植物生理学归纳生竞可用.docx
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植物生理学归纳生竞可用
植物生理学
第一章植物的水分代谢
第一节植物对水分的需要
一、植物的含水量
1、不同植物的含水量不同
2、同一种植物不同环境中不同
3、同一种植物不同器官、组织中不同
二、植物体内水分存在的状态
1、原生质胶体性质(0.1—0.001nm)两项系统,半透明稳定,含60%蛋白质,疏水基内部,亲水基外部与水静电相连。
2、束缚水和自由水
束缚水:
靠近胶粒,因被胶粒牢固吸附而束缚的不易自由流动的水。
不参与代谢活动。
种子以束缚水为主。
自由水:
远离胶粒,可自由流动的水。
参与代谢活动,自由水多,活动旺盛。
3、溶胶状和凝胶状——自由水含量不同
溶胶状:
含自由水多,细胞原生质胶粒完全分散于介质中,胶粒之间联系弱,胶体呈现溶液状。
多数细胞
凝胶体:
含自由水少,细胞原生质胶粒相互结成网状,液体分布于网眼内,胶体失去流动性而凝结。
休眠种子
三、水分的生理生态作用
第二节植物细胞对水分的吸收
细胞的吸水方式:
吸胀作用未形成液泡的细胞,幼小细胞、根尖、休眠种子
渗透作用具有成熟液泡的细胞,细胞吸水主要方式
代谢性吸水与能量相关
一、细胞的渗透性吸水
(一)扩散与渗透作用
扩散:
物质分子由高浓度向低浓度均匀分布的现象。
溶质分子
渗透:
扩散的特异方式,溶剂分子由高浓度向低浓度,通过半透性膜的扩散作用。
条件:
两侧浓度差;半透性膜的存在
(二)植物细胞的渗透作用
半透性膜:
质膜;细胞质;液泡膜
两侧浓度差:
细胞内、外的浓度差
(三)水势与细胞的水势
水势:
水的自由能大小的度量。
单位Mpa
纯水水势大于溶液;稀溶液大于浓溶液
人为规定:
纯水水势为0,则溶液水势为负值
(四)细胞间水分的移动
水势大向小的方向移动水势差越大移动速度越快
(五)水势与细胞的水势
1、水势:
水中能用于做功或发生反应的能量的度量。
2、植物细胞的水势(纯水的水势为零)
水势ψw=渗透势ψs+压力势ψp+衬质势ψm
渗透势:
由于溶质颗粒的存在而使水势降低的部分,为一负值。
压力势:
由于细胞壁存在而增加的水势,一般为一正值。
衬质势:
细胞胶体物质的亲水性和毛细管对自由水的束缚而引起水势降低值,为一负值。
质壁分离的细胞:
ψw=ψs四角分离,初始时开始
无液泡的细胞:
ψw=ψm
成熟液泡的细胞:
ψw=ψs+ψp
ψw=0ψs、ψp绝对值相等,符号相反
3、细胞水势的计算:
ψs=–CRTC:
mol浓度R:
气体常数T:
绝对温度
小液流法测定植物组织的水势
二、细胞的吸胀作用—亲水胶体吸水膨胀的现象
1、吸胀力即为衬质势
2、吸胀作用的大小就是衬质势的大小
3、液泡未形成之前细胞的吸水主是吸胀作用
三、代谢性吸水—利用细胞呼吸作用放出的能量使水分通过质膜
进入细胞的过程
作用机理—认为呼吸作用影响细胞吸水可能是间接的作用
第三节植物根系对水分的吸收
根系吸水的动力:
下端—根压(主动吸水)
上端—蒸腾拉力(被动吸水)
根系吸水的部位:
根毛区
一、根压:
植物根系的生理活动使液流从根部上升的压力
1、证明根压存在的现象
(1)伤流植物茎在近地面处切断即有液滴流出的现象
(2)吐水未受伤叶片尖端或边缘向外溢出液滴的现象
2、根压产生的原因
质外体:
细胞壁;细胞间隙;中柱导管
共质体:
所有细胞原生质
(1)渗透论:
质外体绕过共质体——内皮层(半透膜)的凯氏带——渗透——内皮层内——质外体——中柱
