植物生理学课程学习指引

1、?植物生理学?教学大纲一、教学大纲根本要求通过绪论局部学习,了解什么是植物生理学以及它主要研究的内容、了解绿色植物代谢活动的 主要特点；了解植物生理学的开展历史；了解植物生理学对农业生产的指导作用和开展趋势；为学 好植物生理学打下根底.二、本章知识要点一名词解释1 .生理学physiology是研究生物生命活动机理和规律的一门生物学分支学科.因研究对象不同,生理学可分为微生物生理学、植物生理学、动物生理学和人体生理学等.2 .植物生理学plant physiology植物生理学是研究植物生命活动机理和规律的学科.研究的内容主要包括植物的细胞生理、物质代谢、能量转化、生长发育与形态建成、逆境生理

2、以及信号 转导等.3 .新陈代谢metabolism简称代谢,生物体的各组成物质通过合成及降解不断更新的过程和能量交换过程的总称.从反响方向上可分为合成代谢和降解代谢两类.4 .自养性autotrophism生物界两大代谢类型自养性和异养性之一,即能自我营养.不需要摄取现成的有机物作为食物来源,而能以太阳光能或化学能作为动力,将简单的无机物合成为 有机物满足自身生长发育的需要.二本章知识要点植物生理学是研究植物生命活动机理和规律的一门生物学分支学科.其目的在于熟悉植物的物 质代谢、能量转化和生长发育等的规律以及植物体内外环境条件对其生命活动的影响,从而更好地 调节与限制植物的生长.植物生理学是

3、植物学的一局部,同时也可看作普通生理学的一个分支.植物生理学教材的根本内容由四个局部所组成：1细胞生理,它是植物体各种生理活动与代谢过程的组织根底；2代谢生理,包括水分生理、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递和信号转导等；3发育生理,它是各种功能与代谢活动的综合反响,包括植物的生长物质、植物的生长分化、发育生殖、衰老及其调控；4环境生理,包括植物在各种逆境条件下生长的生理反响,以及提升植物抗性的举措等.植物生理学的开展大致经历了三个阶段第一阶段：植物生理学的孕育阶段通常从1627年荷兰人凡海尔蒙的柳枝实验开始,到19世纪40年代德国化学家李比希创立植物矿质营养学

4、说为止,经历了200多年的时间.第二阶段：植物生理学诞生与成长的阶段从1840年李比希矿质营养学说的建立到19世纪末德国植物生理学家萨克斯和费弗尔所著的两部植物生理学专著问世为止,经过了约半个世纪的时间.第三阶段：植物生理学开展、分化与壮大阶段从20世纪初到现在,这是科学技术突飞猛进的时期,也是植物生理学快速壮大开展的时期.“植物生理学是合理农业的根底,植物生理学曾经为社会生产的开展作出过重大的奉献,如矿质营养学说的创立为无机肥料的施用奠定了理论根底；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；光合作用与产量关系的研究,使稻麦产量有了新的突破；植物细胞全能性理论的 确立和组织培养技

5、术的开展,使人们掌握了高效快速的植物无性繁殖技术,也为植物基因工程的开 展和新种质的创造提供了先决条件.当今世界面临人口、粮食、能源、资源和环境等压力,也向植物生理学提出了一系列迫切需要解决的研究课题.如进一步了解作物的需水规律、建立合理灌溉指 标及灌溉方法,开展节水农业促进水资源的持续利用；开展设施农业中的作物生理学的研究,为促 进“白色革命出谋划策；开展“生理育种将生理指标用于育种过程,选育高产优质、抗病、抗 旱、抗低温、抗盐碱等作物品种；深入探讨光合作用的规律,提升作物光能利用率；揭示光合作用 的机理,为宇宙飞船、太空空间站乃至为开发其他星球提供氧气和食品等,这些都为植物生理学的 开展注

6、入了新的生命力,在新形势下植物生理学将为人类社会的开展继续做出应有的奉献.三、单元自测题1 .与其他生物相比拟,绿色植物代谢活动有哪些显著的特点？答：植物的根本组成物质如蛋白质、糖、脂肪和核酸以及它们的代谢都与其他生物动物、微 生物大同小异.但是,植物本身的代谢活动有一些独特的地方,如：绿色植物代谢活动的一个 最大特点,是它的“自养性,绿色植物不需要摄取现成的有机物作为食物来源,而能以太阳光能作 动力,用来自空气中的 CO和主要来自土壤中的水及矿物质合成有机物,因而是现代地球上几乎一切有机物的原初生产者；植物扎根在土中营固定式生活,趋利避害的余地很小,必须能适应当地环 境条件并演化出对不良环境

7、的耐性与抗性；植物的生长没有定限,虽然局部组织或细胞死亡, 仍可以再生或更新,不断地生长；植物的体细胞具全能性,在适宜的条件下,一个体细胞经过生长和 分化,就可成为一棵完整的植株.因此作为研究植物生命活动规律以及与环境相互关系的科学-植物生理学在实践上、理论上都具有重要的意义,是大有可为的.2 .请简述植物生理学在中国的开展情况.答：在科学的植物生理学诞生之前,我国劳动人民在生产劳动中已积累并记载下了丰富的有关 植物生命活动方面的知识,其中有些方法至今仍在民间应用.比拟系统的实验性植物生理学是20世纪初开始从国外引进的.20世纪2030年代钱崇潮、李继侗、罗宗洛、汤佩松等先后留学回国,在南开大

8、学、清华大学、中央大学等开设了植物生理学课 程、建立植物生理实验室,为中国植物生理学的开展奠定了根底.1949年以后,植物生理的研究和教学工作开展很快,设有中国科学院上海植物生理研究所现改名为中国科学院上海生命科学研究院 植物生理生态研究所；各大地区的植物研究所及各高等院校中,设有植物生理学研究室组或教 研室组；农林等部门设立了作物生理研究室组.中国植物生理学会自1963年成立后,已召开过屡次全国性的代表大会,许多省、市、自治区陆续成立了地方性植物生理学会.中国植物生理学会 主办了?植物生理学报? 现改名?植物生理与分子生物学学报?和?植物生理学通讯?两刊物,北京植物生理学会主办有不定期刊物?

