植物生理学生长生理

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1、,第十章 植物的生长生理,第一节 种子萌发的生理 第二节 细胞生长的生理 第三节 植物营养器官生长 第四节 植物生长的相关性 第五节 植物的运动,第一节 种子的萌发,一、种子萌发(Seed germination)的外界条件 1、水分(Water) 水在种子萌发中的作用：软化种皮、物质代谢和运输 2、温度(Temperature)： 影响酶的活性 3、氧气(Oxyzen)：呼吸 另外有些种子还需要 4、光(Light): 需光种子：如莴苣，烟草，拟南芥等。 嫌光种子：西瓜属，黑种草属。 光质：红光，远红光,水在种子萌发中的作用 软化种皮易透氧，易于胚根突破种皮； 使细胞质转变为溶胶状态，加强代

2、谢，胚乳储藏物质在酶的作用下转为可溶，供幼小器官生长用； 促进可溶性物质运输到幼芽、幼根，形成结构有机物。,返回,图9-2莴苣种子在黑暗、红光和远红光下萌发情况,黑暗,红光,远红光,表9-1 交替暴露在红光 (R)和远红光(FR)下莴苣种子萌发情况,光处理 萌发率（%）,光处理 萌发率（%）,R 70 R-FR 6 R-FR-R 74,R -FR-R-FR 6 R -FR-R-FR -R 76 R -FR-R-FR -R FR 7,二、种子萌发的生理生化变化 萌发的基本过程： 吸水 储存物质水解 运输 细胞分裂 胚根、胚芽出现 1、 种子的吸水 2、 呼吸作用的变化和酶的形成 3、 有机物的转

3、变,1、 种子的吸水 分3个阶段 急剧的吸水：物理吸涨作用 吸水的停止：细胞利用已吸收的水分进行代谢作用。 又迅速吸水： 胚根长出后，胚迅速长大，细胞体积 加大，是与代谢相连的渗透性吸水。,含 水 0.3 量 0.2 （g） 0.1 75 呼 50 吸 25 (l/h) 胚根露出 0 12 24 36 48 发芽时数（h） 图 豌豆发芽过程中的呼吸作用和含水量的变化,2、 呼吸作用的变化和酶的形成 主要由无氧呼吸 有氧呼吸 酶由束缚态 自由态 通过核酸诱导合成的蛋白质形成新的酶,3、有机物的转变： 储藏物质分解为小分子物质运往胚。 碳水化合物的转变 参与淀粉分解酶类： -淀粉酶、-淀粉酶、 脱

4、支酶(R酶) 、 淀粉磷酸化酶(P 酶) 胚中GA糊粉层淀粉酶基因表达,葡萄糖 + 葡萄糖-1-磷酸, 脂肪的转变 脂肪 甘油+脂肪酸(脂肪酶的自我催化) 脂肪酸 乙醛酸循环 乙酰辅酶A 琥珀酸 TCA循环 苹果酸 草酰乙酸 磷酸烯醇式丙酮酸 葡萄糖 蛋白质的转变 蛋白质氨基酸酰胺、其它含N化合物,脂肪酶,图10-4 萌发种子中物质的转化,蔗糖,CO2,CO2,三、种子的寿命 定义：指从种子成熟到失去发芽力的时间。 影响种子寿命的因素：低温、干燥。 顽拗性种子：寿命短，不耐脱水干燥，不耐零上低温，如荔枝，龙眼，椰子，芒果等。,第二节 细胞生长的生理,定义： 1、生长(Growth) 在发育过程

