植物生理學課程學習指引

1、?植物生理學?教學大綱一、教學大綱根本要求通過緒論局部學習,了解什么是植物生理學以及它主要研究的內(nèi)容、了解綠色植物代謝活動的 主要特點；了解植物生理學的開展歷史；了解植物生理學對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的指導作用和開展趨勢；為學 好植物生理學打下根底.二、本章知識要點一名詞解釋1 .生理學physiology是研究生物生命活動機理和規(guī)律的一門生物學分支學科.因研究對象不同,生理學可分為微生物生理學、植物生理學、動物生理學和人體生理學等.2 .植物生理學plant physiology植物生理學是研究植物生命活動機理和規(guī)律的學科.研究的內(nèi)容主要包括植物的細胞生理、物質代謝、能量轉化、生長發(fā)育與形態(tài)建成、逆境生理

2、以及信號 轉導等.3 .新陳代謝metabolism簡稱代謝,生物體的各組成物質通過合成及降解不斷更新的過程和能量交換過程的總稱.從反響方向上可分為合成代謝和降解代謝兩類.4 .自養(yǎng)性autotrophism生物界兩大代謝類型自養(yǎng)性和異養(yǎng)性之一,即能自我營養(yǎng).不需要攝取現(xiàn)成的有機物作為食物來源,而能以太陽光能或化學能作為動力,將簡單的無機物合成為 有機物滿足自身生長發(fā)育的需要.二本章知識要點植物生理學是研究植物生命活動機理和規(guī)律的一門生物學分支學科.其目的在于熟悉植物的物 質代謝、能量轉化和生長發(fā)育等的規(guī)律以及植物體內(nèi)外環(huán)境條件對其生命活動的影響,從而更好地 調(diào)節(jié)與限制植物的生長.植物生理學是

3、植物學的一局部,同時也可看作普通生理學的一個分支.植物生理學教材的根本內(nèi)容由四個局部所組成：1細胞生理,它是植物體各種生理活動與代謝過程的組織根底；2代謝生理,包括水分生理、礦質與氮素營養(yǎng)、光合作用、呼吸作用、同化物的 運輸分配以及信息傳遞和信號轉導等；3發(fā)育生理,它是各種功能與代謝活動的綜合反響,包括植物的生長物質、植物的生長分化、發(fā)育生殖、衰老及其調(diào)控；4環(huán)境生理,包括植物在各種逆境條件下生長的生理反響,以及提升植物抗性的舉措等.植物生理學的開展大致經(jīng)歷了三個階段第一階段：植物生理學的孕育階段通常從1627年荷蘭人凡海爾蒙的柳枝實驗開始,到19世紀40年代德國化學家李比希創(chuàng)立植物礦質營養(yǎng)學

4、說為止,經(jīng)歷了200多年的時間.第二階段：植物生理學誕生與成長的階段從1840年李比希礦質營養(yǎng)學說的建立到19世紀末德國植物生理學家薩克斯和費弗爾所著的兩部植物生理學專著問世為止,經(jīng)過了約半個世紀的時間.第三階段：植物生理學開展、分化與壯大階段從20世紀初到現(xiàn)在,這是科學技術突飛猛進的時期,也是植物生理學快速壯大開展的時期.“植物生理學是合理農(nóng)業(yè)的根底,植物生理學曾經(jīng)為社會生產(chǎn)的開展作出過重大的奉獻,如礦質營養(yǎng)學說的創(chuàng)立為無機肥料的施用奠定了理論根底；植物激素的發(fā)現(xiàn)導致了植物生長調(diào)節(jié)劑和除 草劑的普遍應用；光合作用與產(chǎn)量關系的研究,使稻麥產(chǎn)量有了新的突破；植物細胞全能性理論的 確立和組織培養(yǎng)技

5、術的開展,使人們掌握了高效快速的植物無性繁殖技術,也為植物基因工程的開 展和新種質的創(chuàng)造提供了先決條件.當今世界面臨人口、糧食、能源、資源和環(huán)境等壓力,也向植物生理學提出了一系列迫切需要解決的研究課題.如進一步了解作物的需水規(guī)律、建立合理灌溉指 標及灌溉方法,開展節(jié)水農(nóng)業(yè)促進水資源的持續(xù)利用；開展設施農(nóng)業(yè)中的作物生理學的研究,為促 進“白色革命出謀劃策；開展“生理育種將生理指標用于育種過程,選育高產(chǎn)優(yōu)質、抗病、抗 旱、抗低溫、抗鹽堿等作物品種；深入探討光合作用的規(guī)律,提升作物光能利用率；揭示光合作用 的機理,為宇宙飛船、太空空間站乃至為開發(fā)其他星球提供氧氣和食品等,這些都為植物生理學的 開展注

6、入了新的生命力,在新形勢下植物生理學將為人類社會的開展繼續(xù)做出應有的奉獻.三、單元自測題1 .與其他生物相比擬,綠色植物代謝活動有哪些顯著的特點？答：植物的根本組成物質如蛋白質、糖、脂肪和核酸以及它們的代謝都與其他生物動物、微 生物大同小異.但是,植物本身的代謝活動有一些獨特的地方,如：綠色植物代謝活動的一個 最大特點,是它的“自養(yǎng)性,綠色植物不需要攝取現(xiàn)成的有機物作為食物來源,而能以太陽光能作 動力,用來自空氣中的 CO和主要來自土壤中的水及礦物質合成有機物,因而是現(xiàn)代地球上幾乎一切有機物的原初生產(chǎn)者；植物扎根在土中營固定式生活,趨利避害的余地很小,必須能適應當?shù)丨h(huán) 境條件并演化出對不良環(huán)境

7、的耐性與抗性；植物的生長沒有定限,雖然局部組織或細胞死亡, 仍可以再生或更新,不斷地生長；植物的體細胞具全能性,在適宜的條件下,一個體細胞經(jīng)過生長和 分化,就可成為一棵完整的植株.因此作為研究植物生命活動規(guī)律以及與環(huán)境相互關系的科學-植物生理學在實踐上、理論上都具有重要的意義,是大有可為的.2 .請簡述植物生理學在中國的開展情況.答：在科學的植物生理學誕生之前,我國勞動人民在生產(chǎn)勞動中已積累并記載下了豐富的有關 植物生命活動方面的知識,其中有些方法至今仍在民間應用.比擬系統(tǒng)的實驗性植物生理學是20世紀初開始從國外引進的.20世紀2030年代錢崇潮、李繼侗、羅宗洛、湯佩松等先后留學回國,在南開大

