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1、 - 1 - 植物生理学考研讲义 绪绪 论论 一一 植物生理学的定义和内容植物生理学的定义和内容 研究植物生命活动规律和机理及其与环境相互关系的科学。 植物生命活动：植物生命活动：从种子开始到形成种子的过程中所进行的一切生理活动。 植物生命活动形式：植物生命活动形式：代谢过程、生长发育过程、植物对环境的反应 植物生命活动的实质：物质转化、能量转化、信息转化、形态建成、类型变异 1 1 物质转化物质转化体外无机物H2O、CO2、矿质（根叶）体内有机物蛋白质 核酸 脂肪、碳水化合物 体外 无机物CO2 H2O植物再利用 2 2 能量转化能量转化 光能（光子）电能（高能电子）不稳定化学能（ATP，N
2、ADPH）稳定化学能（有机物）热能、渗透 能、机械能、 电能 3 3 信息转化信息转化 1物理信息：环境因子光、温、水、气 2化学信息：内源激素、某些特异蛋白（钙调蛋白、光敏色素、膜结合酶）3遗传信息：核酸 4 4 形态建成形态建成 种子 营养体（根茎叶） 开花 结果 种子 5 5 类型变异类型变异植物对复杂生态条件和特殊环境变化的综合反应 植物生命活动的植物生命活动的“三性三性” v 植物的整体性 v 植物和环境的统一性 v 植物的变化发展性 植物生命活动的特殊性植物生命活动的特殊性 1 有无限生长的特性 2 生活的自养性 3 植物细胞的全能性和植株的再生能力强 4 具有较强的抗性和适应性
3、5 植物对无机物的固定能力强 6 植物具有发达的维管束植物生理学的内容植物生理学的内容 1、植物细胞结构及功能生理 2、代谢生理 ：水分代谢、矿质营养、光合作用、呼吸作用等 3、生长发育生理：种子萌发、营养生长生理、 生殖生理、成熟衰老 4、环境生理（抗性生理）以上的基本关系以上的基本关系 光合、呼吸作用 生长、分化 水分、矿物质运输 发育、成熟 (功能代谢生理) (发育生理) 环境因子（抗性生理）(温、光、水、气) 二二 植物生理学的产生与发展植物生理学的产生与发展 （一）萌芽阶段（一）萌芽阶段（1616 以前世纪）以前世纪） *甲骨文：作物、水分与太阳的关系 *战国时期：多粪肥田 *西汉：
4、施肥方式 - 2 - *西周：土壤分三等九级 *齐民要术：植物对矿物质及水分的要求 轮作法、 “七九闷麦法” （1 1） 科学植物生理学阶段科学植物生理学阶段 1.1.科学植物生理学的开端（科学植物生理学的开端（17181718 世纪）世纪） 1627 年，荷兰 Van Helmont ，水与植物的关系 1699 年，英国 Wood Ward，营养来自土壤和水 18 世纪，Hales,植物从大气获得营养 1771 年，英国 Priestley 发现植物绿色部分可放氧 2 2年，年， 瑞士 De Saussure，灰分与生长的关系 2.2.植物生理学的奠基与成长阶段（植物生理学的奠基与成长阶段（
5、1919 世纪）世纪） 1840 年，德国 Liebig 建立矿质营养说。 1840 年，Liebig 的化学在农学和生理学上的应用一书问世 和他同时代的法国学者 G.Boussingault 证明植物不能利用空气中的 N2 Liebig 和 G .Boussingault 工作是植物生理学成为独立学科标志 1859 年，Knop 和 WPfeffer 用溶液培养法证明植物生长需要营养。 19 世纪后半期，植物生理学飞跃发展，光合、有机物形成、呼吸等进行了全面的研究 。 1882，Sachs 出版第一本植物生理学讲义 1902， 弟子 Pfeffer出版三卷本 植物生理学 植物生理学奠基人：
