植物生理學(xué)緒論ppt課件.ppt

植物生理學(xué),主講:手機(jī)：E-mail:,植物生理學(xué),plantphysiology,我們?yōu)槭裁匆獙W(xué)習(xí)植物生理學(xué)？,嗯，讓我想想.,衛(wèi)星圖片中國(guó)地圖,環(huán)境危機(jī),江山多嬌,植物的有趣性,豬籠草Nepenthesmirabilis(Lour.)Druce,豬籠草在自然界豬籠草常常平臥生長(zhǎng)，葉的構(gòu)造復(fù)雜，分葉柄，葉身和卷須，卷須尾部擴(kuò)大并反卷形成瓶狀，可捕食昆蟲。豬籠草具有總狀花序，開綠色或紫色小花。豬籠草葉頂?shù)钠繝铙w是捕食昆蟲的工具。瓶狀體開口邊緣和瓶蓋復(fù)面能分泌蜜汁，引誘昆蟲。瓶口光滑，待昆蟲滑落瓶?jī)?nèi)，被瓶底分泌的液體淹死，并分解蟲體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，逐漸消化吸收。,吃葷的植物,會(huì)運(yùn)動(dòng)的植物,白睡蓮NymphaeaalbaLinn隨著太陽(yáng)落下花朵會(huì)漸漸關(guān)閉,含羞草MimosapudicaLinn含羞草在受到外界觸動(dòng)時(shí)，葉會(huì)下垂，小葉片合閉,舞草Desmodiumgyrans(Linn.)DC舞草屬豆科，舞草屬當(dāng)人們對(duì)它講話或唱歌，小葉片會(huì)左右舞動(dòng)，宛如小草聽到你的聲音翩翩起舞,植物的化學(xué)武器,生物防治,次生代謝,你現(xiàn)在知道了嗎？,緒論,一、植物生理學(xué)的定義與內(nèi)容二、植物生理學(xué)的任務(wù)三、植物生理學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展四、植物生理學(xué)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)五、植物生理學(xué)研究的發(fā)展趨勢(shì)或動(dòng)向六、植物生理學(xué)的學(xué)習(xí)方法,一、植物生理學(xué)的定義與內(nèi)容(一)植物生理學(xué)的定義植物生理學(xué)(plantphysiology)是研究植物生命活動(dòng)規(guī)律（、揭示植物生命現(xiàn)象本質(zhì)，及其與環(huán)境相互關(guān)系）的科學(xué)。,(二)植物生理學(xué)的研究?jī)?nèi)容（植物生命活動(dòng)的組成）,1.生長(zhǎng)發(fā)育與形態(tài)建成2.物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化3.信息傳遞和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),1生長(zhǎng)發(fā)育與形態(tài)建成,生長(zhǎng)發(fā)育（growthanddevelopment）是植物生命活動(dòng)的外在表現(xiàn)，它主要包括了兩個(gè)方面：一是由于細(xì)胞數(shù)目的增加、細(xì)胞體積的擴(kuò)大而導(dǎo)致的植物體積和重量的增加生長(zhǎng)growth；二是細(xì)胞不斷分化，形成新組織、新器官，帶來的一系列肉眼可見的形態(tài)變化，即形態(tài)建成(morphogenesis），包括從種子萌發(fā)，根、莖、葉的生長(zhǎng)，直到開花、結(jié)實(shí)、衰老、死亡的全過程發(fā)育development。人類對(duì)植物生命活動(dòng)的認(rèn)識(shí)正是從對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育的觀察和描述開始的，所謂“春華秋實(shí)”，“春發(fā)、夏長(zhǎng)、秋收、冬藏”等等，便是人類對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律直觀認(rèn)識(shí)的寫照。,2物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化,物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化是生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)。在植物形態(tài)變化的背后，是肉眼難以觀察到的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化過程，而物質(zhì)轉(zhuǎn)化與能量轉(zhuǎn)化又緊密聯(lián)系，構(gòu)成統(tǒng)一的整體，統(tǒng)稱為代謝(metabolism)。植物的代謝活動(dòng)包括水分的吸收、運(yùn)輸與散失；礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的吸收、同化與利用；光合作用；呼吸作用；有機(jī)物的轉(zhuǎn)化、運(yùn)輸與分配等方面。代謝過程歸根結(jié)底是運(yùn)行于植物體內(nèi)的一系列生物化學(xué)和生物物理的變化。,生長(zhǎng)發(fā)育則是代謝作用的綜合表現(xiàn)和最終結(jié)果。