《生长生理》PPT课件.ppt

第九章 植物的生长生理,第一节 种子的萌发 ,第二节 细胞的生长和分化,第三节 植物的生长 ,第四节 植物的运动,植物生长（ plant growth）: 植物在体积和重量上的不可逆增加过程。是由细胞分裂、细胞伸长以及原生质体、细胞壁的增长引起的。,第一节 种子的萌发 ,2、种子生活力,种子生活力（seed viability）：指种子能够萌发的潜在能力或种胚具有的生命力。 鉴定种子生活力的方法： （1）利用组织还原能力（TTC-氯化三苯基四氮唑染色法）,3、种子活力,二、影响种子萌发的外界条件 ,1、足够的水分 吸水是种子萌发的第一步： （1）水分使种皮膨胀软化，氧易透过种皮，增加胚的呼吸，胚根易突破种皮 （2）水分使原生质从凝胶态转变为溶胶态，代谢水平提高。 豆类作物种子吸水量较禾谷类大。吸水速度与温度有关。,表8.1 各种主要作物种子萌发时的最低吸水量（占风干重的百分率）,表8.2 几种作物种子萌发的温度三基点,4、光 有的种子萌发需光,需光种子：光下才能萌发的种子， 如莴苣、烟草、多数杂草种子。 需暗种子：光抑制种子萌发，如 茄子、番茄、瓜类种子。 对光不敏感种子：有光无光都可 萌发， 如大多数农作物种子。,三、种子萌发时的生理生化变化 ,2、呼吸作用的变化,在吸水的第一和第二阶段，CO2的产生大大超过O2的消耗 无氧呼吸；吸水的第三阶段，O2的消耗大于CO2的释放 有氧呼吸。大量产生ATP，如小麦吸水30分钟，ATP增加5倍。,3、酶的变化,（1）活化长寿的mRNA 新蛋白质 新酶,1）、酶原的活化：种子吸胀后立即出现， 如：-淀粉E、磷酸酯酶、支链淀粉葡萄糖苷酶、以及呼吸作用有关的酶。 2）、重新合成：如-淀粉E 两种途径：,（2）新合成的mRNA 新蛋白质 新酶,4、主要有机物的变化 1）碳水化合物 淀粉蓝糊精红糊精无色糊精麦芽糖 葡萄糖 兰色 兰 红 无 去分支酶:如R酶水解-1,6糖苷键. 其次,淀粉磷酸化酶把淀粉水解为葡萄糖-1-磷酸,在萌发初期起主要作用. 2）脂肪 油料作物的种子（如花生）在萌发时 TCA cycle 甘油磷酸甘油DHAPEMP途径 脂肪 TCA cycle 脂肪酸 乙酰CoA 乙醛酸循环 蔗糖,淀粉酶-amylase(糊精);-amylase(麦芽糖),麦芽糖酶,加碘,氧化,3）蛋白质 贮存蛋白AA酰胺 -酮酸运 到新合成的器官AA 新蛋白质； 贮存蛋白AA 有机酸,脱氨作用,NH3,呼吸代谢,酰胺,贮藏物质的动员,蛋白质 新的氨基酸 N 酰胺等 CO2 有机酸 幼苗 细胞壁物质 糖类 重建 膜 脂类 运输 贮藏物质 脂肪 乙醛酸循环 淀粉 糖类 蔗糖 种子 有机酸 CO2 分解 Pr aa N 酰胺、其它氮素 运输化合物,7、种子预处理与种子萌发调节 播种活力高的种子是提高产量的必要条件。 而成熟的种子处于脱水状态，并随着种子的采收、加工、储藏、运输等以不同的速度劣变，活力水平逐渐下降。 用PEG渗透处理种子，可以缩短出苗时间，提高幼苗的整齐度。,第二节 细胞的生长和分化,植物的生长是以细胞的生长为基础 通过细胞分裂增加细胞数目，通过细胞伸长增加细胞的体积，通过细胞分化形成不同的组织和器官。 细胞的生长和分化分三个時期： 细胞分裂期、细胞伸长期、细胞分化期,图8.3 细胞周期示意图（引自李合生，2002）,2、植物激素：GA解除DNA抑制状态和促进DNA合成，CTK促进蛋白质合成及调节细胞质分裂，IAA促进rRNA的合成。,3、维生素：特别是B组维生素，缺乏时，细胞不能分裂。,4、氧气：缺氧，影响能量供应,另外多胺也能促进细胞分裂。,3、影响细胞分化的因素,2、植物激素 CTK/IAA比值：高，芽；低，根；中等，不分化。 乙烯也能促进根的形成，高浓度的GA则抑制根的形成。 IAA/GA比值高木质部；低韧皮部。 