8、學、清華大學、中央大學等開設了植物生理學課 程、建立植物生理實驗室,為中國植物生理學的開展奠定了根底.1949年以后,植物生理的研究和教學工作開展很快,設有中國科學院上海植物生理研究所現(xiàn)改名為中國科學院上海生命科學研究院 植物生理生態(tài)研究所；各大地區(qū)的植物研究所及各高等院校中,設有植物生理學研究室組或教 研室組；農(nóng)林等部門設立了作物生理研究室組.中國植物生理學會自1963年成立后,已召開過屢次全國性的代表大會,許多省、市、自治區(qū)陸續(xù)成立了地方性植物生理學會.中國植物生理學會 主辦了?植物生理學報? 現(xiàn)改名?植物生理與分子生物學學報?和?植物生理學通訊?兩刊物,北京植物生理學會主辦有不定期刊物?

9、植物生理生化進展?.中國植物生理學會會員現(xiàn)在已開展到5000余人,植物生理學的研究隊伍在不斷壯大,在有關植物生理學的各個領域里,都開展了工作,有些工作在國際植物生理學領域中已經(jīng)占有一席之地.目前在中國植物生理學主要研究方向有：功能基因組學研究：水稻及擬南芥的突變?nèi)后w構建,基因表達譜和DNA芯片,轉錄因子,細胞分化和形態(tài)建成.分子生理與生物化學研究：光合作用,植物和微生物次生代謝,植物激素作用機理,光信號傳導和生物鐘,植物蛋白質組學研究.環(huán)境生物學和分子生態(tài)學研究：植物 -昆蟲相互作用,植物-微生物相互作用,共生固氮,植物和昆蟲抗逆及 對環(huán)境的適應機制,現(xiàn)代農(nóng)業(yè),空間生物學.基因工程與生物技術：

10、植物遺傳轉化技術,優(yōu)質高抗農(nóng)作物基因工程,植物生物反響器等.為了更好地適應當今植物生理學領域的開展趨勢,中國植物生理學界的廣闊科技工作者將繼承 和發(fā)揚老一輩的愛祖國、愛科學的優(yōu)良傳統(tǒng),將分子、生化、生物物理、遺傳學等學科結合起來, 在植物的細胞、組織、器官和整體水平,研究結構與功能的聯(lián)系及其與環(huán)境因素的相互作用等,以 期在掌握植物生理過程的分子機理,促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、改善生態(tài)環(huán)境、促進人與自然和諧開展的過程 中發(fā)揮更大的作用.第一章植物細胞的結構和功能一、教學大綱根本要求了解高等植物細胞的特點與主要結構；了解植物細胞原生質的主要特性；熟悉植物細胞壁的組 成、結構和功能以及胞間絲的結構和功能；了解生

11、物膜的化學組成、結構和主要功能；了解植物細 胞主要的細胞器如細胞核、葉綠體和線粒體、細胞骨架、內(nèi)質網(wǎng)、高爾基體、液泡以及微體、圓球 體、核糖體等的結構和功能；熟悉植物細胞周期與細胞的階段性和全能性,了解植物細胞的基因組 和基因表達的特點.二、本章知識要點(一)名詞解釋1 .原核細胞(prokaryotic cell) 無典型細胞核的細胞,其核質外面無核膜,細胞質中缺少復 雜的內(nèi)膜系統(tǒng)和細胞器.由原核細胞構成的生物稱原核生物( prokaryote ).細菌、藍藻等低等生物 屬原核生物.2 .真核細胞(eukaryotic cell)具有真正細胞核的細胞,其核質被兩層核膜包裹,細胞內(nèi)有結構與功能

12、不同的細胞器,多種細胞器之間有內(nèi)膜系統(tǒng)聯(lián)絡.由真核細胞構成的生物稱為真核生物(eukayote ).高等動物與植物屬真核生物.3 .原生質體(protoplast)除細胞壁以外的細胞局部.包括細胞核、細胞器、細胞質基質以及其外圍的細胞質膜.原生質體失去了細胞的固有形態(tài),通常呈球狀.4 .細胞壁(cell wall)細胞外圍的一層壁,是植物細胞所特有的,具有一定彈性和硬度,界定細胞的形狀和大小.典型的細胞壁由胞間層、初生壁以及次生壁組成.5 .生物膜(biomembrane) 即構成細胞的所有膜的總稱,它由脂類和蛋白質等組成,具有特定 的結構和生理功能.按其所處的位置可分為質膜和內(nèi)膜.6 .共質

13、體(symplast) 由胞間連絲把原生質(不含液泡)連成一體的體系,包含質膜.7 .質外體(apoplast) 由細胞壁及細胞間隙等空間(包含導管與管胞)組成的體系.8 .內(nèi)膜系統(tǒng)(endomembrane system)是那些處在細胞質中,在結構上連續(xù)、功能上關聯(lián)的,由膜組成的細胞器總稱.主要指核膜、內(nèi)質網(wǎng)、高爾基體以及高爾基體小泡和液泡等.9 .細胞骨架(cytoskeleton)指真核細胞中的蛋白質纖維網(wǎng)架體系,包括微管、微絲和中間纖維等,它們都由蛋白質組成,沒有膜的結構,互相聯(lián)結成立體的網(wǎng)絡,也稱為細胞內(nèi)的微梁系統(tǒng) (microtrabecular system) .10 .細胞器(

14、cell organelle)細胞質中具有一定形態(tài)結構和特定生理功能的細微結構.依被膜的多少可把細胞器分為：雙層膜細胞器如細胞核、線粒體、質體等；單層膜細胞器如內(nèi)質網(wǎng)、液 泡、高爾基體、蛋白體等；無膜細胞器如核糖體、微管、微絲等.11 .質體(plastid)植物細胞所特有的細胞器,具有雙層被膜,由前質體分化發(fā)育而成,包括淀粉體、葉綠體和雜色體等.12 .線粒體(mitochondria)真核細胞的一種半自主的細胞器.呈球狀、棒狀或細絲狀等,由雙層膜組成的囊狀結構；其內(nèi)膜向腔內(nèi)突起形成許多崎,主要進行三竣酸循環(huán)和氧化磷酸化作用, 將有機物中貯存的能量逐步釋放出來,供給細胞各項生命活動的需要,故