代謝作用是生命的基礎(chǔ)，代謝一旦停止，生命也就不復(fù)存在，生長(zhǎng)發(fā)育更無從談起。某些代謝環(huán)節(jié)如果發(fā)生重大變化或遭到破壞，也必然會(huì)影響到生長(zhǎng)發(fā)育。,3信息傳遞和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),信號(hào)：感受器官“感知”環(huán)境條件的物理或化學(xué)信號(hào)開始傳遞：在許多情況下，感知信息的部位與發(fā)生反應(yīng)的部位往往不是同一器官，信息傳遞到反應(yīng)器官反應(yīng)：反應(yīng)器官發(fā)生反應(yīng)。,信息傳遞（messagetransportation）和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（signaltransduction）,植物無發(fā)達(dá)的神經(jīng)系統(tǒng)，如何面對(duì)復(fù)雜多變的環(huán)境？,信息傳遞（messagetransportation）:植物感知環(huán)境信息的部位將信息傳遞到發(fā)生反應(yīng)部位的過程稱信息傳遞。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（signaltransduction）：?jiǎn)蝹€(gè)細(xì)胞水平上，信號(hào)與受體結(jié)合后，通過信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)，產(chǎn)生生理反應(yīng)。簡(jiǎn)言之信息傳遞是指環(huán)境的物理或化學(xué)信號(hào)在器官或組織上的傳遞，而信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是指細(xì)胞水平上的傳遞。,各種外部信號(hào)影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育,返回,二、植物生理學(xué)的任務(wù),植物生理學(xué)的任務(wù)是研究和了解植物在各種環(huán)境條件下進(jìn)行生命活動(dòng)規(guī)律和機(jī)制，并將這些研究成果應(yīng)用于一切利用植物生產(chǎn)的事業(yè)中。,三、植物生理學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展,第一階段：植物生理學(xué)的孕育階段第二階段：植物生理學(xué)誕生與成長(zhǎng)的階段第三階段：植物生理學(xué)發(fā)展、分化與壯大階段,第一階段：植物生理學(xué)的孕育階段,這一階段從1627年荷蘭人凡海爾蒙（J.B.vanHelmont）做“柳枝實(shí)驗(yàn)”開始，探索植物長(zhǎng)大的物質(zhì)來源直到19世紀(jì)40年代德國(guó)化學(xué)家李比希（J.vonLiebig）創(chuàng)立“植物礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)”(minerralnutrient)學(xué)說為止，共經(jīng)歷了200多年的時(shí)間。,增加的重量來源于何處？,英國(guó)的J.Priestle（普里斯特列）（1733-1804）進(jìn)行的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)氧氣,Why?,第二階段：植物生理學(xué)誕生與成長(zhǎng)的階段,這一階段從1840年李比希礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)學(xué)說的建立到19世紀(jì)末德國(guó)植物生理學(xué)家薩克斯(J.Sachs)1882年編寫的植物生理學(xué)講義和他的學(xué)生費(fèi)弗爾(W.Pfeffer)1904年出版的植物生理學(xué)兩部植物生理學(xué)專著問世為止，經(jīng)過了約半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間。,薩克斯，J.vonJuliusvon費(fèi)弗爾（W.Pfeffer）Sachs(18321897),薩克斯和費(fèi)弗爾在全面總結(jié)了植物生理學(xué)以往的研究成果的基礎(chǔ)上，分別寫成了植物生理學(xué)講義(J.Sachs,1882)和三卷本的專著植物生理學(xué)(W.Pfeffer,1897),成為影響達(dá)數(shù)十年之久的植物生理學(xué)經(jīng)典著作和植物生理學(xué)發(fā)展史中的重要里程碑。這兩部著作的問世，意味著植物生理學(xué)終于從它的母體植物學(xué)中脫胎而出，獨(dú)立成為一門新興的學(xué)科。,第三階段：植物生理學(xué)發(fā)展、分化與壯大階段,20世紀(jì)是科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的世紀(jì)，也是植物生理學(xué)快速壯大發(fā)展的世紀(jì)。20世紀(jì)以來，特別是50年代以來，植物生理學(xué)的研究在微觀、個(gè)體、宏觀三個(gè)層次上都發(fā)生了巨大的變化，獲得了許多重大突破。