植物生理学绪论.PPT

1、1植物生理学植物生理学plant physiologyplant physiology2卫星图片中国地图卫星图片中国地图环境危机环境危机3江山多娇江山多娇4吃荤的植物 猪笼草Nepenthes mirabilis (Lour.) Druce 猪笼草在自然界猪笼草常常平卧生长，叶的构造复杂，分叶柄，叶身和卷须，卷须尾部扩大并反卷形成瓶状，可捕食昆虫。猪笼草具有总状花序，开绿色或紫色小花。 猪笼草叶顶的瓶状体是捕食昆虫的工具。瓶状体开口边缘和瓶盖复面能分泌蜜汁，引诱昆虫。瓶口光滑，待昆虫滑落瓶内，被瓶底分泌的液体淹死，并分解虫体营养物质，逐渐消化吸收。有趣性有趣性5会运动的植物 l白睡莲Nymph

2、aea alba Linn l随着太阳落下花朵会渐渐关闭 含羞草Mimosa pudica Linn 含羞草在受到外界触动时，叶会下垂，小叶片合闭 舞 草Desmodium gyrans (Linn.) DC舞草属豆科，舞草属当人们对它讲话或唱歌，小叶片会左右舞动，宛如小草听到你的声音翩翩起舞 6植物的化学武器植物的化学武器 竞争阳光营养水生物防治 次生代谢次生代谢7绪绪 论论8一、植物生理学的定义与内容一、植物生理学的定义与内容( (一一) )植物生理学的定义植物生理学的定义 植物生理学植物生理学(plant physiology)是研究植物生命活动规律、揭示是研究植物生命活动规律、揭示植物

3、生命现象本质的科学。植物生命现象本质的科学。9( (二二) ) 植物生理学的内容植物生理学的内容 它是各种生理活动与代谢过它是各种生理活动与代谢过程的组织基础；生命现象是细胞存在的运动方色。程的组织基础；生命现象是细胞存在的运动方色。 即水分生理、矿质与氮素营养、光即水分生理、矿质与氮素营养、光合作用、呼吸作用、同化物的运输分配、以及信息传合作用、呼吸作用、同化物的运输分配、以及信息传递和信号转导等；递和信号转导等； 它是各种功能与代谢活动的综合它是各种功能与代谢活动的综合反应，包含植物的生长物质、植物的生长、分化、发反应，包含植物的生长物质、植物的生长、分化、发育、生殖与衰老等；育、生殖与衰

4、老等； 主要介绍影响植物生理代谢的环境主要介绍影响植物生理代谢的环境因素以及植物对不良环境的反应。因素以及植物对不良环境的反应。101 1生长发育与形态建成生长发育与形态建成 生长发育（生长发育（growth and development）是植物）是植物生命活动的生命活动的外在表现外在表现，1.植物植物体积和重量的增加体积和重量的增加(细胞数目的增加、细胞体积细胞数目的增加、细胞体积的扩大的扩大) ；2.形态建成形态建成(morphogenesis），），(新器官的不断出现新器官的不断出现) ，即包括从种子萌发，根、茎、叶的生长，直到开花、即包括从种子萌发，根、茎、叶的生长，直到开花、结实、

5、衰老、死亡的全过程。结实、衰老、死亡的全过程。 “ “春华秋实春华秋实”，“春发、夏长、秋收、冬藏春发、夏长、秋收、冬藏”等等，便是等等，便是人类对植物生长发育规律直观认识的写照。人类对植物生长发育规律直观认识的写照。112 2物质代谢与能量转化物质代谢与能量转化 代谢过程归根结底是运行于植物体内的一系列生物化学和生物物代谢过程归根结底是运行于植物体内的一系列生物化学和生物物理的变化，而生长发育则是代谢作用的综合表现和最终结果。代谢作理的变化，而生长发育则是代谢作用的综合表现和最终结果。代谢作用是生命的基础用是生命的基础。苹果树苹果树-“小叶病小叶病” -缺锌缺锌- -生长素的生物合成生长素的

6、生物合成- -色氨酸合成酶色氨酸合成酶统称为代谢统称为代谢(metabolism) :1.肉眼难以观察到肉眼难以观察到2.紧密联系，构成统一的整体，。紧密联系，构成统一的整体，。 植物的代谢活动包括水分的吸收、运输与散失；矿质植物的代谢活动包括水分的吸收、运输与散失；矿质营养的吸收、同化与利用；光合作用；呼吸作用；有机物营养的吸收、同化与利用；光合作用；呼吸作用；有机物的转化、运输与分配等方面。的转化、运输与分配等方面。12l绿色植物的自养性（绿色植物的自养性（autotropism)植物的光合作用（植物的光合作用（photosynthesis)研究的主要内容研究的主要内容核心内容核心内容13

