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1、绪绪 论（论（1 学时）学时） 一、植物生理学的定义和研究内容一、植物生理学的定义和研究内容 （一）植物生理学的定义（一）植物生理学的定义 植物生理学是研究植物生命活动规律、揭示生命现象本质的科学植物生理学是研究植物生命活动规律、揭示生命现象本质的科学。即用物理的、 化学的、生物学的方法，研究植物生长、生殖、衰老、死亡等一系列过程，在 这些过程中所发生的代谢变化，以及这些代谢变化与环境条件的相互作用等。 。即用物理的、 化学的、生物学的方法，研究植物生长、生殖、衰老、死亡等一系列过程，在 这些过程中所发生的代谢变化，以及这些代谢变化与环境条件的相互作用等。 ?研究的对象是植物 研究的对象是植物
2、 ?任务是探索植物生命活动的基本规律及机制任务是探索植物生命活动的基本规律及机制 ?生命活动：生长发育，物质与能量代谢，信息传递和信号转导 生命活动：生长发育，物质与能量代谢，信息传递和信号转导 （二）植物生理学研究的内容（二）植物生理学研究的内容 1细胞生理细胞生理 主要讲授细胞的结构与功能、细胞生化、细胞器的结构与功能等，作为学习 其它各部分的基础。 2代谢生理代谢生理 是植物生理学核心内容之一，主要包括植物的水分代谢、矿质营养、光合作 用、呼吸作用、有机物质的运输与分配等。主要研究植物通过根系吸收水分和矿质元素，通 过叶片从空气中吸收 CO2，利用日光能制造各种有机物质并贮存能量，以及植
3、物体内各种 有机物质的合成代谢的同化过程。 同化即由简单物质转变成复杂物质并贮存能量的过程。 另 一方面植物体内通过呼吸作用， 也同时进行着把复杂物质氧化分解为简单物质 （CO2、 H2O） ， 并放出能量为植物的各种生命活动利用的异化过程。 异化即把复杂物质分解成简单物质并释 放能量的过程。 3生长发育生长发育 它是各种功能与代谢活动的综合反应，包括生长、分化、发育、成熟与衰老， 主要研究植物在代谢的基础上，细胞的分生与分化，植物体积的逐渐长大和重量的增加，在 生长的过程中包含着许多分化，在一定阶段开始生殖，最终衰老死亡的过程，以及环境条件 对这一过程的影响， 植物生长物质在这一过程中的调控
4、作用等， 并探索控制这一过程的途径。 4逆境生理逆境生理 主要研究植物对不良环境的抵抗能力，植物的适应性，植物生理代谢机能的 变化。为改善植物本身的抗逆能力，选育抗逆性品种提供理论依据和方法，为扩大在逆境下 植物的种植面积作出贡献。 这四个过程相互联系构成了植物生理学的整体， 其中包括信息传递与调控。 从四个研究组成 也可反映植物生理学研究的不同水平； 分子亚细胞细胞组织器官个体群体。 在 这些研究中包含有宏观与微观。植物生理学正向着微观深入与宏观综合的方向发展。 二、植物生理学的产生与发展二、植物生理学的产生与发展 植物生理学作为研究植物生命活动规律的科学，其发展历史如果从 1771 年英国
5、人普利斯特 利（Priestley）发现光合作用算起，它的历史已经 200 多年了。但正式成为一门独立学科与 课程， 应开始于 19 世纪后叶李比希 （Liebig， 1840） 的矿质营养学说创立之后， 萨克斯 （Sachs， 1882）的植物生理学讲义的问世，费弗尔（Pfeffer） 植物生理学巨著的出版，才使植物 生理学从植物学中脱颖而出，成为一门引人注目的生命科学，在生物科学中闪闪发光。算来 迄今已经历了一个多世纪。 按照植物生理学发展历程的起伏变化， 它的历史大致可划分为三 个阶段。 1第一阶段：诞生与成长第一阶段：诞生与成长 起源于古老的植物学。萌芽于 1648 年荷兰人凡起源于古
