植物生理生态学复习资料

植物生理态学绪论植物生理生态学：研究植物与环境的相互作和机制的一门实验科。研究层次：植物个体—器—组织水平。植物生理生态学特点：物生态学的一个分支，主要用生理学的观点和方法来析生态学现象。

研究生态因子和植物生理现象之间的关系。植物生理生态学主要集中在组织、器官、个体与生物环境之的相互关系，作为对态现象的验证和解释，同时也对微观植物生理学提供了表征证。植物与环境环境：某一特定生物体或生物群体周围一切因素总和，包括空间及直或间接影响该生物体或生物群体生存的各种因素。环境的本质就是生物生存和发展的资源或影响种资源的因素。生态因子环境中对生物起作用因子。对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响。生存条件：生态因子中对生物生存环境不能缺的生态因子的总称。生境：特定生物个体或群体的栖息地的生态环境生态因子根据性质划分：气候因子：温度、水分、光照、风、气压和雷电等。土壤因子：土壤结构、土壤成分的理化性质及土壤生物。地形因子：陆地、海洋、海拔高度、山脉走向与坡度等。生物因子：包括动物、植物和微生物之间的各种相互作用。人为因子：人类活动对自然的干预、影响、破坏及对环境的染等。植物与生态因子之间的相互关系：1)生态作用：生态因子对植的结构、过程、功能、分布等产生的影响。2)生态适应：植物改变自身构与过程以与其生存环境相协调的过程。3)相互作用：植物对环境做的响应和反馈，并影响环境的过程境小气候、土壤结构、土壤微生物、大气组分、生物链结构、同进化、生物多样性1植物对生态因子的响应和耐受性生态幅：受范围上最高点和最点之间的范围。生物对生态因子耐受限度的调整：1)驯化：通过人栽培，自然选择和人工选择，是野生植物、外来物能适应本地的自然环境和栽培条件成为生产或观赏需要的本地植。生物学意义：适应境变化的能力。2)内稳态：物系统通过内在的调节机制使内环境保持相对稳。内稳态通过形态、行为和生理适应实现。3)适应：生物环境压力的调整过程。植物在形态结构和功能面获得了可遗传的改变，从而增加了对逆境的抗性。适应方式：—适应组合：环境件表现出一整套协同的适应特性。—生理适应：生物、休眠、生理生化变化。影响植物生理生态的主要环境因子光照①绿色植将太阳能转化成化学能储存于植物体内，这一过程是生物圈太阳能发生联系的唯一环节，也是生物圈赖以生存的基础。2太阳辐射为地球上所有生命系统提供了能量来源。根据陆生植物对光强适应的生态类型可分为中性植物（耐阴物性植物（阳生植物性植物（阴地植物根据植物对日照长度的反应类型可把植物分为长日照植物、日照植物、中日照植物和中间型植物。光质：光谱成分（红、橙、黄、绿、青、蓝、紫生理有效辐射：能被光合作用利用的太阳辐。太阳辐射中只有可光部分可被光合作用所利用。绿光在陆生植物光合作用中很少被吸，称为生理无效辐射。光周期现象：然界的光暗交替现象植物的光周期反应类型短日植物：在昼夜周期中日照长度短于临界值日长才能开花植物。长日植物：在昼夜周期中日照长度大于临界值日长才能开花植物。中日性植物：这类植物的成花对日照长度不敏感，只要其他件满足，在任何日照条件下都能开花。植物光周期现象的应用：使花期不同的植物同时开花以杂交育种。采用短日照处理使树木提早休眠，增强越冬能力。使植物延迟开花，促进营养生长等。园艺上控制开花时间，便于观赏等。安排农时。温度①温度对植物的作用（温度的生态学意义）1有效积温：物在生长发育过程中，从环境中摄取一定热量成某一阶段的发育。有效积温意义：预测植物生育期；预测植物地理分布北界；定农业气候区划，合理安排作物。植物春化作用：植物必须经历一段时间的持低温才能由营养生长段转入生殖阶段生长的现象。去春化作用（解除春化）：物在春化过程结束前，将其放到较高的生长温度下，低温的效果会被减弱或消除的现象。②极端温度对植物的影响高温破坏生物体内的代谢过程和光和呼吸平衡，并且没有经春化作用植物不能完成发育阶段。低温使植物遭受寒害和冻害，引起细胞渗透压变化，导致蛋质变性，代谢失调。③植物对极端温度的适应植物对极端低温的适应形态上适应：芽具鳞片、体具蜡粉、植株矮小生理上适应：减少细胞中的水分和增加细胞中有机质的浓度行为上适应：休眠植物对极端高温的适应3形态上适应：密毛、鳞片滤光；叶色反光；叶缘向上或暂时叠，减少辐射伤害；茎干具厚的木栓层，绝热生理上适应：降低细胞含水量，增加糖或盐浓度；蒸腾作用盛行为上适应：关闭气孔、种子休眠水①水的生物学意义水是植物体不可缺少的组成成分。水是植物体所有代谢活动的介质。水为植物创造稳定的温度环境。水是光合作用的原料。水影响植物分布、密度。②生物体的水分获得与损失途径水分的丧失途：蒸发（蒸腾作用、扩散作用）失水，分泌失水水分获得途径根部吸收，叶面吸收③生物对水因子的适应水生植物对水子的适应①适应方式—发达的通气组织—机械组织不发达退化；—叶片薄而长，以加光合和吸收营养物质的面积。②生态类型沉水植物、浮水植物、挺水植物陆生植物对水子的适应①适应方式形态适应—发达的根系；—叶面小；—单子叶植物中一具扇状的运动细胞可使叶面卷曲；—具有发达的贮水织。生理适应—水分运输的动力—原生质的渗透浓高。②生态类型湿生植物、中生植物、旱生植物土壤（植物矿质养分的来源）土壤是植物生的基质和营养库。土壤提供了植物生活的空间、水分和必须的矿质元素。生态因子作用的特点1)综合性：态因子之间相互影响、相互作用、相互制约，任一因子的变化都会在不同程度上引起其他因子的变化。主导因子作用（非等价性）主导因子：在诸多的环境因子中，有一个对生物起绝对性作的生态因子。对生物起作用的诸多因子是非等价的。4