9、植物生理生化进展?.中国植物生理学会会员现在已开展到5000余人,植物生理学的研究队伍在不断壮大,在有关植物生理学的各个领域里,都开展了工作,有些工作在国际植物生理学领域中已经占有一席之地.目前在中国植物生理学主要研究方向有：功能基因组学研究：水稻及拟南芥的突变群体构建,基因表达谱和DNA芯片,转录因子,细胞分化和形态建成.分子生理与生物化学研究：光合作用,植物和微生物次生代谢,植物激素作用机理,光信号传导和生物钟,植物蛋白质组学研究.环境生物学和分子生态学研究：植物 -昆虫相互作用,植物-微生物相互作用,共生固氮,植物和昆虫抗逆及 对环境的适应机制,现代农业,空间生物学.基因工程与生物技术：

10、植物遗传转化技术,优质高抗农作物基因工程,植物生物反响器等.为了更好地适应当今植物生理学领域的开展趋势,中国植物生理学界的广阔科技工作者将继承 和发扬老一辈的爱祖国、爱科学的优良传统,将分子、生化、生物物理、遗传学等学科结合起来, 在植物的细胞、组织、器官和整体水平,研究结构与功能的联系及其与环境因素的相互作用等,以 期在掌握植物生理过程的分子机理,促进农业生产、改善生态环境、促进人与自然和谐开展的过程 中发挥更大的作用.第一章植物细胞的结构和功能一、教学大纲根本要求了解高等植物细胞的特点与主要结构；了解植物细胞原生质的主要特性；熟悉植物细胞壁的组 成、结构和功能以及胞间丝的结构和功能；了解生

11、物膜的化学组成、结构和主要功能；了解植物细 胞主要的细胞器如细胞核、叶绿体和线粒体、细胞骨架、内质网、高尔基体、液泡以及微体、圆球 体、核糖体等的结构和功能；熟悉植物细胞周期与细胞的阶段性和全能性,了解植物细胞的基因组 和基因表达的特点.二、本章知识要点(一)名词解释1 .原核细胞(prokaryotic cell) 无典型细胞核的细胞,其核质外面无核膜,细胞质中缺少复 杂的内膜系统和细胞器.由原核细胞构成的生物称原核生物( prokaryote ).细菌、蓝藻等低等生物 属原核生物.2 .真核细胞(eukaryotic cell)具有真正细胞核的细胞,其核质被两层核膜包裹,细胞内有结构与功能

12、不同的细胞器,多种细胞器之间有内膜系统联络.由真核细胞构成的生物称为真核生物(eukayote ).高等动物与植物属真核生物.3 .原生质体(protoplast)除细胞壁以外的细胞局部.包括细胞核、细胞器、细胞质基质以及其外围的细胞质膜.原生质体失去了细胞的固有形态,通常呈球状.4 .细胞壁(cell wall)细胞外围的一层壁,是植物细胞所特有的,具有一定弹性和硬度,界定细胞的形状和大小.典型的细胞壁由胞间层、初生壁以及次生壁组成.5 .生物膜(biomembrane) 即构成细胞的所有膜的总称,它由脂类和蛋白质等组成,具有特定 的结构和生理功能.按其所处的位置可分为质膜和内膜.6 .共质

13、体(symplast) 由胞间连丝把原生质(不含液泡)连成一体的体系,包含质膜.7 .质外体(apoplast) 由细胞壁及细胞间隙等空间(包含导管与管胞)组成的体系.8 .内膜系统(endomembrane system)是那些处在细胞质中,在结构上连续、功能上关联的,由膜组成的细胞器总称.主要指核膜、内质网、高尔基体以及高尔基体小泡和液泡等.9 .细胞骨架(cytoskeleton)指真核细胞中的蛋白质纤维网架体系,包括微管、微丝和中间纤维等,它们都由蛋白质组成,没有膜的结构,互相联结成立体的网络,也称为细胞内的微梁系统 (microtrabecular system) .10 .细胞器(

14、cell organelle)细胞质中具有一定形态结构和特定生理功能的细微结构.依被膜的多少可把细胞器分为：双层膜细胞器如细胞核、线粒体、质体等；单层膜细胞器如内质网、液 泡、高尔基体、蛋白体等；无膜细胞器如核糖体、微管、微丝等.11 .质体(plastid)植物细胞所特有的细胞器,具有双层被膜,由前质体分化发育而成,包括淀粉体、叶绿体和杂色体等.12 .线粒体(mitochondria)真核细胞的一种半自主的细胞器.呈球状、棒状或细丝状等,由双层膜组成的囊状结构；其内膜向腔内突起形成许多崎,主要进行三竣酸循环和氧化磷酸化作用, 将有机物中贮存的能量逐步释放出来,供给细胞各项生命活动的需要,故

