìn)入秋季，夜長增加，這個(gè)物理信號如果被一年生 短日植物的葉片所感受，便會在遠(yuǎn)離葉片的莖頂端分生短日植物的葉片所感受，便會在遠(yuǎn)離葉片的莖頂端分生 組織開始一系列成花的生理準(zhǔn)備組織開始一系列成花的生理準(zhǔn)備, ,直至花芽形成和開花直至花芽形成和開花; ; 而多年生落葉樹木的葉片，則會在夜長增加的這一物理而多年生落葉樹木的葉片，則會在夜長增加的這一物理 信號誘導(dǎo)下發(fā)生葉柄離層的形成和脫落、枝條進(jìn)入休眠信號誘導(dǎo)下發(fā)生葉柄離層的形成和脫落、枝條進(jìn)入休眠 狀態(tài)等一系列生理反應(yīng)。狀態(tài)等一系列生理反應(yīng)。 植物生理學(xué)課件 18.2 18.2 各種內(nèi)部信

9、號影響植物細(xì)胞的代謝、生長和發(fā)育各種內(nèi)部信號影響植物細(xì)胞的代謝、生長和發(fā)育 生長調(diào)節(jié)劑 未知發(fā)育信號溫度病原體(真菌、 細(xì)菌、病毒) 激素 膨壓 電信號 多肽 糖、氨基酸 壁斷片 壁的機(jī)械壓力 礦質(zhì) 光 轉(zhuǎn)播 放大 發(fā)散到多個(gè)目標(biāo) 改變離 子流 細(xì)胞骨 架改變 改變細(xì)胞生長和代謝 調(diào)節(jié)代 謝途徑 基因表 達(dá)調(diào)節(jié) 傷害 植物生理學(xué)課件各種外部信號影響植物的生長發(fā)育各種外部信號影響植物的生長發(fā)育 Fig.1 各種 外 部信號影響植 物的生長發(fā)育 重力 光合作用的光 光形態(tài)建成的光 溫度 風(fēng) 光周期 濕度 病原體 草食動物 乙烯 寄生蟲 礦質(zhì)營養(yǎng) 土壤微生物 有毒物質(zhì) 水分狀況 土壤質(zhì)地 返回返回

10、植物生理學(xué)課件 二、植物生理學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展二、植物生理學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展 第一階段：植物生理學(xué)的孕育階段 第二階段：植物生理學(xué)誕生與成長 的階段 第三階段：植物生理學(xué)發(fā)展、分化 與壯大階段 植物生理學(xué)課件 第一階段：植物生理學(xué)的孕育階段第一階段：植物生理學(xué)的孕育階段 這一階段從這一階段從16271627年荷蘭人凡年荷蘭人凡海海 爾蒙（爾蒙（J.B.van HelmontJ.B.van Helmont）做柳枝實(shí)）做柳枝實(shí) 驗(yàn)開始，直到驗(yàn)開始，直到1919世紀(jì)世紀(jì)4040年代德國化年代德國化 學(xué)家李比希（學(xué)家李比希（J. von LiebigJ. von Liebig）創(chuàng)立）創(chuàng)立 植物礦質(zhì)營養(yǎng)植物礦質(zhì)

11、營養(yǎng)(minerral nutrient)(minerral nutrient) 學(xué)說為止，共經(jīng)歷了學(xué)說為止，共經(jīng)歷了200200多年的時(shí)間。多年的時(shí)間。 植物生理學(xué)課件 植物生理學(xué)課件 植物生理學(xué)課件 第二階段：植物生理學(xué)誕生與成長的階段第二階段：植物生理學(xué)誕生與成長的階段 這一階段從這一階段從18401840年李比希礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說年李比希礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說 的建立到的建立到1919世紀(jì)末德國植物生理學(xué)家薩克斯世紀(jì)末德國植物生理學(xué)家薩克斯 (J. Sachs)(J. Sachs)和他的學(xué)生費(fèi)弗爾和他的學(xué)生費(fèi)弗爾(W. Pfeffer)(W. Pfeffer) 所著的兩部植物生理學(xué)專著問世為止，經(jīng)過所

