【精品】植物生理学考试提纲

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1、植物生理学提纲 绪论 一、植物生理学的定义与内容(一)定义 (二) 植物生理学的内容1.生长发育与形态建成 2.物质代谢与能量转化3.信息传递和信号转导 第一篇 植物的物质生产和光能利用 第一章 植物的水分生理 植物水分代谢的三个过程：植物对水分的吸收、水分在植物体内的运输和水分 的排除(散失). 第一节 植物对水分的需要一、植物体内水分存在的状态(一) 束缚水，自由水。(二)自由水与束缚水的生理意义 自由水直接参与植物的生理过程和生化反应，而束缚水不参与这些过程.自由水/束缚水比值较高时，植物代谢活跃，生长较快，抗逆性差；反之， 代谢活性低、生长缓慢，但抗逆性较强。二、水分在生命活动中的作用

2、(一)水对植物的生理作用1.水是原生质的主要组分 2.水直接参与植物体内重要的代谢过程 3.水是许多生化反应和物质吸收、运输的良好介质 4.水能使植物保持固有的姿态 5.细胞的分裂和延伸生长都需要足够的水 (二)水对植物的生态作用1.水是植物体温调节器 2.水对可见光的通透性 3.水对植物生存环境的调节 植物对水分的需要，包括生理需水和生态需水两方面。 第二节 植物细胞对水分的吸收 植物细胞对水分吸收的方式:1 、扩散;2 、集流; 3 、渗透性吸水(主要). 一、扩散(diffusion) 自发、顺着浓度梯度、适于短距离的(如细胞间)迁徙、速度很慢 二、集流(mass flow) (一)特点

3、:耗能、与浓度梯度无关、适于木质部中远距离(木质部)运输.(二)机理:1 、通过膜上的水孔蛋白(aquaporin)形成的水通道实施 2 、水孔蛋白(1)种类：A 、质膜内在蛋白(plasma membrane intrinsic protein);B 、液泡膜上的液泡膜内在蛋白(tonoplast intrinsic protein ).(2)机理 “滴漏”模型，活性受磷酸化和水孔蛋白合成速度调节- 依赖 Ca 离子的蛋白激酶可使特殊丝氨酸残基磷酸化，水孔蛋白的水通道加宽， 水集流通过量剧增;水通道变窄，水集流通过量减少。 三、渗透作用(osmosis)(一)自由能和水势1.几个概念自由能

4、(free energy)：在恒温、恒压条件下能够做最大有用功（非膨 胀功）的那部分能量。化学势 (chemical potential)：即某 1mol 物质的自由能。用 表示.水势(water potential)：每偏摩尔体积水的化学势.即水溶液的化学势 与相同温度压力下同一系统中的纯水的化学势之差,除以水的偏摩尔体积所得 的商，用 表示 (二) 渗透作用 1.概念：水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象 (三) 植物细胞是一个渗透系统 1.质壁分离（plasmolysis）:植物细胞由于液泡失水而使原生质体和细 胞壁分离的现象。 质壁分离现象可解决如下几个问题：(1)确定

5、细胞是否存活 (2)测定细胞的渗透势 (3)观察物质透过原生质层的难易程度 2.质壁分离复原（deplasmolysis）：把发生了质壁分离的细胞浸在水 势较高溶液或蒸馏水中，外界的水分子便进入细胞，液泡变大，整个原生质体 慢慢地恢复原状的现象,也叫去质壁分离.(四) 细胞的水势1.一般认为，植物细胞水势(w)组成为：w= +p+g2. 细胞水势组成成分的生理意义(1):渗透势（osmotic potential，）或溶质势（solute potential，s）：恒为负值；细胞未形成液泡时为 0.渗透势值按下式计算：=-iCRT (式中 C 为溶液的摩尔浓度，T 为绝 对温度，R 为气体常数