(2)代谢论:
矿质吸收——中柱离子浓度生高,水势下降——吸水共质体吸收离子,胞间连丝
二、蒸腾拉力—根系的主要吸水方式—蒸腾作用
三、根系吸水的途径:
非质体途径
越膜途径水孔蛋白水集流过膜两次渗透
共质体途径细胞质胞间连丝
第四节蒸腾作用
一、生理意义
二、蒸腾部位和气孔运动
(一)蒸腾部位:
叶片—角质层蒸腾、气孔蒸腾
(二)气孔蒸腾1、气孔的大小、数目和分布
2、气孔扩散的规律—小孔律
小孔律:
气体经过多孔表面扩散的速度,不与小孔面积成正比,而与小孔周长成正比。
边缘效应:
气孔间距适合边缘扩散,边缘碰撞机会少
(三)气孔运动及机理
1、气孔的运动
(1)气孔开关是由保卫细胞中压力势的变化引起
(2)保卫细胞结构的细胞壁中径向排列的微纤丝
2、气孔运动机理
(1)淀粉—糖经典学说
(2)无机离子学说(钾离子泵学说)
(3)苹果酸学说
(4)脱落酸的作用(ABA)
第五节植物体内水分的运输
一、水分运输的途径
1、细胞质膜:
水孔蛋白
2、根部:
质外体与共质体
3、茎、叶部:
茎—经导管或管胞的长距离运输
叶—由叶脉至气孔下腔叶肉细胞的短距离运输
二、水分上升的动力
1、根压
2、蒸腾拉力
3、水分的内聚力
内聚力学说:
水分具有较大的内聚力保证由叶至根水柱不断以解释水分上升原因的学说
内聚力+张力>重力
第二章植物的矿质营养
第一节植物必需的矿质元素
一、植物体内的元素
105-11010-95%水分挥发
植物组织———400-5000C0
烘干5-90%干物质
可挥发90-95%有机物C—CO2;H、O—H2O;N—N;S—H2S、SO2不挥发5-10%无机物大部分S一部分N全部P全部金属元素
二、植物必需的矿质元素
人工培养方法:
溶液培养(水培法):
含有全部或部分营养元素的溶液中栽培植物的方法。
砂基培养(砂培法):
用洗净的石英砂或玻璃球等加入含有全部或部分营养元素的溶液中栽培植物的方法。
以三条标准判断元素的必要与否:
1、在其完全缺乏时,植物不能进行正常生长。
2、其必需性是特异的,而不能为其它元素所代替。
在其缺乏时所产生的特除缺乏症只有加入这种元素才能使植物恢复正常。
3、此元素的作用必需是直接的,不是由于它使其它元素更易于利用,或简单地对另一元素的毒害发生拮抗。
植物的必要元素(19种)
大量元素(10种)0.01-01%干重,在溶液培养时以克/升计。
包括:
C、H、O、N、P、K、S、Ca、Mg、Si
微量元素(9种)0.00001-0.001%干重,在溶液培养时以毫克/升计。
包括:
Fe、Mn、B、Cu、Zn、Mo、Cl、Na、Ni
三、必需元素的生理作用及其缺乏症
生理作用:
1、是细胞结构物质的组分。
如C、H、O、N、S、P、Ca、Mg、Cu,是组成糖、脂、和蛋白质类等有机物的元素。
2、在植物体内以离子形式存在,并以不同方式对植物生命起着调节作用,它们或是酶的辅酶或活化剂,或是原生质生命活动的调节者。
如维持细胞的渗透势,影响膜的透性等,Mn、Mg、K、Mo、Zn、Cl。
3、起电化学作用,即离子浓度的平衡、胶体的稳定和电荷的中和。
第二节植物细胞对矿质元素的吸收
一、植物吸收矿质元素的特点
1、与吸收水分的关系:
各具不同的吸收机理,又有相关性。
2、离子的选择性吸收
(1)同一种盐类的阳离子与阴离子,以不同比例进入植物体。
分为生理酸性盐—大多数的铵盐,如(NH4)2SO4
生理碱性盐—大多数的硝酸盐,如KNO3
生理中性盐—如NH4NO3
