植物生理课件 第一章学习资料

张学琴生命科学大楼4051(62732654)

生命科学大楼4027(62733798）

Emails:

zhangxq711-1@163.com植物生理学PlantPhysiology武维华主编潘瑞炽等编：植物生理学（第六版）李合生主编:现代植物生理学，高等教育出版社，北京2006余叔文汤章诚主编：植物生理与分子生物学L.Taiz&E.Zeiger:PlantPhysiology（4th

edition,2002）

BB布坎南,W格鲁依森姆，RL琼斯主编，瞿礼嘉，顾红雅等译

植物生物化学与分子生物学主要参考书

主要杂志1.CHINESESCIENCEBULLETIN

科学通报2.SCIENCEINCHINASERIESC-LIFESCIENCES

中国科学（C）

3.PROGRESSINNATURALSCIENCE

自然科学进展4.ACTABOTANICASINICA

植物学报5.Cell6.Science7.Nature8.PlantPhysiology9.PlantCell10.ThePlantJournal11.AnnualReviewofPlantPhysiologyandPlantMolecularBiology植物生理学课程总学时88讲课56实验32要求：没有期中考试期末考试占85%平时（抽查）15%小测验!需要各班班长的email!

绪论第一章

植物细胞第二章

水与植物细胞第三章

植物整体水分平衡第四章

植物细胞跨膜离子运输机制第五章

植物的矿质营养和植物对氮、硫、磷的同化第六章

光合作用I:植物对光能的吸收与转换第七章

光合作用II：光合碳同化第八章

植物的呼吸代谢及能量转换第九章

植物次生代谢物（暂不讲）第十章韧皮部运输与同化物分配第十一章植物生长物质第十二章

植物的生长与分化第十三章植物成花诱导生理第十四章植物有性生殖生理第十五章

植物的成熟与衰老生理第十六章

植物逆境生理植物细胞水分吸收机理矿质营养吸收机理光合作用：

I＆II呼吸作用同化物运输分配植物生长分化与发育植物生长分化与发育生长物质作用机理光控发育温控作用植物生殖与成熟逆境适应

细胞信号转导一、植物生理学的含义二、植物生理学对人类的贡献与面临的挑战三、如何学好植物生理学绪论Introduction一、植物生理学的含义

1.含义研究植物生命活动规律、揭示植物生命现象本质的科学。Plantphysiology

isabout：

howplantsusetheenergyofthesuntoassimilatecarbon；

howtheyconvertthatcarbontothestuffofwhichtheyaremade；

howplantsobtainanddistributenutrientsandwater；

howtheygrowanddevelop；

howtheyrespondtotheirenvironment；

howtheyreacttostress；

howtheyreproduce.Inshort,plantphysiologyisabouthowplantsfunction.

生长发育与形态建成物质与能量代谢信息传递、信号转导2.具体内容：二、植物生理学对人类的贡献与面临的挑战1．学科发展历程1627年荷兰J.B.vanHelmont柳枝19世纪40年代德国J.vonLiebig创立植物矿质营养学说200年植物生理学的孕育阶段1840年德国Liebig矿质营养学说19世纪末德国J.Sachs&W.Pfeffer

两部植物生理学专著问世50年植物生理学诞生与成长阶段基础学科及相关学科研究领域微观、个体和宏观植物生理学发展、分化与壮大阶段我国的植物生理学发展：钱崇澍：1917年国际刊物公开发表文章，启业人；李继侗、罗宗络、汤佩松、娄成后：回国、任教、建实验室，植物生理学科的奠基人。目前：邓兴旺：ThePlantCell中国植物科学研究发展的评述；论文数增加：ThePlantCell,ThePlantJournal,

PlantPhysiology,PlantMolecular

Biology,Cell,Nature,Science.2.植物生理学所面临的任务和挑战(1)、植物生理学已有的贡献矿质营养：化肥，无土栽培。光合作用：间套作，轮作换茬，矮杆化，合理密植；植物激素：插技发根，器官脱落，催熟，除草剂。开花：春化，光周期，栽培引种，育种。组培：实现全能性预言，基因工程和育种。作物光能利用和产量形成，作物高产优质的生理学基础。提高光合作用效率与光呼吸问题，间作套种和合理密植，合理用水和经济用水，排水问题，蒸腾作用的控制。矿质营养，合理施肥和经济施肥，无土栽培，生物固氮。（2）、有待加强的应用课题

