10植物生理学讲义第七章课件

第七章植物的生长与运动

7/20/20231本章重点和难点：一、生长发育和分化的概念；二、植物生长相关性；三、植物的组织培养技术与应用。7/20/202327/20/20233第一节

种子的萌发(germination)

一、影响种子萌发的外界条件

1、水分

①吸水→种皮膨胀软化→氧气透过种皮→胚呼吸增加，使胚易干突破种皮；②胞质凝胶态→溶胶态，代谢加强，贮藏有机物分解；③促进可溶物运输到正在生长的幼芽、幼根等。充足的水分是种子萌发的必要条件。7/20/202342、氧气：种子萌发是一个非常活跃的生长过程。旺盛的物质代谢和活跃的物质运输等，需要强烈的有氧呼吸来保证。3、温度：酶的活性与温度有密切关系，适宜温度，利于萌发；了解作物种子萌发的最适温度，对决定播种期很重要。4、光：有些植物种子萌发需要光需光种子(lightseed)：莴苣、烟草、拟南芥等需暗种子(darkseed)：西瓜属和黑种草属等7/20/20235二、种子萌发的生理、生化变化

种子萌发过程基本包括：⑴种子吸水，⑵贮存物质的水解和运输，⑶细胞分裂，⑷胚根、胚芽的出现等。7/20/202361、种子吸水：三个阶段，急剧吸水→吸水停止→重新迅速吸水2、呼吸作用的变化和酶的形成：初期（一、二阶段）是无氧呼吸；后期（第三阶段）是有氧呼吸。酶的来源：

①从已存在的束缚态酶释放或活化而来；②通过核酸诱导合成的Pr形成的酶；③通过种子贮存的mRNA翻译而来。7/20/202373、有机物的转变（1）碳水化合物的转变：种子萌发前仅有β-淀粉酶，发芽后形成α-淀粉酶。在胚乳的糊粉层中形成，后进入胚乳，分解淀粉。两种酶都不能水解α-1,6-糖苷键淀粉β-淀粉酶α-淀粉酶G麦芽糖极限糊精脱支酶麦芽糖G麦芽糖酶

7/20/20238淀粉的磷酸解

phosphorolysis磷酸参与下在淀粉磷酸化酶(P酶)作用下,淀粉降解成葡萄糖-1-磷酸(葡萄糖)n+磷酸P酶(葡萄糖)n-1+G-1-P淀粉酶和淀粉磷酸化酶作用温度不同,前者高温(10度以上)下起作用,后者低温下起作用7/20/20239（2）脂肪的转变甘油脂肪酸脂肪酶脂肪（圆球体）乙酰COA柠檬酸琥珀酸琥珀酸苹果酸草酰乙酸DHAPF-6-P蔗糖苹果酸乙醛酸循环体线粒体7/20/202310（3）蛋白质的转变蛋白质蛋白酶小肽肽酶氨基酸

综上所述，种子萌发时只能利用种子内贮藏的物质如淀粉、脂肪和蛋白质等，还不能制造养分。贮存养分愈多，就愈有利于幼胚的生长。合成新氨基酸和蛋白质游离氨和酮酸转氨分解7/20/202311三、种子的寿命Seedlongevityisofpracticalimportancebecauseofongoingeffortstopreserveplantgeneticresourcesforfutureagriculturalcropsbysettingupseedgenebanks.

种子寿命（seedlongevity）：指种子从采收到失去发芽力的时间。①贮藏条件有限：干燥、低温较长，反之则较短；②与基因型有关7/20/202312Someexamplesareconsideredhighlycontroversial.Extremeexamplesofancientseedsthathavebeenreportedtoretaintheirviabilityinclude:submergedlotusseedsfoundina3,000-year-oldboatnearTokyobarleyseedsfromthe3,000-year-oldtombofKingTutankhamenarcticlupineseedsassociatedwithrodentburrowsdeterminedtobe14,000yearsold.7/20/202313Mechanisms?Whyaresomeseedsabletosurviveinadormantstateforhundredsofyears,whereasothersloseviabilityinlessthan5years?