15、有“細胞動力站之稱.線粒體能自行分裂,并含有DNA RN府口核糖體,能進行遺傳信息的復制、轉錄與譯,但由于遺傳信息量缺乏,大局部蛋白質仍需由細胞核遺傳系統(tǒng)提供,故其只具半自主性.13 .微管(microtubule)存在于動植物細胞質內(nèi)的由微管蛋白組成的中空的管狀結構.其主要功能除起細胞的支架作用和參與細胞器與細胞運動外,還與細胞壁、紡纏絲、中央粒的形成有關.14 .微絲(micro巾lament)由絲狀收縮蛋白所組成的纖維狀結構,類似于肌肉中的肌動蛋白,可以聚集成束狀,參與胞質運動、物質運輸,并與細胞感應有關.15 .內(nèi)質網(wǎng)(endoplasmic reticulum)交織分布于細胞質中的膜

16、層系統(tǒng),內(nèi)與細胞核外被膜相連,外與質膜相連,并通過胞間連絲與鄰近細胞的內(nèi)質網(wǎng)相連.內(nèi)質網(wǎng)是物質合成的場所,參與細 胞器和細胞間物質和信息的傳遞.16 .高爾基體(Golgi body)由假設干個由膜包圍的扁平盤狀的液囊垛疊而成的細胞器,它能向細胞質中分泌囊泡(高爾基體小泡),與物質集運和分泌、細胞壁形成、大分子裝配等有關.17 .核小體(nucleosome)構成染色質的根本單位,每個核小體包括200bp的DNA片斷和8個組蛋白分子.18 .液泡(vacuole)植物細胞特有的,由單層膜包裹的囊泡.它起源于內(nèi)質網(wǎng)或高爾基體小泡.在分生組織細胞中液泡較小且分散,而在成熟植物細胞中小液泡被融合成大

17、液泡.在轉運物質、調(diào) 節(jié)細胞水勢、吸收與積累物質方面有重要作用.19 .溶酶體(lysosome)是由單層膜包圍,內(nèi)含多種酸性水解酶類的囊泡狀細胞器,具有消化生物大分子,溶解細胞器等作用.如溶酶體破裂,酸性水解酶進入細胞質,會引起細胞的自溶.20 .核糖體(ribosome)細胞內(nèi)參與合成蛋白質的顆粒狀結構,亦稱核糖核蛋白體.無膜包裹,大致由等量的RNA和蛋白質組成,大多分布于胞基質中,呈游離狀態(tài)或附于粗糙型內(nèi)質網(wǎng)上,少數(shù) 存在于葉綠體、線粒體及細胞核中.核糖體是蛋白質合成的場所,游離于胞基質的核糖體往往成串 排列在mRNAk,組成多聚核糖體(polysome),這樣一條 mRNA1上的信息可

18、以同時用來合成多條同 樣的多肽鏈.21 .核糖核酸(ribose nucleic acid) 即含核糖的核酸.它由多個核甘酸通過磷酸二酯鍵連接 而成,細胞內(nèi)的核糖核酸因其功能和性質的不同,分為三種：轉移核糖核酸(tRNA),在蛋白質生物合成過程中,起著攜帶和轉移活化氨基酸的作用；信使核糖核酸(mRNA),是合成蛋白質的模板；核糖體核糖核酸(rRNA),同蛋白質一起構成核糖體,后者是蛋白質合成的場所.22 .胞間連絲(plasmodesma)穿越細胞壁,連接相鄰細胞原生質(體)的管狀通道,其通道可由質膜或內(nèi)質網(wǎng)膜或連絲微管所構成.23 .流動鑲嵌模型(fluid mosaic model)由辛格

19、爾和尼柯爾森提出的解釋生物膜結構的模型,認為液態(tài)的脂質雙分子層中鑲嵌著可移動的蛋白質,使膜具有不對稱性和流動性.24 .細胞全能性(totipotency)指每一個細胞中都包含著產(chǎn)生一個完整機體的全套基因,在適宜條件下,能形成一個新的個體.細胞的全能性是組織培養(yǎng)的理論根底.25 .細胞周期(cell cycle)從一次細胞分裂結束形成子細胞到下一次分裂結束形成新的子細胞所經(jīng)歷的時期.可以分為G期、S期、G期、M期四個時期.26 . G期 第1間隙期(gap1),又稱DNA合成前期(pre-synthetic phase) ,從有絲分裂完成到 DNA復制之前的時期,進行 rRNA、mRNA tR

20、NA與蛋白質的合成,為DNAM制作準備.27 . S期 DNAM制期(synthetic phase).主要進行 DNA及有關組蛋白的合成.28 . G期 第2間隙期(gap2),又稱DN蛤成后期(post-synthetic phase) ,指DNAM制完到有 絲分裂開始的一段間隙,主要進行染色體的精確復制,為有絲分裂作準備.29 . M 期 有絲分裂期(mitosis),按前期(prophase)、中期(metaphase)、后期(anaphase)和 末期(telophase)的次序進行細胞分裂.30 .周期時間(time of cycle)完成一個細胞周期所需的時間.31 .細胞程序化

21、死亡(programmed cell death)為了自身發(fā)育及反抗不良環(huán)境的需要而主動地結束細胞生命.二縮寫符號1. . ER內(nèi)質網(wǎng)2. RER粗糙型內(nèi)質網(wǎng)3. SER光滑型內(nèi)質網(wǎng)4. RNA核糖核酸5. mtDNA 線粒體 DNA6. cpDNA 葉綠體 DNA7. TAG甘油三酯8. HRGP富含羥脯氨酸的糖蛋白9. PCD細胞程序化死亡10. G期 第1間隙期,又稱 DN蛤成前期11. . S期 DNAM制期12. G期 第2間隙期,又稱 DN蛤成后期13. M期有絲分裂期三知識要點細胞是生物體結構和功能的根本單位,可分為原核細胞如細菌、藍藻和真核細胞其他單細胞和多細胞生物兩大類.原核

