《植物生理學(xué)》PPT課件.ppt

,(Plant physiology),植 物 生 理 學(xué),德州學(xué)院,制作：金桂芳,目 錄,緒 論 第一章 植物細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)與功能 第二章 植物的水分代謝 第三章 植物的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng) 第四章 植物的光合作用 第五章 植物的呼吸作用,第六章 植物的生長(zhǎng)物質(zhì) 第七章 植物的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng) 第八章 植物的成花生理 第九章 植物的生殖成熟與衰老 第十章 植物的逆境生理,1、植物生理學(xué)（plant physiology）的定義 研究植物生命活動(dòng)規(guī)律,揭示植物生命現(xiàn)象本質(zhì)及其與外界環(huán)境相互關(guān)系的一門(mén)科學(xué)。它是植物學(xué)的一個(gè)重要分枝。,物質(zhì)與能量代謝,信息傳遞和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),生長(zhǎng)發(fā)育與形態(tài)建成,植物生命現(xiàn)象： 為什么葉子是綠的、花卻是紅的？ 為什么未成熟的果實(shí)是澀的？,2、植物生理學(xué)研究的內(nèi)容,植物生命 活動(dòng)的內(nèi)容,一、植物生理學(xué)的研究?jī)?nèi)容和任務(wù),植物生命活動(dòng)的外在表現(xiàn),一是由細(xì)胞數(shù)目的增加、細(xì)胞體積的擴(kuò)大導(dǎo)致的植物體積和重量的增加，這就是植物的生長(zhǎng).,二是由于新器官的不斷出現(xiàn)帶來(lái)的一系列肉眼可見(jiàn)的形態(tài)變化，即形態(tài)建成（morphogenesis）。,（1)生長(zhǎng)發(fā)育與形態(tài)建成：,（2）物質(zhì)和能量代謝,能量代謝是指能量的貯存與釋放過(guò)程。,綠色植物代謝的特點(diǎn)就是它的自養(yǎng)性。,代謝過(guò)程是運(yùn)行于植物體內(nèi)的一系列生物化學(xué)和生物物理的變化過(guò)程。,物質(zhì)代謝是指物質(zhì)的合成與分解過(guò)程；, 水分代謝 礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng) 光合作用 呼吸作用,（ 3）信息傳遞和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),信息傳遞（message transportation）是指植物將感受到的環(huán)境信息從一個(gè)部位傳遞到另一個(gè)部位的過(guò)程。,信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（signal transduction）是指單個(gè)細(xì)胞水平上，信號(hào)與受體結(jié)合后，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)，產(chǎn)生生理反應(yīng)。,3、主要任務(wù)：,為什么學(xué)？目的,（1）可以解釋許多日常問(wèn)題,一個(gè)爛水果的引發(fā)的災(zāi)難,施肥后怎么都萎蔫了？,室內(nèi)擺什么花好？,（2）.從內(nèi)部了解植物,輸送有機(jī)物的韌皮部,輸送水和礦質(zhì)元素的木質(zhì)部,（3）植物生理學(xué)是農(nóng)業(yè)研究的基礎(chǔ)學(xué)科 是蔬菜、果樹(shù)、農(nóng)學(xué)等專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課 從事農(nóng)業(yè)工作必須掌握一定的植物生理知識(shí) 是農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)和植物方向研究生的必考科目,二、植物生理學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展,（一）誕生與成長(zhǎng)階段：,16世紀(jì)18世紀(jì),民間經(jīng)驗(yàn)階段：“美田之法、綠豆為上”出自,17世紀(jì) 荷蘭 Van Helmont（凡 赫爾蒙特）柳樹(shù)栽培實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)階段：開(kāi)始時(shí)期奠基和成長(zhǎng)時(shí)期飛躍發(fā)展時(shí)期,標(biāo)志：1840年 德國(guó) J Liebig 建立了礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)學(xué)說(shuō),1、植物生理學(xué)的奠基,多糞肥田荀子、富國(guó)篇 株行距、種子的貯藏汜勝之書(shū) 樹(shù)木的嫁接、綠肥齊民要術(shù) 化肥的應(yīng)用11世紀(jì)法國(guó)開(kāi)始使用。 