15、有“细胞动力站之称.线粒体能自行分裂,并含有DNA RN府口核糖体,能进行遗传信息的复制、转录与译,但由于遗传信息量缺乏,大局部蛋白质仍需由细胞核遗传系统提供,故其只具半自主性.13 .微管(microtubule)存在于动植物细胞质内的由微管蛋白组成的中空的管状结构.其主要功能除起细胞的支架作用和参与细胞器与细胞运动外,还与细胞壁、纺缠丝、中央粒的形成有关.14 .微丝(micro巾lament)由丝状收缩蛋白所组成的纤维状结构,类似于肌肉中的肌动蛋白,可以聚集成束状,参与胞质运动、物质运输,并与细胞感应有关.15 .内质网(endoplasmic reticulum)交织分布于细胞质中的膜

16、层系统,内与细胞核外被膜相连,外与质膜相连,并通过胞间连丝与邻近细胞的内质网相连.内质网是物质合成的场所,参与细 胞器和细胞间物质和信息的传递.16 .高尔基体(Golgi body)由假设干个由膜包围的扁平盘状的液囊垛叠而成的细胞器,它能向细胞质中分泌囊泡(高尔基体小泡),与物质集运和分泌、细胞壁形成、大分子装配等有关.17 .核小体(nucleosome)构成染色质的根本单位,每个核小体包括200bp的DNA片断和8个组蛋白分子.18 .液泡(vacuole)植物细胞特有的,由单层膜包裹的囊泡.它起源于内质网或高尔基体小泡.在分生组织细胞中液泡较小且分散,而在成熟植物细胞中小液泡被融合成大

17、液泡.在转运物质、调 节细胞水势、吸收与积累物质方面有重要作用.19 .溶酶体(lysosome)是由单层膜包围,内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器,具有消化生物大分子,溶解细胞器等作用.如溶酶体破裂,酸性水解酶进入细胞质,会引起细胞的自溶.20 .核糖体(ribosome)细胞内参与合成蛋白质的颗粒状结构,亦称核糖核蛋白体.无膜包裹,大致由等量的RNA和蛋白质组成,大多分布于胞基质中,呈游离状态或附于粗糙型内质网上,少数 存在于叶绿体、线粒体及细胞核中.核糖体是蛋白质合成的场所,游离于胞基质的核糖体往往成串 排列在mRNAk,组成多聚核糖体(polysome),这样一条 mRNA1上的信息可

18、以同时用来合成多条同 样的多肽链.21 .核糖核酸(ribose nucleic acid) 即含核糖的核酸.它由多个核甘酸通过磷酸二酯键连接 而成,细胞内的核糖核酸因其功能和性质的不同,分为三种：转移核糖核酸(tRNA),在蛋白质生物合成过程中,起着携带和转移活化氨基酸的作用；信使核糖核酸(mRNA),是合成蛋白质的模板；核糖体核糖核酸(rRNA),同蛋白质一起构成核糖体,后者是蛋白质合成的场所.22 .胞间连丝(plasmodesma)穿越细胞壁,连接相邻细胞原生质(体)的管状通道,其通道可由质膜或内质网膜或连丝微管所构成.23 .流动镶嵌模型(fluid mosaic model)由辛格

19、尔和尼柯尔森提出的解释生物膜结构的模型,认为液态的脂质双分子层中镶嵌着可移动的蛋白质,使膜具有不对称性和流动性.24 .细胞全能性(totipotency)指每一个细胞中都包含着产生一个完整机体的全套基因,在适宜条件下,能形成一个新的个体.细胞的全能性是组织培养的理论根底.25 .细胞周期(cell cycle)从一次细胞分裂结束形成子细胞到下一次分裂结束形成新的子细胞所经历的时期.可以分为G期、S期、G期、M期四个时期.26 . G期 第1间隙期(gap1),又称DNA合成前期(pre-synthetic phase) ,从有丝分裂完成到 DNA复制之前的时期,进行 rRNA、mRNA tR

20、NA与蛋白质的合成,为DNAM制作准备.27 . S期 DNAM制期(synthetic phase).主要进行 DNA及有关组蛋白的合成.28 . G期 第2间隙期(gap2),又称DN蛤成后期(post-synthetic phase) ,指DNAM制完到有 丝分裂开始的一段间隙,主要进行染色体的精确复制,为有丝分裂作准备.29 . M 期 有丝分裂期(mitosis),按前期(prophase)、中期(metaphase)、后期(anaphase)和 末期(telophase)的次序进行细胞分裂.30 .周期时间(time of cycle)完成一个细胞周期所需的时间.31 .细胞程序化

21、死亡(programmed cell death)为了自身发育及反抗不良环境的需要而主动地结束细胞生命.二缩写符号1. . ER内质网2. RER粗糙型内质网3. SER光滑型内质网4. RNA核糖核酸5. mtDNA 线粒体 DNA6. cpDNA 叶绿体 DNA7. TAG甘油三酯8. HRGP富含羟脯氨酸的糖蛋白9. PCD细胞程序化死亡10. G期 第1间隙期,又称 DN蛤成前期11. . S期 DNAM制期12. G期 第2间隙期,又称 DN蛤成后期13. M期有丝分裂期三知识要点细胞是生物体结构和功能的根本单位,可分为原核细胞如细菌、蓝藻和真核细胞其他单细胞和多细胞生物两大类.原核

