現(xiàn)代植物生理學(xué)研究技術(shù)與方法

1、主 要 內(nèi) 容植物生理學(xué)的研究內(nèi)容植物生理學(xué)的研究內(nèi)容1.植物生理學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展植物生理學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展2.3.4. 5.植物生理學(xué)的研究方法植物生理學(xué)的研究方法植物生理學(xué)的發(fā)展特點植物生理學(xué)的發(fā)展特點植物生理學(xué)的研究趨勢植物生理學(xué)的研究趨勢一、植物生理學(xué)的研究內(nèi)容一、植物生理學(xué)的研究內(nèi)容v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)律及其調(diào)節(jié)機是研究植物生命活動規(guī)律及其調(diào)節(jié)機制的科學(xué)。植物的生命活動就是植物的生長發(fā)育過程，它包括從胚胎形制的科學(xué)。植物的生命活動就是植物的生長發(fā)育過程，它包括從胚胎形成開始，一直到衰老死亡的全部過程。成開始，一直到衰老死亡的全部過

2、程。 v植物生理學(xué)的研究對象：植物生理學(xué)的研究對象：廣義地說是各類植物，包括低等植物和高等植廣義地說是各類植物，包括低等植物和高等植物。狹義的說，就是高等植物。物。狹義的說，就是高等植物。v植物生理學(xué)的研究內(nèi)容：植物生理學(xué)的研究內(nèi)容：植物的生長發(fā)育是植物進(jìn)行物質(zhì)代謝和能量轉(zhuǎn)植物的生長發(fā)育是植物進(jìn)行物質(zhì)代謝和能量轉(zhuǎn)化、信息傳遞和信號傳導(dǎo)以及形態(tài)建成的結(jié)果，也就是說植物生命活動化、信息傳遞和信號傳導(dǎo)以及形態(tài)建成的結(jié)果，也就是說植物生命活動是物質(zhì)代謝、能量轉(zhuǎn)化、信息傳遞和形態(tài)建成的綜合反應(yīng)。因此，植物是物質(zhì)代謝、能量轉(zhuǎn)化、信息傳遞和形態(tài)建成的綜合反應(yīng)。因此，植物生理學(xué)的主要內(nèi)容主要有三個方面：生理學(xué)

3、的主要內(nèi)容主要有三個方面：（1 1）物質(zhì)代謝和能量轉(zhuǎn)化）物質(zhì)代謝和能量轉(zhuǎn)化 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，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，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)稱為代謝代謝(metabolism)。 植物的代謝活動包括水分的吸收、運輸與散失；礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收、植物的代謝活動包括水分的吸收、運輸與散失；礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收、同化與利用；光合、呼吸作用；有機物的轉(zhuǎn)化、運輸與分配等方面。同化與利用；光合、呼吸作用；有機物的轉(zhuǎn)化、運輸與分配等方面。 代謝過程歸根結(jié)底是運行于植

4、物體內(nèi)的一系列生物化學(xué)和生物物理代謝過程歸根結(jié)底是運行于植物體內(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)和最終結(jié)果。代謝作用是的變化，而生長發(fā)育則是代謝作用的綜合表現(xiàn)和最終結(jié)果。代謝作用是生命的基礎(chǔ)，代謝一旦停止，生命也就不復(fù)存在，生長發(fā)育更無從談起。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。某些代謝環(huán)節(jié)如果發(fā)生重大變化或遭到破壞，也必然會影響到生長發(fā)育。 植物體內(nèi)赤霉素合成發(fā)生障礙，因而莖不能正常生長，變?yōu)橹参矬w內(nèi)赤霉素合成發(fā)生障礙，因而莖不能正常生長，變?yōu)椤鞍蜕汀?；蘋果樹

5、缺少微量元素鋅，便會影響生長素的生物合成，使新生；蘋果樹缺少微量元素鋅，便會影響生長素的生物合成，使新生葉不能展開，發(fā)生葉不能展開，發(fā)生“小葉病小葉病”。綠色植物的自養(yǎng)性綠色植物的自養(yǎng)性（autotropism)研究的主要內(nèi)容研究的主要內(nèi)容植物的光合作用植物的光合作用（photosynthesis)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（2 2）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