5、中，细胞、器官或有机体的数目、大小及重量的不可逆的增加。 2、分化(Differentiation) 来自同一个合子或遗传上同质的细胞转化为形态、结构和功能上异质的细胞的过程。 胚胎发生，营养器官发生，生殖器官发生 3、发育(Development) 在植物生命周期过程中，植物发生大小、形态、结构、功能上的变化，这就是发育。发育包括生长和分化两个方面。,一、细胞分裂的生理,(一)细胞分裂周期 新生的持续分裂的细胞从第一次 分裂形成的细胞到下一次再分裂成为 两个子细胞为止所经历的过程。 包括分裂期（M期）和分裂间期,(二)细胞周期的控制 关键酶是依赖于细胞周期蛋白的 蛋白激酶（CDK）,细胞分裂

6、周期,一般为10 - 30 h,(四)激素对细胞周期的影响 IAA、CTK、GA：加快细胞分裂。,(三)细胞分裂的特点 （补充） 大量合成蛋白质与核酸，细胞不断 分裂，数目增加，体积变化不大。,二、细胞伸长的生理,(一)特点 形成大液泡，细胞体积迅速增大。,(二)生理变化 呼吸速率加快、核酸、蛋白质合成增加，纤维素等构成胞壁的物质合成也增多。,(三)生长素的酸生长假说： （重点） 生长素诱导细胞壁酸化并使其可 塑性增大而导致细胞伸长的理论。,(四)细胞伸长与赤霉素 GA提高木葡聚糖内转糖基酶（XET） 活性，增加细胞壁伸展性，细胞伸长。,喷施GA增加菊花、唐菖蒲等茎的生长。,三、细胞分化的机理

7、 细胞全能性 是指任何一个有核的植物细胞，都具备母体的全部基因，在适宜的条件下可以发育成完整植物植株，这个性质叫细胞全能性。 细胞全能性是细胞分化的基础， 细胞分化是细胞全能性的具体体现。,分化是受环境因素和内因调控的，在一定条件下全部基因组中部分基因活化，部分基因关闭，导致胞内生理生化反应改变，即出现外部形态和功能上的变化，称为分化。 已分化细胞若脱离原来的环境而独立存在时，往往可以再次表现出全能性，可再行发育成完整植株，即由单化细胞分裂成多个细胞，形成愈伤组织，再分化发育成完整植株。,全能性与分化,极性 是植物分化的一个基本现象，通常是指在器官、组织甚至细胞中在不同的轴向上存在某种形态结构

8、和生理生化上的梯度差异。 极性造成不均等分裂。 极性是分化的第一步： 极性胞质不均匀分布不均等分裂代谢物不均匀分配基因表达变化分化,荠菜胚的形成 A-B.受精卵的第一次不均等分裂； C-H.胚与胚柄的形成； I.球状胚； J-K.由于球状胚近胚柄处的胚细胞垂周分裂，形成心形胚，出现叶和根的分化，近胚柄侧形成胚根； L.鱼雷形胚； M.成熟胚，具有子叶、胚根、胚芽，胚内有维管束。,极性导致的不均等分裂是发育分化得以实现的重要途径,A.形态学上端,B.形态学下端,柳树枝条的极性,影响分化的条件 糖: 丁香髓愈伤组织 低糖浓度：形成木质部 中糖浓度：木质部、韧皮部、形成层（2.53.5g/L） 高糖

9、浓度：形成韧皮部 光 黄化幼苗的组织分化很差。 植物激素 细胞分裂素/生长素： 高芽，低根，中不分化，无不生长； 丁香髓愈伤组织中加入适量生长素和细胞分裂素，可以诱导分化出木质部。 低浓度2,4-D可促进胚胎原始细胞形成，抑制胚状体进一步发育。,四、组织培养(tissue culture) 是指在无菌条件下，分离并在培养基中培养离体植物组织（器官或细胞）的技术。 组织培养的理论基础是植物细胞具有全能性。 1. 优点 可研究外植体在不受植物体其它部分干扰下的生长和分化规律。 可用各种培养条件影响它们的生长和分化，以解决理论上和生产上的问题。,2.特点 取材少，培养材料经济。 人为控制培养条件，不