不可替代性和补偿作用不可替代性：态因子虽非等价，但不可缺少，一个因子的缺失不能由另一个因子代替。阶段性作用生物在生长发育的不同阶段需要不同的生态因子或生态因子不同强度。直接作用和间接作用

植物光合作用及其生理生态基础光合作用：含叶绿体的绿色植物和某些细菌，可见光的照射下，经光反应和碳反应，利用光合色素，将二氧化碳和水转化为有机物，并释放氧气的过程。光反应在类囊体（光合膜）上进行，碳反应在叶绿体的基质进行。光合作用的重要地位地球上最重要的化学反应生命的发动机地球生物圈形成和运转的关键环节：一切生物体和人类物质来源；一切生物体和人类能量的来源；一切生物体和人类氧气的来源光合机构—叶绿体及其色素叶肉组织叶绿体光合作用的光能吸收、传递和转化过程是在类囊体膜上，具一定分子排列和空间构象的色素蛋白复合体以及有关的电子载体中完成的光合色素：在光合作用中参与吸收、传递光能引起原初光化学反应色素。高等植物和大部分藻类的光合色素是叶绿素a、和类胡萝卜素。光合色素分布在类囊体膜中，以非共价键与蛋白质结核在一形成色素蛋白，以吸收和传递光能。光合作用的生理机制（原初、同化力、碳同）光反应包括原初反应、电子传递和光和磷酸。5++++++①原初反应：合色素分子对光能的吸收、传递和转换过程。反应中心色素：少数特殊状态的叶绿素a分子，它具有光化学活性，能捕光，又能将光能转换为电能。聚光色素：能吸收光能，并把吸收的光能传递到反应中心色。大部分叶绿素a、全部绿素b、胡萝卜素、叶黄素。光合反应中心：进行光反应原初反应的最基本的色素蛋白结。②电子传递与光合磷酸化（电能转化为活跃化学能的过）1光系统：绿体中的光和色素有规律的组成许多特殊的功能单。1光系统Ⅰ（PS）：颗粒较。NADP的还原核心复合体：反应中心为P7002