6、transportationmessage transportation）和和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（signal signal transductiontransduction）是植物生命活動的另一個重要方面。植物雖不像動物那是植物生命活動的另一個重要方面。植物雖不像動物那樣具有發(fā)達(dá)的神經(jīng)系統(tǒng)，但它生活在復(fù)雜多變的環(huán)境中，必須對環(huán)境的樣具有發(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，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?；?qū)?yán)酷的環(huán)境條件進(jìn)行適應(yīng)

7、與抵抗，以保持物種的繁衍。 這些反應(yīng)都是從這些反應(yīng)都是從“感知感知”環(huán)境條件的物理或化學(xué)信號開始的。在許環(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)生反應(yīng)的部位往往不是同一器官，這就多情況下，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)。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)。 如：成花生理中日照長短和溫度高低對花芽形成和開花的影響如：成花生理中日照長短和溫度高低對花芽形成和開花的影響; ;而多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)生葉柄年生落葉樹木的葉片，則

8、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)入休眠狀態(tài)等一系列生理反應(yīng)。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)。 Protein metabolism growth and development 遺傳信息的表達(dá)過程遺傳信息的表達(dá)過程18.2 18.2 各種內(nèi)部信號影響植物細(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械壓力礦質(zhì)光轉(zhuǎn)播放大發(fā)散到多個目標(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（3 3）生長發(fā)育和形態(tài)建成）生長發(fā)

9、育和形態(tài)建成 生長發(fā)育生長發(fā)育（growth and developmentgrowth and development）是植物生命活動的外在表現(xiàn)，是植物生命活動的外在表現(xiàn)，它主要包括了兩個方面：一是由于細(xì)胞數(shù)目的增加、細(xì)胞體積的擴大而它主要包括了兩個方面：一是由于細(xì)胞數(shù)目的增加、細(xì)胞體積的擴大而導(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態(tài)變化，即列肉眼可見的形態(tài)變化，即形態(tài)建成形態(tài)建成(morphogenesis(morphogenesis），包括從種子萌，包括從種子萌發(fā)，根、莖、葉的生長，直到開

10、花、結(jié)實、衰老、死亡的全過程。發(fā)，根、莖、葉的生長，直到開花、結(jié)實、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)育的觀察和描述開始人類對植物生命活動的認(rèn)識正是從對其生長發(fā)育的觀察和描述開始的，所謂的，所謂“春華秋實春華秋實”，“春發(fā)、夏長、秋收、冬藏春發(fā)、夏長、秋收、冬藏”等等，便是人類等等，便是人類對植物生長發(fā)育規(guī)律直觀認(rèn)識的寫照。對植物生長發(fā)育規(guī)律直觀認(rèn)識的寫照。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 描述性描述性比較性比較性實驗性實驗性 第一階段：

11、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爾蒙海爾蒙（J.B.van HelmontJ.B.van Helmont）做柳枝實驗開始，直到）做柳枝實驗開始，直到1919世紀(jì)世紀(jì)4040年代德國化學(xué)家李比希（年代德國化學(xué)家李比希（J. von LiebigJ. von Liebig）創(chuàng)立植）創(chuàng)立植物礦質(zhì)營養(yǎng)物礦質(zhì)營養(yǎng)(minerral nutrient)(minerral nutrient)學(xué)說為止，共經(jīng)歷學(xué)說為止，共經(jīng)歷了了200200多年的時間。多年的時間。為為 什什 么？么？第二階段：植物生理學(xué)誕生與成長的階段第二階段：植物

12、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)說的建立年李比希礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說的建立到到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)和和他的學(xué)生費弗爾他的學(xué)生費弗爾(W. Pfeffer)(W. Pfeffer)所著的兩部植物生理所著的兩部植物生理學(xué)專著問世為止，經(jīng)過了約半個世紀(jì)的時間。學(xué)專著問世為止，經(jīng)過了約半個世紀(jì)的時間。薩克斯，薩克斯，J.von Julius von 費弗爾（費弗爾（W.Pfeffer） Sachs (18321897) 至至1919世紀(jì)末世紀(jì)末2020世紀(jì)初，薩克斯和費弗爾在全面世