植物物质运输与分配的调控。育种和壮苗生理，无性快速繁殖。植物器官的相关性及其调控，提高植物营养体收获物的产量与质量。经济林木的速生栽培。植物矮化的机理及其调控。植物的性别分化的调控。

作物器官脱落和果树大小年，提高作物的结实性能。贪青与早衰，植物衰老的控制。

提高植物的抗逆能力。大气污染与植物。粮食贮藏，蔬菜、果品和花卉的保鲜。

植物生理学与空间利用，空间封闭系统中的受控生态生命支持系统。(3)、特殊问题（能源植物，环境监测）

植物生理学与都市农业：高品位无公害绿色食品，都市绿化美化，名特优新产品。我国的粮食问题，资源问题，环境问题，高产、优质、低消耗，重生态。首席科学家王学臣教授主持国家基础研究重点(973)项目——“作物抗逆与水分、养分高效分子基础。”首席科学家巩志忠教授主持国家基础研究重点（973）项目——“作物高效抗旱的分子生物学和遗传学基础”首席科学家武维华教授主持的国家基础研究重点(973)项目——“作物应答高盐、低温胁迫的分子调控机理”

作物抗逆高产调控机理与化控技术

植物生长调节剂

杂草除草剂抗药性李召虎作物激素生理与化学控制

生物调节剂及作用机理段留生三、植物生理学的发展前景分子生物学＋功能基因组植物生长发育调控机理作物重要农艺性状基因表达与性状表达四、如何学好植物生理学用辨证唯物主义的观点，进化发展的观点来分析问题。1.学习植物生理学的思维方法2.注意掌握好机理和规律

高等植物体内进行的各生理过程

各生理过程与形态结构的关系

各生理过程与环境条件的关系

它既是理论学科，又是一门实验学科。与农作物生产、生态环境保护、食品贮藏加工和医药工业等密切相关。3.注意实践

第一章

植物细胞

plantcell

第一节细胞的膜系统（自学！）第三节细胞骨架第二节细胞核（自学！）第四节细胞壁第五节胞间连丝和细胞间联络第六节植物细胞信号转导概述细胞生命的基本单位代谢、功能和遗传研究细胞结构与功能方法(1)形态结构观察

morphologicalcharacterandstructure(2)生化分析biochemicalanalyze(3)生理测定physiologicalassay(4)细胞组分的分级分离cellfractionation第一节细胞的膜系统（自学！）液泡centralvacuole水解酶贮藏库调节细胞膨压单层膜问题：1、阐述质膜的结构、成分、模型及功能；细胞核的结构及功能。

（植物074）

2、阐述内质网、高尔基体、过氧化物酶体和乙醛酸循环体的结构及功能。

（植物078）3、植物细胞与动物细胞的结构与功能上的区别。

（植物079）细胞壁和原生质体植物细胞概念：细胞器、细胞基质以及细胞质膜构成的体系。20氨基酸、5含氮杂环化合物、2单糖(葡萄糖和核糖)、1脂肪酸(棕榈酸)、1多元醇(甘油)、1胺类化合物(胆碱)蛋白质、核糖、碳水化合物和脂类水+组成:特性：粘性和弹性

原生质粘性大、弹性大的植物，对干旱、低温等不良环境的抗性也强。流动性在同一个细胞内不同的细胞器沿着相反的方向同时流动。凝胶作用溶胶凝胶温度溶胶：粘性小，代谢活跃，生长旺盛，但抗逆性较。凝胶：细胞的生理活性降低，对不良环境的抵抗力升高，有利于植物度过逆境。第三节细胞骨架

cytoskeleton

一、微管二、微丝

三、细胞骨架的马达蛋白filament,IF）细胞骨架（cytoskeleton）:是真核细胞中由蛋白聚合而成的三维的纤维状网架体系。细胞骨架包括微丝、微管和中间纤维。细胞骨架在细胞空间结构的维持、细胞分裂、细胞生长、细胞物质运输，细胞壁合成等许多生命活动中都具有非常重要的作用。一、微丝（microfilament）微丝是一动态的结构结构：由肌动蛋白聚合而成为直径

7nm的丝状结构。

丝状肌动蛋白（actin，42KD，375aa）单体：球体肌动蛋白特性：极保守的蛋白质，不同真核细胞间高度同源，植物中编码该蛋白基因有数十个，有组织或时期特异性。功能微丝参与一些细胞器的运动和锚定(anchoring)

