植物生理學(xué)麗水學(xué)院

1、植物生理學(xué)麗水學(xué)院吃葷的植物 豬籠草Nepenthes mirabilis (Lour.) Druce 自然界中，豬籠草常常平臥生長，葉的構(gòu)造復(fù)雜，分葉柄，葉身和卷須，卷須尾部擴(kuò)大并反卷形成瓶狀，可捕食昆蟲。豬籠草具有總狀花序，開綠色或紫色小花。 豬籠草葉頂?shù)钠繝铙w是捕食昆蟲的工具。瓶狀體開口邊緣和瓶蓋復(fù)面能分泌蜜汁，引誘昆蟲。瓶口光滑，待昆蟲滑落瓶內(nèi)，被瓶底分泌的液體淹死，并分解蟲體營養(yǎng)物質(zhì)，逐漸消化吸收。有趣性會運(yùn)動的植物 白睡蓮Nymphaea alba Linn 隨著太陽落下花朵會漸漸關(guān)閉 含羞草Mimosa pudica Linn 含羞草在受到外界觸動時，葉會下垂，小葉片合閉 舞 草

2、Desmodium gyrans (Linn.) DC舞草屬豆科，舞草屬當(dāng)人們對它講話或唱歌，小葉片會左右舞動，宛如小草聽到你的聲音翩翩起舞 植物的化學(xué)武器 麗水學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院講授人：李金枝 植 物 生 理 學(xué)緒論水分代謝礦質(zhì)代謝光合作用呼吸作用有機(jī)物運(yùn)輸細(xì)胞轉(zhuǎn)導(dǎo)生長物質(zhì)光形態(tài)建成營養(yǎng)生長生理生殖生長生理成熟衰老生理逆境生理緒 論 一 植物生理學(xué)的定義和內(nèi)容研究植物生命活動規(guī)律和機(jī)理及其與環(huán)境相互關(guān)系的科學(xué)。 植物生命活動：從種子開始到形成種子的過程中所進(jìn)行的一切生理活動。植物生命活動形式：代謝過程、生長發(fā)育過程、植物對環(huán)境的反應(yīng) 植物生命活動的實(shí)質(zhì)物質(zhì)轉(zhuǎn)化能量轉(zhuǎn)化 信息轉(zhuǎn)化形態(tài)建成類型變異

3、 81 物質(zhì)轉(zhuǎn)化體外無機(jī)物H2O CO2 礦質(zhì)（根葉）同化作用體內(nèi)有機(jī)物蛋白質(zhì) 核酸 脂肪 碳水化合物異化作用體外無機(jī)物CO2 H2O植物再利用9 2 能量轉(zhuǎn)化： 光合（葉綠素吸收、轉(zhuǎn)化） 光能（光子） 電能（高能電子） 光合作用電子傳遞 不穩(wěn)定化學(xué)能 （ATP，NADPH） 熱能 碳同化 呼吸作用 滲透能 穩(wěn)定化學(xué)能 機(jī)械能 （有機(jī)物） 電能 光能 10物理信息：環(huán)境因子光、溫、水、氣 化學(xué)信息：內(nèi)源激素、某些特異蛋白（鈣 調(diào)蛋白、光敏色素、膜結(jié)合酶） 遺傳信息：核酸3 信息轉(zhuǎn)化11 這些反應(yīng)都是從“感知”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

4、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)。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)。 信息傳遞（message transportation）和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（signal transduction）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。各種外部信號影

5、響植物的生長發(fā)育 4 形態(tài)建成種子營養(yǎng)體（根、莖、葉）萌發(fā)水 光 氣 溫開花結(jié)果種子5 類型變異：植物對復(fù)雜生態(tài)條件和特殊環(huán)境變化的綜合反應(yīng)。14不能不知道植物生命活動的“三性”植物的整體性植物和環(huán)境的統(tǒng)一性植物的變化發(fā)展性 15 植物生命活動的特殊性 1 有無限生長的特性。 2 生活的自養(yǎng)性 3 植物細(xì)胞的全能性和植株的再生能力強(qiáng)。 4 具有較強(qiáng)的抗性和適應(yīng)性。 5 植物對無機(jī)物的固定能力強(qiáng)。 6 植物具有發(fā)達(dá)的維管束。植物生理學(xué)的內(nèi)容 1、植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)及功能生理 2、代謝生理 ：水分代謝、礦質(zhì)營養(yǎng)、光合作用、呼吸作用等 3、生長發(fā)育生理：種子萌發(fā)、生長生理、生殖生理、成熟與衰老 4、環(huán)境生