13、紀(jì)初，薩克斯和費弗爾在全面總結(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，分別寫成了寫成了植物生理學(xué)講義植物生理學(xué)講義(J. Sachs, 1882)(J. Sachs, 1882)和三和三卷本的專著卷本的專著植物生理學(xué)植物生理學(xué)(W. Pfeffer,1897)(W. Pfeffer,1897), ,成成為影響達(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)展史中的重要里程碑。這兩部著作的問世，生理學(xué)發(fā)展史中的重要里程碑。這兩部著作的問世，意味著植物生理學(xué)終于從它的母體植物學(xué)中脫胎而意味著植物生理學(xué)終于從它的母體植

14、物學(xué)中脫胎而出，獨立成為一門新興的學(xué)科。出，獨立成為一門新興的學(xué)科。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 20 20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)。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，植物年代以來，植物生理學(xué)的研究在生理學(xué)的研究在微觀、個體和宏觀微觀、個體和宏觀三個層次上都發(fā)生了巨大三個層次上都發(fā)生了巨大的變化，獲得了許多重大突破。的變化，獲得了許多重大突破。 微觀方面，通過對微觀方面，通過對生物膜結(jié)構(gòu)與功能生物膜結(jié)構(gòu)與功能的研究，提

15、出并確的研究，提出并確定了膜的定了膜的“流動鑲嵌流動鑲嵌”模型：以類脂為主要成分構(gòu)成的雙層模型：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)換、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)換、離子吸收、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等重要生理功能。離子吸收、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等重要生理功能。 在空間跨度上，電子顯微鏡和在空間跨度上，電子顯微鏡和X-X-射線衍射技術(shù)的應(yīng)用，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)而深入到入到生物膜和生物大分子生物膜和生物大分子空間三維結(jié)構(gòu)的水平，分辨率達(dá)空間三維結(jié)構(gòu)的水平，分辨率達(dá)

16、到到10101010m(1/10nm)m(1/10nm)級，弄清了光合膜上許多功能性色素蛋級，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)，將結(jié)構(gòu)與功能的研究推向了微白復(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。觀世界。 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1414C C示蹤和紙上層析兩種技術(shù)，揭示了光合作用中示蹤和紙上層析兩種技術(shù)，揭示了光合作用中COCO2 2 同化的同化的歷程歷程, ,提出了著名的卡爾文循環(huán)，即提出了著名的卡爾文循環(huán)，即“光合碳循環(huán)光合碳循環(huán)”；6060年代以后，又陸續(xù)發(fā)

17、現(xiàn)了年代以后，又陸續(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)和和光呼吸作用；光呼吸作用； 由于快速熒光光譜技術(shù)和激光技術(shù)的應(yīng)用由于快速熒光光譜技術(shù)和激光技術(shù)的應(yīng)用, ,將光合作用將光合作用原初反應(yīng)研究的原初反應(yīng)研究的時間跨度時間跨度從毫秒級從毫秒級(ms,10(ms,10-3-3s)s)一直縮短為一直縮短為皮秒皮秒(ps,10(ps,10-12-12s)s)和飛秒和飛秒(fs,10(fs,10-15-15s)s)級；級；卡爾文及其同時用來研究光合藻類卡爾文及其同時用來研究光合藻類COCO2 2固定的儀器裝置固定的儀器裝置 自自4040年代至年代至5050年代末

18、相繼發(fā)現(xiàn)了植物光周期現(xiàn)象和控制光年代末相繼發(fā)現(xiàn)了植物光周期現(xiàn)象和控制光周期現(xiàn)象的色素蛋白復(fù)合體周期現(xiàn)象的色素蛋白復(fù)合體光敏色素光敏色素(phytochrome)(phytochrome)，目，目前已知受光敏色素控制的生理過程不下幾十種。前已知受光敏色素控制的生理過程不下幾十種。 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)體在生質(zhì)體在離體培養(yǎng)離體培養(yǎng)條件下通過脫分化和再分化成長為新的植條件下通過脫分化和再分化成長為新的植物個體。這一成就的重大意義不但在于證明了植物細(xì)胞的物個體。這一成就的重大意義不但在于證明了植物細(xì)胞的“全能性全能性”

