植物生理學(xué)緒論課件

植物生理學(xué)主講:李玲單位：合肥師范學(xué)院

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E-mail:li97ling@163.com植物生理學(xué)plantphysiology植物生理學(xué)主講:李玲植物生理學(xué)plantphysiolog我們?yōu)槭裁匆獙W(xué)習(xí)植物生理學(xué)？嗯，讓我想想……….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－－中國地圖環(huán)境危機(jī)衛(wèi)星圖片－－中國地圖環(huán)境危機(jī)江山多嬌江山多嬌

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，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，待昆蟲滑落瓶內(nèi)，被瓶底分泌的液體淹死，并分解蟲體營養(yǎng)物質(zhì)，逐漸消化吸收。吃葷的植物植物的有趣性豬籠草

Nepenthes會運(yùn)動的植物白睡蓮

NymphaeaalbaLinn隨著太陽落下花朵會漸漸關(guān)閉含羞草

MimosapudicaLinn含羞草在受到外界觸動時，葉會下垂，小葉片合閉舞

草

Desmodiumgyrans(Linn.)DC舞草屬豆科，舞草屬當(dāng)人們對它講話或唱歌，小葉片會左右舞動，宛如小草聽到你的聲音翩翩起舞會運(yùn)動的植物白睡蓮

NymphaeaalbaLinn植物的化學(xué)武器

生物防治

次生代謝植物的化學(xué)武器生物防治次生代謝你現(xiàn)在知道了嗎？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)展趨勢或動向六、植物生理學(xué)的學(xué)習(xí)方法緒論一、植物生理學(xué)的定義與內(nèi)容一、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)。一、植物生理學(xué)的定義與內(nèi)容(二)植物生理學(xué)的研究內(nèi)容（植物生命活動的組成）1.生長發(fā)育與形態(tài)建成

2.物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化

3.信息傳遞和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

(二)植物生理學(xué)的研究內(nèi)容1.生長發(fā)育與形態(tài)建成

21．生長發(fā)育與形態(tài)建成

生長發(fā)育（growthanddevelopment）是植物生命活動的外在表現(xiàn)，它主要包括了兩個方面：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，直到開花、結(jié)實、衰老、死亡的全過程——發(fā)育development。

人類對植物生命活動的認(rèn)識正是從對其生長發(fā)育的觀察和描述開始的，所謂“春華秋實”，“春發(fā)、夏長、秋收、冬藏”等等，便是人類對植物生長發(fā)育規(guī)律直觀認(rèn)識的寫照。1．生長發(fā)育與形態(tài)建成生長發(fā)育（growt植物生理學(xué)緒論課件2．物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化

物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化是生長發(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)。植物的代謝活動包括水分的吸收、運(yùn)輸與散失；礦質(zhì)營養(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。

2．物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化是生長

生長發(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，也必然會影響到生長發(fā)育。生長發(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3．信息傳遞和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)信號：感受器官“感知”環(huán)境條件的物理或化學(xué)信號開始傳遞：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）和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（signaltransduction）植物無發(fā)達(dá)的神經(jīng)系統(tǒng)，如何面對復(fù)雜多變的環(huán)境？3．信息傳遞和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)信號：感受器官“感知”環(huán)境條件的物理或信息傳遞（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。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（signaltransduction）：單個細(xì)胞水平上，信號與受體結(jié)合后，通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)，產(chǎn)生生理反應(yīng)。簡言之信息傳遞是指環(huán)境的物理或化學(xué)信號在器官或組織上的傳遞，而信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是指細(xì)胞水平上的傳遞。信息傳遞（messagetransportation植物生理學(xué)緒論課件各種外部信號影響植物的生長發(fā)育返回各種外部信號影響植物的生長發(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。

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)誕生與成長的階段第三階段：植物生理學(xué)發(fā)展、分化與壯大階段三、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“柳枝實驗”開始，探索植物長大的物質(zhì)來源直到

19世紀(jì)40年代德國化學(xué)家李比希（J.vonLiebig）創(chuàng)立“植物礦質(zhì)營養(yǎng)”(minerralnutrient)學(xué)說為止，共經(jīng)歷了200多年的時間。第一階段：植物生理學(xué)的孕育階段這一階段從1627年增加的重量來源于何處？增加的重量來源于何處？英國的J.Priestle（普里斯特列）（1733-1804）進(jìn)行的試驗發(fā)現(xiàn)氧氣Why?英國的J.Priestle（普里斯特列）（1733-1804第二階段：植物生理學(xué)誕生與成長的階段