直到17世紀(jì)觀(guān)察到植物能吸收和放出氣體。 生產(chǎn)實(shí)踐：植物生理學(xué)的基石。,從公元1世紀(jì)開(kāi)始到17世紀(jì)，許多古書(shū)記載,陳旉農(nóng)書(shū),王禎農(nóng)書(shū),農(nóng)政全書(shū),齊民要術(shù),2、開(kāi)始時(shí)期（孕育）：16-18世紀(jì)，荷蘭的Van Helmont(1577-1644):最早進(jìn)行植物學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)者：盆栽小柳樹(shù)植物長(zhǎng)大的物質(zhì)是水，,W. Pfeffer,JULIUS v. SACHS (1832-1897),到1840年李比希（J.von Liebig）創(chuàng)立礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)學(xué)說(shuō)到19世紀(jì)末德國(guó)植物生理學(xué)家薩克斯和他的學(xué)生費(fèi)弗爾所著的兩部植物生理學(xué)專(zhuān)著問(wèn)世為止，經(jīng)過(guò)了約半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間。,3、植物生理學(xué)的誕生：19世紀(jì),（三）更新與深入階段,二十世紀(jì)初 現(xiàn)在,（二）動(dòng)蕩與分化階段,1910年農(nóng)業(yè)化學(xué)從植物生理學(xué)中分化出來(lái)。 1930年微生物、病毒學(xué)從植物生理學(xué)中分化出來(lái)。 特別是生物化學(xué)的分離，這個(gè)階段植物生理學(xué)的發(fā)展處于低潮。,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等植物無(wú)土栽培技術(shù)等，同時(shí)使植物生理學(xué)形成為一個(gè)完整的科學(xué)體系。,1864年，德國(guó)Julius Sachs：葉片照光時(shí)，葉綠體中淀粉粒增大。 19世紀(jì)自然科學(xué)三大發(fā)現(xiàn)細(xì)胞學(xué)說(shuō)、進(jìn)化論、能量守恒定律 （四）、飛躍發(fā)展時(shí)期 20世紀(jì) 1920年，美國(guó)W.W.Garner和H.A.Allard： 光周期現(xiàn)象（促進(jìn)了發(fā)育生理學(xué)的發(fā)展） 20世紀(jì)2060年代：五大植物激素。,50年代，美國(guó)M.Calvin等： 光合碳循環(huán)（C3途徑）。 60年代， M.D.Hatch和C.R.Slack： C4-雙羧酸途徑（C4途徑）。 此外，光呼吸和景天酸代謝途徑以及光 敏色素、鈣調(diào)素等的發(fā)現(xiàn)；植物組織培養(yǎng) 技術(shù)的廣泛應(yīng)用；基因理論的揭示。,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(gè)領(lǐng)域里,都取得重要進(jìn)展。,我國(guó)的植物生理學(xué)的發(fā)展,20世紀(jì)20年代開(kāi)始，錢(qián)崇澍、李繼侗、羅宗洛、湯佩松講授植物生理學(xué)、建立了植物生理實(shí)驗(yàn)室。,三、現(xiàn)代植物生理學(xué)發(fā)展的幾大特點(diǎn),微觀(guān)：從個(gè)體器官、組織細(xì)胞分子水平； 宏觀(guān)：個(gè)體群體、群落水平。,2、科學(xué)間相互滲透,遺傳生理學(xué)、發(fā)育生理學(xué)、營(yíng)養(yǎng)生理學(xué)、環(huán)境生理學(xué)、生態(tài)生理學(xué)、生物化學(xué)，栽培、果樹(shù)等。,3、研究手段現(xiàn)代化：高度自動(dòng)化的精密儀器。,4、理論聯(lián)系實(shí)踐：產(chǎn)生于實(shí)踐，為生產(chǎn)實(shí)踐服務(wù)。,1、研究向微觀(guān)和宏觀(guān)兩個(gè)方向發(fā)展 研究層次越來(lái)越廣。,理論的研究服務(wù)于生產(chǎn)實(shí)踐，使科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力。,四、植物生理學(xué)的展望,1、加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究,理論突破帶來(lái)革命性的變化：組織培養(yǎng)技術(shù)與育種、及植物繁殖；基因理論與生命活動(dòng)的本質(zhì)和控制等等。,2、大力展開(kāi)應(yīng)用基礎(chǔ)和應(yīng)用研究,1、相關(guān)的基礎(chǔ)課程： 植物學(xué)、化學(xué)（有機(jī)無(wú)機(jī)、分析）生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)。