8植物生长生理.ppt
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1、第八章 植物的生长生理 本章重点:1、植物生长的基本规律 2、植物生长的相关性及其调节 3、影响植物生长的条件 本章难点:植物生长过程中的生理生化变化,生长:由于细胞分生和伸长引起植株体积和重量的不可逆增加,使植物的组织、器官由小变大,由少变多的量变过程。发育:细胞分化引起不同部位的细胞群发生质变,形成执行各种不同功能的组织与器官,这一质变过程,叫发育。,第一节 植物生长的细胞学基础,细胞分裂期,细胞伸长期,细胞分化期,一、细胞的生长与分化,(一)、细胞分裂的生理,细胞周期:从母细胞分裂后形成的子细胞到下次再分裂成两个子细胞所需要的时间。,生理特点,DNA变化,呼吸速率变化,激素对细胞周期影响
2、,温度对细胞周期影响,GA:加快G1到S期的过程,CTK:促进S期DNA的合成,IAA:分裂晚期rRNA合成,图8.2 分生组织每个细胞DNA含量变化,表81 温度对向日葵根端细胞的细胞周期长短的影响,(二)细胞伸长生理,体积增加,酶活性提高,形成液泡,激素影响,细胞壁成分增加,距豌豆根尖不同距离每个细胞的二肽酶和磷酸化酶活性,图83 距洋葱根尖不同距离的细胞壁组分含量A.果胶质;B.半纤维素;C.非纤维多糖;D.纤维素,距豌豆根尖不同距离的每个细胞的体积、呼吸速率、干物质、蛋白质含量之间的关系,1、呼吸速率2、干物重3、蛋白质氮4、细胞体积,(三)细胞分化生理,1、细胞分化的概念,细胞分化(
3、cell differentiation)是指由分生组织细胞转变为形态结构和生理功能不同的细胞群的过程。,2、细胞分化的调控 GA/IAA比值:高时分化韧皮部;低时分化韧皮部 CTK/IAA比值;高时分化芽,低时分化根 蔗糖浓度:高时分化韧皮部,低时分化木质部,二、组织培养 1、概念:Tissue culture:在无菌条件下,把离体的植物器官、组织、细胞或原生质体等,在人工培养基上培养,使其生长、分化,形成完整植株的技术。2、理论基础:细胞全能性 3、外植体(explant):从植物体上分离下来被培养的部分(组织、器官或细胞)。4、培养形式:胚胎培养、器官培养、组织培养、细胞培养、原生质体培
4、养、花药培养。悬浮培养、平板培养等。5、脱分化与再分化 胚状体植物体 外植体 愈伤组织 根、茎、叶 分离 脱分化 再分化,细胞全能性(totipotency):是指植物体的每个细胞携带着一套完整的基因组,并具有发育成完整植株的潜在能力。,脱分化(dedifferentiation):是指已经分化的植物器官、组织或细胞在离体培养时,又恢复细胞分裂的能力并形成与原有状态不同细胞的过程。,再分化(redifferentiation):是指脱分化形成的愈伤组织细胞在适宜的培养条件下又分化为胚状体(embryoid),或直接分化出根和芽等器官,从而形成完整植株的过程。,胚状体分化,愈伤组织,组织培养的历
5、史与意义,1902年德国的G.Haberlandt提出植物体细胞有再生完整植株的可能性。1934年美国的White等建立番茄根尖无性繁殖系。20世纪40年代末崔等诱导烟草组织培养形成芽和完整植株。1958年Steward和Reinert用胡萝卜根的愈伤组织诱导成了体细胞胚,并进而获得了完整植株。1960年 Cocking等用番茄幼根原生质体获得成功。1964年 Guha等从曼陀罗花药中得到了单倍体植株。1971年Takebe等用烟草叶肉细胞分离原生质体,并再生植株;中国学者在水稻、玉米、小麦、高梁和大麦等农作物的原生质体培养中相继成功地获得了它们的再生植株。1972年Carlson等通过两个烟