光系统Ⅱ（PSⅡ）：颗粒较。水的光解和放氧核心复合体：由6种多肽组成，反应中心P6802

细胞色素b6f复合体一种多亚基蛋白，主要生理功能把PQH类囊体腔。

2

中电子传递给PC，同时将H释放到

光合链：接两个光系统以及H光合电子传递及其类型。

2O和NADP之间的传递电子物质。电子传递：原初反应形成的高能电子沿一系列子载体传递，在此过中形6++++++成O

2、NADPH和H和质子电动。

非环式电子传递（z）：光解产生的电子经过Ⅱ、细胞色素b合体、PSⅠ，最终还原NADP，是主要形式。

6ƒ复

环式电子传递：Ⅰ吸收光量子分离出来的电子，经过细胞色素b合体，再经过PC返回PSⅠ的过程

6ƒ复

假环式电子传递：分解产生的电子经过Ⅱ、细胞色素b

6ƒ复合体、PSⅠ还原O

2

的过程强光下NADP供应不足时产生5

光合磷酸化：在叶绿体（或载色体中发生的由ADP与Pi合成ATP的反应。

非环式磷酸化：光合电子传递到后与非环式电子传递联产生ATP的反应。在光合磷酸化中占主要地位。循环式光合磷酸化：光合电子传递到后与环式电子传递偶产生ATP的反应。假循环式光和磷酸化：合电子传递到Fd后与假环电子传递偶联产生ATP的反应。7③碳同化（二氧化碳同化）：物利用光反应中形的同化力，将CO定化合物糖类的过程。

2

转化为稳1C

3

途径（卡尔文循环）：2C4途径（四碳二羧酸途径）3

景天酸代谢途径（CAM途径）CAM植物：按CAM途径固定CO

2

的植物。C植物CAM植物C植物共同点都以卡尔文循环合成光合产物不同点碳同化时有一个固定CO的过程不同点光合产物在维管束细胞中形成光合产物在叶肉细胞中形成不同点两次CO固定在空间上隔开两次CO固定在时间上隔开4光呼吸：物绿色细胞在光下吸收O

2

，放出CO

2

的过程植物进化出了有更高的同化CO

2

的组织结构和生理功能；C3植物进化出了光呼吸这一生理功能。）光呼吸的生理功能：消除乙醇酸的毒害为卡尔文循环提供CO对光合机构的破坏、减少碳损失。④光合作用产物

2、防止强光光合作用直接产物：糖类。大多数高等植物的光合产物是粉，洋葱、大蒜的光8合产物是葡萄糖和果糖，小麦、蚕豆等主要是蔗糖。光合作用的生理生态响应①光合速率：位时间、单位叶面积吸收CO

2

的量或放出CO

2

的量。②光补偿点：一叶片在同一时间内光合速率和呼吸速率相等时的光强度。③光饱和点：合速率开始达到最大时的光强度。④CO

2

补偿点：光合速率与呼吸速率等时外界环境中CO

2

浓度。⑤CO

2

饱和点：合速率开始达到最大时的CO

2

浓度。

植物的水分生理生态水是生命起源的先决条件，没有水就没有生命，也就没有植。①水分在植物生命活动中的重要性束缚水：细胞组分紧密结合而能自由流动的水分。自由水：与细胞组分相结合可自由流动的水分。自由水/束缚水：值越高，植物代谢越活跃，但抗逆性差水在生命活动中的作用：原生质的主要成分代谢过程的重要反应物质植物吸收和运输物质的溶剂保持植物的固有姿态水有较高的比热和汽化热，有利于调节植物体的温度。②植物细胞对水分的吸收吸涨作用吸水：未成液泡细胞渗透性吸水：泡形成后（主要吸水式代谢性吸水：物细胞利用呼吸作用生的能量使水分经过质膜进入细胞的过程。