22、细胞简单,没有细胞核和高度分化的细胞器.真核细胞结构复杂.植物 细胞的细胞壁、质体包括叶绿体和液泡是其区别于动物细胞的三大结构特征,细胞是由多糖、脂 类、蛋白质、核酸等生物大分子和其他小分子等成分所组成的.原生质的物理特性、胶体性质和液 晶性质与细胞的生命活动密切相关.细胞壁由胞间层、初生壁、次生壁所构成,其化学成分主要是纤维素、半纤维素、果胶、蛋白 质等物质.细胞壁不仅是细胞的骨架与屏障,而且在物质运输、抗病抗逆、细胞识别等方面起积极 作用.胞间连丝充当了细胞间物质运输与信息传递的通道.磷脂双分子层是组成生物膜的根本结构,其中镶嵌的各种膜蛋白决定了膜的大局部功能.“流动镶嵌模型是最流行的生物

23、膜结构模型.生物膜是细胞实现区域化的屏障,也是细胞同外界、细胞 器间以及细胞器同细胞基质间进行物质交换的通道.此外,生物膜还是生化反响的场所,并具有细 胞识别、传递信息等功能.细胞核是细胞遗传与代谢的调控中央.染色体由核酸与蛋白构成,它是核内最重要的结构物质.叶绿体和线粒体是植物细胞内能量转换的细胞器,并有环状DNA及自身转录RNAW译蛋白质的体系,被称为第二遗传信息系统.它们与细胞核都具有双层被膜.微管、微丝、中间纤维等构成了细胞骨架,是植物细胞的蛋白质纤维网架体系,它们在维持细 胞形态、保持细胞内部结构的有序性、推动细胞器的运动和物质运输等方面起重要的作用.内膜系 统是在结构、功能或发生上

24、有联系的一类亚细胞结构.内质网内接核膜、外连质膜,甚至经胞间连 丝与相邻细胞相连,参与细胞间物质运输、交换和信息传递.高尔基体那么与内质网密切配合,参与 多种生物大分子的合成以及膜结构、壁物质与细胞器的组建.溶酶体与液泡内都富含水解酶,参与细胞内物质的分解和细胞的自溶反响.此外,液泡还具有 物质贮藏、调控细胞水分平衡以及参与多种代谢的作用.过氧化物体是光呼吸的场所,而乙醛酸循 环体那么为脂肪酸代谢所不可少,圆球体为油脂积累和代谢所必需.核糖体是蛋白质合成场所.在看似无稳定结构的细胞质基质里,进行着一系列复杂而有序的生理生化反响.细胞质基质、 细胞器和生物膜系统协调配合,使细胞的结构和功能到达高

25、度的统一.细胞代谢有其固有的周期性、阶段性.衰老和死亡是细胞生命活动的必然结果,但程序化死亡 却是细胞自身基因调控的主动方式,在细胞分化、过敏性反响和抗病抗逆中有特殊作用.高等植物细胞具有核、叶绿体、线粒体三个基因组,后两组称为核外基因.基因表达包括转录 与译两个步骤.转录是 RNA的生物合成,译是蛋白质的生物合成,这两个过程受到严格的调节 限制.三、重点、难点一重点1 .植物细胞原生质的物理特性、胶体特性和液晶性质.2 .植物细胞壁的结构、组成与功能.胞间连丝的结构和功能.3 .生物膜的流动镶嵌模型、板块镶嵌模型和生物膜的主要功能.4 .细胞核的结构和功能；细胞骨架的结构和功能；细胞内膜系统

26、的结构和功能.5 .植物细胞周期.细胞的全能性.植物细胞的核基因与核外基因.植物细胞基因表达的特点.二难点1 .植物细胞原生质物理与胶体特性.2 .细胞壁的化学组成及壁的形成过程.3 .生物膜的结构与功能的关系.植物细胞基因表达的特点.四、典型例题解析例1保持植物细胞原生质胶体稳定性的因素是 .A.双电层与疏水基因B .双电层与水合膜C.胶粒直径与双电层D .疏水基团与胶粒直径解析：植物细胞原生质胶体主要由蛋白质组成,蛋白质外表的氨基与竣基发生电离时可使蛋白 质分子外表形成一层带电荷的吸附层.在吸附层外又有一层带电量相等而符号相反的扩散层.这样 就在原生质胶体颗粒外面形成一个双电层.双电层的存

27、在对于维持胶体的稳定性起了重要作用.由 于所有颗粒最外层都带有相同的电荷,使它们彼此之间不致相互凝聚而沉淀.另外,蛋白质是亲水 化合物,在其外表可以吸附一层很厚的水合膜,由于水合膜的存在,使原生质胶体系统更加稳定. 答案：B例2叶绿体基质中的可溶性蛋白质大局部是 .A. ATPase B .淀粉合成酶 C . Rubisco D ,脱氢酶解析：叶绿体基质是进行碳同化的场所,它含有复原CO与合成淀粉的全部酶系,其中 1, 5-二磷酸核酮糖竣化酶/加氧酶Rubisco占基质总蛋白的一半以上.此外,基质中含有氨基酸、蛋白质、 DNA RNA脂类糖脂、磷脂、硫脂、四口比咯叶绿素类、细胞色素类和菇类类胡

28、萝卜素、叶醇 等物质及其合成和降解的酶类,还含有复原亚硝酸盐和硫酸盐的酶类以及参与这些反响的底物与产 物,因而在基质中能进行多种多样复杂的生化反响.答案：C例3植物细胞原生质具有弹性和粘性,一般原生质弹性 ,粘性 的植物,对干旱、低温等不良环境的抗性比拟强.解析：原生质的粘性与弹性随植物生育期或外界环境条件的改变而发生变化.当粘性增加,代 谢活动降低时,植物与外界的物质交换减少,抗逆性增强；反之植株生长旺盛,抗逆性减弱.原生 质的弹性与植物抗逆性也有密切关系.弹性越大,那么植物对机械压力的忍受力也越大,对不良环境 的适应性也增强.因此,凡原生质粘性高、弹性大的植物,它对干旱、低温等不良环境的抗