6、草品种之间原生质体的融合,获得了第一个体细胞杂种。1978年Melchers等首次获得了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种“Potamato”。进入20世纪80年代后,生物工程迅速发展,通过某种途径或技术将外源基因导入植物细胞并使之表达。,6、培养基,(1)矿质元素,(2)碳源(蔗糖),(3)激素,(4)有机附加物,7、应用,(1)培育新品种(单倍体育种),(2)快速无性繁殖材料,(3)获得脱毒植株,(4)生产人工种子,(5)药用植物工厂化生产,(6)创造新型种质资源,(7)用于理论研究,1,2,3,原生质融合过程,第二节 种子的萌发,一、种子萌发的过程,二、影响种子萌发的因素,(一)内部因素,种子
7、生活力,种子活力,是否通过休眠期,种子生活力(seed viability)是指种子能够萌发的潜在能力或种胚具有的生命力。,种子活力(seed vigor):是指种子在田间状态(即非理想状态)下迅速而整齐地萌发并形成健壮幼苗的能力。,(二)影响种子萌发的外界因素,1、水分,2、氧气,3、温度,4、光照,几种植物种子萌发的温度三基点,三、种子萌发的生理生化变化,1、种子吸水,2、呼吸和酶的变化,3、有机物质转变,种子吸水的三个阶段,吸胀吸水,快速吸水,缓滞吸水,重新快速吸水,豌豆萌发吸水暂停时的呼吸表现,O2,豌豆种子萌发中两种酶的形成情况,不同作物种子中贮存的主要有机物,蓖麻种子萌发时脂肪、蔗
8、糖和葡萄糖的转化,种子萌发中物质的转化情况,三、种子的寿命和生活力快速测定,快速检验种子生活力的方法,种子寿命:,TTC法,红墨水法,荧光法,浸种、拌种,四、种子的老化(Aging)及促进萌发的措施,种子包衣,PEG处理,第三节 植物的生长Section3 Plant Growth,一、植物生长的规律与周期性,(一)生长规律,茎生长规律,叶生长规律,根生长规律,(二)植物生长的周期性,1、生长量表示方法,绝对生长速率(AGR):单位时间内植物材料生长的绝对量。AGR=(W2-W1)/(t2-t1),相对生长速率(RGR):单位时间内植物材料的绝对增加量占原来生长量的相对比例。RGR=(W2-W
9、1)/W1,2、生长大周期,根、茎、叶、种子和果实等器官以及一年生植物的整株植物,在生长过程中,其生长速率都表现出“慢一快一慢”的特点,即开始时生长缓慢,以后逐渐加快,达到最高速度后又减慢以至最后停止。植物体或器官所经历的“慢一快一慢”的整个生长过程,被称为生长大周期(grand period of growth)。,图86 玉米的生长曲线,3、植物生长的昼夜周期性,植物的生长按温度的昼夜周期性发生有规律的变化,被称为植物生长的温周期性(thermoperiodicity of growth),或植物生长的昼夜周期性。,4、植物生长的季节周期性,植物的生长在一年四季中也会发生有规律性的变化,称
10、为植物生长的季节周期性(seasonal periodicity)of growth)。春发、夏茂、秋落、冬眠,纽约博物馆中的千年树木切段,示年轮,二、植物生长的相关性,1、地上部与地下部生长关系,相互协调,相互制约,根/冠比,2、主茎与侧枝生长关系,顶端优势:主茎生长占优势,侧芽生长被抑制的现象。,产生原因,营养学说,激素学说,顶端优势与IAA,3、营养生长与生殖生长关系,依存关系,制约关系,不断摘除花芽对大豆植株生长的影响,三、植物的极性与再生,极性(polarity):是指植物体或植物体的一部分(如器官、组织或细胞)在形态学的两端具有不同形态结构和生理生化特性的现象。,再生(regene
11、ration):是指植物体的离体部分具有恢复植物体其他部分的能力。,柳树枝条的极性,四、影响生长的环境条件,1、温度,2、光照(光质、光强),光对马铃薯幼苗生长的影响,3、水分,4、机械刺激,五、植物的光形态建成(photomorphogenesis),光以环境信号形式调节植物的生长、分化和发育的过程。,对植物生长、分化、发育起调控作用的光是红光-远红光、蓝光和近紫外光(UV-A)、紫外光B区(UV-B)。植物吸收这些光,并通过其受体才能启动调控作用,光受体(photoreceptor):一些微量的能感受光的信息(如光的方向、光照持续时间、光强度、光谱等),并把这些信号放大,使植物体能随外界光