6、老的植物学。萌芽于 1648 年荷兰人凡海尔蒙（J.B.van Helmont）海尔蒙（J.B.van Helmont）医生医生著名的柳 枝实验。 著名的柳 枝实验。 1771 年1771 年英国普利斯特利（Priestley）的英国普利斯特利（Priestley）的植物植物密闭玻璃罩密闭玻璃罩老鼠老鼠 植物净化空气植物净化空气。 。 1779 年1779 年， 荷兰科学家， 简， 荷兰科学家， 简英格豪斯英格豪斯通过实验证明， 只有在光存在时植物才能净化空气。通过实验证明， 只有在光存在时植物才能净化空气。 17851785 年瑞士吉恩年瑞士吉恩森尼别用分析化学的方法，对上述实验知道是 O森
7、尼别用分析化学的方法，对上述实验知道是 O2 2和 CO和 CO2 2; ; 1796 年1796 年荷兰胡茨 CO2参与有机物的合成。荷兰胡茨 CO2参与有机物的合成。1804 年1804 年瑞士索苏尔发现水参入光合。 瑞士索苏尔发现水参入光合。 18401840 李比希（Liebig，1840）的矿质营养学说只有无机物才能供给植物原始材料。 李比希（Liebig，1840）的矿质营养学说只有无机物才能供给植物原始材料。 Sachs 和 Knop（1860Sachs 和 Knop（1860）的无土栽培方法成功地证明植物需要从土壤吸收必需的元素，先发 现大量元素，后发现微量元素。 ）的无土栽培
8、方法成功地证明植物需要从土壤吸收必需的元素，先发 现大量元素，后发现微量元素。 Pfeffer 和 Vant Hoff （1877）Pfeffer 和 Vant Hoff （1877）对渗透现象进行了全面研究，并提出渗透学说 。 对渗透现象进行了全面研究，并提出渗透学说 。 Darwin（1859）Darwin（1859）关于植物运动的研究，导致生长素的发现。 关于植物运动的研究，导致生长素的发现。 Garner 和 Allard（1920）Garner 和 Allard（1920）对植物光周期现象的发现 。 对植物光周期现象的发现 。 这一系列成就是植物生理学发展的黄金时期 。这一系列成就是
9、植物生理学发展的黄金时期 。 十九世纪后叶李比希（Liebig，1840）的矿质营养学说创立之后，正式成为一门独立学科 与课程。 萨克斯（Sachs,1882）的植物生理学讲义的问世，费弗尔（Pfeffer） 植 物生理学巨著的出版，才使植物生理学从植物学与农学中脱颖而出。 十九世纪后叶李比希（Liebig，1840）的矿质营养学说创立之后，正式成为一门独立学科 与课程。 萨克斯（Sachs,1882）的植物生理学讲义的问世，费弗尔（Pfeffer） 植 物生理学巨著的出版，才使植物生理学从植物学与农学中脱颖而出。 2第二阶段：动荡与分化第二阶段：动荡与分化 1910 年1910 年农业化学从
10、植物生理学中分化出来； 农业化学从植物生理学中分化出来； 1930 年1930 年微生物、病毒学也相继分离出来。 微生物、病毒学也相继分离出来。 特别是核心部分生物化学也脱离植物生理学特别是核心部分生物化学也脱离植物生理学生物化学几乎都要脱离植物生理学。生物化学几乎都要脱离植物生理学。 这个阶段植物生理学发展处于低潮。 3第三阶段：更新与深入第三阶段：更新与深入 由于由于生物化学生物化学、生物物理学生物物理学、分子生物学分子生物学以及其它先进生物科学的有力推动，并深入到植 物生理学的各个领域，从 50 年代初期开始促使植物生理学研究取得了惊人的成就： 以及其它先进生物科学的有力推动，并深入到植
11、 物生理学的各个领域，从 50 年代初期开始促使植物生理学研究取得了惊人的成就： Calvin 等由于采用14C 示踪技术与层析技术相结合，揭开了数十年所不能解决的 CO2固定 与还原之谜。 Calvin 等由于采用14C 示踪技术与层析技术相结合，揭开了数十年所不能解决的 CO2固定 与还原之谜。 六十年代左右 C六十年代左右 C3 3、C4、CAM 途径与光呼吸的发现把光合作用的研究推向了崭新阶段。 、C4、CAM 途径与光呼吸的发现把光合作用的研究推向了崭新阶段。 新的内源激素的发现。 新的内源激素的发现。 我国植物生理学也正是在这个阶段作出了许多成就 。 我国植物生理学也正是在这个阶段
