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太阳能电能活跃化学能稳定化学能(ATP)。
绿色植物代谢活动的一个最大特点:
自养性(autotropism),信息传递(messagetransportation)与信号转导(signaltransduction):
控制植物生长发育的开关信息传递:
主要指物理或化学信号在器官间或细胞间的传输。
信号转导:
主要指细胞内外的信号,通过细胞的信号转导系统转变为植物生理反应的过程。
包括:
遗传信息:
核酸;
物理信号:
电信号、水力学信号;
化学信号:
激素、肌醇磷脂、钙钙调素、环核苷酸,生命活动,各种外部信号影响植物的生长发育,信息传递与信号转导,(化学信号)水分亏缺胁迫植物根系细胞脱落酸叶片生长减慢、气孔关闭。
(物理信号)外界刺激含羞草叶片细胞电波传递叶片卷曲,二、植物生理学的产生和发展,农政全书齐民要术,陈旉农书,王祯农书,观点:
多粪肥田、热进仓贮麦法、七九闷麦法、种子处理、保墒抗旱、轮作等。
植物生理学发展的三个阶段:
孕育阶段、诞生与成长的阶段、发展、分化与壮大阶段第一阶段:
植物生理学的孕育阶段:
从1627年荷兰人凡海尔蒙特(J.B.vanHelmont)做柳枝实验开始,直到19世纪40年代德国化学家李比希(J.vonLiebig)创立植物矿质营养(minerralnutrient)学说为止,共经历了200多年的时间。
(1)1627年荷兰人凡海尔蒙特柳树实验,标志着科学的植物生理学的开端。
(2)1771年英国普里斯特利(J.Priestly)玻璃钟罩实验:
植物有光和无光时的蜡烛和老鼠,发现绿色植物有放氧净化空气的作用。
(3)1779年荷兰的英根浩兹(J.Ingenhousz)进一步发现绿色植物在光下放O2、黑暗中释放CO2。
(4)19世纪初瑞士索苏尔(de.Saussure)利用定量化学实验证明,植物在光下吸收二氧化碳与放出氧气有等体积关系,使人们认识到空气营养问题。
(5)1840年德国化学家李比希(Liebig)以植物灰分分析的多年实验结果为依据,在他的著作化学在农业及生理学中的应用中声称:
植物只需要无机物作为养料,可维持正常生活,除碳素来自空气外,植物体所有的矿物质都是从土壤中获取的。
标志植物矿质营养学说的建立。
确立植物区别于动物的“自养”特性。
第二阶段诞生与成长的阶段:
从1840年李比希(J.vonLiebig)创立矿质营养学说19世纪末德国植物生理学家萨克斯(J.Sachs)和他的学生费弗尔(W.Pfeffer)所著的两部植物生理学专著问世为止,经过了约半个世纪的时间。
19世纪三大发现细胞学说、能量守恒定律和生物进化论推动了植物生理学的发展
(1)1859年诺普(Knop)和(Pfeffer)溶液培养实验成功,对营养理论的发展做出了重大贡献。
(2)费弗尔(Pfeffer)和凡特霍夫(vanHoff)的渗透学说有力地推动了人们对水分进入细胞的研究。
(3)1845年迈耶(Meyer)认为光合作用服从能量守恒定律。
(4)能量转化方面的另一重大进展是俄国科学家巴赫(Bach)、巴拉琴(Palladin)等确认了呼吸作用是一种“生物燃烧”,其释放的能量来自呼吸底物中所贮存的能量。
(5)19世纪末达尔文关于植物运动的研究,开辟了植物对环境感应能力研究的新领域;
对植物向性运动的研究最终导致生长素的发现;
内源激素的相继发现大大丰富了植物调节控制的生理研究。
W.Pfeffer,JULIUSv.SACHS(1832-1897),(6)1882年萨克斯Sachs的植物生理学讲义和1897年费弗尔的植物生理学这两部著作的问世,意味着植物生理学独立成为一门新兴的学科。