12、条件的变化做出相应反应的物质,目前已知有三种光受体:光敏色素(photochrome),感受红光-远红光区域的光 隐花色素(cryptochrome),感受蓝光和近紫外区域的光 UV-B受体(UV-receptor),感受紫外光B区域的光,一、光敏色素1、光敏色素的分布 光敏色素分布在植物各个器官中,在细胞中的含量极低 黄花化幼苗的光敏色素含量比绿色幼苗高20-100倍,一般来说,蛋白质丰富的分生组织中含有较多的光敏色素 在细胞中,光敏色素分布在膜系统、胞质溶胶和细胞核等部位,植物的光形态建成,2、光敏色素的化学性质和光化学转换 光敏色素是一种易溶于水的色素蛋白质,植物的光形态建成,植物的光形
13、态建成,光敏色素有两种存在形式:红光吸收型(Pr):吸收高峰在660nm远红光吸收型(Pfr):Pfr的吸收高峰在730nm,植物的光形态建成,植物的光形态建成,Pr和Pfr在不同光谱作用下可以相互转换。Pr 是生理失活型,Pfr是生理激活型,植物的光形态建成,植物的光形态建成,植物的光形态建成,3、光形态建成实例 1)光与种子萌发 光对种子的影响可分为三种类形:中性种子、需 光种子、嫌光种子,植物的光形态建成,植物的光形态建成,2)光与营养生长 黄化现象;红光照射可以消除黄化现象,植物的光形态建成,植物的光形态建成,3)光与气孔开启 光诱导的气孔反应依赖于保卫细胞中的三种光受体:叶绿素、隐花
14、色素、和光敏色素的共同作用4)光与细胞器的形成(如叶绿体)5)光周期反应(决定植物开花诱导),植物的光形态建成,二、隐花色素 隐花色素即蓝光/近紫外光受体,专一地诱导与调节高等植物的向光性反应,气孔开启、叶绿体分化与运动,茎伸长的抑制作用等,植物的光形态建成,三、紫外光-B受体 紫外光-B(280320nm)对植物的整个生长发育和代谢都有影响,其受体还不清楚,第四节 植物的运动 高等植物虽然不能象动物或低等植物那样的整体移动,但是它的某些器官在内外因素的作用下能发生有限的位置变化,这种器官的位置变化就称为植物运动(plant movement)。高等植物的运动可分为 向性运动(tropic m
15、ovement)感性运动(nastic movement)。,一、向性运动,向性运动是指植物器官对环境因素的单方向刺激所引起的定向运动。根据刺激因素的种类可将其分为 向光性(phototropism)、向重性(gravitropism)、向触性(thigmotropism)向化性(chemotropism)等。并规定:对着刺激方向运动的为“正”运动,背着刺激方向运动的为“负”运动。,植物的向性运动都是生长运动,都是由于生长器官不均等生长所引起的。因此当器官衰老停止生长或者除去生长部分时,向性运动随即消失。植物的向性运动一般包括三个基本步骤:(1)刺激感受 植物体中的感受器接收环境中单方向的刺激
16、;(2)信号转导 感受细胞把环境刺激转化成物理的或化学的信号;(3)运动反应 生长器官接收信号后发生不均等生长,表现出向性运动,植物向光性运动的基本过程及其它影响因素的作用途径 虚线表示植物组织外的信号传递;实线表示植物组织内的信号传递,(一)向光性,植物生长器官受单方向光照射而引起生长弯曲的现象称为向光性 对高等植物向光性而言 植物茎叶有正向光性 植物根有负向光性,植物的向光性 以嫩茎尖、胚芽鞘和暗处生长的幼苗最为敏感。生长旺盛的向日葵、棉花等植物的茎端还能随太阳而转动。燕麦、小麦、玉米等禾本科植物的黄化苗以及豌豆、向日葵的上下胚轴,都常用作向光性的研究材料。,向光性是植物的一种生态反应,如
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