微觀方面：生物膜結(jié)構(gòu)與功能的研究，提出并確定了膜的“流動(dòng)鑲嵌”模型：以類脂為主要成分構(gòu)成的雙層膜上鑲嵌著各種功能蛋白，執(zhí)行著諸如電子傳遞、能量轉(zhuǎn)換、離子吸收、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等重要生理功能。,在光合作用研究中,卡爾文(M.Calvin)于50年代利用14C示蹤和紙上層析兩種技術(shù)，揭示了光合作用中CO2同化的歷程,提出了著名的卡爾文循環(huán)，即“光合碳循環(huán)”；60年代以后，又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了C4途徑、景天科酸代謝(CAM)、光呼吸作用；由于快速熒光光譜技術(shù)和激光技術(shù)的應(yīng)用,將光合作用原初反應(yīng)研究的時(shí)間跨度從毫秒級(jí)(ms,10-3s)一直縮短為皮秒(ps,10-12s)和飛秒(fs,10-15s)級(jí)；在空間跨度上，電子顯微鏡和X-射線衍射技術(shù)的應(yīng)用，使人們的視野逐步從細(xì)胞水平深入到亞細(xì)胞水平，進(jìn)而深入到生物膜和生物大分子空間三維結(jié)構(gòu)的水平，分辨率達(dá)到1010m(1/10nm)級(jí)，弄清了光合膜上許多功能性色素蛋白復(fù)合體的三維立體結(jié)構(gòu)，將結(jié)構(gòu)與功能的研究推向了微觀世界。,卡爾文及其同時(shí)用來研究光合藻類CO2固定的儀器裝置,在植物生長(zhǎng)發(fā)育生理方面，成功地使植物組織、細(xì)胞和原生質(zhì)體在離體培養(yǎng)條件下通過脫分化和再分化成長(zhǎng)為新的植物個(gè)體。這一成就的重大意義不但在于證明了植物細(xì)胞的“全能性”，而且為植物細(xì)胞工程和基因工程的大力發(fā)展創(chuàng)造了條件。,植物組織培養(yǎng)流程示意圖,菠蘿愈傷組織（callus）,水稻愈傷組織再生苗,香蕉試管苗工廠化生產(chǎn),人工種子體細(xì)胞胚胎（胚狀體）+人工種皮,萵苣種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn),自40年代至50年代末相繼發(fā)現(xiàn)了植物光周期現(xiàn)象和控制光周期現(xiàn)象的色素蛋白復(fù)合體光敏色素(phytochrome)。目前已知受光敏色素控制的生理過程不下幾十種。,兩種類型光敏素及其相互轉(zhuǎn)換,關(guān)于植物生長(zhǎng)物質(zhì)的研究，從30年代首次確定生長(zhǎng)素的分子結(jié)構(gòu)以來，已陸續(xù)確定了5種公認(rèn)的植物激素和10余種內(nèi)源生長(zhǎng)物質(zhì)，植物激素的測(cè)定方法則由最初的生物鑒定法發(fā)展到現(xiàn)在的高效液相色譜技術(shù)(HPLC)和酶聯(lián)免疫技術(shù)(ELISA)，后者的靈敏度可達(dá)到1012g。,GA處理顯著促進(jìn)植株莖的伸長(zhǎng)生長(zhǎng),返回,紫外可見光分光光度計(jì),我國(guó)的植物生理學(xué)的發(fā)展20世紀(jì)20年代開始，錢崇澍（植物生理學(xué)創(chuàng)始人）、李繼侗、羅宗洛、湯佩松（我國(guó)植物生理學(xué)3位奠基人）講授植物生理學(xué)、建立了植物生理實(shí)驗(yàn)室。,1949年以后，植物生理的研究和教學(xué)工作發(fā)展很快,在有關(guān)植物生理學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域里,都取得重要進(jìn)展。現(xiàn)在我國(guó)植物生理學(xué)研究成果逐漸接近國(guó)際水平并在某些領(lǐng)域處于領(lǐng)先水平。,錢崇澍,穩(wěn)壓穩(wěn)流電泳儀,小型垂直電泳槽,高壓液相色譜儀HighPerformanceLiquidChromatography,四、植物生理學(xué)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn),植物生理學(xué)是合理農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)植物激素的發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑和除草劑的普遍應(yīng)用“綠色革命”，使稻麥產(chǎn)量獲得了新的突破,植物細(xì)胞全能性理論的確立，組織培養(yǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展為植物基因工程的開展和新種質(zhì)的創(chuàng)造提供了條件。,組織培養(yǎng),以下幾方面可能成為今后與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合的重要研究領(lǐng)域：,（一）作物產(chǎn)量形成與高產(chǎn)理論（二）環(huán)境生理與作物抗逆性（三）設(shè)施農(nóng)業(yè)中的作物生理（四）植物生理學(xué)與育種學(xué)相結(jié)合作物生理育種,工廠化育苗,世界上最大的人工氣候室-Monsanto生命科學(xué)研究中心,返回,五、植物生理學(xué)研究的發(fā)展趨勢(shì)或動(dòng)向,（一）植物生理學(xué)近三十年的發(fā)展特點(diǎn)1.