19、，而且為植物細(xì)胞工程和基因工程的大力發(fā)展創(chuàng)，而且為植物細(xì)胞工程和基因工程的大力發(fā)展創(chuàng)造了條件。造了條件。 關(guān)于關(guān)于植物生長物質(zhì)植物生長物質(zhì)的研究，從的研究，從30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種公種公認(rèn)的植物激素和認(rèn)的植物激素和10余種內(nèi)源生長物質(zhì)，植物激素余種內(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)在的的測定方法則由最初的生物鑒定法發(fā)展到現(xiàn)在的高效液相色譜技術(shù)高效液相色譜技術(shù)(HPLC)和酶聯(lián)免疫技術(shù)和酶聯(lián)免疫技術(shù)(ELISA)，后者的靈敏度可達(dá)到，后者的靈敏度可達(dá)到1012g。三、植物生理學(xué)的研究方法三、植

20、物生理學(xué)的研究方法（一）植物生理學(xué)的研究原則（一）植物生理學(xué)的研究原則1 1生命活動的基礎(chǔ)是物理和化學(xué)過程，任何生命活動機理都可以用物理和生命活動的基礎(chǔ)是物理和化學(xué)過程，任何生命活動機理都可以用物理和化學(xué)的方法來研究，用化學(xué)的和物理的原理來解釋，沒有獨立于物理、化學(xué)的方法來研究，用化學(xué)的和物理的原理來解釋，沒有獨立于物理、化學(xué)過程之外的特殊生命過程?；瘜W(xué)過程之外的特殊生命過程。2 2結(jié)構(gòu)和功能的統(tǒng)一，沒有分子、細(xì)胞組織、器官和植物整體的結(jié)構(gòu)，也結(jié)構(gòu)和功能的統(tǒng)一，沒有分子、細(xì)胞組織、器官和植物整體的結(jié)構(gòu)，也就沒有功能，因此要將結(jié)構(gòu)和功能統(tǒng)一起來研究。就沒有功能，因此要將結(jié)構(gòu)和功能統(tǒng)一起來研究。3

21、 3微觀與宏觀的統(tǒng)一，要將分子微觀與宏觀的統(tǒng)一，要將分子細(xì)胞器細(xì)胞器組織組織器官器官植物體植物體群體各群體各個水平的研究結(jié)合起來，因為它們之間存在著相互作用。植物生命活動個水平的研究結(jié)合起來，因為它們之間存在著相互作用。植物生命活動就是它們相互作用的結(jié)果。單純研究分子水平和細(xì)胞水平，不能全面了就是它們相互作用的結(jié)果。單純研究分子水平和細(xì)胞水平，不能全面了解植物生命活動的規(guī)律，單純研究宏觀水平，不能了解植物生命活動的解植物生命活動的規(guī)律，單純研究宏觀水平，不能了解植物生命活動的內(nèi)在規(guī)律，也無法正確的調(diào)節(jié)植物的生命活動。內(nèi)在規(guī)律，也無法正確的調(diào)節(jié)植物的生命活動。（二）植物生理學(xué)的研究方法（二）植物

22、生理學(xué)的研究方法植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)快速無性繁殖單個單個細(xì)胞細(xì)胞營養(yǎng)培養(yǎng)基營養(yǎng)培養(yǎng)基克隆植株克隆植株Seed-less WatermelonBanana (3x=33)TetraploidOctoploidDiploidTriploidAutopolyploidTriploidAutopolyploidMeiosisTetraploidv利用可表利用可表現(xiàn)綠現(xiàn)綠色色熒熒光蛋白光蛋白質(zhì)質(zhì)之植物研究之植物研究植物根植物根細(xì)胞細(xì)胞分化分化途徑。途徑。1 1試驗結(jié)果觀察測定試驗結(jié)果觀察測定（1 1）外觀形態(tài)觀察）外觀形態(tài)觀察 給予植物一定處理后，觀察植物生長發(fā)育情況，如，給予植物一定處理后，觀察植