22、細胞簡單,沒有細胞核和高度分化的細胞器.真核細胞結構復雜.植物 細胞的細胞壁、質體包括葉綠體和液泡是其區(qū)別于動物細胞的三大結構特征,細胞是由多糖、脂 類、蛋白質、核酸等生物大分子和其他小分子等成分所組成的.原生質的物理特性、膠體性質和液 晶性質與細胞的生命活動密切相關.細胞壁由胞間層、初生壁、次生壁所構成,其化學成分主要是纖維素、半纖維素、果膠、蛋白 質等物質.細胞壁不僅是細胞的骨架與屏障,而且在物質運輸、抗病抗逆、細胞識別等方面起積極 作用.胞間連絲充當了細胞間物質運輸與信息傳遞的通道.磷脂雙分子層是組成生物膜的根本結構,其中鑲嵌的各種膜蛋白決定了膜的大局部功能.“流動鑲嵌模型是最流行的生物

23、膜結構模型.生物膜是細胞實現(xiàn)區(qū)域化的屏障,也是細胞同外界、細胞 器間以及細胞器同細胞基質間進行物質交換的通道.此外,生物膜還是生化反響的場所,并具有細 胞識別、傳遞信息等功能.細胞核是細胞遺傳與代謝的調(diào)控中央.染色體由核酸與蛋白構成,它是核內(nèi)最重要的結構物質.葉綠體和線粒體是植物細胞內(nèi)能量轉換的細胞器,并有環(huán)狀DNA及自身轉錄RNAW譯蛋白質的體系,被稱為第二遺傳信息系統(tǒng).它們與細胞核都具有雙層被膜.微管、微絲、中間纖維等構成了細胞骨架,是植物細胞的蛋白質纖維網(wǎng)架體系,它們在維持細 胞形態(tài)、保持細胞內(nèi)部結構的有序性、推動細胞器的運動和物質運輸?shù)确矫嫫鹬匾淖饔?內(nèi)膜系 統(tǒng)是在結構、功能或發(fā)生上

24、有聯(lián)系的一類亞細胞結構.內(nèi)質網(wǎng)內(nèi)接核膜、外連質膜,甚至經(jīng)胞間連 絲與相鄰細胞相連,參與細胞間物質運輸、交換和信息傳遞.高爾基體那么與內(nèi)質網(wǎng)密切配合,參與 多種生物大分子的合成以及膜結構、壁物質與細胞器的組建.溶酶體與液泡內(nèi)都富含水解酶,參與細胞內(nèi)物質的分解和細胞的自溶反響.此外,液泡還具有 物質貯藏、調(diào)控細胞水分平衡以及參與多種代謝的作用.過氧化物體是光呼吸的場所,而乙醛酸循 環(huán)體那么為脂肪酸代謝所不可少,圓球體為油脂積累和代謝所必需.核糖體是蛋白質合成場所.在看似無穩(wěn)定結構的細胞質基質里,進行著一系列復雜而有序的生理生化反響.細胞質基質、 細胞器和生物膜系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合,使細胞的結構和功能到達高

25、度的統(tǒng)一.細胞代謝有其固有的周期性、階段性.衰老和死亡是細胞生命活動的必然結果,但程序化死亡 卻是細胞自身基因調(diào)控的主動方式,在細胞分化、過敏性反響和抗病抗逆中有特殊作用.高等植物細胞具有核、葉綠體、線粒體三個基因組,后兩組稱為核外基因.基因表達包括轉錄 與譯兩個步驟.轉錄是 RNA的生物合成,譯是蛋白質的生物合成,這兩個過程受到嚴格的調(diào)節(jié) 限制.三、重點、難點一重點1 .植物細胞原生質的物理特性、膠體特性和液晶性質.2 .植物細胞壁的結構、組成與功能.胞間連絲的結構和功能.3 .生物膜的流動鑲嵌模型、板塊鑲嵌模型和生物膜的主要功能.4 .細胞核的結構和功能；細胞骨架的結構和功能；細胞內(nèi)膜系統(tǒng)

26、的結構和功能.5 .植物細胞周期.細胞的全能性.植物細胞的核基因與核外基因.植物細胞基因表達的特點.二難點1 .植物細胞原生質物理與膠體特性.2 .細胞壁的化學組成及壁的形成過程.3 .生物膜的結構與功能的關系.植物細胞基因表達的特點.四、典型例題解析例1保持植物細胞原生質膠體穩(wěn)定性的因素是 .A.雙電層與疏水基因B .雙電層與水合膜C.膠粒直徑與雙電層D .疏水基團與膠粒直徑解析：植物細胞原生質膠體主要由蛋白質組成,蛋白質外表的氨基與竣基發(fā)生電離時可使蛋白 質分子外表形成一層帶電荷的吸附層.在吸附層外又有一層帶電量相等而符號相反的擴散層.這樣 就在原生質膠體顆粒外面形成一個雙電層.雙電層的存

27、在對于維持膠體的穩(wěn)定性起了重要作用.由 于所有顆粒最外層都帶有相同的電荷,使它們彼此之間不致相互凝聚而沉淀.另外,蛋白質是親水 化合物,在其外表可以吸附一層很厚的水合膜,由于水合膜的存在,使原生質膠體系統(tǒng)更加穩(wěn)定. 答案：B例2葉綠體基質中的可溶性蛋白質大局部是 .A. ATPase B .淀粉合成酶 C . Rubisco D ,脫氫酶解析：葉綠體基質是進行碳同化的場所,它含有復原CO與合成淀粉的全部酶系,其中 1, 5-二磷酸核酮糖竣化酶/加氧酶Rubisco占基質總蛋白的一半以上.此外,基質中含有氨基酸、蛋白質、 DNA RNA脂類糖脂、磷脂、硫脂、四口比咯葉綠素類、細胞色素類和菇類類胡

28、蘿卜素、葉醇 等物質及其合成和降解的酶類,還含有復原亞硝酸鹽和硫酸鹽的酶類以及參與這些反響的底物與產(chǎn) 物,因而在基質中能進行多種多樣復雜的生化反響.答案：C例3植物細胞原生質具有彈性和粘性,一般原生質彈性 ,粘性 的植物,對干旱、低溫等不良環(huán)境的抗性比擬強.解析：原生質的粘性與彈性隨植物生育期或外界環(huán)境條件的改變而發(fā)生變化.當粘性增加,代 謝活動降低時,植物與外界的物質交換減少,抗逆性增強；反之植株生長旺盛,抗逆性減弱.原生 質的彈性與植物抗逆性也有密切關系.彈性越大,那么植物對機械壓力的忍受力也越大,對不良環(huán)境 的適應性也增強.因此,凡原生質粘性高、彈性大的植物,它對干旱、低溫等不良環(huán)境的抗