6、Sachs 。 植物生理学两大先驱： Pfeffer ， Sachs （三）现代植物生理学阶段（三）现代植物生理学阶段 从二十世纪至今，物理、化学等学科的发展及先进技术（原子物理、电子计算机等）应用，从结构、功能、 不同层次进行研究，对植物生理学的一些机理问题，有了新认识、新概念、新观点。 v 1958，Sterward 细胞全能性实验论证 v 光合作用光、暗反应，光呼吸，C3、C4、CAM 植物发现 v 钙调素研究 三三 我国植物生理学发展概况我国植物生理学发展概况 （1） 19491949 年以前年以前 1917 年钱崇澍在国外刊物发表了钡、锶及铈对水绵的特殊作用的论文。 其后在各大学讲授
7、植物生理 学，是我国植物生理学的启业人。 20 世纪 20 年代末，罗宗洛、汤佩松、李继桐先后回国,分别在中山大学、武汉大学、南开大学建立了植物 生理学教学和实验室，是我国植物生理学的奠基人 （2） 19491949 年至今年至今- 植物生理学发展快，有了专门的研究单位和刊物，有些方面在国际上研究较早和领先 殷宏章的作物群体生理研究 沈允钢证明光合磷酸化中高能态存在的研究 汤佩松等提出的呼吸途经多样性的论证 娄成后对植物细胞原生质的胞间运动研究等。 四、植物生理学的展望四、植物生理学的展望 （一）（一）2020 世纪世纪 8080 年代以来发展特点年代以来发展特点 1 研究层次越来越宽广 微观
8、群体个体器官组织细胞亚细胞分子原子 宏观个体群体群落生物圈 2 研究手段的现代化 3 学科间相互渗透 - 3 - 4 理论联系实际 （二）植物生理学的展望（二）植物生理学的展望 1 1 植物生理学本身的发展植物生理学本身的发展 物质的转变; 能量的转变; 信息的传递 2 2 植物生理学的应用研究植物生理学的应用研究 *世界面临的五大问题：粮食、能源、资源、环境、人口都与植物生理学有关。 *组织培养技术、植物激素的应用 v 植物生理学是一门基础学科，更是农业科学的基础理论，其最终目的是 要运用理论去认识、改造自然，用于实践，造福人类，它为植物的栽培、改良与培育等提供了理论依据， 并能不断地提出控
9、制植物生长发育的有效方法。 3 3、2121 世纪植物生理学发展前景世纪植物生理学发展前景 “功能基因组”的研究：研究与调控机理、作物重要农艺性状（如抗旱、抗病、产量与品质）表达密切相 关的基因功能及相互作用。 从“基因表达”到“性状表达”的过程是复杂的生理生化过程，而植物生理学正是在不同水平上研究这 些复杂生命过程及调控机理， 是基因水平研究与性状表达之间的“桥梁” 。为植物生物技术、农作物耕作 栽培、作物和经济植物新品种的培育、生态与环境保护、以植物为材料或对象的药物生产和食品加工贮藏 等应用科学研究提供理论指导和技术支撑。 五、五、 植物生理学学习方法植物生理学学习方法 1 、辨证唯物主
10、义观点 生理过程是一种矛盾运动;生理过程受内因和外因的影响 抓主要矛盾和矛盾的主要方面;事物是一分为二的 2 、实践的观点; 3 、进化发展的观点 思考题思考题 什么叫植物生理学？其研究内容和任务是什么？ 植物生理学是如何诞生和发展的？从中可以得到哪些启示？ 21 纪植物生理学发展特点及前景？ 中国的植物生理学的过去、现在和未来？ 如何才能学好植物生理学？ 本课程的重点：本课程的重点： 植物的代谢生理:水分代谢、矿质代谢、光合作用、呼吸代谢以及有机物的运输过程和机理 植物生长发育的调控：生长物质的种类、特点、生理作用；光的形态建成； 植物生长发育生理:主要掌握生长的基本规律，花诱导、种子果实成
11、熟生理。 本课程的难点：本课程的难点： 植物细胞对水分的吸收机理； 植物细胞对矿质的吸收机理； 光合作用的机理； 呼吸代谢的多样性； 有机物运输的机理； 植物细胞信号转导； 光敏色素对形态建成的调控； 光周期及春化作用对开花的诱导 第一章植物的水分代谢第一章植物的水分代谢 - 4 - 水分代谢过程: 吸收、运输、散失 【重、难点提示】6 课时讲授 植物水分代谢的过程；细胞吸水的方式与原理；根系吸收和运输水分的动力；水势的概念及组成；气 孔运动的机理；蒸腾作用的原理。 第一节第一节 水在植物生命中的意义水在植物生命中的意义 一、水的主要性质一、水的主要性质 极性；粘附力、内聚力、表面张力；高汽化