高尔基体的运动和质体的运动。细胞核的锚定涉及到微丝和微管。微丝参与细胞顶端生长微丝与植物细胞的极性建立微丝参与胞质环流

微丝系统是形成胞质环流的基础。ActinfilamentincentralcellofToreniafournierilabeledwithphalloidin-FITC花粉萌发过程中微丝骨架的变化微管呈绿色、微丝红色、核蓝色二、微管（microtubule）

-和

-微管蛋白（tubulin）组成异二聚体，二聚体聚合形成直径约25nm的空心管状结构。直列上连在一起的二聚体称为原丝体

(protofilament)，大多数微管由13个原丝体组成，为保守蛋白质。微管是一动态的结构微管的装配微管聚合有极性：正端和负端。微管蛋白在体外条件下的聚合微管的聚合需要微管蛋白二聚体达到一定的浓度方可进行，这个浓度称为微管聚合的临界浓度。微管在体外的聚合还需要镁离子、GTP和适当的缓冲体系。微管的聚合对温度十分敏感，通常在低温（4℃）下微管发生解聚，而在高温（37℃）下微管聚合。这一特性也被用于微管蛋白的分离和纯化。ABCDA:间期周质微管B:早前期微管带C:纺垂体微管D:成膜体微管

植物细胞周期中微管列阵间期周质微管纺锤体微管早前期微管带成膜体微管成纤维细胞的微管功能

1.控制细胞分裂和细胞壁的形成

2.保持细胞形状

3.参与细胞运动和物质运输三、微管的马达蛋白概念：依赖于细胞骨架蛋白、通过水解ATP将化学能转变成机械能的一类蛋白质。特性：依赖ATP结合细胞骨架蛋白；具ATP酶的性质，可水解ATP；可将水解ATP产生的化学能转变为机械能。分类：依赖微丝的马达蛋白：肌球蛋白超家族。依赖微管的马达蛋白：动蛋白和力蛋白。A，B是拟南芥悬浮培养的细胞.植物微管结合蛋白（GFP-绿色荧光蛋白）；植物微管蛋白（罗丹明-红色）；D（微管结合蛋白），E（早前期微管），F拟南芥悬浮培养的细胞的细胞核（DAPI蓝色）二、细胞壁的功能第四节细胞壁一、细胞壁的结构和成分纤维素（cellulose）一、细胞壁的结构和成分由D-葡萄糖残基以–1,4–糖苷键结合形成纤维素分子链，不分支、不溶于水。约占初生壁的20%－30%。（一）细胞壁的组成1.细胞壁中的多糖物质

在细胞质膜蛋白复合体－－终端复合体（terminalcompex）上合成。终端复合体包含多个纤维素合酶（cellulosesynthase）纤维素的合成供体：UDPGTerminalcomplexassociatedwithcellulosemicrofibrilbiosynthesisbyfreeze-fractureandrotary-shadowing.蔗糖合成酶纤维素合成酶复合体每一个纤维素合成酶合成一条纤维素分子，成对的纤维素分子之间由葡萄糖残基上的–OH基所形成的氢键相连结形成微团结构，每个微团再以氢键与周围的微团结合，形成微纤丝（microfibril）。微纤丝的结构微纤丝的组装微管指导微纤丝在细胞壁中的排列方向。半纤维素（hemicellulose）

约占20%25%

异质多聚糖：

木聚糖，阿拉伯木聚糖、木葡聚糖等。

–1,4–糖苷键果胶（pectin）

约占10%35%；可溶性较强。

异质多聚糖：

半乳糖，阿拉伯糖，鼠李糖，半乳糖醛酸等。

–1,4–D–半乳糖醛酸。

亲水凝胶：果胶上羧基－Ca2+→钙桥

→

网状结构

WTMutantMutantMutantWT12h24h48h果胶甲脂酶pectinmethylesterase参与细胞壁结构的蛋白质:如伸展蛋白（extensin)与细胞壁组建或调节壁特性有关的酶类：如纤维素酶、过氧化物酶类细胞壁的调节蛋白：如钙调素及钙调素结合蛋白、扩张蛋白（expansin）细胞壁蛋白质(proteinsincellwall)