29、性强.答案：大,高例4 从细胞壁中的蛋白质和酶的发现,谈谈对细胞壁的功能的熟悉.解析：长期以来细胞壁被认为是界定原生质体的僵死的“木头盒子,起被动的防御作用.随着研究的深入,大量蛋白质尤其是几十种酶蛋白在细胞壁中被发现,使人们改变了传统观念,熟悉到 细胞壁是植物进行生命活动不可缺少的局部.它至少具有以下生理功能：维持细胞形状,限制细 胞生长.细胞壁增加了细胞的机械强度,这不仅有保护原生质体的作用,而且维持了器官与植株的 固有形态.物质运输与信息传递.细胞壁涉及了物质运输,参与植物水势调节,另外细胞壁也是 化学信号(激素等)、物理信号(电波、压力等)传递的介质与通路.代谢功能.细胞壁中的酶类 广

30、泛参与细胞壁高分子的合成、转移与水解等生化反响.防御与抗性.细胞壁中的寡糖素能诱导 植物抗毒素的形成；伸展蛋白除了作为结构成分外,还有防御和抗病抗逆的功能.识别反响.如 花粉的外壁蛋白和柱头外表的亲水蛋白质膜参与了授粉受精过程中的识别反响；豆科植物根细胞与 根瘤菌之间的识别反响等.例5你怎样看待细胞质基质与其功能的关系？解析：细胞质基质也称为细胞浆,是富含蛋白质(酶),具有一定粘度,能流动的透明物质,是细胞重要的结构成分.很多代谢反响都在细胞质基质中进行,如糖酵解、磷酸戊糖途径、脂肪酸合成、 光合细胞内蔗糖的合成等.细胞质基质还为细胞器的实体完整性提供所需要的离子环境,供给细胞 器行使功能所必

31、需的底物与能量.另外细胞质是流动的,能进行环流或穿梭运动,这样有利于各细 胞器与基质间进行物质、能量交换与信息传递.第二章植物的水分生理一、教学大纲根本要求了解水的物理化学性质和水分在植物生命活动中的作用；了解水的化学势、水势的根本概念、 植物生理学中引入水势的意义；了解植物细胞的水势的组成、溶质势、衬质势、压力势等的概念及 其在植物细胞水势组成中的作用,了解并初步学会植物组织水势的测定方法；了解植物根系对水分 吸收的部位、途径、吸水的机理以及影响根系吸水的土壤条件；了解植物的蒸腾作用的生理意义和 气孔蒸腾是蒸腾的主要方式、蒸腾作用的指标、测定方法以及适当降低蒸腾速率的途径；了解植物 体内水分

32、从地下向地上局部运输的途径和速度、水分沿导管上升的机制；作物的需水规律、合理灌 溉指标及灌溉方法以及开展节水农业促进水资源持续利用的重要性.二、本章知识要点(一)名词解释1 .水分代谢(water metabolism) 植物对水分的吸收、运输、利用和水分散失的过程.2 .自由水(free water)与细胞组分之间吸附力较弱,可以自由移动的水.3 .束缚水(bound water)与细胞组分紧密结合不能自由移动、不易蒸发散失的水.4 .外表张力(surface tension)处于界面的水分子均受着垂直向内的拉力,这种作用于单位长度外表上的力,称为外表张力.5 .化学势(chemical p

33、otential ,科)每偏摩尔物质所具有的自由能.用希腊字母(i表示.可用来描述体系中组分发生化学反响的本领及转移的潜在水平.如果物质带电荷或电势不为零时的化学势称为电化学势(electrochemical potential ).物质总是从化学势高的地方自发地转移 到化学势低的地方,而化学势相等时,那么呈现动态平衡.6 .水的化学势(water chemical potential ,w),水的化学势的热力学含义是：当温度、压力及物质数量(水分以外)一定时,由水(摩尔)量变化引起的体系自由能的改变量.水的化学势之差,可用来判断水分参加化学反响的本领或两相间移动的方向和限度.7 .水势(wa

34、ter potential ) 每偏摩尔体积水的化学势差.用W w表示.Ww=(叱w°w)/V w, m, 即水势为体系中水的化学势与处于等温、等压条件下纯水的化学势之差,再除以水的偏摩尔体积的 商.用两地间的水势差可判别它们间水流的方向和限度,即水分总是从水势高处流向水势低处,直 到两处水势差为O为止.8 .偏摩尔体积(partial molal volume ,) 在一定温度、压力和浓度下,1摩尔某组分在混合物中所表达出来的体积,称为该组分在该条件下的偏摩尔体积.偏摩尔体积的单位是I-1mol.9 .帕斯卡(pascal , Pa)亦称帕,法定压强单位,也是表示水势的单位.1帕斯

35、卡相当于1N/nf.10 .兆帕斯卡(megapascal , Mpa) 兆帕,1MPa= 106Pa= 10bar = 9.87atm .bar11 .巴(bar) 压强单位,1 bar =0.987atm = 106dyn/cm2, 1mbar 等于 0.75mmHg的压力,由于 不是法定的计量单位,已废弃不用.12 .水的摩尔分数(molar numeric of water, N) 表示水在水溶液中的含量,Nu水的摩尔(水的摩尔数 十溶质的摩尔数),NW大表示水溶液中水分含量高,溶质含量少,水势高.纯水 的 Nk 55.1mol/dm 3.13 .渗透作用(osmosis )溶液中的溶