6、理（抗性生理） 17 以上的基本關(guān)系: 光合、呼吸作用 生長、分化、發(fā)育水分、礦物質(zhì)運(yùn)輸 成熟 (功能代謝生理） (發(fā)育生理) 環(huán)境因子（抗性生理） (溫、光、水、氣) 18 （一）萌芽階段 甲骨文：作物、水分與太陽的關(guān)系 戰(zhàn)國時期：多糞肥田 西漢：施肥方式 西周：土壤分三等九級 齊民要術(shù)：植物對礦物質(zhì)及水分的要求 輪作法、“七九悶麥法” 二 植物生理學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展19（二）科學(xué)植物生理學(xué)階段1、 科學(xué)植物生理學(xué)的開端 1627年，荷蘭 Van Helmont ，水與植物的關(guān)系 1699年，英國Wood Ward，營養(yǎng)來自土壤和水 18世紀(jì)，Hales,植物從大氣獲得營養(yǎng) 1771年，英國Pr

7、iestley發(fā)現(xiàn)植物綠色部分可放氧 1804年，瑞士 De Saussure，灰分與生長的關(guān)系 20 1627年荷蘭人凡海爾蒙（J.B.van Helmont）柳枝實(shí)驗(yàn) 19世紀(jì)40年代德國化學(xué)家李比希（J. von Liebig）創(chuàng)立植物礦質(zhì)營養(yǎng)(minerral nutrient)學(xué)說，共經(jīng)歷了200多年的時間。增加的重量來源于何處？Why?2 、植物生理學(xué)的奠基與成長階段 1840年，德國Liebig建立礦質(zhì)營養(yǎng)說。 1840年，Liebig的化學(xué)在農(nóng)學(xué)和生理學(xué)上的應(yīng)用一書問世 和他 同時代的法國學(xué)者G .Boussingault 證明植物不能利用空氣中的N2 Liebig和G .Bo

8、ussingault 的工作是植物生理學(xué)成為獨(dú)立學(xué)科的標(biāo)志241859年，Knop 和WPfeffer 用溶液培養(yǎng)法證明植物生長需要營養(yǎng)。19世紀(jì)后半期，植物生理學(xué)飛躍發(fā)展，光合、有機(jī)物形成、呼吸等進(jìn)行了全面的研究 。 1882，Sachs出版第一本植物生理學(xué)講義1902，弟子Pfeffer出版三卷本植物生理學(xué) 植物生理學(xué)奠基人： Sachs 植物生理學(xué)兩大先驅(qū)： Pfeffer ，Sachs25 從1840年李比希礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說的建立到19世紀(jì)末德國植物生理學(xué)家薩克斯(J. Sachs)和他的學(xué)生費(fèi)弗爾(W. Pfeffer)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。薩克斯，J

9、.von Julius von 費(fèi)弗爾（W. Pfeffer） Sachs (18321897)（三）現(xiàn)代植物生理學(xué)階段 從二十世紀(jì)至今，物理、化學(xué)等學(xué)科的發(fā)展及先進(jìn)技術(shù)（原子物理、電子計算機(jī)等）應(yīng)用，從結(jié)構(gòu)、功能、不同層次進(jìn)行研究，對植物生理學(xué)的一些機(jī)理問題，有了新認(rèn)識、新概念、新觀點(diǎn)。 1958，Sterward細(xì)胞全能性實(shí)驗(yàn)論證 光合作用光、暗反應(yīng)，光呼吸，C3 C4 CAM植物發(fā)現(xiàn) 鈣調(diào)素研究 （1）1949年以前 1917年錢崇澍在國外刊物發(fā)表了鋇、鍶及鈰對水綿的特殊作用的論文。 其后在各大學(xué)講授植物生理學(xué)，他是我國植物生理學(xué)的啟業(yè)人。20世紀(jì)20年代末，羅宗洛、湯佩松、李繼桐先后回

10、國,分別在中山大學(xué)、武漢大學(xué)、南開大學(xué)建立了植物生理學(xué)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室。 他們?nèi)耸俏覈参锷韺W(xué)的奠基人三 我國植物生理學(xué)發(fā)展概況29（2） 1949年至今- 植物生理學(xué)發(fā)展快，有了專門的研究單位和刊物，有些方面在國際上研究較早和領(lǐng)先 殷宏章的作物群體生理研究 沈允鋼證明光合磷酸化中高能態(tài)存在的研究 湯佩松等提出的呼吸途經(jīng)多樣性的論證 婁成后對植物細(xì)胞原生質(zhì)的胞間運(yùn)動研究等。30 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“流動鑲嵌”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、離子吸收、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等重要生理功能。 20世紀(jì)特別是50年代以來，

11、植物生理學(xué)的研究在微觀、個體和宏觀三個層次上都發(fā)生了巨大的變化，獲得了許多重大突破。 在空間跨度上，電子顯微鏡和X-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)而深入到生物膜和生物大分子空間三維結(jié)構(gòu)的水平，分辨率達(dá)到1010m(1/10nm)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觀世界。 在光合作用研究中,卡爾文(M.Calvin)于50年代利用14C示蹤和紙上層析兩種技術(shù)，揭示了光合作用中CO2 同化的歷程,提出了著名的卡爾文循環(huán)，即“光合碳循環(huán)”；60年代以后，又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了C4類型、景天科酸代謝(CAM)和光呼吸作用； 由

