植物生理学绪论.ppt

,(Plant physiology),植 物 生 理 学,目 录,绪 论第一章 植物细胞亚显微结构与功能第二章 植物的水分代谢第三章 植物的矿质营养第四章 植物的光合作用第五章 植物的呼吸作用,第六章 植物的生长物质 第七章 植物的营养生长第八章 植物的成花生理第九章 植物的生殖成熟与衰老第十章 植物的逆境生理,绪 论,1、植物生理学（plant physiology）的定义 研究植物生命活动规律,揭示植物生命现象本质及其与外界环境相互关系的一门科学。它是植物学的一个重要分枝。,物质与能量代谢,信息传递和信号转导,生长发育与形态建成,植物生命现象：为什么叶子是绿的、花却是红的？为什么未成熟的果实是涩的？,2、植物生理学研究的内容,植物生命活动的内容,一、植物生理学的研究内容和任务,植物生命活动的外在表现,一是由细胞数目的增加、细胞体积的扩大导致的植物体积和重量的增加，这就是植物的生长.,二是由于新器官的不断出现带来的一系列肉眼可见的形态变化，即形态建成（morphogenesis）。,（1)生长发育与形态建成：,（2）物质和能量代谢,能量代谢是指能量的贮存与释放过程。,绿色植物代谢的特点就是它的自养性。,代谢过程是运行于植物体内的一系列生物化学和生物物理的变化过程。,物质代谢是指物质的合成与分解过程；,水分代谢 矿质营养 光合作用 呼吸作用,（3）信息传递和信号转导,信息传递（message transportation）是指植物将感受到的环境信息从一个部位传递到另一个部位的过程。,信号转导（signal transduction）是指单个细胞水平上，信号与受体结合后，通过信号转导系统，产生生理反应。,3、主要任务：,为什么学？目的,（1）可以解释许多日常问题,一个烂水果的引发的灾难,施肥后怎么都萎蔫了？,室内摆什么花好？,（2）.从内部了解植物,输送有机物的韧皮部,输送水和矿质元素的木质部,（3）植物生理学是农业研究的基础学科是蔬菜、果树、农学等专业的基础课从事农业工作必须掌握一定的植物生理知识是农业大学农学和植物方向研究生的必考科目,二、植物生理学的产生与发展,（一）诞生与成长阶段：,16世纪18世纪,民间经验阶段：“美田之法、绿豆为上”出自,17世纪 荷兰 Van Helmont（凡 赫尔蒙特）柳树栽培实验,实验阶段：开始时期奠基和成长时期飞跃发展时期,标志：1840年 德国 J Liebig 建立了矿质营养学说,1、植物生理学的奠基,多粪肥田荀子、富国篇株行距、种子的贮藏汜胜之书 树木的嫁接、绿肥齐民要术化肥的应用11世纪法国开始使用。直到17世纪观察到植物能吸收和放出气体。生产实践：植物生理学的基石。,从公元1世纪开始到17世纪，许多古书记载,陈旉农书,王祯农书,农政全书,齐民要术,2、开始时期（孕育）：16-18世纪，荷兰的Van Helmont(1577-1644):最早进行植物学实验的学者：盆栽小柳树植物长大的物质是水，,W.Pfeffer,JULIUS v.SACHS(1832-1897),到1840年李比希（J.von Liebig）创立矿质营养学说到19世纪末德国植物生理学家萨克斯和他的学生费弗尔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。,3、植物生理学的诞生：19世纪,（三）更新与深入阶段,二十世纪初 现在,（二）动荡与分化阶段,1910年农业化学从植物生理学中分化出来。1930年微生物、病毒学从植物生理学中分化出来。特别是生物化学的分离，这个阶段植物生理学的发展处于低潮。,1845年，J.R.Mayer：光合作用也遵守能量守恒定律1859年J.Von Sacks、W.Knop和W.Pfeffer等植物无土栽培技术等，同时使植物生理学形成为一个完整的科学体系。,1864年，德国Julius Sachs：叶片照光时，叶绿体中淀粉粒增大。19世纪自然科学三大发现细胞学说、进化论、能量守恒定律（四）、飞跃发展时期 20世纪1920年，美国W.W.Garner和H.A.Allard：光周期现象（促进了发育生理学的发展）20世纪2060年代：五大植物激素。,50年代，美国M.Calvin等：光合碳循环（C3途径）。60年代，M.D.Hatch和C.R.Slack：C4-双羧酸途径（C4途径）。此外，光呼吸和景天酸代谢途径以及光敏色素、钙调素等的发现；植物组织培养技术的广泛应用；基因理论的揭示。,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。,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。