代谢性吸水只占吸水量的很少一部分。1水势：每偏摩尔体积水的化学势。束缚能：不能用于做有用功的能量。自由能：在恒温、恒压条件下能够做功的能量。化学势：每偏摩尔物质所具有的自由能。2

渗透作用水分从水势高的系统过半透膜向水势低的系统移动的现象。细胞水势：渗透势（溶质势）ψs由于溶质颗粒的存在而降低的水势值，是负值。压力势ψp由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水势增加的值，是正值。9③

衬质势ψm细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水束缚而引起水势降低的值，是负值。干燥种子的水势=衬质势3水势的应用水分总是从水势高的部位向水势低的部位运转。水势差值越大，移动的越快，知道水势相等为止。植物根系对水分的吸收1根部吸水区域根部吸水的区域主要在根尖10cm处，包括根冠根毛区、伸长区和分生区，其中根毛区吸水能力最大。2根系吸水途径质外体途径：分通过细胞壁、细胞隙以及木质部导管等没有原生质的部分移动。不越过任何膜，阻力小，移动快。共质体途径：分从一个细胞的细胞通过胞间连丝进入另一个细胞细胞质的移动过程。水分移动跨膜，阻力大，移动慢。跨膜途径：水分从一个细胞进入另一个细胞，经过两次质膜，而不经过细胞质。共质体途径和跨膜途径统称为细胞途径质外体：放性的连续自由空间包括细胞壁、胞间隙及导管等共质体：过胞间连丝把无数原生质体联系起来形成的一个续的整体。胞间连丝：贯穿胞壁的管状结构物内的连丝微，其两端与内质网相连接。凯氏带：等植物内皮层细胞径壁和横向壁的木栓化和木质化的带状增厚部分，主要功能是控制皮层和维管束之间的物质运。

3根系吸水的动力主动吸水：由根系的生理活动引起。动力为根。被动吸水（主要吸水动力）：由蒸作用引起。动力是蒸拉力。根压：物根系的生理活动使液流从根部上升的压力。4影响根系吸水的土壤条件土壤中可用水分10

土壤胶体能吸附一些水分。植物只能利用土壤中可用水分。重力水：在重力作用下可通过颗粒间空隙下降水。易流失，有害。毛细管水保持在土壤颗粒间毛管内的水分。有效水。植物吸水大部分来自毛细管水。束缚水：与土壤颗粒、胶体紧密结合的水分。无水。土壤含水量：最大持水量：壤中所有孔隙完全被所占据时的土壤含水量，即饱和含水量。田间持水量：除重力水而保留毛细水时的土壤含水量。永久萎焉系数：植物刚发生永久萎焉时土壤存留的含水量。是土壤中不可用水的指标。土壤中可用水分=田间持水量—永久萎焉系数土壤通气状况土壤通气不良使根系吸水量减少。土壤温度高温和低温均会降低根系吸水速率。土壤溶液浓度根部细胞的水势必须低于土壤溶液的水势。④蒸腾作用植物吸收的水分大部分以气体的形式逸散到体外（蒸腾作用蒸腾作用：水分从植物地上部分以水蒸气状态外散失的过程。是一生理过程，受植物体结构和气孔行为调节。蒸腾作用的意义：蒸腾作用是植物对水分吸收和运输的一个主要动力。蒸腾作用促进植物对矿物质的吸收和运输。蒸腾作用能降低植物体和叶片的温度。蒸腾作用的正常运行，气孔开放，有利于光合作用中CO固定。蒸腾作用指标：1.蒸腾速率：物在单位时间内，单叶面积通过蒸腾作用散失的水量。2.蒸腾比率：物每消耗1Kg水时所形成的干质克数。3.蒸腾系数：物制造1kg干物质所需水分腾比率的倒数）小孔扩散定律：气孔通过气孔扩散的速率，与小孔的面积成正比与小孔的周长成正比。气孔运动机理：淀粉—糖转化学说无机离子泵学说苹果酸代谢学说影响蒸腾作用的外界因素光：光促进气孔的开启，蒸腾增加水分状况：足够的水分有利于气孔开放，过多水分反而使气孔关闭3.温度：气孔开度一般随温度的升高而增大，但温过高，失水增大导致气孔关闭。114.风：微风有利于蒸腾，强风降低蒸腾。5.CO