12、于快速熒光光譜技術(shù)和激光技術(shù)的應(yīng)用,將光合作用原初反應(yīng)研究的時間跨度從毫秒級(ms,10-3s)一直縮短為皮秒(ps,10-12s)和飛秒(fs,10-15s)級；卡爾文及其同時用來研究光合藻類CO2固定的儀器裝置 自40年代至50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)合體光敏色素(phytochrome)，目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“全能性”，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。關(guān)于植物生

13、長物質(zhì)的研究，從30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5種公認(rèn)的植物激素和10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)在的高效液相色譜技術(shù)(HPLC)和酶聯(lián)免疫技術(shù)(ELISA)，后者的靈敏度可達(dá)到10-12g。 GA處理顯著促進(jìn)植株莖的伸長生長（一）20世紀(jì)80年代以來發(fā)展特點(diǎn) 1 研究層次越來越寬廣微觀群體個體器官組織細(xì)胞亞細(xì)胞分子原子宏觀個體群體群落生物圈 2 研究手段的現(xiàn)代化 3 學(xué)科間相互滲透 4 理論聯(lián)系實(shí)際四 植物生理學(xué)的展望36（二）植物生理學(xué)的展望 1 植物生理學(xué)本身的發(fā)展 物質(zhì)的轉(zhuǎn)變 能量的轉(zhuǎn)變 信息的傳遞 2 植物生理學(xué)的應(yīng)用研究 世界

14、面臨的五大問題：糧食、能源、資源、環(huán)境、人口都與植物生理學(xué)有關(guān)。 組織培養(yǎng)技術(shù)、植物激素的應(yīng)用37 植物生理學(xué)是一門基礎(chǔ)學(xué)科，更是農(nóng)業(yè)科學(xué)的基礎(chǔ)理論，其最終目的是要運(yùn)用理論去認(rèn)識、改造自然，用于實(shí)踐，造福人類，它為植物的栽培、改良與培育等提供了理論依據(jù)，并能不斷地提出控制植物生長發(fā)育的有效方法。不能不知道38“功能基因組”的研究：研究與調(diào)控機(jī)理、作物重要農(nóng)藝性狀（如抗旱、抗病、產(chǎn)量與品質(zhì)）表達(dá)密切相關(guān)的基因功能及相互作用。 從“基因表達(dá)”到“性狀表達(dá)”的過程是復(fù)雜的生理生化過程，而植物生理學(xué)正是在不同水平上研究這些復(fù)雜生命過程及調(diào)控機(jī)理， 是基因水平研究與性狀表達(dá)之間的“橋梁”。 3、 21世

15、紀(jì)植物生理學(xué)發(fā)展前景39 為植物生物技術(shù)、農(nóng)作物耕作栽培、作物和經(jīng)濟(jì)植物新品種的培育、生態(tài)與環(huán)境保護(hù)、以植物為材料或?qū)ο蟮乃幬锷a(chǎn)和食品加工貯藏等應(yīng)用科學(xué)研究提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐。40 1 、辨證唯物主義觀點(diǎn) 生理過程是一種矛盾運(yùn)動 生理過程受內(nèi)因和外因的影 抓主要矛盾和矛盾的主要方面 事物是一分為二的2 、實(shí)踐的觀點(diǎn) 3、 進(jìn)化發(fā)展的觀點(diǎn) 五 植物生理學(xué)學(xué)習(xí)方法41機(jī)理研究的深入和調(diào)節(jié)控制的探討如紫薇 含羞草 信息傳遞 現(xiàn)為空白植物遭受病蟲害后的防御機(jī)制有關(guān)碳代謝 Calwin 1962 Nobel獎 C3環(huán)的發(fā)現(xiàn) 生化步驟清楚 但調(diào)節(jié)機(jī)理不清楚)Rubisco的研究，在葉片總蛋白的50%，是生物界最豐富的蛋白羧化加O2酶： CO2高時加CO2，O2高時加O2若Rubsico用分子生物學(xué)改造后，提高CO2固定途徑,則用途大。能源 a尋找能源植物（油料植物）b植物產(chǎn)物的發(fā)酵酒精生產(chǎn)人工模擬生物固氮 豆科植物在常溫下將N2轉(zhuǎn)變成NH4，因此為先鋒植物，使貧瘠的土壤變富足 將固氮gene轉(zhuǎn)到禾本科植物體內(nèi)，則用途很大關(guān)鍵：固氮是厭氧過程，酶提取出來后，易失活。 植物激素 IAA CTK ABA GA C2H4除IAA 以外，植物激素在植物體內(nèi)的受體還