12、著的兩部植物生理學(xué)專著問世為止，經(jīng)過 了約半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間。了約半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間。 植物生理學(xué)課件 薩克斯，薩克斯，J.von Julius von 費(fèi)弗爾（費(fèi)弗爾（W. Pfeffer） Sachs (18321897) 植物生理學(xué)課件 至至1919世紀(jì)末世紀(jì)末2020世紀(jì)初，薩克斯和費(fèi)弗世紀(jì)初，薩克斯和費(fèi)弗 爾在全面總結(jié)了植物生理學(xué)以往的研究爾在全面總結(jié)了植物生理學(xué)以往的研究 成果的基礎(chǔ)上，分別寫成了成果的基礎(chǔ)上，分別寫成了植物生理植物生理 學(xué)講義學(xué)講義(J. Sachs, 1882)(J. Sachs, 1882)和三卷本的和三卷本的 專著專著植物生理學(xué)植物生理學(xué)(W. Pfeffer,18

13、97),(W. Pfeffer,1897), 成為影響達(dá)數(shù)十年之久的植物生理學(xué)經(jīng)成為影響達(dá)數(shù)十年之久的植物生理學(xué)經(jīng) 典著作和植物生理學(xué)發(fā)展史中的重要里典著作和植物生理學(xué)發(fā)展史中的重要里 程碑。這兩部著作的問世，意味著植物程碑。這兩部著作的問世，意味著植物 生理學(xué)終于從它的母體植物學(xué)中脫胎而生理學(xué)終于從它的母體植物學(xué)中脫胎而 出，獨(dú)立成為一門新興的學(xué)科。出，獨(dú)立成為一門新興的學(xué)科。 植物生理學(xué)課件 第三階段：植物生理學(xué)發(fā)展、分化與壯大階段第三階段：植物生理學(xué)發(fā)展、分化與壯大階段 2020世紀(jì)是科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的世紀(jì)，也是世紀(jì)是科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的世紀(jì)，也是 植物生理學(xué)快速壯大發(fā)展的世紀(jì)。植物生理學(xué)

14、快速壯大發(fā)展的世紀(jì)。 2020世紀(jì)以來，特別是世紀(jì)以來，特別是5050年代以來，植物生年代以來，植物生 理學(xué)的研究在微觀、個(gè)體和宏觀三個(gè)層次上理學(xué)的研究在微觀、個(gè)體和宏觀三個(gè)層次上 都發(fā)生了巨大的變化，獲得了許多重大突破。都發(fā)生了巨大的變化，獲得了許多重大突破。 微觀方面，通過對生物膜結(jié)構(gòu)與功能的研微觀方面，通過對生物膜結(jié)構(gòu)與功能的研 究，提出并確定了膜的究，提出并確定了膜的“流動鑲嵌流動鑲嵌”模型：模型： 以類脂為主要成分構(gòu)成的雙層膜上鑲嵌著各以類脂為主要成分構(gòu)成的雙層膜上鑲嵌著各 種功能蛋白，執(zhí)行著諸如電子傳遞、能量轉(zhuǎn)種功能蛋白，執(zhí)行著諸如電子傳遞、能量轉(zhuǎn) 換、離子吸收、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等重要生理

15、功能。換、離子吸收、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等重要生理功能。 植物生理學(xué)課件 在光合作用研究中在光合作用研究中, ,卡爾文卡爾文(M.Calvin)(M.Calvin)于于5050 年代利用年代利用14 14C C示蹤和紙上層析兩種技術(shù)，揭示了 示蹤和紙上層析兩種技術(shù)，揭示了 光合作用中光合作用中COCO2 2 同化的歷程 同化的歷程, ,提出了著名的卡爾提出了著名的卡爾 文循環(huán)，即文循環(huán)，即“光合碳循環(huán)光合碳循環(huán)”；6060年代以后，又年代以后，又 陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了C C4 4類型、景天科酸代謝類型、景天科酸代謝(CAM)(CAM)和光呼和光呼 吸作用；由于快速熒光光譜技術(shù)和激光技術(shù)的吸作用；由于快速熒