36、剂分子通过半透膜扩散的现象.对于水溶液而言,就 是指水分子从水势高处通过半透膜向水势低处扩散的现象.渗透作用所形成的流体静压叫渗透 压.14 .半透膜(semipermeable membrane)也叫选择透性膜,是只容许混合物(溶液、混合气体)中的一些物质透过,而不容许另一些物质透过的薄膜.15 .溶质势W s( solute potential , W s)由于溶质颗粒的存在而引起体系水势降低的数值. 溶质势表示溶液中水分潜在的渗透水平的大小,因此,溶质势又可称为渗透势(osmotic potential ,W兀).溶质势可用W s = RTlnNw/Vw.m公式计算,也可按范特霍夫公式W

37、 -=-兀=-iCRT计算.16,衬质势(matrix potential , m m)由于衬质(外表能吸附水分的物质,如纤维素、蛋白质、 淀粉等)的存在而使体系水势降低的数值.17 .压力势(pressure potential , W p)由于压力的存在而使体系水势改变的数值.假设加正压力,使体系水势增加,加负压力,使体系水势下降.18 .重力势(gravity potential , W g)由于重力的存在而使体系水势增加的数值.19 .膨压(turgor pressure)有液泡的活细胞吸水时,由于液泡吸水体积增加而产生的对细胞壁的压力叫膨压.20 .集流(mass flow 或bul

38、k flow)液体中成群的原子或分子 (例如组成水溶液的各种物质的分子)在压力梯度(水势梯度)作用下共同移动的现象.21 .质壁别离(plasmolysis)如果把具有液泡的细胞置于水势较低的溶液中,液泡失水,细胞收缩,体积变小.由于细胞壁的伸缩性有限,而原生质体的伸缩性较大,随着细胞继续失水,原 生质层便和细胞壁别离开来,这种现象被称为质壁别离.22 .质壁别离复原(deplasmolysis)如果把发生了质壁别离的细胞浸在水势较高的稀溶液或清水中,外液中的水分又会进入细胞,液泡变大,整个原生质层很快会恢复原来的状态,重新与细 胞壁相贴,这种现象称为质壁别离复原(deplasmolysis)

39、.23 .水通道蛋白(water channel protein)存在生物膜上的具有通透水分功能的内在蛋白.其多肽链穿越膜并形成孔道,特异地允许水分子通过.水通道蛋白亦称水孔蛋白(aquaporin , AQP>24 .吸胀吸水(imbibing absorption of water)依赖于低的衬质势而引起的吸水.干种子的吸水为典型的吸胀吸水.25 .吸胀作用(imbibition )亲水胶体物质吸水膨胀的现象称为吸胀作用.胶体物质吸引水分子的力量称为吸胀力.蛋白质类物质吸胀力最大,淀粉次之,纤维素较小.26 .根压(root pressure)由于植物根系生理活动而促使液流从根部上升

40、的压力.它是根系与外液水势差的表现和量度.根系活力强、土壤供水力高、叶的蒸腾量低时,根压较大.伤流和吐 水现象是根压存在的证据.27 .伤流(bleeding)从受伤或折断的植物组织伤口处溢出液体的现象.伤流是由根压引起的,是从伤口的输导组织中溢出的.伤流液的数量和成分可作为根系生理活性上下的指标.28 .吐水(guttation) 从未受伤的叶片尖端或边缘的水孔向外溢出液滴的现象.吐水也是由 根压引起的.作物生长健壮,根系活动较强,吐水量也较多,所以,吐水现象可以作为根系生理活 动的指标,并能用以判断苗长势的好坏.29 .萎鬻(wilting)植物在水分亏缺严重时,细胞失去膨压,茎叶下垂的现

41、象.30 .暂时萎鬻(temporary wilting)萎鬻植株假设在蒸腾速率降低后能恢复正常,这种萎鬻称为暂时萎鬻.暂时萎鬻是由于蒸腾失水量一时大于根系吸水量引起的.31 .永久萎鬻(permanent wilting)萎鬻植物假设在蒸腾降低以后仍不能恢复正常,这样的萎鬻就称为永久萎鬻.永久萎鬻是由于土壤缺乏可利用的水分引起的,只有向土壤供水才能消除植株 的萎鬻现象.32 .永久萎鬻系数(permanent wilting coefficient)指植物发生永久萎鬻时,土壤中尚存留的水分占土壤干重的百分率,是反映土壤中不可利用水的指标.永久萎鬻系数因土壤质地而异, 粗砂为1%左右,砂壤为6

42、就右,木土为15虬右.同一种质地的土壤上,不同作物的永久萎鬻系数 变化幅度很小.33 .田间持水量(field capacity , field moisture capacity)是指当土壤中重力水全部排除,而保存全部毛管水和束缚水时的土壤含水量.通常以水分占土壤干重的百分比表示.当土壤含 水量为田间持水量的 70姒右时,最适宜耕作.土壤砂性越强,田间持水量越小,而土壤粘性越大, 田间持水量就越大.34 .蒸腾作用(transpiration) 植物体内的水分以气态方式散失到大气中去的过程.蒸腾作 用可以促进水分的吸收和运转,降低植物体的温度,促进盐类的运转和分布.35 .蒸腾拉力(tran