29、性強.答案：大,高例4 從細胞壁中的蛋白質和酶的發(fā)現(xiàn),談談對細胞壁的功能的熟悉.解析：長期以來細胞壁被認為是界定原生質體的僵死的“木頭盒子,起被動的防御作用.隨著研究的深入,大量蛋白質尤其是幾十種酶蛋白在細胞壁中被發(fā)現(xiàn),使人們改變了傳統(tǒng)觀念,熟悉到 細胞壁是植物進行生命活動不可缺少的局部.它至少具有以下生理功能：維持細胞形狀,限制細 胞生長.細胞壁增加了細胞的機械強度,這不僅有保護原生質體的作用,而且維持了器官與植株的 固有形態(tài).物質運輸與信息傳遞.細胞壁涉及了物質運輸,參與植物水勢調(diào)節(jié),另外細胞壁也是 化學信號(激素等)、物理信號(電波、壓力等)傳遞的介質與通路.代謝功能.細胞壁中的酶類 廣

30、泛參與細胞壁高分子的合成、轉移與水解等生化反響.防御與抗性.細胞壁中的寡糖素能誘導 植物抗毒素的形成；伸展蛋白除了作為結構成分外,還有防御和抗病抗逆的功能.識別反響.如 花粉的外壁蛋白和柱頭外表的親水蛋白質膜參與了授粉受精過程中的識別反響；豆科植物根細胞與 根瘤菌之間的識別反響等.例5你怎樣看待細胞質基質與其功能的關系？解析：細胞質基質也稱為細胞漿,是富含蛋白質(酶),具有一定粘度,能流動的透明物質,是細胞重要的結構成分.很多代謝反響都在細胞質基質中進行,如糖酵解、磷酸戊糖途徑、脂肪酸合成、 光合細胞內(nèi)蔗糖的合成等.細胞質基質還為細胞器的實體完整性提供所需要的離子環(huán)境,供給細胞 器行使功能所必

31、需的底物與能量.另外細胞質是流動的,能進行環(huán)流或穿梭運動,這樣有利于各細 胞器與基質間進行物質、能量交換與信息傳遞.第二章植物的水分生理一、教學大綱根本要求了解水的物理化學性質和水分在植物生命活動中的作用；了解水的化學勢、水勢的根本概念、 植物生理學中引入水勢的意義；了解植物細胞的水勢的組成、溶質勢、襯質勢、壓力勢等的概念及 其在植物細胞水勢組成中的作用,了解并初步學會植物組織水勢的測定方法；了解植物根系對水分 吸收的部位、途徑、吸水的機理以及影響根系吸水的土壤條件；了解植物的蒸騰作用的生理意義和 氣孔蒸騰是蒸騰的主要方式、蒸騰作用的指標、測定方法以及適當降低蒸騰速率的途徑；了解植物 體內(nèi)水分

32、從地下向地上局部運輸?shù)耐緩胶退俣取⑺盅貙Ч苌仙臋C制；作物的需水規(guī)律、合理灌 溉指標及灌溉方法以及開展節(jié)水農(nóng)業(yè)促進水資源持續(xù)利用的重要性.二、本章知識要點(一)名詞解釋1 .水分代謝(water metabolism) 植物對水分的吸收、運輸、利用和水分散失的過程.2 .自由水(free water)與細胞組分之間吸附力較弱,可以自由移動的水.3 .束縛水(bound water)與細胞組分緊密結合不能自由移動、不易蒸發(fā)散失的水.4 .外表張力(surface tension)處于界面的水分子均受著垂直向內(nèi)的拉力,這種作用于單位長度外表上的力,稱為外表張力.5 .化學勢(chemical p

33、otential ,科)每偏摩爾物質所具有的自由能.用希臘字母(i表示.可用來描述體系中組分發(fā)生化學反響的本領及轉移的潛在水平.如果物質帶電荷或電勢不為零時的化學勢稱為電化學勢(electrochemical potential ).物質總是從化學勢高的地方自發(fā)地轉移 到化學勢低的地方,而化學勢相等時,那么呈現(xiàn)動態(tài)平衡.6 .水的化學勢(water chemical potential ,w),水的化學勢的熱力學含義是：當溫度、壓力及物質數(shù)量(水分以外)一定時,由水(摩爾)量變化引起的體系自由能的改變量.水的化學勢之差,可用來判斷水分參加化學反響的本領或兩相間移動的方向和限度.7 .水勢(wa

34、ter potential ) 每偏摩爾體積水的化學勢差.用W w表示.Ww=(叱w°w)/V w, m, 即水勢為體系中水的化學勢與處于等溫、等壓條件下純水的化學勢之差,再除以水的偏摩爾體積的 商.用兩地間的水勢差可判別它們間水流的方向和限度,即水分總是從水勢高處流向水勢低處,直 到兩處水勢差為O為止.8 .偏摩爾體積(partial molal volume ,) 在一定溫度、壓力和濃度下,1摩爾某組分在混合物中所表達出來的體積,稱為該組分在該條件下的偏摩爾體積.偏摩爾體積的單位是I-1mol.9 .帕斯卡(pascal , Pa)亦稱帕,法定壓強單位,也是表示水勢的單位.1帕斯

35、卡相當于1N/nf.10 .兆帕斯卡(megapascal , Mpa) 兆帕,1MPa= 106Pa= 10bar = 9.87atm .bar11 .巴(bar) 壓強單位,1 bar =0.987atm = 106dyn/cm2, 1mbar 等于 0.75mmHg的壓力,由于 不是法定的計量單位,已廢棄不用.12 .水的摩爾分數(shù)(molar numeric of water, N) 表示水在水溶液中的含量,Nu水的摩爾(水的摩爾數(shù) 十溶質的摩爾數(shù)),NW大表示水溶液中水分含量高,溶質含量少,水勢高.純水 的 Nk 55.1mol/dm 3.13 .滲透作用(osmosis )溶液中的溶