16、光光譜技術(shù)和激光技術(shù)的 應(yīng)用應(yīng)用, ,將光合作用原初反應(yīng)研究的時(shí)間跨度從毫將光合作用原初反應(yīng)研究的時(shí)間跨度從毫 秒級秒級(ms,10(ms,10-3 -3s) s)一直縮短為皮秒一直縮短為皮秒(ps,10(ps,10-12 -12s) s)和飛和飛 秒秒(fs,10(fs,10-15 -15s) s)級；在空間跨度上，電子顯微鏡級；在空間跨度上，電子顯微鏡 和和X-X-射線衍射技術(shù)的應(yīng)用，使人們的視野逐步射線衍射技術(shù)的應(yīng)用，使人們的視野逐步 從細(xì)胞水平深入到亞細(xì)胞水平，進(jìn)而深入到生從細(xì)胞水平深入到亞細(xì)胞水平，進(jìn)而深入到生 物膜和生物大分子空間三維結(jié)構(gòu)的水平，分辨物膜和生物大分子空間三維結(jié)構(gòu)的水

17、平，分辨 率達(dá)到率達(dá)到1010 1010m(1/10nm) m(1/10nm)級，弄清了光合膜上許級，弄清了光合膜上許 多功能性色素蛋白復(fù)合體的三維立體結(jié)構(gòu)，將多功能性色素蛋白復(fù)合體的三維立體結(jié)構(gòu)，將 結(jié)構(gòu)與功能的研究推向了微觀世界。結(jié)構(gòu)與功能的研究推向了微觀世界。 植物生理學(xué)課件 卡爾文及其同時(shí)用來研究光合藻類卡爾文及其同時(shí)用來研究光合藻類COCO2 2固定的儀器裝置固定的儀器裝置 植物生理學(xué)課件 在植物生長發(fā)育生理方面，成功地使在植物生長發(fā)育生理方面，成功地使 植物組織、細(xì)胞和原生質(zhì)體在離體培養(yǎng)植物組織、細(xì)胞和原生質(zhì)體在離體培養(yǎng) 條件下通過脫分化和再分化成長為新的條件下通過脫分化和再分化成

18、長為新的 植物個(gè)體。這一成就的重大意義不但在植物個(gè)體。這一成就的重大意義不但在 于證明了植物細(xì)胞的于證明了植物細(xì)胞的“全能性全能性”，而且，而且 為植物細(xì)胞工程和基因工程的大力發(fā)展為植物細(xì)胞工程和基因工程的大力發(fā)展 創(chuàng)造了條件。自創(chuàng)造了條件。自4040年代至年代至5050年代末相繼年代末相繼 發(fā)現(xiàn)了植物光周期現(xiàn)象和控制光周期現(xiàn)發(fā)現(xiàn)了植物光周期現(xiàn)象和控制光周期現(xiàn) 象的色素蛋白復(fù)合體象的色素蛋白復(fù)合體光敏色素光敏色素 (phytochrome)(phytochrome)，目前已知受光敏色素，目前已知受光敏色素 控制的生理過程不下幾十種?？刂频纳磉^程不下幾十種。 植物生理學(xué)課件 關(guān)于植物生長物質(zhì)的研究，從關(guān)于植物生長物質(zhì)的研究，從3030年代首次確年代首次確 定生長素的分子結(jié)構(gòu)以來，已陸續(xù)確定了定生長素的分子結(jié)構(gòu)以來，已陸續(xù)確定了5 5種公種公 認(rèn)的植物激素和認(rèn)的植物激素和1010余種內(nèi)源生長物質(zhì)，植物激余種內(nèi)源生長物質(zhì)，植物激 素的測定方法則由最初的生物鑒定法發(fā)展到現(xiàn)素的測定方法則由最初的生物鑒定法發(fā)展到現(xiàn) 在的高效液