12、热；高比热、高导热性；高介电常数；透水性好。 二、水的生理生态作用二、水的生理生态作用 1、水是细胞质的主要成分 2、水是代谢过程的反应物质 3、水是物质吸收和运输的良好溶剂 4、水维持细胞的紧张度 5、水的理化性质给植物生命活动提供各种有利条件 6、水能调节植物周围的小气候： 以水调温 以水调肥 以水调气 以水调湿 三、水分在植物体内存在状况三、水分在植物体内存在状况 1 1 植物体的含水量：植物体的含水量：不同种类、器官、年龄不同 2 2 水分存在形式：水分存在形式：自由水、束缚水 束缚水束缚水- -被原生质胶体吸附不易流动的水 特性：特性：*不能自由移动，含量变化小，不易散失 *冰点低，
13、不起溶剂作用 *决定原生质胶体稳定性 *与植物抗逆性有关 自由水自由水- -在植物体内距离原生质胶粒较远、可自由流动的水。 特性：特性：*不被吸附或吸附很松，含量变化大 *冰点为零，起溶剂作用 *与代谢强度有关 自由水/束缚水：比值大，代谢强、抗性弱； 比值小，代谢弱、抗性强 3 3 植物的需水量：植物的需水量：植物每制造 1 克干物质所消耗的水量。休眠种子和越冬植物体内的自由水/束缚水比值低 第二节第二节 植物细胞对水分的吸收植物细胞对水分的吸收 植物细胞吸收水分的三种形式: 1.吸胀吸水：亲水物质吸胀作用，没有液泡细胞 2.渗透吸水：渗透作用吸水，有液泡细胞,主要方式 3 代谢吸水：需代谢
14、提供能量 现用教材：植物细胞吸水的三种方式是扩散、集流、渗透作用 一、一、 扩散与集流扩散与集流 1 1、扩散作用、扩散作用由分子的热运动所造成的物质从浓度高处向浓度低处移动的过程。 特点：顺浓度梯度进行；适于短距离运输（胞内跨膜或胞间） 2 2、集、集 流流- -指液体中成群的原子或分子在压力梯度下共同移动的现象。 如：水在水管中的移动，水在木质部导管中的远距离运输，水从土壤溶液流入植物体 特点：特点：顺压力梯度进行；通过膜上的水孔蛋白形成的水通道 二、二、 植物细胞的渗透性吸水植物细胞的渗透性吸水 - 5 - 渗透作用定义：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。 半透膜半透
15、膜只允许水等小分子通过，其它溶质分子或离子不易通过的膜。 （一）（一） 相关概念相关概念 1.1.自由能自由能- -对生物而言，能用于生物做功的能。 2.2.化学势化学势- -在恒温、恒压、其它组分不变的条件下，在无限大的体系中加入 1mol 该物质引起体系自由能 的改变量。 1mol 该物质所含的自由能。 3 3、水的偏摩尔体积、水的偏摩尔体积- -在温度、压强及其它组分不变的条件下，在无限大的体系中加入 1mol 水时，该 1mol 水所占的有效体积（Vw) 注：*1mol 纯物质所占体积为摩尔体积 V，水为 18.0cm3 *1mol 某物质在一个混合体系中所占的体积为偏摩尔体积 V 水势水势水势水势( ( W)W)每偏摩尔体积水在一个系统中的化学势与纯水在 相同温度、压力下的化学势之间的差。即每偏摩尔体积水的化学势。 W=水的化学势 W纯水的化学势 W0/偏摩尔体积 VW= W / VW。 W 单位：1 巴（bar）=0.987 大气压 （atm） =105帕（Pa）=0.1 兆帕（MPa） 说明：说明：水势是自由能的量度，水的自由能越多水势越大，纯水水势最大，为 0 水总是从水势高处向水势低处流 *温度越高，水势越大 *压力越大，水势越大 *溶液越浓，水势越小 （二）（二） 植物细胞是一个渗透系统植物细胞是一个渗透系统 细胞壁：