3、光照,四、组织培养,意义：可以研究外植体在不受其它部分干扰的情况下的生长和分化规律；可用各种培养条件影响外植体的生长和分化，以解决理论上和生产上的问题。 优点：1、取材少 2、人为控制条件 3、周期短 4、管理方便 ，利于自动化。,（二）、意义与优点,1、外植体的选择 用于进行组织培养的离体组织、器官或细胞叫作外植体（explant）。一般认为，植物的任何部分都可进行组织培养，但对于不同的植物取材最好因植物而异：如兰科用茎尖、旋花科用根、秋海棠及茄科用叶。因此，在植物组织培养中，要根据研究目标，有针对性地选择外植体。 2、培养基的配制： 成分： 无机物：C H O N P S K Ca Mg Fe Mo Zn Cu B,B. 碳源：一般用蔗糖，浓度24% C. 维生素：硫胺素必需，可加烟酸、VB6、肌醇 起调节作用。 D. 有机辅加物：氨基酸、椰子乳、酵母汁 E. 生长调节物质：2,4-D、NAA、KT、ZT、BA等 类型： A：液体： B：固体：在高压灭菌时加入0.60.8的琼脂，冷却后即成固体培养基。 常用培养基：MS、B5 N6等(表8.4）。,表8.4 几种常用培养基的配方（mg/L）,接下张,续表8.4,3. 接种和培养： 无菌:灭菌(外植体;培养基及工具;操作间;操作者;操作（接种） 适当温度：2527 适当光照,脱分化,再分化,（四）培养基的成分,1、无机营养物：大量元素和微量元素 2、碳源：蔗糖，维持细胞的渗透压 3、维生素：B1(必需)， B6 、烟酸、肌醇 (对生长起促进作用) 4、生长调节物质：2，4-D，NAA，KT等 5、有机附加物：Gly、酵母汁、椰子乳、水解乳蛋白等。,凝固剂：琼脂 0.6-1.0% ； pH5-6 ; 灭菌: 压力0.8-0.9 Kg.cm-2, 15-20分钟 培养温度：24-28；有的要求昼夜温差，如花、果实，昼温23-25，夜温15-17 光照：1000-3000Lx 注意通气,其它条件 ：,第三节 植物的生长 ,一、植物生长的周期性 （一）生长大周期 生长大周期（grand period growth）：植物在不同生育时期的生长速率表现出慢快慢的变化规律，呈现“S”型的生长曲线。,（二）植物生长的温周期性,（三）植物生长的季节周期性,季节周期性：植物的生长在一年四季中发生规律性的变化。 原因：植物生长受外界因素（光、温、水等）的影响不同。 如年轮的形成 植物生长的季节周期性是植物对环境周期性变化的适应。,二、植物生长的相关性 ,(2).生殖器官的生长抑制营养器官的生长。,如: 一次性开花植物 水稻、竹子 果树的大小年现象。 在生产上，利用营养生长与生殖生长的相关性制定相应措施。,三、外界条件对植物生长的影响,（二）水分对植物生长的影响 植物体缺水时，细胞分裂和细胞伸长都受到影响，但细胞伸长对缺水更敏感（干根湿苗）。 如小麦、水稻的抽穗，主要是穗下节间的伸长，此期严重缺水，穗子抽不出或不完全抽出。 土壤水足，叶片大而薄；缺水，叶小而厚。,（1）、光抑制茎的生长,直接作作用：,a、光照使自由IAA转变为结合态IAA。 b、光照提高IAA氧化E 活性，加速IAA的分解。,原因：,2、光质对植物生长的影响 红光、蓝紫光抑制植物生长,紫外光抑制作用更明显。 原因：红光增加细胞质 Ca2+，活化CaM，分泌Ca2+到细胞壁，细胞伸长受到抑制。,一、向性运动,向性运动：指植物的某些器官由于受到外界环境的单向刺激而产生的运动 。 向性运动是生长性运动,感受（感受感受外界刺激） 传导（将感受到的信息传导到向性发生的细胞） 反应（接受信息后，弯曲生长）,向性运动包括三个步骤：,向光性：指植物随光的方向而弯曲的能力。 正向光性：地上部分 负向光性：某些根 横向光性：器官生长与光垂直 对向光性反应最有效的光是短波光，红光无效。,（一）向光性,1、生长素分布不均匀 植物的向光弯曲与生长素在向光面与背光面的不均匀分布有关。