占5%10%

3其它钙：细胞壁为胞外最大钙库，浓度达10-5~10-4mol/L

功能：钙桥；固化细胞壁；信使。凝集素（lectin）：凝集细胞或使含糖大分子发生沉淀的蛋白质。数个亚基组成，多含疏水部位、

Mn2+/Ca2+等。二.细胞壁的结构1、初生壁2、次生壁3、中胶层初生壁胞间层次生壁

1、初生壁较薄，有弹性。

如分生组织细胞、胚乳细胞等。组成：纤维素、半纤维素、果胶、结构蛋白等。细胞有丝分裂晚后期，母细胞的赤道板上有不规则高尔基体分泌的小囊泡，借助于微管，排列成一排，形成成膜体（phragmoplast）。小泡经过融合，小泡内的成分形成细胞壁，融合的膜则形成质膜。初生壁的形成过程：新细胞板未达母细胞两侧壁上时，新壁开始加固：

新多糖沉积在质膜间的细胞板上，形成中胶层，高尔基体运送来的物质填充在中胶层和质膜间，形成了初生壁。两个子细胞间质膜的连续部分最终形成子细胞间的胞间连丝。2、次生壁：

初生壁内侧沉积角质、木质素、硅质和结构蛋白，层与层之间经纬交错；较厚、较硬。如厚壁细胞、纤维细胞、管胞、导管。3、中胶层果胶和少量蛋白质，细胞间起粘连作用。二、细胞壁的功能1.纤维素成束、定向、分层排列，使壁结构坚固，既是很好的保护层，又是植物体的支撑骨骼系统。因其交叉成网状，有一定的弹性，可适度伸缩，所以，有较强的适应保护能力。2.细胞壁中的果胶物质与水亲和力大，水分子渗入到壁结构中，小分子物质易于通过，利于细胞对物质的吸收与排出；壁区也是一个离子库，可方便地进出细胞。3.细胞壁中的蛋白质起重要作用伸展蛋白及其它结构蛋白、寡糖素等起结构和防病抗逆作用。扩张蛋白、多种酶，有活跃的代谢。凝集素、钙调素等蛋白质起识别和信号传递作用。总之,细胞壁的形成是一动态的生理生化过程，从开始建成到初生壁形成、壁的伸展扩张，有许多细胞器参与。细胞壁具可塑性（plasticity），有生长过程；受生长素调节、促进。第五节、胞间连丝和细胞间联络一、胞间连丝的结构、分布和形态二、物质通过胞间连丝的运动1.胞间连丝的概念细胞的原生质膜突出，穿过细胞壁与另一个细胞的原生质膜连在一起，是相邻细胞间穿通细胞壁的细胞质通路。一、胞间连丝的结构、分布和形态

由胞间连丝将原生质连成一体的体系称为共质体(symplast)；由细胞壁及细胞间隙等空间以及导管称为质外体(apoplast)。在植物体内物质运输和信息传递中起重要作用CW：细胞壁；PM：质膜；ER：内质网2.胞间连丝的亚显微结构连丝小管连丝小管通过正常胞间连丝的分子大小一般为：1.5~2.5nm3、胞间连丝的分布和形态分布密度核穿壁“X”或“Y”－筛管分子和伴胞间成熟保卫细胞与周围细胞无胞间连丝4、胞间连丝的形成初生胞间连丝：胞质分裂时形成次生胞间连丝：细胞壁形成后二、物质通过胞间连丝的运动（一）胞间连丝的通透性分子质量排除限（SEL）：700－1000Da(二)物质通过胞间连丝的运输方式1、扩散运动2、大分子运输运动蛋白！胞间连丝的功能

物质运输信息传递电波传递病毒的胞间运动第六节植物细胞信号转导概述一、概述二、受体三、GTP结合调节蛋白四、第二信使系统五、蛋白激酶和蛋白磷酸酶一、概述细胞信号转导（signaltransduction）：偶联各种胞外信号（包括内、外源信号）与其所引起的特定生理效应之间的一系列分子反应机制。细胞信号转导模式图胞外刺激信号受体G蛋白效应器第二信使靶酶或调节因子基因表达调控短期生理效应长期生理效应跨膜信号转换胞内信号转导二、受体受体（receptor）：能够特异识别生物活性分子并与之结合，进而引起生物学效应的特殊蛋白质。配体（ligand）：能与受体特异性