36、劑分子通過半透膜擴散的現(xiàn)象.對于水溶液而言,就 是指水分子從水勢高處通過半透膜向水勢低處擴散的現(xiàn)象.滲透作用所形成的流體靜壓叫滲透 壓.14 .半透膜(semipermeable membrane)也叫選擇透性膜,是只容許混合物(溶液、混合氣體)中的一些物質透過,而不容許另一些物質透過的薄膜.15 .溶質勢W s( solute potential , W s)由于溶質顆粒的存在而引起體系水勢降低的數(shù)值. 溶質勢表示溶液中水分潛在的滲透水平的大小,因此,溶質勢又可稱為滲透勢(osmotic potential ,W兀).溶質勢可用W s = RTlnNw/Vw.m公式計算,也可按范特霍夫公式W

37、 -=-兀=-iCRT計算.16,襯質勢(matrix potential , m m)由于襯質(外表能吸附水分的物質,如纖維素、蛋白質、 淀粉等)的存在而使體系水勢降低的數(shù)值.17 .壓力勢(pressure potential , W p)由于壓力的存在而使體系水勢改變的數(shù)值.假設加正壓力,使體系水勢增加,加負壓力,使體系水勢下降.18 .重力勢(gravity potential , W g)由于重力的存在而使體系水勢增加的數(shù)值.19 .膨壓(turgor pressure)有液泡的活細胞吸水時,由于液泡吸水體積增加而產(chǎn)生的對細胞壁的壓力叫膨壓.20 .集流(mass flow 或bul

38、k flow)液體中成群的原子或分子 (例如組成水溶液的各種物質的分子)在壓力梯度(水勢梯度)作用下共同移動的現(xiàn)象.21 .質壁別離(plasmolysis)如果把具有液泡的細胞置于水勢較低的溶液中,液泡失水,細胞收縮,體積變小.由于細胞壁的伸縮性有限,而原生質體的伸縮性較大,隨著細胞繼續(xù)失水,原 生質層便和細胞壁別離開來,這種現(xiàn)象被稱為質壁別離.22 .質壁別離復原(deplasmolysis)如果把發(fā)生了質壁別離的細胞浸在水勢較高的稀溶液或清水中,外液中的水分又會進入細胞,液泡變大,整個原生質層很快會恢復原來的狀態(tài),重新與細 胞壁相貼,這種現(xiàn)象稱為質壁別離復原(deplasmolysis)

39、.23 .水通道蛋白(water channel protein)存在生物膜上的具有通透水分功能的內(nèi)在蛋白.其多肽鏈穿越膜并形成孔道,特異地允許水分子通過.水通道蛋白亦稱水孔蛋白(aquaporin , AQP>24 .吸脹吸水(imbibing absorption of water)依賴于低的襯質勢而引起的吸水.干種子的吸水為典型的吸脹吸水.25 .吸脹作用(imbibition )親水膠體物質吸水膨脹的現(xiàn)象稱為吸脹作用.膠體物質吸引水分子的力量稱為吸脹力.蛋白質類物質吸脹力最大,淀粉次之,纖維素較小.26 .根壓(root pressure)由于植物根系生理活動而促使液流從根部上升

40、的壓力.它是根系與外液水勢差的表現(xiàn)和量度.根系活力強、土壤供水力高、葉的蒸騰量低時,根壓較大.傷流和吐 水現(xiàn)象是根壓存在的證據(jù).27 .傷流(bleeding)從受傷或折斷的植物組織傷口處溢出液體的現(xiàn)象.傷流是由根壓引起的,是從傷口的輸導組織中溢出的.傷流液的數(shù)量和成分可作為根系生理活性上下的指標.28 .吐水(guttation) 從未受傷的葉片尖端或邊緣的水孔向外溢出液滴的現(xiàn)象.吐水也是由 根壓引起的.作物生長健壯,根系活動較強,吐水量也較多,所以,吐水現(xiàn)象可以作為根系生理活 動的指標,并能用以判斷苗長勢的好壞.29 .萎鬻(wilting)植物在水分虧缺嚴重時,細胞失去膨壓,莖葉下垂的現(xiàn)

41、象.30 .暫時萎鬻(temporary wilting)萎鬻植株假設在蒸騰速率降低后能恢復正常,這種萎鬻稱為暫時萎鬻.暫時萎鬻是由于蒸騰失水量一時大于根系吸水量引起的.31 .永久萎鬻(permanent wilting)萎鬻植物假設在蒸騰降低以后仍不能恢復正常,這樣的萎鬻就稱為永久萎鬻.永久萎鬻是由于土壤缺乏可利用的水分引起的,只有向土壤供水才能消除植株 的萎鬻現(xiàn)象.32 .永久萎鬻系數(shù)(permanent wilting coefficient)指植物發(fā)生永久萎鬻時,土壤中尚存留的水分占土壤干重的百分率,是反映土壤中不可利用水的指標.永久萎鬻系數(shù)因土壤質地而異, 粗砂為1%左右,砂壤為6

42、就右,木土為15虬右.同一種質地的土壤上,不同作物的永久萎鬻系數(shù) 變化幅度很小.33 .田間持水量(field capacity , field moisture capacity)是指當土壤中重力水全部排除,而保存全部毛管水和束縛水時的土壤含水量.通常以水分占土壤干重的百分比表示.當土壤含 水量為田間持水量的 70姒右時,最適宜耕作.土壤砂性越強,田間持水量越小,而土壤粘性越大, 田間持水量就越大.34 .蒸騰作用(transpiration) 植物體內(nèi)的水分以氣態(tài)方式散失到大氣中去的過程.蒸騰作 用可以促進水分的吸收和運轉,降低植物體的溫度,促進鹽類的運轉和分布.35 .蒸騰拉力(tran

43、spirational pull)由于蒸騰作用而產(chǎn)生的一系列水勢梯度使導管中水分上升的力量.36 .小孔擴散律(small opening diffusion law)指氣體通過多孔外表擴散的速率,不與小孔的面積成正比,而與小孔的周長或直徑成正比的規(guī)律.氣孔蒸騰速率符合小孔擴散律.37 .蒸騰速率(transpiration rate)又稱蒸騰強度或蒸騰率,指植物在單位時間內(nèi)、單位面積上通過蒸騰作用散失的水量(g m2 h-1).38 .蒸騰效率(transpirationratio ) 植物每蒸騰1kg水時所形成的干物質的 g數(shù)(gkg-1HQ.39 .蒸騰系數(shù)(transpiration