6、，i 为解离系数。) (2) p:压力势（pressure potential）：一般情况下为正值；细胞 质壁分离或未形成中心大液泡时为 0，剧烈蒸腾时为负值。(3)g :重力势（gravity potential）：为正值，一般忽略不计。所以-已形成中心大液泡的细胞: w= +p形成中心大液泡的细胞若质壁分离:w= (五) 细胞间的水分移动1.依据:w2.方向与速度：水总是从高水势区域向低水势区域移动；细胞间水势梯度（water potential gradient）越大，水分移动越快；反之则慢。 第三节 植物根系对水分的吸收 二、根系吸水的动力(一)根压(root pressure)1.定

7、义：植物根系的生理活动使液流从根部上升的压力.2.外在表现(存在证据) (1)伤流(bleeding) (2)吐水(gutation) 3. 根压机理 (1)渗透理论 (2)代谢理论 (二)蒸腾拉力(transpirational pull)植物因蒸腾失水而产生的吸水动力.是根系吸水的主要动力. 四、影响根系吸水的土壤条件1.土壤中可用水分(available water)2.土壤通气状况3.土壤温度4.土壤溶液浓度 第四节 蒸腾作用(transpiration) 蒸腾作用植物散失水分的主要方式.植物体内的水分以气态方式从植物的表 面向外界散失的过程。 一、蒸腾作用的生理意义、部位与方式(一)

8、生理意义(二)部位与方式 二、气孔蒸腾(一)气孔的运动(stomatal movement) (二)气孔运动机理1.淀粉-糖转化学说(starch-sugar conversion theory)关键:淀粉磷酸化酶 在高 PH(7 左右)时催化正向反应，使淀粉水解为糖 ; pH 下降到 5 左右，则催化逆向反应，使糖转化成淀粉.从而通过水分关系引起 气孔运动.2.无机离子(K+)吸收学说在光下在黑暗中闭3.苹果酸代谢(生成)学说（malate metabolism theory）保卫细胞内淀粉和苹果酸之间存在一定的数量关系要点:在光照下苹果酸根进入液泡和 Cl-共同与 K+ 在电学上保持 平衡

9、。同时，苹果酸也可作为渗透物质降低水势，促使保卫细胞吸水，气孔张 开。当叶片由光下转入暗处时，过程逆转。 4.气孔运动机理的归纳图解(三)影响气孔运动的困素1 、光照 2 、温度 3 、CO2 4 、脱落酸(ABA) 三、影响蒸腾作用的外、内条件（一)外界条件光照 空气相对湿度 温度 风 昼夜变化 (二)内部因素气孔:气孔频度、气孔大小 气孔下腔 细胞间隙的面积 (叶片内部面积 )(三)减慢蒸腾速率的途径 附:蒸腾作用的指标 1、蒸腾速率(transpiration) 2、蒸腾比率（transpiration ratio) 3、蒸腾系数(transpiration coefficient)或需

10、水量（water requirement） 第五节 植物体内水分的运输 一、水分运输的途径(一)整体途径土壤溶液的水分 根部 皮层薄壁细胞 木质部的导管和管胞中 茎或叶的木质部 叶肉细胞 气孔下腔附近的叶肉细胞细胞壁的蒸发部 位 气孔蒸腾 空气可见，土壤一植物一空气三者之间的水分是具有连续性的。(二) 水分在茎、叶细胞内的运输途径1经过死细胞 导管和管胞2经过活细胞 叶脉木质部末端气孔下腔附近的叶肉细胞，距离很短， 但阻力很大，不适于长距离运输。 三、水分沿导管或管胞上升的动力水分如何上升?根压蒸腾拉力水柱如何不断?内聚力 张力 第六节 合理灌溉的生理基础 一、作物的需水规律因作物种类而异 因