研究層次越來越廣（微觀；宏觀）2.學(xué)科間的相互滲透3.理論聯(lián)系實(shí)際4.研究手段現(xiàn)代化,返回,（二）植物生理學(xué)研究的發(fā)展趨勢(shì)或動(dòng)向,1、從生物大分子到復(fù)雜生命活動(dòng)基因組學(xué)和基因結(jié)構(gòu)與功能研究,植物生理學(xué)的研究整體也呈現(xiàn)這樣的研究趨勢(shì)，在強(qiáng)調(diào)植物分子生理學(xué)的同時(shí)，也在注重植物生理學(xué)與農(nóng)業(yè)和生態(tài)學(xué)的結(jié)合。在已經(jīng)完成的構(gòu)建水稻基因物理圖譜和遺傳圖譜的基礎(chǔ)上，水稻基因組計(jì)劃的實(shí)施，已進(jìn)入國(guó)際分工基因全序列的測(cè)定階段，同時(shí)開展功能基因組的研究。包括水稻和擬南芥在內(nèi)的多種模式植物突變庫(kù)的建立，為基因的功能研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。,2、生命的能量和物質(zhì)基礎(chǔ)代謝及調(diào)節(jié),光合作用在植物以至在地球能量和物質(zhì)循環(huán)中占據(jù)極重要的地位，因而對(duì)它的研究總處于十分重要的位置。當(dāng)前光合作用的研究熱點(diǎn)主要集中在氧的釋放和反應(yīng)機(jī)理，以及光合膜四大復(fù)合體的結(jié)構(gòu)和功能上。對(duì)人類來說，植物次生代謝涉及許多有實(shí)用價(jià)值的天然產(chǎn)物，對(duì)植物來說，次生代謝涉及眾多的代謝調(diào)節(jié)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和防衛(wèi)物質(zhì)，所以植物次生代謝研究正在受到極大的關(guān)注。在美國(guó)植物生理學(xué)會(huì)組織的“植物生理2000”年會(huì)上就有“次生代謝”專題，涉及植物的次生代謝產(chǎn)物，以及植物次生代謝的分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)等內(nèi)容。,信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是生物與外界、生物體細(xì)胞間相互溝通的一種高度復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)系統(tǒng)。生物具有多樣性，但同樣有許多共同點(diǎn)，信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)就是其中之一。當(dāng)然，生物界信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的具體細(xì)節(jié)，有許多不同之處，這方面的研究主要涉及化學(xué)和物理信號(hào)感受、胞內(nèi)第二信使系統(tǒng)、胞間信號(hào)傳遞等方面。植物激素、病原體和保衛(wèi)細(xì)胞是當(dāng)前十分活躍的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)研究系統(tǒng)。,3、生命整體性的實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),對(duì)植物與環(huán)境的研究，也有一個(gè)從宏觀到微觀的發(fā)展過程。植物對(duì)非生物脅迫的反應(yīng)和適應(yīng)，一直受到研究者的關(guān)注，在“植物生理2000”年會(huì)上有數(shù)篇該領(lǐng)域的論文。但在植物整體中，這是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，需要進(jìn)行深入研究。德國(guó)馬普學(xué)會(huì)新建了化學(xué)生態(tài)研究所，下設(shè)三個(gè)研究室：遺傳和進(jìn)化研究室，研究形成植物/草食性昆蟲之間化學(xué)相互作用的進(jìn)化動(dòng)力；植物生物化學(xué)和分子生物學(xué)研究室，研究植物重要防衛(wèi)化合物的生物合成；分子生態(tài)研究室，研究生態(tài)上重要的防衛(wèi)機(jī)制的遺傳學(xué)基礎(chǔ)。研究所的整體任務(wù)是從實(shí)驗(yàn)和理論的角度，研究形成化學(xué)介導(dǎo)生態(tài)相互作用進(jìn)化動(dòng)力的功能基礎(chǔ)。,4、植物與環(huán)境協(xié)同進(jìn)化和適應(yīng),六、植物生理學(xué)的學(xué)習(xí)方法,1、堅(jiān)持辯證唯物主義世界觀避免唯心主義或形而上學(xué)傾向。2、理論聯(lián)系實(shí)際提高動(dòng)手能力和綜合實(shí)踐能力。3、學(xué)會(huì)透過現(xiàn)象看本質(zhì)去粗取精，去偽存