,三、现代植物生理学发展的几大特点,微观：从个体器官、组织细胞分子水平；宏观：个体群体、群落水平。,2、科学间相互渗透,遗传生理学、发育生理学、营养生理学、环境生理学、生态生理学、生物化学，栽培、果树等。,3、研究手段现代化：高度自动化的精密仪器。,4、理论联系实践：产生于实践，为生产实践服务。,1、研究向微观和宏观两个方向发展 研究层次越来越广。,理论的研究服务于生产实践，使科学技术转化成生产力。,四、植物生理学的展望,1、加强基础理论研究,理论突破带来革命性的变化：组织培养技术与育种、及植物繁殖；基因理论与生命活动的本质和控制等等。,2、大力展开应用基础和应用研究,1、相关的基础课程：植物学、化学（有机无机、分析）生物化学、细胞生物学。,2.注重理解基础上的记忆,为国民经济建设服务,五、学习植物生理学的意义,六、学习植物生理学的要求和方法怎么学？,兴趣是最好的老师,3.加强动手能力，积极参予实验,4.知识日新月异，学会收集资料,植物生理是一门实验性很强的科学，所有的规律都是从实验得来的。实验课有69个实验，是大家从事科研工作的第一步。学会科学精神，从实际中发现问题，以实验数据说明问题，解决问题。,六.复习思考题 1.什么是植物生理学?主要研究哪些内容?结合本教材内容谈谈章节的安排。2.植物生理学的发展大致经历了哪三个阶段?3.植物生理学对农业生产的指导作用可表现在哪些方面?,七、教材与参考书教材：现代植物生理学李合生主编 高等教育出版社 面向21世纪教材参考书:植物生理学李德全主编 中国农业出版社 植物生理学王忠主编中国农业出版社 植物生理学潘瑞炽 董愚德编著 高等教育出版社。,第一章 植物细胞的亚显微结构与功能,本章重点：1、原生质的胶体性质2、细胞亚显微结构的生理功能3、植物细胞信号的转导4、细胞壁,胞间层（interllular layer）初生壁（primary wall）次生壁（secondary wall）,有纤维素、半纤维素、果胶物质；以及结构蛋白 酶类、木质素以及矿物质等。,1.1、细胞壁,1.1.2、细胞壁的亚显微结构,1.1.1、细胞壁的化学组成,果胶质（原果胶+果胶酸盐)；呈胶态，柔软，具连接、缓冲作用，防病原微生物入侵。,次生壁：,胞间层：,初生壁：,纤维素+半纤维素+果胶质+蛋白质（有识别能力）,微纤丝,大纤丝（排列松散、杂乱无章）,纤维素+半纤维素+木质素+果胶质（少）,（微纤丝排列紧密、纵横交错有规律）具较强的机械支持力,细胞壁各结构的成分与功能,大纤丝,初生壁的形成,次生壁的形成,细胞壁的形成过程,细,胞,1.1.3、细胞壁的功能,（5）识别作用,（1）稳定细胞形态,（2）控制细胞生长扩大,（3）参与胞内外信息的传递,（4）防御功能,1.2 原生质体,是细胞膜以内，细胞核以外的原生质。包括质膜、胞基质、内膜系统、细胞骨架及细胞器等。,原生质体（protoplast）：,由细胞质，细胞核和液泡组成，三者总称为原生质体。,细胞质（cytoplasm）：,1.2.1 细胞膜,1.2.1.1、细胞膜的组成成分,膜 脂：磷脂 糖脂 硫脂 固醇占干重-25-40%。,蛋白质：外在蛋白 内在蛋白占干重-60-75%。,膜 糖：糖脂 糖蛋白占干重-5%。,水与金属离子：占鲜重的30%。,细胞膜也称为生物膜，是细胞中所有膜的总称。细胞膜分为质膜和内膜。,生物膜的研究历史：1885年开始的。,1.2.1.2、细胞膜的亚显微结构,二、流动镶嵌模型(fluid mosaic model)：Singer（辛格）（19711972）特点：分三层 不对称性 流动性,一、单位膜模型：Robertson(罗伯逊)（1959）特点如图：,主要结构特点：,磷脂的结构,目前细胞膜结构主要用Singer 于1972年提出的流动镶嵌模型解释，总结细胞膜的结构的主要特征：,2、生物膜中含有蛋白质，蛋白酶质有两种存在方式，一种吸附在脂类双层两侧，称为外在蛋白或周边蛋白；另一种镶嵌在脂类双层中，称为内在蛋白或整合蛋白。,1、脂类物质，主要是磷脂构成生物膜的骨架，在膜中，磷脂以双分子层的形式存在，在双分子层中，磷脂的疏水基团（脂肪酸链）在内，亲水基团向外。,3、各种组分在膜上的分布是不对称的，具体表现在：（）膜脂分布的不对称性：（）膜蛋白发布的不对称性：（）膜糖分布的不对称性：在质膜上主要分布在膜的外侧。,、膜的流动性,（）膜蛋白的移动，膜蛋白可在膜上侧向移动，由于分子量较大，移动很慢，又由于膜蛋白受膜外在蛋白和细胞质的细胞骨架的影响，运动的区域有限。（）膜脂的流动，大多数膜脂可在膜上自由的移动，而且移动速度很快，但与蛋白接触的界面脂不能自由移动。,、膜中含有a，人为去除a膜通透性就会增大。,、膜两侧吸附大量水分子,它的重要作用是稳定膜的结构。