43、spirational pull)由于蒸腾作用而产生的一系列水势梯度使导管中水分上升的力量.36 .小孔扩散律(small opening diffusion law)指气体通过多孔外表扩散的速率,不与小孔的面积成正比,而与小孔的周长或直径成正比的规律.气孔蒸腾速率符合小孔扩散律.37 .蒸腾速率(transpiration rate)又称蒸腾强度或蒸腾率,指植物在单位时间内、单位面积上通过蒸腾作用散失的水量(g m2 h-1).38 .蒸腾效率(transpirationratio ) 植物每蒸腾1kg水时所形成的干物质的 g数(gkg-1HQ.39 .蒸腾系数(transpiration

44、coefficient)植物每制造1g干物质所消耗水分的g数,它是蒸腾效率的倒数,又称需水量(water requirement) .40 .内聚力(cohesion)分子的凝聚力,使物体各局部聚合在一起的分子间相互的吸引力.41 .内聚力学说(cohesion theory)由狄克逊(H . H. Dixon)和伦尼尔(O. Renner)在20世纪初提出,是以水分的内聚力来解释水分在木质部中上升的原因的学说.也称蒸腾流一内聚力一张力 学说.42 .水分临界期(critical period of water)植物在生命周期中,对缺水最敏感、最易受害的时期.一般而言,植物的水分临界期多处于花

45、粉母细胞四分体形成期,这个时期一旦缺水,就使 性器官发育不正常.作物的水分临界期可作为合理灌溉的一种依据.43 .相对湿度(relative humidity , RH)在特定温度下空气中的水气相对于在这个温度下空 气所能包含的最大水气量的比率,用百分比表示,RH高表示气相中的水分含量高,水势高.44 . 土壤植物大气连续体(soil-plant-atmosphere continuum , SPAC) 土壤的水分由根吸收,经过植物,然后蒸发到大气,这样水分在土壤、植物和大气间的运动就构成一个连续体.一般情况下,土壤的水势根水势A茎水势A叶水势?大气水势,因此,土壤一植物一大气连续体就成为土壤

46、中水分经植物体散失到大气的途径.45 .调亏灌溉(regulated deficit irrigation, RDI) 一种新型节水技术,在作物营养生长旺期适度亏水,在作物需水临界期充分供水,促控结合提升水的利用效率,增加作物产量.46 .节水农业(economize water agriculture )是指充分利用水资源,采取水利和农业举措,提升水的利用率和生产效率,并创造出有利于农业持续开展的生态环境的农业.47 .生理需水(physiological water requirement ) T于植物生命活动和保持植物体内水 分平衡所需要的水分.48 .生态需水(ecological w

47、ater requirement)呼11用水的理化特性,调节植物生态条件所需要的水分.>(二)缩写符号译1. ww水的化学势2. Ww 水势3. Wm衬质势4. Ws溶质势5. W兀渗透势6. Wg 重力势7. Wp 压力势8. atm 大气压9. AQP水孔蛋白10. bar 巴11. MPa兆帕12. Pa 帕,亦称帕斯卡13. N/v水的摩尔分数14. RH相对湿度15. SPAC 土壤植物大气连续体16. RDI调亏灌溉(三)本章知识要点水是生命的“先天环境,没有水就没有植物.水是植物体的主要组成成分.水除了直接或间 接地参与生理生化反响之外,还调节植物的生态环境.植物体内的水分

48、以自由水和束缚水两种形态 存在,两者的比例与植物的代谢强度和抗逆性强弱有着密切关系.每偏摩尔水的自由能就是水的化学势.每偏摩尔体积水的化学势差就是水势.植物细胞的水势由渗透势(溶质势)、压力势和衬质势组成,W w= Ws + Wp + Wm=水势单位采用压力单位( MPa. 水分从水势高处通过半透膜移向水势低处,就是渗透作用.细胞吸水有渗透吸水、吸胀吸水以及降压吸水之分.具有液泡的植物细胞以渗透吸水为主.未 形成液泡的嫩细胞和枯燥种子的吸水主要靠吸胀吸水.细胞与细胞之间的水分移动方向,决定于两 处的水势差,水分总是从水势高处流向水势低处,直至两处水势差为零.土壤中只有可利用水才能被植物根系吸收

49、.根系吸收水分最活泼的部位是根毛区.根系吸水可 分为主动吸水和被动吸水, 通常被动吸水是主要的. 但凡影响根压形成和影响蒸腾速率的内外条件, 都影响根的吸水.蒸腾作用在植物生活中具有重要的作用.气孔蒸腾是蒸腾作用的主要方式.气孔关闭机理可以10用无机离子吸收学说和苹果酸生成学说来解释.开孔的关键问题是保卫细胞中的溶质增加和水势的下降,当保卫细胞水势下降后它周围细胞吸水,气孔就张开,反之气孔那么关闭.影响气孔蒸腾的外 界因素主要有光照、温度和湿度,而内部因素那么以气孔开度为主.水分在植物体内可经质外体和共质体途径运输.运输的途径是：土壤一根毛一皮层一内皮层一 中柱鞘一根的导管或管胞一茎的导管一叶

50、柄导管一叶脉导管一叶肉细胞一叶细胞间隙一气孔下腔 一气孔一大气.水分在导管或管胞上升的动力是根压与蒸腾拉力,并以蒸腾拉力为主.由于水分子 之间的内聚力和水分子与导管壁之间的吸附力远大于水柱张力,因而导管中的水柱连续不中断,这 是水分源源不断上升的保证.灌溉的根本原那么是用少量的水取得最大的效果.要进一步发挥灌溉的作用,就需要掌握作物的 需水规律.作物需水量(蒸腾系数)因作物种类、生长发育时期不同而有差异.合理灌溉那么要以作 物需水量和水分临界期为依据,参照生理指标制定灌溉方案,采用先进的灌溉方法及时地进行灌溉. 合理灌溉可取得良好的生理效应和生态效应,增产效果显著.三、重点、难点(一)重点1