10、受自然条件影响。 生长周期短，繁殖率高。 管理方便，利于自动化控制。, 3. 培养条件： （1）完全无菌：材料、培养基 （2）培养基成分： A、无机营养物：无机盐类 B、碳源：以蔗糖为主，带用浓度2-4% C、维生素：不同材料对vit种类、数量要求不同。硫胺素 是必需的，其他如烟酸、维生素B6和肌醇等。 D、生长调节剂：必须是人工合成、稳定、耐热物质。如 2,4-D和NAA等。 E、有机附加物：非必需物质，如氨基酸、椰子乳汁等。 （3）温度：25-27 （4）光：依不同培养而定。,4. 概念： 外植体：从植株上取下的一块组织或一团细胞。 脱分化：已经分化的细胞，失去原有的形态和机能，又恢复到没

11、有分化的无组织的细胞团或愈伤组织，这个过程称为脱分化。 再分化：由脱分化状态的细胞再度分化形成另一种或几种类型的细胞的过程，称为再分化。 胚状体：在特定条件下,由植物体细胞分化形成的类似于合子胚的结构。又称体细胞胚或体胚。胚状体由于具有根茎两个极性结构，因此可一次性再生出完整植株。,植物体 外植体 愈伤组织 茎 根 5.应用 单倍体育种 快繁良种 培育无病毒种苗，如脱毒马铃薯 药用植物和次生物质的工业化生产，如抗癌药物、生物碱、调味品、香料、色素等,植株,生长点,第三节 植物营养器官的生长,1.控制茎生长最重要的组织 顶端分生组织、近顶端分生组织。,2.生长大周期 整个生长过程中，生长速率表现

12、出 慢-快-慢的规律。,一、营养器官的生长特性 (一)茎的生长特性,3.有顶端优势现象,株 160 高 120 (cm) 80 40 0 生 6.0 长 4.0 速 2.0 度 0 (cmd-1) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 种植后时间（d） 图10-8 玉米株高生长曲线,(二)根的生长特性 具有生长大周期和顶端优势。,移栽时进行断根(切除主根) ，促 发侧根，利于成活。,枝插、叶插、压条繁殖利用的是能 长出不定根的特性。,(三)叶的生长特性,1.双子叶植物的叶子全叶均匀生长,2.单子叶植物叶片基部保持生长能力,如韭菜、葱叶片被切断后，很快长出新的。,(一)温度,

13、2.生长的最适温度：生长最快的温度。,二、影响营养器官生长的条件,3.协调的最适温度：比生长的最适温度 略低的温度。 (用于生产),1.温度三基点：(温带植物)最低(510)、 最适(2535)、 最高温度(3540)。,4.生长的温周期现象：植物对昼夜温度周期 性变化的反应。,昼温高夜温低，利于植物生长发育。,3.抑制多种作物根的生长（促进根内ABA 合成）,1.促进幼苗发育（使卷曲叶片展开）,(二)光,2.抑制茎的伸长生长（高山植物长得矮小， 密度过大时茎细而长易倒伏）,(三)水分 影响细胞分裂和伸长,(四)矿质营养,(五)植物激素,第四节 植物生长的相关性,生长的相关性 植物各部分间在生长上既相互制约，又相互依赖、相互促进的现象。 主要包括根和地上部的相关、主茎和侧枝的相关、营养生长和生殖生长的相关等。,一、根与地上部生长的相关性 1 生理基础 地上部所需要的水分和矿物质主要是由根系供应的。 根部是全株的CTK 合成中心，然后运输到地上部去。 根系还能合成植物碱等含氮化合物。 地上部为根系提供糖分、维生素B1等。 根系与地上部既相互联系，又相互制约。 “根深叶茂” “本固枝荣” 2 根冠比 植物地下部分与地上部分干重或鲜重之比。它能反应植物的生长状况以及环境条件对地上部与地下部生长的不同影响。 生产上通过根冠比调节植物地上、地下的生长。,