23、物生長發(fā)育情況，如，葉面積、株重、發(fā)育時期變化和開花結(jié)實情況。葉面積、株重、發(fā)育時期變化和開花結(jié)實情況。（2 2）解剖結(jié)構(gòu)觀察）解剖結(jié)構(gòu)觀察 給予一定處理后，用顯微鏡觀察植物解剖結(jié)構(gòu)或細(xì)胞給予一定處理后，用顯微鏡觀察植物解剖結(jié)構(gòu)或細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的變化。超微結(jié)構(gòu)的變化。（3 3）觀察生理過程強度的變化）觀察生理過程強度的變化 如觀察光合速率、呼吸速率、蒸騰速率、如觀察光合速率、呼吸速率、蒸騰速率、根系吸收活力、物質(zhì)運輸速率等。根系吸收活力、物質(zhì)運輸速率等。（4 4）測定物質(zhì)含量和酶活性變化）測定物質(zhì)含量和酶活性變化 如糖、蛋白質(zhì)、核酸、激素、葉綠素、如糖、蛋白質(zhì)、核酸、激素、葉綠素、水分（水勢）含

24、量的變化和目標(biāo)酶活性變化。水分（水勢）含量的變化和目標(biāo)酶活性變化。2 2試驗處理試驗處理（1 1）改變植物生長發(fā)育的環(huán)境條件）改變植物生長發(fā)育的環(huán)境條件 如溫度、光、水、氣、濕度，具體的如溫度、光、水、氣、濕度，具體的講就是光強、光照時間、光的波長、溫度高低、大氣溫度和濕度、土壤講就是光強、光照時間、光的波長、溫度高低、大氣溫度和濕度、土壤含水量、含水量、O O2 2和和COCO2 2濃度、礦質(zhì)元素的種類和含量。濃度、礦質(zhì)元素的種類和含量。（2 2）通過調(diào)節(jié)某個生理過程的強度）通過調(diào)節(jié)某個生理過程的強度 調(diào)節(jié)某種物質(zhì)含量，或調(diào)節(jié)某些酶的調(diào)節(jié)某種物質(zhì)含量，或調(diào)節(jié)某些酶的活性，來研究該生理過程、該

25、物質(zhì)、該酶在植物代謝和生長發(fā)育中的作活性，來研究該生理過程、該物質(zhì)、該酶在植物代謝和生長發(fā)育中的作用。常用的方法有：用。常用的方法有： 施用激素類物質(zhì)施用激素類物質(zhì)，包括生長促進(jìn)劑和生長抑制劑。施用激素類物，包括生長促進(jìn)劑和生長抑制劑。施用激素類物質(zhì)可對某個生理過程或生化過程產(chǎn)生促進(jìn)或抑制。但這種方法不質(zhì)可對某個生理過程或生化過程產(chǎn)生促進(jìn)或抑制。但這種方法不精確。因為促進(jìn)劑或抑制劑的專一性不夠。精確。因為促進(jìn)劑或抑制劑的專一性不夠。 外源加入某種物質(zhì)外源加入某種物質(zhì)，這種方法的應(yīng)用范圍有限，因為有許多物質(zhì)，這種方法的應(yīng)用范圍有限，因為有許多物質(zhì)不能被植物吸收和運轉(zhuǎn)，此外，有許多生物體內(nèi)的物質(zhì)還

26、不能人不能被植物吸收和運轉(zhuǎn)，此外，有許多生物體內(nèi)的物質(zhì)還不能人工合成。工合成。 轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因：這是研究某種物質(zhì)、某種酶在植物代謝和發(fā)育過程中作：這是研究某種物質(zhì)、某種酶在植物代謝和發(fā)育過程中作用的最精確的方法，目前，我們可以通過轉(zhuǎn)基因的方法，以專一用的最精確的方法，目前，我們可以通過轉(zhuǎn)基因的方法，以專一的抑制或?qū)Ｒ坏拇龠M(jìn)某種物質(zhì)的合成。要促進(jìn)某種物質(zhì)的含量，的抑制或?qū)Ｒ坏拇龠M(jìn)某種物質(zhì)的合成。要促進(jìn)某種物質(zhì)的含量，就向植物中轉(zhuǎn)入控制該物質(zhì)合成的基因；要抑制某種物質(zhì)的合成，就向植物中轉(zhuǎn)入控制該物質(zhì)合成的基因；要抑制某種物質(zhì)的合成，可采取反義可采取反義RNARNA戰(zhàn)略。戰(zhàn)略。 例如，在研究報告細(xì)胞分