(2)同一种溶液中对不同离子的选择性吸收
3、单盐毒害和离子拮抗作用
单盐毒害:
溶液中只要一种金属离子对植物起有害作用的现象。
离子拮抗作用:
在发生单盐毒害的溶液中,如加入少量其他金属离子,即能减弱或消除单盐毒害的作用。
平衡溶液:
选择几种必要元素按一定比例与浓度配制成的混合溶液,使植物生长良好而无毒害作用。
4、根的吸收区:
根毛区
二、离子透过膜的原理
(一)离子通道运输
(二)载体运输
1、单向运输载体
2、同向运输载体
3、反向运输载体
(三)质子泵运输
(四)胞饮作用
(五)根吸收离子的过程
1、把离子吸收在根部表面
2、通过自由空间进入皮层内部
3、通过内部空间进入木质部
第四节无机营养在植物体内的转化
硝酸盐的还原和氨的同化
(一)硝酸盐的还原
+52e+36e-3
NO3————NO2————NH3
NRNiR
1、硝酸还原酶NR
一种含钼的黄素蛋白,含Mo、FAD、Cyt559
存在部位:
细胞质电子供体:
NADH
2、亚硝酸还原酶NiR
一种含铁和血红素蛋白,含Fe4S4home
存在部位:
叶绿体电子供体:
FdH
(二)氨的同化
1、氨基化作用
2、氨基交换
3、氨同化方式
4、酰胺化——谷酰胺天冬酰胺
硝酸盐的还原和氨同化
细胞质叶绿体NO3————NO2————NH3
NRNiR
NADHFdH
|
糖—酮酸—|
|
光氨基酸
||
叶—蛋白质
第五节矿质元素的运输和再分配
一、运输的形式、途径
1、形式
氮:
主要是有机物少数为硝酸盐形式
磷:
主要正磷酸形式部分有机磷化物
硫:
主要是硫酸根离子少数为有机物
2、途径
根主要是木质部叶主要是韧皮部可以发生横向运输
二、矿物质的分布
1、元素是否能够再利用
(1)能再利用的,生长旺盛部位积累
(2)不能再利用的,局部积累
2、集中部位的中心
两个中心:
生长中心—根尖、茎尖、嫩叶、生长点
储藏中心—果实、花、地下茎、地下根、种子
第三章植物的光合作用
第一节光合作用的意义
1、定义:
是绿色植物在光下吸收光能,利用二氧化碳和水合成有机物,并放出氧气的过程,所合成的有机物主要是碳水化合物。
光
CO2+H2O———(CH2O)+O2
叶绿素
CH2O:
是CO2被还原的状态
O2:
是H2O被氧化的状态
2、意义:
(1)将无机物变成有机物
(2)随着物质的转变,将光能转变为化学能
(3)释放氧,净化空气
第二节叶绿体和叶绿体色素
一叶绿体的结构及成分
(一)叶绿体的亚显微结构
1、外套膜
2、间质(基质)
(1)无一定结构,呈淡黄色,高度流动性状态
(2)成分:
主要是可溶性蛋白酶及其它代谢物质
(3)颗粒结构—淀粉粒、脂质球(亲锇颗粒)
3、类囊体—基粒片层(垛叠)间质(基质)片层
(二)叶绿体的成分
1、蛋白质:
叶绿素蛋白间质蛋白其它含铁铜锰类
2、脂类物质:
层膜色素糖、磷、硫脂质体醌
3、储存物质:
碳水化合物灰分
二叶绿体色素的化学性质
叶绿体色素包括三类:
叶绿素—叶绿素a、b、c、d
类胡罗卜素—胡罗卜素、叶黄素
藻色素—藻红素、藻兰素
(一)叶绿体色素的化学结构及性质
1、叶绿素是一个卟啉化合物不溶于水,可溶于有机溶剂
(1)化学结构
COOCH3
叶绿素aC32H30ON4MgCOOC20H39
COOCH3
叶绿素bC32H28O2N4MgCOOC20H39
(2)化学性质
(2.1)皂化反应
COOCH3
C32H30ON4MgCOOC20H39+2KOH——
COOK
C32H30ON4MgCOOK+CH3OH+C20H39OH