第三阶段发展、分化与壮大阶段20世纪科学技术突飞猛进,使植物生理学在微观和宏观的各个层次上都取得了长足的进展和重大突破。
(1)光合机理研究:
1946-1953年,卡尔文(M.Calvin)和本森(A.Benson)提出卡尔文循环(C3途径);
1965年美国的考茨彻克(Kortschak)发现了光合碳代谢的C4途径;
随后又发现了景天酸代谢途径(CAM);
光反应机理方面:
两个光系统,光合电子传递链,光能吸收、传递、转化,光全色素蛋白复合体的结构与功能。
(2)植物细胞结构与功能的研究:
流动镶嵌模型的建立使电子传递、能量转化、离子吸收、信号转导等生理功能的研究取得了许多重要成就。
(3)20世纪50年代,证明植物细胞具有“全能性”(totipotency),为后来的植物细胞工程和植物基因工程的发展创造了技术条件。
(4)植物光周期现象和控制光周期现象的色素蛋白复合体光敏色素(phytochrome)的发现。
(5)植物激素的发现(6)植物逆境生理学的研究。
我国的植物生理学的发展20世纪20年代开始,钱崇澍、李继侗、罗宗洛、汤佩松讲授植物生理学、建立了植物生理实验室。
1949年以后,植物生理的研究和教学工作发展很快,在有关植物生理学的各个领域里,都取得重要进展。
三、植物生理学与农业生产,植物矿质营养学说无机肥料,肥料工业的大发展;
植物激素的发现植物生长调节剂和除草剂,农药生产的大发展;
采后生理贮藏保鲜及加工业的发展;
光合作用与粮食第二次“绿色革命”培育矮秆、叶片、直立、株型紧凑的品种,超级稻等的新品种(光抑制、早衰);
植物与能源生物能源植物细胞全能性理论组织培养、细胞及原生质培养等植物无性繁殖新技术。
四、植物生理学的发展趋势或动向,1、研究层次越来越宽广2、学科之间相互渗透3、理论联系实际4、研究手段现代化,学习要求和方法-怎么学?
1、注重与相关课程的联系。
2、掌握植物生理学的基本概念及相关机理,注重理解基础上的记忆。
3、将植物生理过程联系起来,做到融会贯通。
4、注重教学实践,提高动手能力。
5、理论联系实际,学以致用,用学到的知识解释植物各种生命现象及相关的农业技术。
6、学会查阅文献,了解本学科的最新发展。
五、植物生理学主要期刊1、植物生理与分子生物学报(植物生理学报)2、植物学报(ActaBotanicaSinica)3、PlantJournal(8)4、PlantCell(10)5、PlantPhysiology(8)6、Planta(3)7、PlantMol.Bio.(4)8、Science(30)9、Nature(31)10、Cell(30)11、PNAS(10),五.参考资料1.李合生主编.现代植物生理学.高等教育出版社,20022.王忠主编.植物生理学.中国农业出版社,20003.潘瑞炽主编.植物生理学(第五版).高等教育出版社,20044.武维华主编.植物生理学.科学出版社,20035.王宝山主编.植物生理学.北京:
科学出版社,20046.张继澍主编.植物生理学.北京:
高等教育出版社,20067.TaizL,ZeigerE.PlantPhysiology(3rdedition).Sunderland:
SinauerAssociates,Inc.20028.PlantPhysiologyOnlinehttp:
/http:
/,第一章植物的水分生理,植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程,称为植物的水分代谢(watermetabolism)。
植物从环境中不断吸取水分,以满足正常生命活动的需要。
但是,植物又不可避免地要丢失大量的水分到环境中去。
这样就形成了植物水分代谢的三个过程:
植物通过根系吸收水分、水分在植物体内的运输、植物通过气孔排出水分。
(图),农业生产中,水是决定收成有无的重要因素之一,农谚说:
“有收无收在于水,收多收少在于肥”。
第一节水分与植物细胞第二节植物细胞对水分的吸收第三节植物根系对水分的吸收第四节植物的蒸腾作用第五节植物体内水分向地上部分的运输,第一节水分与植物细胞,一、水的物理化学性质1.高比热-保持体温相对恒定2.高沸点、高气化热-调节体温3.高溶解热-难以结冰4.内聚力、附着力、表面张力-产生毛细作用5.高介点常数-是植物体内很好的溶剂6.不可压缩性-保持固有姿态,二、水分在植物生命活动中的作用生理作用:
1.水是细胞原生质的重要组成成分;
(含量,细胞中水分状态)2.水是重要代谢过程的反应底物之一;
3.水是各种生理生化反应和运输物质的介质;
4.水使植物保持固有的姿态;
5.水具有重要的生态意义(例:
稻田灌水护秧),细胞中水分状态:
自由水(freewater):
与细胞组分之间吸附力较弱,可以自由移动的水。
自由水可直接参与各种代谢活动。
束缚水(boundwater):
与细胞组分紧密结合而不能自由移动,不易蒸发散失的水。
束缚水增强植物的抗逆性。
自由水/束缚水比例:
高:
细胞原生质溶胶状,代谢旺盛,生长较快,抗逆性弱。
低:
细胞原生质凝胶状,代谢缓慢,生长迟缓,抗逆性强。
第二节植物细胞对水分的吸收,一、水势(w)-在一定条件下,每偏摩尔体积的水与纯水之间的化学势差。
以符号w表示。
在物理化学中,用化学势来描述,但在植物生理学中普遍采用水势来描述水分。
水分总是从水势高处移向水势低处,直到两处水势差为0为止。
2.水势的单位-压力单位(与化学势单位不同)巴(bar)、大气压(atm)、兆帕(Mpa)1Mpa=106pa=10bar=9.87atm3.纯水水势的性质在标准压力下,与体系的温度、高度相同时,纯水的水势为0,0为最高值,0-表示水分移动的潜势最大,4.含水体系和细胞的水势组成,s:
溶质势,又称渗透势,是由于溶质(无机、有机物等)颗粒的存在而使水势下降的部分。
范特霍夫公式:
s=-icRT。
R=0.0083,T为绝对温度,i为溶质的解离系数,C为质量摩尔浓度。
一般陆生植物叶片的s为-2-1MPa,旱生的可以低到-10MPa。
溶质势与溶液浓度呈反比,m:
衬质势,由于衬质(表面能够吸附水分的物质,如蛋白体、染色体、膜系统等)存在而引起水势的下降。
注意:
干燥的衬质表面衬质势可达-300MPa,:
压力势,外界压力影响体系水分移动的势值,通常为正值。
细胞吸水膨胀而对细胞壁产生的压力为膨压,而细胞壁则受到一种与彭压大小相等、方向相反的壁压。
初始质壁分离时p为0,剧烈蒸腾是可为负值。
g:
重力势,由于重力引起的水分子运动趋势增加,产生的体系水势的增值。
细胞的重力势可以忽略。
5.细胞的水势组成未形成液泡的细胞成熟的细胞,A.集流(massfloworbulkflow):
指液体中成群的原子或分子在压力梯度(水势梯度)作用下共同移动的现象。
集流与物质的浓度无关,即与溶质势无关。
在压力梯度下,水的集流是植物体中的水经木质部导管或韧皮部筛管做长距离移动的主要机制。
B.扩散(diffusion):
物质分子(气体分子、水分子、溶质分子等)从高浓度(高化学势)区域向低浓度(低化学势)区域转移,直到空间均匀分布的趋势。
C.渗透作用(osmosis)(特殊的扩散)指溶液中的溶剂分子通过半透膜扩散的现象。
(图)水溶液的渗透作用就是指水分子从水势高处通过半透膜向水势低处扩散的现象。
二、水分的移动方式与植物细胞的吸水形式1.水的移动方式:
集流与扩散,渗透作用:
半透膜(区别透性膜)渗透系统两种不同浓度的溶液(高渗溶液,低渗溶液,等渗溶液),质壁分离及质壁分离的复原:
证明原生质
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