Almostnothingisknownaboutthemechanismsthatdeterminethelongevityofseeds.Ifthesemechanismscouldbeunderstood,wemightsomedaybeabletogreatlyincreasetheseedlongevityofagriculturallyimportantspeciesandvarieties,therebyenhancingourabilitytopreserveplantgeneticresourcesforgenerationstocome.7/20/202314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体积通过细胞的分化，不断形成各种器官。7/20/202315一、细胞分裂的生理具有分裂能力的细胞，胞质浓厚，代谢旺盛，能把无机盐和有机物同化为细胞质。细胞周期：细胞分裂结束到下一次分裂结束时所需的时间。包括：间期（G1、S、G2）和分裂期（前、中、后、末）。7/20/202316

控制细胞周期的关键酶是：依赖于细胞周期蛋白的蛋白激酶（cyclin-dependentproteinkinases

CDK）CDK活性调节的途径：

a.细胞周期蛋白的合成和破坏；b.CDK内关键氨基酸的可逆磷酸化作用。由G1期转为S期需G1细胞周期蛋白（CG1）

由G2期转为分裂期需有丝分裂细胞周期蛋白（CM）7/20/2023177/20/202318二、细胞伸长的生理

细胞体积伸长时，呼吸速率加快，蛋白质量增加；呼吸作用的加强和蛋白质的积累是细胞伸长的基础。细胞伸长时，不只增加细胞质，也增加细胞壁。激素对细胞伸长的影响：⑴GA和IAA促进细胞伸长⑵ABA抑制细胞伸长⑶CTK和ETH促进细胞扩大7/20/202319三、细胞分化的生理

细胞分化(celldifferentiation)：指形成不同形态和不同功能细胞的过程。1.细胞全能性(celltotipotency)：指植物体每个细胞中携带着一套完整的基因组，并能发育成完整植株的潜力。细胞分化后，受所处环境束缚，相对稳定存在；若转为离体状态，在适宜条件下便会表现出全能性。7/20/2023202.极性（polarity）：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和生理生化上的梯度差异。一旦建立，即难于逆转。极性造成细胞内物质分布不均匀，建立起轴向，产生两极分化，细胞不均等分裂。Cellsthatareinitiallyapolar,suchaszygotes(受精卵),spores(孢子),andpollengrains,laterbecomepolarizedandinitiatetipgrowthandhavebeenespeciallyvaluableintheanalysisoftheinductionandestablishmentofpolarity.

7/20/2023213.影响分化的条件cellscanperceiveandactoninformationcomingfromtheirenvironmenttoaltertheirpolarityandredirectgrowthwhennecessary.

Awidevarietyofexternalgradients,includingtemperature,lightintensity,pH,ions,andelectric-potentialgradients,canpolarizeandorienttheaxisofgrowthofcells.

a.糖浓度：低，木质部；高，韧皮部；中，木质部和韧皮部，而且中间有形成层。

b.激素

c.光7/20/202322四、组织培养组织培养（tissueculture）：

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。1.培养基成分：

无机营养物碳源维生素生长调节物质有机附加物

2.条件：a.无菌，b.温度，25～27℃，C.光3.生理过程：

脱分化(dedifference)：产生愈伤组织再分化(redifference)：愈伤组织再度分化合物7/20/202323第三节

植物的生长

一、营养器官的生长特性1、茎生长特性茎的整个生长过程中，生长速率都表现出“慢-快-慢”的基本规律。——生长大周期。控制茎生长的是顶端分生组织和近顶端分生组织，前者控制后者的活性，而后者细胞的分裂和伸长决定茎的生长速率。7/20/202324茎的生长具有顶端优势(apicaldominance)：顶端在生长上占优势的现象，此现象的产生与IAA有关。Pearceandcolleagues(1995)measuredABAandIAAlevelsinrhizomes(undergroundstems)ofElytrigiarepens(Quackgrass),whichexhibitstrongapicaldominance.