甲醇叶醇
(2.2)去镁叶绿素
COOCH3
C32H30ON4MgCOOC20H39+2HCl——
COOCH3
C32H32ON4COOC20H39+MgCl2
COOCH3
C32H32ON4COOC20H39+(CH3COO)2Cu——
COOCH3
C32H30ON4CuCOOC20H39+2CH3COOH
2、类胡罗卜素不溶于水,可溶于有机溶剂
(1)胡罗卜素:
不饱和的碳氢化合物,分子式C40H56,橙黄色,由八个异戊烯单位组成的一种四萜。
(2)叶黄素:
分子式C40H56O2,黄色,由胡罗卜素衍生的含两个醇基的四萜。
3、藻色素均溶于稀盐酸,包括藻红素和藻兰素,都是色蛋白,即蛋白质和红色或兰色的辅基生色团组成的复合蛋白,是有四个吡咯环的直链结构。
(二)色素在叶绿体内的排列
三叶绿体色素的光学性质
(一)辐射能量
光具有波动和颗粒的双重性质,以波的形式传播而以颗粒的颗粒的被吸收或发射。
光量子的能量与其波长成反比,波长越长,量子所带的能量越小。
(二)吸收光谱
1、叶绿素的吸收光谱—红光区640-660nm
—兰紫光区430-450nm
(1)叶绿素a在红光区的吸收带宽些,兰紫光区窄些,叶绿素b与其相反。
(2)叶绿素a在红光区的吸收带偏向长光波方向,而在兰紫光区则偏向短光波方向。
叶绿素a的两个吸收峰是430nm和660nm
叶绿素b的两个吸收峰是435nm和645nm
2、类胡罗卜素的吸收光谱—兰紫光区
3、藻色素的吸收光谱
藻红素—绿色部位藻兰素—橙红部位
(三)荧光和磷光现象
1、荧光:
叶绿素的有机溶液在直射光下为翠绿色,在反射光下为棕红色,这一棕红色就是叶绿素分子受光激发后发射的荧光。
2、磷光:
当荧光出现后立即中断光源,借助灵敏的光学仪器,仍可短时间内看到微弱的红色余晖,即为叶绿素分子受光激发后发射的磷光。
3、产生的原因
四叶绿素的生物合成
第三节光合作用的机理
光合作用分为:
光反应—必须在光下引起的发应,发生部位在类囊体片层。
暗反应—在暗中和光下引起的发应,发生部位在叶绿体基质内。
一、光反应
光物理作用原初反应—光的吸收
光能的转换与传递
光化学作用电能转变为活跃的化学能
(电子的传递和光合磷酸)
光反应的产物—同化力ATP和NADPH
概念
1、天线色素:
没有光化学活性,只有收集光能的作用,包括大部分叶绿素a、全部的叶绿素b、类胡罗卜素、藻色素
2、作用中心色素:
具有光化学活性,既是光能的捕获器,又是光能的转换器,少数吸收680和700nm的叶绿素aP680、P700
3、作用中心:
作用中心色素P680、P700;原初电子供体D
原初电子受体AD•P•A
4、光合作用单位:
植物还原一个CO2分子或放出一个O2分子所需要的叶绿素分子的数目
光合作用单位=聚光色素系统+作用中心
(一)原初反应
hv
D•P•A——D•P*•A——D•P+•A-——D+•P•A-
能量传递方式:
诱导共振
(二)电子传递和光合磷酸化
1、色素系统的发现
红降:
在长波红光下,光合作用的量子效率下降的现象。
双光增益:
两种光波促进光合效率的现象。
(1)单独不能进行光合作用的远红光在增加一短波光时则增益光合作用。
(2)两个波长一起用的光合作用比两个分别地用时的总合效果更高。
2、电子传递“Z”
①、OEC放氧复合体含Mn蛋白
②、Z蛋白上的络氨酸侧链
③、PSII复合体D1D2/Ctyb559复合体
④、Q质醌电子传递体
⑤、PQ质体醌电子和氢质子传递体——“PQ库”
⑥、Cytb/f含Fe-S蛋白细胞色素b/f复合体