44、coefficient)植物每制造1g干物質所消耗水分的g數(shù),它是蒸騰效率的倒數(shù),又稱需水量(water requirement) .40 .內(nèi)聚力(cohesion)分子的凝聚力,使物體各局部聚合在一起的分子間相互的吸引力.41 .內(nèi)聚力學說(cohesion theory)由狄克遜(H . H. Dixon)和倫尼爾(O. Renner)在20世紀初提出,是以水分的內(nèi)聚力來解釋水分在木質部中上升的原因的學說.也稱蒸騰流一內(nèi)聚力一張力 學說.42 .水分臨界期(critical period of water)植物在生命周期中,對缺水最敏感、最易受害的時期.一般而言,植物的水分臨界期多處于花

45、粉母細胞四分體形成期,這個時期一旦缺水,就使 性器官發(fā)育不正常.作物的水分臨界期可作為合理灌溉的一種依據(jù).43 .相對濕度(relative humidity , RH)在特定溫度下空氣中的水氣相對于在這個溫度下空 氣所能包含的最大水氣量的比率,用百分比表示,RH高表示氣相中的水分含量高,水勢高.44 . 土壤植物大氣連續(xù)體(soil-plant-atmosphere continuum , SPAC) 土壤的水分由根吸收,經(jīng)過植物,然后蒸發(fā)到大氣,這樣水分在土壤、植物和大氣間的運動就構成一個連續(xù)體.一般情況下,土壤的水勢根水勢A莖水勢A葉水勢?大氣水勢,因此,土壤一植物一大氣連續(xù)體就成為土壤

46、中水分經(jīng)植物體散失到大氣的途徑.45 .調(diào)虧灌溉(regulated deficit irrigation, RDI) 一種新型節(jié)水技術,在作物營養(yǎng)生長旺期適度虧水,在作物需水臨界期充分供水,促控結合提升水的利用效率,增加作物產(chǎn)量.46 .節(jié)水農(nóng)業(yè)(economize water agriculture )是指充分利用水資源,采取水利和農(nóng)業(yè)舉措,提升水的利用率和生產(chǎn)效率,并創(chuàng)造出有利于農(nóng)業(yè)持續(xù)開展的生態(tài)環(huán)境的農(nóng)業(yè).47 .生理需水(physiological water requirement ) T于植物生命活動和保持植物體內(nèi)水 分平衡所需要的水分.48 .生態(tài)需水(ecological w

47、ater requirement)呼11用水的理化特性,調(diào)節(jié)植物生態(tài)條件所需要的水分.>(二)縮寫符號譯1. ww水的化學勢2. Ww 水勢3. Wm襯質勢4. Ws溶質勢5. W兀滲透勢6. Wg 重力勢7. Wp 壓力勢8. atm 大氣壓9. AQP水孔蛋白10. bar 巴11. MPa兆帕12. Pa 帕,亦稱帕斯卡13. N/v水的摩爾分數(shù)14. RH相對濕度15. SPAC 土壤植物大氣連續(xù)體16. RDI調(diào)虧灌溉(三)本章知識要點水是生命的“先天環(huán)境,沒有水就沒有植物.水是植物體的主要組成成分.水除了直接或間 接地參與生理生化反響之外,還調(diào)節(jié)植物的生態(tài)環(huán)境.植物體內(nèi)的水分

48、以自由水和束縛水兩種形態(tài) 存在,兩者的比例與植物的代謝強度和抗逆性強弱有著密切關系.每偏摩爾水的自由能就是水的化學勢.每偏摩爾體積水的化學勢差就是水勢.植物細胞的水勢由滲透勢(溶質勢)、壓力勢和襯質勢組成,W w= Ws + Wp + Wm=水勢單位采用壓力單位( MPa. 水分從水勢高處通過半透膜移向水勢低處,就是滲透作用.細胞吸水有滲透吸水、吸脹吸水以及降壓吸水之分.具有液泡的植物細胞以滲透吸水為主.未 形成液泡的嫩細胞和枯燥種子的吸水主要靠吸脹吸水.細胞與細胞之間的水分移動方向,決定于兩 處的水勢差,水分總是從水勢高處流向水勢低處,直至兩處水勢差為零.土壤中只有可利用水才能被植物根系吸收

49、.根系吸收水分最活潑的部位是根毛區(qū).根系吸水可 分為主動吸水和被動吸水, 通常被動吸水是主要的. 但凡影響根壓形成和影響蒸騰速率的內(nèi)外條件, 都影響根的吸水.蒸騰作用在植物生活中具有重要的作用.氣孔蒸騰是蒸騰作用的主要方式.氣孔關閉機理可以10用無機離子吸收學說和蘋果酸生成學說來解釋.開孔的關鍵問題是保衛(wèi)細胞中的溶質增加和水勢的下降,當保衛(wèi)細胞水勢下降后它周圍細胞吸水,氣孔就張開,反之氣孔那么關閉.影響氣孔蒸騰的外 界因素主要有光照、溫度和濕度,而內(nèi)部因素那么以氣孔開度為主.水分在植物體內(nèi)可經(jīng)質外體和共質體途徑運輸.運輸?shù)耐緩绞牵和寥酪桓黄右粌?nèi)皮層一 中柱鞘一根的導管或管胞一莖的導管一葉

50、柄導管一葉脈導管一葉肉細胞一葉細胞間隙一氣孔下腔 一氣孔一大氣.水分在導管或管胞上升的動力是根壓與蒸騰拉力,并以蒸騰拉力為主.由于水分子 之間的內(nèi)聚力和水分子與導管壁之間的吸附力遠大于水柱張力,因而導管中的水柱連續(xù)不中斷,這 是水分源源不斷上升的保證.灌溉的根本原那么是用少量的水取得最大的效果.要進一步發(fā)揮灌溉的作用,就需要掌握作物的 需水規(guī)律.作物需水量(蒸騰系數(shù))因作物種類、生長發(fā)育時期不同而有差異.合理灌溉那么要以作 物需水量和水分臨界期為依據(jù),參照生理指標制定灌溉方案,采用先進的灌溉方法及時地進行灌溉. 合理灌溉可取得良好的生理效應和生態(tài)效應,增產(chǎn)效果顯著.三、重點、難點(一)重點1