2

浓度：CO

2

浓度低促使气孔张开，蒸腾增强。降低蒸腾的途径：减少蒸腾面积改善植物生态环境3.应用抗蒸腾剂⑤植物体内水分的运输水分运输途径

水分沿导管或管胞上升的机制动力：根压和蒸腾拉力水柱连续性—内聚力学说内聚力：同分子之间有相互吸的力量。

植物矿质营植物对矿物质的吸收、转运和同化，统称为矿质营养。①植物必需的矿质元素和确定方法灰分元素：构成灰分中各种氧化物和盐类的元，他们直接或间接来于土壤矿质，故又称为矿质元素。植物必需元素：植物正常生长发育必不可少元素。判断某种元素是否必需元素的三标准：不可缺少性：乏该元素时，植物生发育明显受到抑制，以致不能完成生活史。不可替代性：乏该元素所引起的症只能加入该元素才能预防和恢复，其他元素不能替代。直接功能性：元素对植物生长发育影响是由该元素的直接作用，而不是间接作用造成的。必需元素的主要生理功能作为活细胞结构的物质组成部分作为能量转换过程中的电子载体作为活细胞电化学平衡的重要介质，稳定细胞质的电荷平衡作为活细胞的重要渗透物质调节细胞的膨压作为细胞的信号转导信使。②植物对矿质元素的吸收现一般认为，不同的矿质元素的主要根系吸收区域是不同的并且不同的植物对同种矿质元素的吸收部位也有所不同。12③根系吸收矿质元素的过程矿质元素被吸附在根组织细胞表面。→经外体或共质体途径进根的木质部导管。→随木质部汁液在蒸腾拉力和根压的作用下运至植物的地上部分。→到达需要的位，如叶片、花、果实等④根系吸收矿质矿质元素必须溶于水中才能被吸收，随水一起进入根部自由间。由于矿质的吸收形成水势差，这是吸水的动力。植物对同一种盐的不同离子吸收差异：生理碱性盐：于植物对离子的选性吸收而使环境PH升高的盐类。生理酸性盐：于植物对离子的选性吸收而使环境PH下降的盐类。生理中性盐：物对盐类的阴阳离吸收的速率和数量很接近，并不改变环境的PH。细胞吸收溶质的方式和机理主动转运：细胞利用代谢能量将溶质吸收或排细胞的过程。被动转运：由于扩散作用或其他物理过程而进的溶质跨膜运转。离子通道运输：细胞质磷脂双层膜内蛋白构成的孔道结构。载体运输：子载体指能运载溶质的膜蛋白。通过载体蛋构象的变化透过质膜，把分子或离子释放到质膜另一侧。离子泵运输：膜上存在ATP酶，能催化ATP水解释放能量，驱动离子运转。胞饮作用：细胞通过膜的内折从外界直接摄取质进入细胞的过程。影响根系吸收矿质元素的因素土壤温度：在一定范围内，根系吸收矿质元素速度随土壤温度的升高而加快，但超过一定温度时，吸收速度反而下降。土壤通气状况：通气良好时土壤含氧量较高根系呼吸代谢旺盛，吸收矿质元素速度较快。土壤溶液矿质元素的浓度：土壤中各种矿质元素浓度较低时，根系吸收矿质元素的速度随着矿质元素浓的增加而增加。但当质元素达一定浓度时，浓度再增加也不会提吸收速度。土壤酸碱性：一定的pH范围内，阳离子的吸收速率随壤pH升高而加速，而阴离子的吸收速率则随土壤pH的增高而下降。矿质元素运输途径矿质元素被根系吸收进入木质部导管后，随腾流沿木质部向上运。（主要途径存在部分矿质元素发生横向运输至韧皮部的途径。叶片吸收的离子在茎部向上和向下运输的主要途径是韧皮部有些矿主元素能从韧皮部横向运输到木质部继而上下运输。植物生长发生理生态①