⑦、PSI复合体
⑧、PC质体兰素(箐)含Cu蛋白
⑨、Fd铁氧还蛋白含Fe蛋白
⑩、FNR铁氧还蛋白-NADP氧化还原酶
3、水的光解和光合磷酸化
(1)水的光解——Hill反应放氧
定义:
离体叶绿体在光下所进行的水分解,并放出氧气的反应。
光
2H2O+2A————2AH2+O2
叶绿体
机理:
水氧化钟学说
2H2O————O2+4H++4e-
(2)光合磷酸化——化渗学说ATP的形成
循环式光合磷酸化非循环式光合磷酸化
二暗反应——碳同化
(一)卡尔文循环——C3途径
1、研究工作
(1)技术:
同位素示踪法、纸层析法、放射自显影技术
(2)方法:
外推至零法—第一个产物PGA的发现动力学法—CO2受体RuDP的发现
2、C3途径叶绿体的基质部位
(1)羧化阶段——CO2的固定
RuDPC
RuDP+CO2————2(3-PGA)
(2)还原阶段——CO2的还原
3-PGA+ATP——DPGA+NADPH——PGAld
(3)更新阶段——CO2的受体再生
Ru-5-P+ATP————RUDP
(二)C4途径
1、C4植物叶片的解剖特征
(1)花环结构:
内圈一层是维管束鞘细胞;外圈是由一层到多层排列密致的叶肉细胞;两类细胞之间有大量的胞间连丝相连
(2)叶绿体的特征:
叶肉细胞—叶绿体较小,内有基粒片层;鞘细胞—叶绿体较大,但无基粒或是没有发育;好的基粒,大的类囊体平行地贯穿在整个叶绿体中。
C3植物的维管束鞘细胞较小,或反育不良,
其中无叶绿体,周围的叶肉细胞排列较疏松。
2、C4途径
(1)CO2的固定叶肉细胞的细胞质中
PEPC
PEP+CO2————OAA+Pi
OAA迅速转变为Mal和Asp
OAA+NADPH+H+————Mal+NADP+
OAA+Glu————Asp+Oxoglu
(2)苹果酸、天冬氨酸被运至鞘细胞的叶绿体中脱羧与再固定
Mal+NADP+——Pyr+CO2+NADPH+H+
(3)CO2的受体再生叶肉细胞的叶绿体中
Pyr+ATP+Pi————PEP+AMP+Pi
(三)景天科植物酸代谢途径(CAM)
夜间,气孔张开
PEP+CO2+H2O————OAA+Pi
OAA迅速转变为Mal,积累于液泡中,pH下降
OAA+NAD(P)H+H+——Mal+NAD(P)+
白天,气孔关闭
Mal+NAD(P)+——Pyr+CO2+NAD(P)H+H+
CO2运入叶绿体,参于C3循环,pH上升
第四节光呼吸
一、光呼吸的生物化学
1、叶绿体中:
RuDP羧化—加氧酶,乙醇酸的形成
2、过氧化体中:
乙醇酸在乙醇酸氧化酶作用下,氧化成乙醛酸和过氧化氢。
乙醛酸在转氨酶作用下,从谷氨酸得到氨基而形成甘氨酸。
3、线粒体中:
甘氨酸被运至线粒体,两分子甘氨酸;在丝氨酸合成酶的催化下转变为丝氨酸,并释放一分子的CO2。
4、过氧化体中:
丝氨酸再进入过氧化体中,经转氨酶作用,形成羟基丙酮酸,再还原成甘油酸
5、叶绿体中:
甘油酸经甘油酸激酶的磷酸化,生成3-磷酸甘油酸,参加C3,进一步由RuDP又形成乙醇酸。
二光呼吸的生理功能
1、乙醇酸对植物是有毒的,必须转变为其它化合物。
2、所形成的甘氨酸、丝氨酸既可被用于合成蛋白质,也可参加需要它们作前体的代谢。
3、保护作用
(1)在水分亏缺及高光强下,气孔关闭,光呼吸释放的CO2可被再利用。
(2)在强光下产生的同化力多,而外界CO2相对较少,产生不平衡。
通过光呼吸消耗部分能量,减少同化力的过多积累,可保护光反应中心被破坏。