這一階段從1840年李比希礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說的建立到19世紀(jì)末德國植物生理學(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)過了約半個世紀(jì)的時間。第二階段：植物生理學(xué)誕生與成長的階段這一階段從1薩克斯，J.vonJuliusvon費(fèi)弗爾（W.Pfeffer）

Sachs(1832～1897)薩克斯，J.vonJuliusvon費(fèi)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。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，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、個體、宏觀三個層次上都發(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、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等重要生理功能。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

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)研究的時間跨度從毫秒級(ms,10-3s)一直縮短為皮秒(ps,10-12s)和飛秒(fs,10-15s)級；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10－10m(1/10nm)級，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。在光合作用研究中,卡爾文及其同時用來研究光合藻類CO2固定的儀器裝置卡爾文及其同時用來研究光合藻類CO2固定的儀器裝置

在植物生長發(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為新的植物個體。

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。

在植物生長發(fā)育生理方面，成功地使植物組織、細(xì)胞和原生

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)實驗萵苣種子萌發(fā)實驗

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。自40年代至50年代末相繼發(fā)現(xiàn)了植物光周期現(xiàn)象和控制兩種類型光敏素及其相互轉(zhuǎn)換兩種類型光敏素及其相互轉(zhuǎn)換

關(guān)于植物生長物質(zhì)的研究，從30年代首次確定生長素的分子結(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)源生長物質(zhì)，植物激素的測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10－12g。GA處理顯著促進(jìn)植株莖的伸長生長返回關(guān)于植物生長物質(zhì)的研究，從30年代首次確定生長素的分子紫外可見光分光光度計紫外可見光分光光度計

我國的植物生理學(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)、建立了植物生理實驗室。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)的各個領(lǐng)域里,都取得重要進(jìn)展?，F(xiàn)在我國植物生理學(xué)研究成果逐漸接近國際水平并在某些領(lǐng)域處于領(lǐng)先水平。錢崇澍我國的植物生理學(xué)的發(fā)展1949年以后，植物生理的研究和教學(xué)穩(wěn)壓穩(wěn)流電泳儀

小型垂直電泳槽穩(wěn)壓穩(wěn)流電泳儀

小型垂直電泳槽高壓液相色譜儀

HighPerformanceLiquidChromatography

高壓液相色譜儀

HighPerformanceLiqui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)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

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：（世界上最大的人工氣候室-Monsanto生命科學(xué)研究中心

返回世界上最大的人工氣候室-Monsanto生命科學(xué)研究中心五、植物生理學(xué)研究的發(fā)展趨勢或動向

（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)系實際4.研究手段現(xiàn)代化返回五、植物生理學(xué)研究的發(fā)展趨勢或動向

（一）植物生理學(xué)近三十（二）植物生理學(xué)研究的發(fā)展趨勢或動向

1、從生物大分子到復(fù)雜生命活動——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，在強(qiáng)調(diào)植物分子生理學(xué)的同時，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，水稻基因組計劃的實施，已進(jìn)入國際分工基因全序列的測定階段，同時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的建立，為基因的功能研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。（二）植物生理學(xué)研究的發(fā)展趨勢或動向1、從生物大分子到復(fù)雜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。

對人類來說，植物次生代謝涉及許多有實用價值的天然產(chǎn)物，對植物來說，次生代謝涉及眾多的代謝調(diào)節(jié)、信號轉(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。在美國植物生理學(xué)會組織的“植物生理2000”年會上就有“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。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

信號轉(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)，信號轉(zhuǎn)導(dǎo)就是其中之一。當(dāng)然，生物界信號轉(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)和物理信號感受、胞內(nèi)第二信使系統(tǒng)、胞間信號傳遞等方面。植物激素、病原體和保衛(wèi)細(xì)胞是當(dāng)前十分活躍的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)研究系統(tǒng)。3、生命整體性的實現(xiàn)——信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是生物與外界、生物體細(xì)胞間相互溝通的一

對植物與環(huán)境的研究，也有一個從宏觀到微觀的發(fā)展過程。植物對非生物脅迫的反應(yīng)和