11、不同生长发育时期而异 :水分临界期(critical period of water) 二、合理灌溉的指标形态指标 生理指标 三、灌溉的方法通常采用:沟渠排灌法 喷灌(sprinkling irrigation)滴灌(drip irrigation) 四、合理灌溉增产的原因满足了“生理需水”满足了“生态需水”小结第二章 植物的矿质营养 植物矿质营养（mineral nutrition)的三个过程:植物对矿物质的吸收、矿物 质在植物体内转运和同化. 第一节 植物必需的矿质元素 (一)检测办法1.土壤培养法(土培法)； 2.无土载培法：(1)溶液培养法(Solution culture metho

12、d)，也称 water culture method.(2)砂基培养法(砂培法,Sand culture method )： (二) 植物必需元素陆生高等植物必需的营养元素(目前已确认 19 种)：1.大量元素(Macroelement,分别占植物体干重的 0.1%以上 )： C、H、O;N、P、K;Ca、Mg、S; Si 2.微量元素(Microelement,分别占植物体干重的 0.01%以下 )：Fe、 Mo、 B;Zn、Cu、Mn ;Cl、Ni、Na(三)植物必需矿质元素的生理作用1.作为碳化合物部分的营养.2.能量贮存和结构完整性的营养. 3.保留离子状态的营养.4.参与氧化还原反应

13、营养 三、作物缺乏矿质元素的诊断 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收 二、细胞吸收溶质的方式和机理细胞吸收溶质的方式:4 种(一)离子通道运输(ion channel transport)1.机理:内在蛋白(intrinsic protein)构成圆形孔道，离子扩散进入。 2.特点：顺浓度梯度、被动吸收;耗能较少，较快 (二)载体运输(carrier transport) 1.机理:载体蛋白(内在蛋白)与溶质结合载体物质复合体透过质 膜释放进胞内.单向运输载体(uniport carrier ):顺或逆浓度梯度.同向运输器(symporter ):逆浓度梯度.反向运输器(antiporter):

14、逆浓度梯度.2.特点:顺或逆浓度梯度，被动或主动;耗能较多，较慢(10000- 100000 个/S);单向、多种离子同向或反向运输(三)离子泵运输(ion pump transport) 1.机理:ATPADP+P+E离子泵离子吸收 离子泵主要有：质子泵和 Ca 泵(1)质子泵(proton pump ):H泵 ATP 酶或 HATP 酶原理：H-ATP 酶 活动电化学势(质子浓度、膜电位)梯度H 泵出膜外，A 泵入；且 B 随 H 扩 散 入. 注：生电质子泵(electrogenic proton pump)的工作机理.(2)钙泵(calcium pump ) :Ca-ATP 或(Ca,

15、Mg)-ATP 酶原理：Ca-ATP 酶ATPADP+PCa 被泵出膜外2.特点:均需主动运输(四)胞饮作用(pinocytosis,最早发现于动物细胞)吸收对象：分子或离子、H2O胞饮方式：1.膜内消化;2. 跨膜运输 . 注：细胞吸收中运输蛋白的种类1.离子通道蛋白2.载体蛋白3.质子泵蛋白. 第三节 植物对矿质元素的吸收 植物吸收矿质元素的部位:叶片,根系. 一、植物吸收矿质元素的特点(一)对盐分和水分的相对吸收 (二)离子的选择吸收(selective absorption)1.对同一溶液中不同离子吸收的差异2.对同一盐的阴、阳离子吸收的差异(1)生理酸性盐,如（）(2)生理碱性盐,如（）(3)生理中性盐,如 (三)单盐毒害和离子对抗1.单盐毒害(toxicity of single salt)：症状：根停止生长，生长 cell 壁粘液化2.离子拮抗(ion antagonism)3.平衡溶液(balanced solution) 二、根部对溶液中矿质元素的吸收过程(一)离子吸附在根部细胞表面方式：交换吸附(二)离子进入根部内部 三、根部对被土粒吸附着的矿质元素的吸收 四、影响根系吸收矿质元素的条件 五、植物地上部分对矿质元