51、.水分在植物生命活動中的作用.2 .植物細胞水勢的組成,水分移動的方向.3 .細胞對水分的吸收.4 .植物根系對水分的吸收.5 .氣孔蒸騰的機理和影響因素.6 .植物體內(nèi)水分運輸?shù)耐緩?7 .作物需水規(guī)律和合理灌溉.(二)難點1 .植物細胞的水勢的根本概念.2 .組成和有關計算.3 .氣孔開閉的機理.四、典型例題解析例1以下情況會發(fā)生滲透作用吸水的是 .A.干種子萌發(fā)時的吸水B .水從氣孔進入外界環(huán)境C.萎鬻的青菜放進清水中D .玫瑰枝條插入盛有清水的花瓶中解析：滲透作用是水分子通過半透膜的擴散.干種子的細胞沒有液泡,它的吸水屬于吸脹吸水;水從氣孔進入外界環(huán)境這種失水方式屬于蒸騰作用；枝條插入

52、水中的吸水主要是通過枝條中的導管 的毛細管吸水.而萎鬻的青菜放進清水中,青菜細胞和周圍水環(huán)境構成滲透系統(tǒng),青菜細胞吸水為 滲透作用吸水.答案：C.例2能發(fā)生質壁別離的細胞是 .A.干種子細胞 B .根毛細胞 C .紅細胞 D .腌蘿卜干的細胞解析：活的成熟的植物細胞是一個滲透系統(tǒng),能與外界中的溶液發(fā)生滲透作用.只有能夠發(fā)生 滲透作用的植物細胞才能發(fā)生質壁別離.此題中符合上述條件的只有根毛細胞.由于干種子細胞靠 吸脹作用吸水,紅細胞無細胞壁,談不上什么質壁別離,腌蘿卜干的細胞已經(jīng)死亡,不會發(fā)生質壁 別離.答案：B.例3以下論點是否正確,為什么？(1) 一個細胞的溶質勢與所處外界溶液的溶質勢相等,

53、那么細胞體積不變.(2)假設細胞的W p=-Ws,將其放入某一溶液中時,那么體積不變.(3)假設細胞的W w= Ws,將其放入純水中,那么體積不變.11解析：1論點不完全正確：由于一個成熟細胞的水勢由溶質勢和壓力勢兩局部組成,只有在初始質壁別離W p=0時,上述論點才能成立.通常一個細胞的溶質勢與所處外界溶液的溶質勢相等時,由于 壓力勢常為正值的存在,使細胞水勢高于外界溶液的水勢也即它的溶質勢,因而細胞失水,體積變小.2該論點不正確：由于當細胞的W p=-Ws時,該細胞的W w= 0.把這樣的細胞放入任一溶液 中,細胞都會失水,體積變小.3該論點不正確：由于當細胞的W w= Ws時,該細胞的W

54、 p=0,而Ws為負值,即其W WK 0, 把這樣的細胞放入純水中,細胞吸水,體積變大.例4根據(jù)圖2.1所示闡述細胞水勢W w、壓力勢W p、溶質勢W s和細胞相對體積間的關系.請指出在細胞相對體積分別為n和出時,細胞所處的狀態(tài)以及Wp、3$和3亞各為多少MP,圖2.1細胞水勢3w壓力勢里p、溶質勢Ws和細胞體積間的關系解析：圖中垂直于橫軸的虛線及其與三條曲線相交點的數(shù)值I ,表示一個常態(tài)下細胞的體積和與之相應的W w、Bp、Ws.如果把細胞放到高水勢的溶液中,細胞吸水,體積增大,虛線向右 移動,隨著細胞含水量的增加,細胞液濃度降低,W s增高,W w也隨著升高,細胞吸水水平下降. 當細胞吸水

55、達充分飽和狀態(tài)n時,細胞體積最大,相對體積為1.5, W p = -Ws= 1.5MPa, Ww=0.如果把細胞放到低水勢溶液中,細胞失水,體積縮小,虛線向左移動,Ww、Bp、Ws也相應降低.到達初始質壁別離時 出,細胞相對體積為1, W p= 0, W w= W s = -1.9 MPa.第三章植物的礦質與氮素營養(yǎng)一、教學大綱根本要求了解高等植物礦質營養(yǎng)的概念、研究歷史、植物必需元素的名稱及其在植物體內(nèi)的生理作用、 植物缺乏必需元素所出現(xiàn)的特有病癥；理解營養(yǎng)離子跨膜運輸?shù)臋C理、植物根系吸收養(yǎng)分的過程、 特點以及根外營養(yǎng)的意義；了解NG、NH+在植物體內(nèi)的同化過程、同化部位,以及營養(yǎng)物質在體內(nèi)

56、的運輸方式；了解影響植物吸收礦質養(yǎng)分的環(huán)境因素、作物生產(chǎn)與礦質營養(yǎng)的密切關系并理解合 理施肥的生理根底,能夠提出合理施肥的舉措.12二、本章知識要點(一)名詞解釋1 .礦質營養(yǎng)(mineral nutrition )植物對礦物質的吸收、轉運和同化,通稱為植物的礦質營養(yǎng).2 .灰分(ash)和灰分元素(ash element )干物質充分燃燒后,剩余下一些不能揮發(fā)的灰白色殘渣,稱為灰分.構成灰分的元素稱為灰分元素.灰分元素直接或間接來自土壤礦質,所以又稱 為礦質元素.3 .必需元素(essential element )在植物生長發(fā)育中起著不可替代的、直接的、必不可少的作用的元素. 一般認為有16種,即 C H、O N P、K、Ca、Mg S、Fe、B Mn Zn、Cu Mo Cl4 .大量元素(major element , macroelement )植物生命活動必需的、且需要量較多的一些元素.它們約占植物體干重的0.01%10%有C H.M P、K、Ca、Mg S等九種元素.5 .微量元素(minor element , microelement , trace element ) 植物生命活動必需的、而需 要量很少的一類元素.它們約占植物體干重的10-5%- 10-3%有Fe、B、Mn