三C3植物与C4植物的比较
1、类型:
高光呼吸(低光合效率)C3植物
低光呼吸(高光合效率)C4植物
2、结构的不同:
C4植物具有一个花环结构
3、羧化酶的不同:
PEPC对CO2的亲和力较大—“CO2”泵4、鞘细胞叶绿体中合成的糖类物质可就近输入维管束
5、C4植物的光呼吸酶和过氧化体主要集中在维管束鞘细胞中,光呼吸就局限于维管束鞘内进行。
即使光呼吸鞘内放出CO2,也很快能被叶肉细胞中的PEPC再次吸收利用而不易漏出。
第五节影响光合作用的因素
一、植物的光合强度(光合速率)
1、单位mgCO2/dm2/h
表面光合作用=真正光合作用同化的CO2量—呼吸作用释放的CO2量
(净光合率)
真正光合速率=表观光合速率+呼吸速率
2、光合生产率(净同化率)单位g干物质/M2/d
二、光对光合作用影响
1、光补偿点和光饱和点
2、产生光饱和点现象的原因
三、CO2对光合作用影响
1、CO2补偿点和CO2饱和点
2、限制因子率
第六节植物体内有机物的运输
一、有机物的短距离运输
(一)细胞内的有机物运输
(二)细胞间的有机物运输
二、有机物的长距离运输
1、“源”与“库”的概念
2、运输的途径——韧皮部
3、运输的方向——双向
4、运输的形式——主要是蔗糖
5、韧皮部的装载与卸出
装载:
“共质体—非质体—共质体”途径
卸出:
共质体途径与质外体途径
三、有机物运输机理
1、压力流动学说
2、收缩蛋白学说
第六章植物生长物质
植物生长物质:
是一些调节植物生长发育的物质
分为两类:
植物激素:
是一些在植物体内合成,并从产生之处运送到别处,对生长发育产生显著作用的微量有机物。
植物生长调节剂:
是一些具有植物激素活性的人工合成的物质。
植物激素的特征:
1、内生的
2、能移动的
3、低浓度有调节作用
植物激素主要包括五大类:
正激素—生长素类、赤霉素类、细胞分裂素类
负激素—乙烯、脱落酸
第一节生长素类
一、生长素的发现
二、生长素的结构、分布和传导
1、结构:
吲哚乙酸IAA
2、分布:
一般大部分集中在生长旺盛部位
3、传导:
(1)极性运输需能的,单方向的运输
特点—生长素只能从形态学的上端向下端运输,而不能倒过来。
部位—胚芽鞘细胞、茎的维管束鞘细胞
极性运输机理—化学渗透学说
酸性中性
IAAH———IAA———IAA-
(2)无极性运输被动的,通过韧皮部的运输
三、生长素的生物合成与降解
(一)生长素的生物合成
1、吲哚丙酮酸途径
2、色胺途径
3、吲哚乙醇途径
(二)生长素的降解
1、酶促降解
(1)脱羧降解
(2)不脱羧降解
2、光氧化
四、生长素的作用机理
(一)作用机理生长素促进生长的主要原因是促进细胞伸长1、组织水平
2、亚细胞水平细胞壁酸化作用——酸生长学说
3、基因水平核酸和蛋白质的合成
(二)生长素的浓度效应
1、不同生长素浓度的效应
生长素在低浓度促进生长;中浓度抑制生长;高浓度导致死亡
2、不同器官的最适浓度效应
茎(10-4mol/L)>芽(10-8mol/L)>根(10-10mol/L)
五生长素的应用
1、促使插枝生根
2、防止或推迟器官脱落
3、促进开花
4、性别控制——促进雌花分化
5、延长休眠和抑制萌发(较大浓度)
6、离体培养
第二节赤霉素类
一、赤霉素的结构、分布和运输
1、结构:
赤霉烷,GA,含有四个异戊二烯基的双萜
2、分布:
活性最高的多是生长旺盛的部位
3、运输:
不表现出极性
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