7、3 3信息传递和信号转导信息传递和信号转导信号信号：感受器官：感受器官“感知感知”环境条件的物理或化学信号开环境条件的物理或化学信号开始始传递传递：在许多情况下，：在许多情况下，感知信息的部位与发生反应的部感知信息的部位与发生反应的部位位往往不是同一器官，信息传递到反应器官往往不是同一器官，信息传递到反应器官反应反应：反应器官发生反应。：反应器官发生反应。 信息传递（信息传递（message transportationmessage transportation）和信号转导）和信号转导（signal transductionsignal transduction）无发达的神经系统，如何面对复

8、杂多变的环境？无发达的神经系统，如何面对复杂多变的环境？14各种外部信号影响植物的生长发育各种外部信号影响植物的生长发育Fig.1 各种 外部信号影响植物的生长发育重力光合作用的光光形态建成的光温度风光周期湿度病原体草食动物乙烯寄生虫矿质营养土壤微生物有毒物质水分状况土壤质地1518.2 18.2 各种内部信号影响植物细胞的代谢、生长和发育各种内部信号影响植物细胞的代谢、生长和发育生长调节剂未知发育信号温度病原体(真菌、细菌、病毒)激素膨压电信号多肽糖、氨基酸壁断片壁的机械压力矿质光转播放大发散到多个目标改变离子流细胞骨架改变改变细胞生长和代谢调节代谢途径基因表达调节伤害返回返回16二、植物生

9、理学的产生和发展二、植物生理学的产生和发展1：植物生理学的孕育阶段2：植物生理学诞生与成长的阶段3：植物生理学发展、分化与壮大阶段描述性描述性比较性比较性实验性实验性17第一阶段：植物生理学的孕育阶段第一阶段：植物生理学的孕育阶段增加的重量来源于何处？增加的重量来源于何处？18Why?19 第一阶段从第一阶段从1627年荷兰人凡年荷兰人凡海尔蒙（海尔蒙（J.B.van Helmont）做柳枝实验开始，直到）做柳枝实验开始，直到19世纪世纪40年年代德国化学家李比希（代德国化学家李比希（J. von Liebig）创立植）创立植物矿质营养物矿质营养(minerral nutrient)学说为止，

10、共经学说为止，共经历了历了200多年的时间。多年的时间。20第二阶段：植物生理学诞生与成长的阶段第二阶段：植物生理学诞生与成长的阶段 从从18401840年李比希矿质营养学说的建立到年李比希矿质营养学说的建立到1919世纪末德国植物生理学家萨克斯世纪末德国植物生理学家萨克斯(J. Sachs)(J. Sachs)和他的学生费弗尔和他的学生费弗尔(W. Pfeffer)(W. Pfeffer)所著的两部所著的两部植物生理学专著问世为止，植物生理学专著问世为止， 经过了约半个世纪的时间。经过了约半个世纪的时间。植物生理学讲义植物生理学讲义(J. Sachs, 1882)三卷本的专著三卷本的专著植物

11、生理学植物生理学(W. Pfeffer,1897),诞生标志诞生标志21第三阶段：植物生理学发展、分化与壮大阶段第三阶段：植物生理学发展、分化与壮大阶段生物膜结构与功能生物膜结构与功能的研究，提出并确定了膜的的研究，提出并确定了膜的“流动镶嵌流动镶嵌”模型。模型。 2020世纪是科学技术突飞猛进的世纪，也是世纪是科学技术突飞猛进的世纪，也是植物生理学快速壮大发展的世纪。植物生理学快速壮大发展的世纪。 2020世纪以来，特别是世纪以来，特别是5050年代以来，植物生年代以来，植物生理学的研究在微观、个体和宏观三个层次上理学的研究在微观、个体和宏观三个层次上都发生了巨大的变化，获得了许多重大突破。

12、都发生了巨大的变化，获得了许多重大突破。 22 在光合作用研究中在光合作用研究中, , 著名的卡尔文循环，即著名的卡尔文循环，即“光合碳循环光合碳循环”；6060年代以后，又陆续发现了年代以后，又陆续发现了C C4 4类类型、景天科酸代谢型、景天科酸代谢(CAM)(CAM)和光呼吸作用；和光呼吸作用；卡尔文及其同时用来研究光合藻类卡尔文及其同时用来研究光合藻类COCO2 2固定的仪器装置固定的仪器装置23 在在时间跨度时间跨度上，上，10-15s 空间跨度空间跨度上，电子显微镜和上，电子显微镜和X-射线衍射技术的射线衍射技术的应用，使人们的视野逐步从细胞水平深入到亚细胞应用，使人们的视野逐步从

13、细胞水平深入到亚细胞水平，进而深入到生物膜和生物大分子空间三维结水平，进而深入到生物膜和生物大分子空间三维结构的水平，分辨率达到构的水平，分辨率达到1/10nm级，弄清了光合膜上级，弄清了光合膜上许多功能性色素蛋白复合体的三维立体结构，将结许多功能性色素蛋白复合体的三维立体结构，将结构与功能的研究推向了微观世界。构与功能的研究推向了微观世界。 24农政全书农政全书 齐民要术齐民要术陈旉农书陈旉农书王祯农书王祯农书25我国的植物生理学的发展我国的植物生理学的发展20世纪20年代开始，钱崇澍、李继侗、罗宗洛、汤佩松讲授植物生理学、建立了植物生理实验室。19491949年以后，植物生理的研究和教学工