,降温 降温 液态 液晶态 固态 升温 升温,是1975年提出的，是对流动镶嵌模型的补充。他用液晶相变理论来解释膜所具有的流动性。液晶是一种半液体和半固体的物质状态，它既具有固体的一定形状，又具有液体的流动性。生物膜的正常功能状态是处于液晶态。生物膜可在固态、液晶态和液态之间转化。,三、晶格镶嵌模型,四、板块镶嵌模型(plate mosaic model)M.K.Gain and White(贾恩和怀特)（1977）,膜脂的局部经常处于“相变状态”：一部分脂区处于液晶态 晶态 另一部分脂区处于晶态 液晶态,1.2.1.3、生物膜的功能,1、分室作用 2、生化反应场所3、能量转换 场所 4、吸收与分泌功能5、抗逆能力6、识别功能和信息传递,质膜,1.2.2、胞基质(cytoplasmic matrix),A、胞基质又称细胞浆：细胞中无定形的胶体部分,B、细胞浆的性质,界面扩大,亲水性：,双电层：吸附层+扩散层,溶胶化与凝胶化:,（a）.胶体性质:,（b）液晶性质:,物质介于固态和液态之间的一种存在状态,C、胞基质的主要功能细胞代谢的重要场所。,有：糖酵解途径、戊糖磷酸途径、脂肪酸的合成、蔗糖的合成、C4植物叶肉细胞固定CO2的过程等都在细胞质中进行。,1.2.3、内膜系统,A、内质网(endoplasmic reticulum,ER)（单层膜）:粗糙型内质网（rough endoplasmic reticulum RER）表面附着有核糖体。平滑型内质网（smooth endooplasmic reticulum SER),功能：1.合成功能（蛋白质、亲脂性物质）；,2.是胞内和胞间物质与信息交换和运输的通道。,3.机械支持原生质体与可溶性酶附着的骨架。,4.可分泌出小泡进而发育成其他细胞器。,B、高尔基体(Golgi body)（单层膜）是由多个单位膜围成的扁平小囊泡堆叠形成的细胞器。可分泌囊泡 运输囊泡。,功能：,1.将输入的蛋白质加工、浓缩、储存或输出；,2.合成多糖类和糖蛋白；,3.与质膜、细胞壁的形成有关；,4.与溶酶体和液泡膜的产生有关。,高 尔 基 体,1.2.4、细胞骨架（微梁系统）,由微管、微丝和中间纤维三种蛋白质纤维互相连接组成的支架网络。,功能：维持细胞形状参与细胞器的运动、细胞内的物质运输；传递细胞信息。,功 能：,与 细 胞 分 裂 有 关；与 细 胞 壁 的 形 成 有 关；是 细 胞 骨 架 结 构；参 与 有 关 的 运 动。,微 管(microtubule),微 丝(microfilament),中 间 纤 维(intermediate filament),细胞骨架结构；与细胞质环流有关（利于物质运输）,细胞骨架结构,A、线粒体(mitochondrion)（双层膜）,结构：内外两层膜包围的细胞器。,呼吸作用的场所,1.2.5、细胞器,是一个半自主性的细胞器,含有DNA和核糖体，DNA能指导部分蛋白质的合成具有完整的蛋白质合成系统。,功能：,B 质体(plastid),白 色 体（造粉体）,有色 体,叶 绿 体（双层膜）,叶 绿 体,功能：光合作用的场所,C、核糖体(ribosome)：,（rRNA+特定蛋白质）,大亚基（60S）,小亚基（40S）,合成蛋白质的场所,D、溶酶体(lysosome)（单层膜）,初 级 溶 酶 体,次 级 溶 酶 体,功 能:自身消化（衰老、饥饿、受损伤时）,E 微 体(microbody)（单层膜）,过 氧 化 体：光呼吸场所之一,乙 醛 酸 体：乙醛酸循环场所,F 圆 球 体(spherosome)（单层膜）,又称 油 体,内含蜡 质和三油甘酯,1.2.6 细胞核（nucleolus）细胞核由核膜、染色质、核基质和核仁组成功能：是细胞遗传、代谢、分化和繁殖的控制中心。1、核膜：有内外两层单位膜组成。外膜与内质网相连，可进行物质交换。内膜紧贴染色质核膜上有孔，物质交换的通道。,2、染色质与染色体,多次缠绕,核仁：,球状体，无界膜（DNA+RNA+Pr）；合成rRNA的主要场所。,细 胞 核,液泡的功能：,调节功能类似溶酶体的作用代谢库的功能,1.2.7、液 泡(vacuole)（单层膜）,液泡发生的途径：,高尔基体途径,内质网途径,单位膜围成的囊泡，其中充满细胞液。,1.3 胞间连丝,胞间连丝：指贯穿细胞壁、胞间层、连接相邻细胞原生质体的管状通道。是植物细胞的特征结构,胞间连丝plasmodesma,细胞内有生命的部分，即原生质体，通过胞间连丝连成一个整体。,共质体(symplast)（内部空间）：,质外体(apoplast)（外部空间）：,质膜以外的胞间层、细胞壁、细胞间隙导管等连成一体。,（自由空间）,细胞器穿壁运动,物质运输通道,信息传递通道,细胞间的电导通道,病毒胞间运动的通道,功能：,结构：如下图,