51、.水分在植物生命活动中的作用.2 .植物细胞水势的组成,水分移动的方向.3 .细胞对水分的吸收.4 .植物根系对水分的吸收.5 .气孔蒸腾的机理和影响因素.6 .植物体内水分运输的途径.7 .作物需水规律和合理灌溉.(二)难点1 .植物细胞的水势的根本概念.2 .组成和有关计算.3 .气孔开闭的机理.四、典型例题解析例1以下情况会发生渗透作用吸水的是 .A.干种子萌发时的吸水B .水从气孔进入外界环境C.萎鬻的青菜放进清水中D .玫瑰枝条插入盛有清水的花瓶中解析：渗透作用是水分子通过半透膜的扩散.干种子的细胞没有液泡,它的吸水属于吸胀吸水;水从气孔进入外界环境这种失水方式属于蒸腾作用；枝条插入

52、水中的吸水主要是通过枝条中的导管 的毛细管吸水.而萎鬻的青菜放进清水中,青菜细胞和周围水环境构成渗透系统,青菜细胞吸水为 渗透作用吸水.答案：C.例2能发生质壁别离的细胞是 .A.干种子细胞 B .根毛细胞 C .红细胞 D .腌萝卜干的细胞解析：活的成熟的植物细胞是一个渗透系统,能与外界中的溶液发生渗透作用.只有能够发生 渗透作用的植物细胞才能发生质壁别离.此题中符合上述条件的只有根毛细胞.由于干种子细胞靠 吸胀作用吸水,红细胞无细胞壁,谈不上什么质壁别离,腌萝卜干的细胞已经死亡,不会发生质壁 别离.答案：B.例3以下论点是否正确,为什么？(1) 一个细胞的溶质势与所处外界溶液的溶质势相等,

53、那么细胞体积不变.(2)假设细胞的W p=-Ws,将其放入某一溶液中时,那么体积不变.(3)假设细胞的W w= Ws,将其放入纯水中,那么体积不变.11解析：1论点不完全正确：由于一个成熟细胞的水势由溶质势和压力势两局部组成,只有在初始质壁别离W p=0时,上述论点才能成立.通常一个细胞的溶质势与所处外界溶液的溶质势相等时,由于 压力势常为正值的存在,使细胞水势高于外界溶液的水势也即它的溶质势,因而细胞失水,体积变小.2该论点不正确：由于当细胞的W p=-Ws时,该细胞的W w= 0.把这样的细胞放入任一溶液 中,细胞都会失水,体积变小.3该论点不正确：由于当细胞的W w= Ws时,该细胞的W

54、 p=0,而Ws为负值,即其W WK 0, 把这样的细胞放入纯水中,细胞吸水,体积变大.例4根据图2.1所示阐述细胞水势W w、压力势W p、溶质势W s和细胞相对体积间的关系.请指出在细胞相对体积分别为n和出时,细胞所处的状态以及Wp、3$和3亚各为多少MP,图2.1细胞水势3w压力势里p、溶质势Ws和细胞体积间的关系解析：图中垂直于横轴的虚线及其与三条曲线相交点的数值I ,表示一个常态下细胞的体积和与之相应的W w、Bp、Ws.如果把细胞放到高水势的溶液中,细胞吸水,体积增大,虚线向右 移动,随着细胞含水量的增加,细胞液浓度降低,W s增高,W w也随着升高,细胞吸水水平下降. 当细胞吸水

55、达充分饱和状态n时,细胞体积最大,相对体积为1.5, W p = -Ws= 1.5MPa, Ww=0.如果把细胞放到低水势溶液中,细胞失水,体积缩小,虚线向左移动,Ww、Bp、Ws也相应降低.到达初始质壁别离时 出,细胞相对体积为1, W p= 0, W w= W s = -1.9 MPa.第三章植物的矿质与氮素营养一、教学大纲根本要求了解高等植物矿质营养的概念、研究历史、植物必需元素的名称及其在植物体内的生理作用、 植物缺乏必需元素所出现的特有病症；理解营养离子跨膜运输的机理、植物根系吸收养分的过程、 特点以及根外营养的意义；了解NG、NH+在植物体内的同化过程、同化部位,以及营养物质在体内

56、的运输方式；了解影响植物吸收矿质养分的环境因素、作物生产与矿质营养的密切关系并理解合 理施肥的生理根底,能够提出合理施肥的举措.12二、本章知识要点(一)名词解释1 .矿质营养(mineral nutrition )植物对矿物质的吸收、转运和同化,通称为植物的矿质营养.2 .灰分(ash)和灰分元素(ash element )干物质充分燃烧后,剩余下一些不能挥发的灰白色残渣,称为灰分.构成灰分的元素称为灰分元素.灰分元素直接或间接来自土壤矿质,所以又称 为矿质元素.3 .必需元素(essential element )在植物生长发育中起着不可替代的、直接的、必不可少的作用的元素. 一般认为有16种,即 C H、O N P、K、Ca、Mg S、Fe、B Mn Zn、Cu Mo Cl4 .大量元素(major element , macroelement )植物生命活动必需的、且需要量较多的一些元素.它们约占植物体干重的0.01%10%有C H.M P、K、Ca、Mg S等九种元素.5 .微量元素(minor element , microelement , trace element ) 植物生命活动必需的、而需 要量很少的一类元素.它们约占植物体干重的10-5%- 10-3%有Fe、B、Mn