其原因是单侧光引起器官尖端不同部分产生电势差，向光的一侧带负电荷，背光的一侧带正电荷，吸引IAA-向背光侧移动，导致背光侧的IAA多，生长快，植物向光弯曲。 2、 抑制物质分布不均匀,植物产生向光性反应的原因：,（二）向重力性,向重力性：指植物在重力的影响下，保持一定方向生长的特性 正向重力性：根顺着重力方向向下生长 负向重力性：茎背离重力方向向上生长 横向重力性：地下茎水平方向生长,1、平衡石的作用 认为在根冠、胚芽鞘尖和茎的内皮层细胞中有比重较大的淀粉体分布，受重力影响而沉积在细胞底部，起平衡石的作用。它总是移向与重力方向垂直的一边，对细胞质膜产生一种压力，这种压力就是被细胞感受的一种刺激，细胞感知后引起不均衡生长。,植物产生向重力性的原因：,2、 IAA、Ca2+的作用： 根横放时，平衡石下沉在细胞下侧内质网上，诱导内质网释放Ca2+到细胞质， Ca2+与CaM结合活化Ca泵和IAA泵，使根下侧积累较多的Ca和IAA，根上、下侧生长速度不一样，从而产生向重力性。 3、ABA的作用,图8.13 两栖焊菜（Rorica amphilia）根冠中的淀粉粒（引自曾广文等，2000）,细胞感受到由于平衡石的“沉降”而带来的刺激后，如何导致器官的弯曲生长呢？一般认为，向重力性导致的弯曲生长是由于生长素、ABA和Ca2+的不均匀分布引起的。当植株水平放置时，由于重力的作用，器官上侧的带负电荷，下侧带正电荷。带负电荷的生长素于是就向下移动。由于根对生长素很敏感，微量的生长素促进根的生长，生长素稍多时，根的生长就受到抑制，呈正向重力性。与此相反，由于茎对生长素不敏感，因而茎横放时，下侧的生长将由于生长素的增多而加快，茎就向上弯曲生长，呈负向重力性。 ABA则相反。,图 8.14 不同处理对玉米根弯曲生长的影响（引自曾广文等，2000） A、C 生长部位上下方分别插入云母片，将B、D的根冠各切去一半。结果，A、B处理都向下弯曲，A向下弯曲大于B，C、D处理都向上弯曲，C 向上弯曲略小于D,图8.15 Ca2+ 对玉米根向重力性反应的影响（引自Poovaiah，1987） （a）涂在根冠上的EDTA妨碍向重力性反应；（b）EDTA预处理后涂上Ca2+恢复向重力性反应；（c）Ca2+涂在根冠一侧引起向Ca2+侧 弯曲； （d）EDTA涂在根冠一侧引起偏离EDTA弯曲,综上所述，结合平衡石、生长素、Ca2+ 、钙调素和脱落酸等对向重力性的影响，有人提出向重力性的机理：根横放时，平衡石“沉降”到细胞下侧的内质网上，产生压力，诱发内质网释放Ca2+ 到细胞质中，Ca2+ 和钙调素结合，激活细胞下侧的生长素泵和钙泵，引起细胞下侧生长素和Ca2+ 的积累。以此同时，在横放根的下侧积累较多的ABA或过多IAA，从而抑制下侧的生长，引起根尖向下弯曲生长。,图8.16 向重力性的机理（引自潘瑞炽，2001） 1、根冠的淀粉体受到重力影响，向下运动压在内质网上；2、诱使内质网将Ca2+释放出来；3、Ca2+与钙调素结合，呈激活状态；4、激活钙泵和生长素泵；5、前者将Ca2+运到细胞壁，后者将生长素运到细胞壁。生长素大部分分布在根的下侧，Ca2+也促进生长素返回伸长区下侧，这样，下侧生长素过多，抑制伸长区伸长，而上侧生长素较少，生长正常。由于上侧生长快，下侧生长慢，所以根就向重力方向弯曲生长,（三）向化性 向化性：由于某些化学物质在植物体内外分布不均匀所引起的向性生长。,二、感性运动,（一）感夜性,感夜性：某些植物的叶子白天高挺张开，晚上合拢或下垂。 感夜运动是由光暗的变化引起的。感受光暗信号的色素是光敏色素。 偏上性：叶片或花瓣的上部生长比下部快，向下弯曲生长。 偏下性：叶片或花瓣的下部生长比上部快，向上弯曲生长。,三、生理钟,生理钟：指植物内生节奏调节的近似24小时的周期性变化节律。 生理钟是植体内的一种测时机制，植物借助生理钟准确地进行测时过程。 ，以保