muchofthecytokininoftheplantissynthesizedintherootandtransportedtotheshoot.(Studieswiththe14C-labeledcytokininbenzyladenine(BA),haveshownthatwhenthelabeledcompoundisappliedtoroots,more[14C]BAistransportedtotheshootapexthantotheaxillarybud.)Decapitation打顶7/20/2023252、根的生长特性

根也有顶端分生组织，生长大周期，顶端优势

CTK根尖合成，抑制侧根形成ABA抑制侧根形成，但要求较高的CTKETH促进侧根形成3、叶生长的特性：幼叶发育完全，由小到大；双，均；单，叶片基部。4、根与地上部的相关性根为地上部供水、矿、CTK等，地上部为根供糖等；“根深叶茂”，相互促进，相互抑制。7/20/202326二、影响营养器官生长的条件

1、温度不同植物、不同生育期对温度的要求均不同最适温度：是指植物生长最快的温度，25~35℃。生长温周期现象：植物对昼夜温度变化的反应。土壤温度对根和地上部的生长都是非常重要的。7/20/2023272、光⑴抑制茎伸长：a.使自由态IAA变成结合态IAA；b.提高IAA氢化酶活性，IAA含量下降；c.红光增加胞质[ca2+]，活化CaMCa2+到细胞壁，细胞延伸减慢。⑵抑制根生长：光促进根内形成脱落酸。7/20/2023283、水分细胞的分裂和伸长都必须在水分充足的情况下才能进行。土壤中水分适当时，植物各部分的生长顺利。4、矿质营养

N：叶肥，增大叶片面积，延长叶片寿命5、植物激素GA促进茎的生长，等。7/20/202329第四节

植物的运动植物的运动：植物体的器官在空间上发生位置移动的现象。运动方式有：向性运动和感性运动。①向性运动(tropicmovement)：由光、重力等外界刺激产生的，其运动方向取决于外界的刺激方向。②感性运动(nasticmovement)：由外界刺激或者内部时间机制引起的，外界刺激的方向不能决定运动方向。7/20/202330一、向性运动

向性运动包括3个步骤：⑴感受，⑵传导，⑶反应是由生长引起的、不可逆的运动。种类：

1、向光性2、向重力性3、向化性4、向水性7/20/2023311.向光性(phototropism)：植物随光的方向而弯曲的能力叫做向光性，有正向光性、负向光性和横向光性3种方式。感受部位：茎尖、根尖、芽鞘尖端、叶片等向光性反应的受体：β-胡萝卜素、核黄素等

产生机理：a.生长素分布的不均匀，单向光引起向光一侧带负电，背光的一侧带正电。弱酸性的IAA阴离子向带正电的背光一侧移动，IAA多，细胞的伸长强烈，使植株向光弯曲。b.生长抑制物质的分布不均匀。

向光一侧的生长抑制物质多于背光一侧。7/20/2023322.向重力性(gravitropism)在重力影响下，保持一定生长方向的生长特性。（1）分类：正向重力性（根）、负向重力性（茎）、横向重力性（如地下茎）（2）感受器：平衡石（是造粉体）（3）机理：starch-statolithhypothesis（4）意义：播种时；倒伏时7/20/2023337/20/2023343.向化性(chemotropism)

由于某些化学物质在植物周围分布不均匀引起的生长，如根部的向肥生长。4.向水性(hydrotropism)土壤中水分分布不均匀时，根趋向于较湿的地方生长的特性。7/20/202335二、感性运动

1.偏上性和偏下性

偏上性：上部生长比下部快，如叶片、花瓣等

偏下性：下部生长比上部快，如叶片2.感夜性(nyctinasty)由于昼夜交替，光温变化而引起的生长运动。原因：