12、作出了许多成就 。 钱崇澍、李继侗、罗宗洛、汤佩松钱崇澍、李继侗、罗宗洛、汤佩松院士。 院士。 （发表的热力学论述，比国外早 10 年使用水势这一概念） 。 （发表的热力学论述，比国外早 10 年使用水势这一概念） 。 植物生理学相关的诺贝尔奖：植物生理学相关的诺贝尔奖：Wilstatter(1915)纯化叶绿素并阐明其结构等。纯化叶绿素并阐明其结构等。 Fischer(1930s Emerson-光合单位光合单位)叶绿素化学。叶绿素化学。 Calvin 等等(1961)阐明光合碳循环。阐明光合碳循环。 Woodward(1965)合成叶绿素分子。合成叶绿素分子。 Mitchell(1978)
13、ATP 合成合成化学渗透学说。化学渗透学说。 Deisenhofer 等等(1988)阐明光合细菌反应中心结构阐明光合细菌反应中心结构 Marcus(1992)生命体系（包括光合作用）的电子传递体系。生命体系（包括光合作用）的电子传递体系。 Walker 等等(1997)ATP 合酶的动态结构和反应机理。合酶的动态结构和反应机理。三、植物生理学的任务与展望三、植物生理学的任务与展望 （一）植物生理学的任务（一）植物生理学的任务 1.主要任务是探索植物生命活动的基本规律。 1.主要任务是探索植物生命活动的基本规律。 2.指导农业生产，为作物栽培以及改良和培育作物新品种提供理论依据。 2.指导农业
14、生产，为作物栽培以及改良和培育作物新品种提供理论依据。 如为作物高产优质高效提供理论依据和措施；为改良和培育作物新品种提供理论基础；为 控制植物生长发育、保存植物产品提供有效的方法；研究植物在逆境条件下生存并获得一 定产量的生理机制。 如为作物高产优质高效提供理论依据和措施；为改良和培育作物新品种提供理论基础；为 控制植物生长发育、保存植物产品提供有效的方法；研究植物在逆境条件下生存并获得一 定产量的生理机制。 （二）对于植物生理学的展望（二）对于植物生理学的展望 1. 光合作用：与光合作用有关的重大成果已七次荣获诺贝尔奖。人工模拟这一过程解决粮 食问题和能源问题。 1. 光合作用：与光合作用
15、有关的重大成果已七次荣获诺贝尔奖。人工模拟这一过程解决粮 食问题和能源问题。 2.生长物质 ：在插条生根、防止脱落、打破休眠、延长贮藏期、人工催熟、化学除草等方 面都取得了显著成果。 2.生长物质 ：在插条生根、防止脱落、打破休眠、延长贮藏期、人工催熟、化学除草等方 面都取得了显著成果。 3.组织培养 ： 3.组织培养 ： “试管苗试管苗”的繁殖方法 的繁殖方法 4.无土栽培 ：人口聚集、耕地少、沙漠地区以及环境条件特别恶劣的地区，无土栽培将会 成为一种切实可行的农业生产手段。 4.无土栽培 ：人口聚集、耕地少、沙漠地区以及环境条件特别恶劣的地区，无土栽培将会 成为一种切实可行的农业生产手段。
16、 5. 作物新品种的培育、引进、繁殖 5. 作物新品种的培育、引进、繁殖 6.逆境生理 ：近些年做了大量工作渗透调节作用、过氧化作用和逆境蛋白与基因表达等重 要的抗逆生理机制。 6.逆境生理 ：近些年做了大量工作渗透调节作用、过氧化作用和逆境蛋白与基因表达等重 要的抗逆生理机制。 四、学习方法 四、学习方法 （一）相关基础课程 （一）相关基础课程 植物学；无机与有机化学分析化学；生物化学；细胞生物学等。植物学；无机与有机化学分析化学；生物化学；细胞生物学等。 与其它学科联系与其它学科联系 基础学科基础学科：植物学，生物化学，分子生物学、计算机科学。：植物学，生物化学，分子生物学、计算机科学。相关性学科相关性学科：遗传学、土壤学、 农业化学、生态学等。 ：遗传学、土壤学、 农业化学、生态学等。后继学科后继学科：植物功能基因组学、植物转基因、栽培学，育种学，植 物病理学等。 ：植物功能基因组学、植物转基因、栽培学，育种学，植 物病理学等。 (二二)学习方法 学习方法 1.