14、作发展很快年以后，植物生理的研究和教学工作发展很快, ,在有在有关植物生理学的各个领域里关植物生理学的各个领域里, ,都取得重要进展。都取得重要进展。返回返回26三、植物生理学与农业生产三、植物生理学与农业生产 植物生理学是合理农业的基础植物激素的发现导致了植物生长调节剂和除草剂的普遍应用“绿色革命”，使稻麦产量获得了新的突破 植物细胞全能性理论的确立，组织培养技术迅猛发展为植物基因工程的开展和新种质的创造提供了条件。组织培养27以下几方面可能成为今后与农业生产相结合的重要研究领域： （一）作物产量形成与高（一）作物产量形成与高产理论产理论（二）环境生理与作物抗（二）环境生理与作物抗逆性逆性

15、（三）设施农业中的作物（三）设施农业中的作物生理生理（四）植物生理学与育种（四）植物生理学与育种学相结合学相结合作物生理育种作物生理育种工厂化育苗28世界上最大的人工气候室世界上最大的人工气候室-Monsanto生命科学研究中心生命科学研究中心 返回返回29四、植物生理学近三十年的发展特点四、植物生理学近三十年的发展特点l1.研究层次越来越广（微观；宏观）研究层次越来越广（微观；宏观）l2.学科间的相互渗透学科间的相互渗透l3.理论联系实际理论联系实际l4.研究手段现代化研究手段现代化返回返回30五、植物生理学研究的发展趋势或动向五、植物生理学研究的发展趋势或动向 l1、从生物大分子到复杂生命

16、活动基因组学和基因结构与功能研究 l植物生理学的研究整体也呈现这样的研究趋势，在强调植物分子生理学的同时，也在注重植物生理学与农业和生态学的结合。在已经完成的构建水稻基因物理图谱和遗传图谱的基础上，水稻基因组计划的实施，已进入国际分工基因全序列的测定阶段，同时开展功能基因组的研究。包括水稻和拟南芥在内的多种模式植物突变库的建立，为基因的功能研究奠定了坚实的基础。 31l2 2、生命的能量和物质基础、生命的能量和物质基础代谢及调节代谢及调节l 光合作用光合作用在植物以至在地球能量和物质循环中占据极重在植物以至在地球能量和物质循环中占据极重要的地位，因而对它的研究总处于十分重要的位置。当前要的地位

17、，因而对它的研究总处于十分重要的位置。当前光合作用的研究热点主要集中在氧的释放和反应机理，以光合作用的研究热点主要集中在氧的释放和反应机理，以及及光合膜四大复合体光合膜四大复合体的结构和功能上。的结构和功能上。l 对人类来说，对人类来说，植物次生代谢植物次生代谢涉及许多有实用价值的天然涉及许多有实用价值的天然产物，对植物来说，次生代谢涉及众多的代谢调节、信号产物，对植物来说，次生代谢涉及众多的代谢调节、信号转导和防卫物质，所以植物次生代谢研究正在受到极大的转导和防卫物质，所以植物次生代谢研究正在受到极大的关注。在美国植物生理学会组织的关注。在美国植物生理学会组织的“植物生理植物生理2000”年

18、会年会上就有上就有“次生代谢次生代谢”专题，涉及植物的次生代谢产物，以专题，涉及植物的次生代谢产物，以及植物次生代谢的分子生物学和分子遗传学等内容。及植物次生代谢的分子生物学和分子遗传学等内容。 32l 信号转导是生物与外界、生物体细胞间相互信号转导是生物与外界、生物体细胞间相互沟通的一种高度复杂的网络状态系统。生物具有沟通的一种高度复杂的网络状态系统。生物具有多样性，但同样有许多共同点，信号转导就是其多样性，但同样有许多共同点，信号转导就是其中之一。当然，生物界信号转导的具体细节，有中之一。当然，生物界信号转导的具体细节，有许多不同之处，这方面的研究主要涉及许多不同之处，这方面的研究主要涉及化学和物化学和物理信号感受、胞内第二信使系统、胞间信号传递理信号感受、胞内第二信使系统、胞间信号传递等方面。植物激素、病原体和保卫细胞是当前十等方面。植物激素、病原体和保卫细胞是当前十分活跃的信号转导研究系统。分活跃的信号转导研究系统。l3 3、生命整体性的实现、生命整体性的实现信号转导信号转导33l 对植物与环境的研究，也有一个从宏观到微观的发展过程。植物对非生物胁迫的反应和适应，一直受到研究者的关注，在“植物生理2000”年会上有数篇该领域的论文。但在植物整体中，这是一个十分复杂的过程，需要进行深入研究。德国马普学会新建了化学生态研究所，下设三个研究室：遗传和进化研究