27、裂素的作用時，從微生物中分離細(xì)例如，在研究報告細(xì)胞分裂素的作用時，從微生物中分離細(xì)胞分裂素合成酶的基因，轉(zhuǎn)入煙草，使其超表達(dá)，合成過量的細(xì)胞分裂素合成酶的基因，轉(zhuǎn)入煙草，使其超表達(dá)，合成過量的細(xì)胞分裂素。在研究乙烯的生理作用時，將胞分裂素。在研究乙烯的生理作用時，將ACCACC合成酶反義合成酶反義RNARNA基因基因?qū)胫参?，抑制乙烯的生物合成。乙烯是由蛋氨酸?jīng)導(dǎo)入植物，抑制乙烯的生物合成。乙烯是由蛋氨酸經(jīng)ACCACC（1-1-氨氨基酸丙烷基酸丙烷羧酸）合成的。其中羧酸）合成的。其中ACCACC合成酶是乙烯合成過程中的合成酶是乙烯合成過程中的限速酶。限速酶。 ACCACC合成酶反義合成酶反義R

28、NARNA基因，該基因的表現(xiàn)產(chǎn)物是基因，該基因的表現(xiàn)產(chǎn)物是ACCACC合成合成酶的反義酶的反義mRNAmRNA，該反義，該反義mRNA mRNA 或抑制或抑制ACCACC合成酶的基因轉(zhuǎn)錄，或使合成酶的基因轉(zhuǎn)錄，或使mRNAmRNA失活。失活。 v蝴蝶蝴蝶蘭蘭之抗之抗細(xì)菌細(xì)菌基因，藉以基因，藉以轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)入植物植物達(dá)達(dá)成生成生產(chǎn)產(chǎn)抗病蝴蝶抗病蝴蝶蘭蘭植株植株。四、植物生理學(xué)的發(fā)展特點四、植物生理學(xué)的發(fā)展特點 v1.1.研究層次越來越廣。研究層次越來越廣。 微觀：分子水平；宏觀：個體到群體、群落水平。微觀：分子水平；宏觀：個體到群體、群落水平。v2.2.學(xué)科間的相互滲透。學(xué)科間的相互滲透。 遺傳生理學(xué)

29、、發(fā)育生理學(xué)、營養(yǎng)生理學(xué)、環(huán)境生理學(xué)、生態(tài)生理遺傳生理學(xué)、發(fā)育生理學(xué)、營養(yǎng)生理學(xué)、環(huán)境生理學(xué)、生態(tài)生理學(xué)等。學(xué)等。v3.3.理論聯(lián)系實際。理論聯(lián)系實際。 理論產(chǎn)生于實踐，又為生產(chǎn)實踐服務(wù)。理論產(chǎn)生于實踐，又為生產(chǎn)實踐服務(wù)。v4.4.研究手段現(xiàn)代化。研究手段現(xiàn)代化。 高度自動化的精密儀器。高度自動化的精密儀器。五、植物生理學(xué)的研究趨勢五、植物生理學(xué)的研究趨勢 主 要 內(nèi) 容植物生理學(xué)的研究內(nèi)容植物生理學(xué)的研究內(nèi)容1.植物生理學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展植物生理學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展2.3.4. 5.植物生理學(xué)的研究方法植物生理學(xué)的研究方法植物生理學(xué)的發(fā)展特點植物生理學(xué)的發(fā)展特點植物生理學(xué)的研究趨勢植物生理學(xué)的研究趨勢

30、（2 2）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）和和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（signal signal transductiontransduction）是植物生命活動的另一個重要方面。植物雖不像動物那是植物生命活動的另一個重要方面。植物雖不像動物那樣具有發(fā)達(dá)的神經(jīng)系統(tǒng)，但它生活在復(fù)雜多變的環(huán)境中，必須對環(huán)境的樣具有發(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，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

31、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?；?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)都是從這些反應(yīng)都是從“感知感知”環(huán)境條件的物理或化學(xué)信號開始的。在許環(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)生反應(yīng)的部位往往不是同一器官，這就多情況下，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)。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)。 如：成花生理中日照長短和溫度高低對花芽形成和開花的影響如：成花生理中日照長短和溫度高低對花芽形成和開花的影響; ;而多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)入休眠狀態(tài)等一系列生理反應(yīng)。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)。 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爾蒙海爾蒙（J.B.van HelmontJ.B.van Helmont