植物生长发育相关概念生命周期：生物体从发生到死亡所经历的过程形态发生（形态建成）：生命周期中现的个体及其器官的态结构的形成过程。3

生长：在生命周期中，生物的细胞、组织和器官数目、体积或干重的13

不可逆增加的量变过程。分化：从一种同质的细胞类型转变成形态结构和能与原来不相同的异质细胞类型的过程。发育：植物一生过程中细胞、组织、器官或整体形态、结构和功能上的有序变化过程。包含了生长和分化的综合表现。种子萌发：干种子从吸水到胚根（或胚芽）突种皮期间所发生的一列生理生化变化过程实质：完成植物由异养到自养的转变。种子休眠（生理休眠）：熟的植物种子即使在适宜的外界环境条件仍不能萌发的现象。种子生理休眠的原因：皮（果皮）限制；未完成后熟作用；抑制物质存在。种子萌发的外界条件水分（必要条件）温度氧气光照植物生长发育的特点周期性：物的器官及整个植株的生长速率随昼夜、季节发着有规律变化的现象。a)昼夜周期性：植物在一天的生长速率呈现出明的周期性。b)季节周期性：植物在一年生长随季节的变化呈出一定的周期性。植物生长大周期或称大生长期：物器官或整个植株的长速率表现出“慢—快—慢”的基本规律。生物钟（生理钟）：生物生命活动的内性昼夜节奏现象。

相关性：物在生长过程中，各官间既相互促进又彼此制约的现象。a)

地下部分和地上部分的相关性14b)

主茎和侧枝的相关性—顶端优势植物顶芽生长始终占优势，而侧芽生长受抑制的现象（主根侧根也存在顶端优势c)

营养生长和生殖生长的相关性④

植物成花生理生态植物开花程序成花诱导经某种信号诱导后，特异基因启动，使植物改变发育进程。成花启动：分生组织在形成花原基前后发生的系列反应，以及分生组织辨认花原基的过程。花发育：器官的形成和生长。花器官形成及其生理成花决定态：物经过一定时期的营生长后，感受到外界信号产生成花刺激物，成花刺激物被运输到茎端分生组织从而产生一列诱导反应，使分生组织进入一个相对稳定的状态。植物的衰老：物的器官或整个植株生理功能的衰退。15衰老的生物学意义：不仅能使植物适应良环境条件，而且对种进化起到重要作用。植物器官的脱落：物细胞、组织或器官脱离母体的过程。分为正常脱落、生理脱落和胁迫脱落。植物的逆境理生态

植物逆境以及抗逆的生理基础逆境与植物的抗逆性逆境（胁迫）：对植物生长和发育不利的各环境因素的总称。植物对逆境的适应方式分为避逆性抗逆性。避逆性：物整个生长发育过程与逆境相遇，而是在逆境到来之前已完成其生活史。耐逆性：物处于逆境时，通过身的生理生化变化来阻止、降低或修复由逆境造成的损伤，使其仍保持正常的生理活动。御逆性：物通过特定的形态结使其具有一定的防御环境胁迫能力，在逆境下各种生理过程仍保持正常状态。光合作用变化：各种逆境条件都可导致光合用降低。呼吸作用变化：逆境条件下呼吸速率有事会现升高现象，但很快降。呼吸代谢途径也会发生改变，不利于ATP合成。物质代谢紊乱：逆境条件下，合成作用减弱分解作用加强植物光胁迫（光合作用的光抑制和光破坏）光抑制：光造成光和功能下降过程。光破坏：剩的光能不能及时有地排散时，对光合机构造成不可逆的伤害。植物防御光破坏的措施：减少对光能吸收；增强代谢能力增加热耗散。光合机构处理过剩激发能的方式：天线热耗散：依赖于叶黄素循环的热耗散。反应中心耗散：通过PSII反应中心的可逆（或不可逆）失活，使一部分PSII反应中心由原来的光能转化中心变为过剩光耗散中心。会使部分PSII复合体受到暂时或永久性损伤。