,2.注重理解基礎(chǔ)上的記憶,為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù),五、學(xué)習(xí)植物生理學(xué)的意義,六、學(xué)習(xí)植物生理學(xué)的要求和方法怎么學(xué)？,興趣是最好的老師,3.加強(qiáng)動(dòng)手能力，積極參予實(shí)驗(yàn),4. 知識(shí)日新月異，學(xué)會(huì)收集資料,植物生理是一門(mén)實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的科學(xué)，所有的規(guī)律都是從實(shí)驗(yàn)得來(lái)的。 實(shí)驗(yàn)課有69個(gè)實(shí)驗(yàn)，是大家從事科研工作的第一步。 學(xué)會(huì)科學(xué)精神，從實(shí)際中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明問(wèn)題，解決問(wèn)題。,六.復(fù)習(xí)思考題 1.什么是植物生理學(xué)? 主要研究哪些內(nèi)容? 結(jié)合本教材內(nèi)容談?wù)務(wù)鹿?jié)的安排。 2.植物生理學(xué)的發(fā)展大致經(jīng)歷了哪三個(gè)階段? 3.植物生理學(xué)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的指導(dǎo)作用可表現(xiàn)在哪些方面?,七、教材與參考書(shū) 教材：現(xiàn)代植物生理學(xué)李合生主編 高等教育出版社 面向21世紀(jì)教材 參考書(shū): 植物生理學(xué)李德全主編 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社 植物生理學(xué)王忠主編中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社 植物生理學(xué)潘瑞熾 董愚德編著 高等教育出版社。,第一章 植物細(xì)胞的亞顯微結(jié)構(gòu)與功能,本章重點(diǎn)： 1、原生質(zhì)的膠體性質(zhì) 2、細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)的生理功能 3、植物細(xì)胞信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo) 4、細(xì)胞壁,胞間層（interllular layer） 初生壁（primary wall） 次生壁（secondary wall）,有纖維素、半纖維素、果膠物質(zhì)；以及結(jié)構(gòu)蛋 白 酶類(lèi)、木質(zhì)素以及礦物質(zhì)等。,1.1、細(xì)胞壁,1.1.2、細(xì)胞壁的亞顯微結(jié)構(gòu),1.1.1、細(xì)胞壁的化學(xué)組成,果膠質(zhì) （原果膠+果膠酸鹽)； 呈膠態(tài)，柔軟，具連接、緩沖作用，防病原微生物入侵。,次生壁：,胞間層：,初生壁：,纖維素+半纖維素+果膠質(zhì)+蛋白質(zhì)（有識(shí)別能力）,微纖絲,大纖絲（排列松散、雜亂無(wú)章）,纖維素+半纖維素+木質(zhì)素+果膠質(zhì)（少）,（微纖絲排列緊密、縱橫交錯(cuò)有規(guī)律）具較強(qiáng)的機(jī)械支持力,細(xì)胞壁各結(jié)構(gòu)的成分與功能,大纖絲,初生壁的形成,次生壁的形成,細(xì)胞壁的形成過(guò)程,細(xì),胞,1.1.3 、細(xì)胞壁的功能,（5）識(shí)別作用,（1）穩(wěn)定細(xì)胞形態(tài),（2）控制細(xì)胞生長(zhǎng)擴(kuò)大,（3）參與胞內(nèi)外信息的傳遞,（4）防御功能,1.2 原生質(zhì)體,是細(xì)胞膜以?xún)?nèi)，細(xì)胞核以外的原生質(zhì)。包括質(zhì)膜、胞基質(zhì)、內(nèi)膜系統(tǒng)、細(xì)胞骨架及細(xì)胞器等。,原生質(zhì)體（protoplast）：,由細(xì)胞質(zhì)，細(xì)胞核和液泡組成，三者總稱(chēng)為原生質(zhì)體。,細(xì)胞質(zhì)（cytoplasm）：,1.2.1 細(xì)胞膜,1.2.1.1、 細(xì)胞膜的組成成分,膜 脂： 磷脂 糖脂 硫脂 固醇占干重-25-40%。,蛋白質(zhì)： 外在蛋白 內(nèi)在蛋白占干重-60-75%。,膜 糖： 糖脂 糖蛋白占干重-5%。,水與金屬離子：占鮮重的30%。,細(xì)胞膜也稱(chēng)為生物膜，是細(xì)胞中所有膜的總稱(chēng)。 細(xì)胞膜分為質(zhì)膜和內(nèi)膜。,生物膜的研究歷史：1885年開(kāi)始的。,1.2.1.2、細(xì)胞膜的亞顯微結(jié)構(gòu),二、流動(dòng)鑲嵌模型(fluid mosaic model)： Singer（辛格）（19711972） 特點(diǎn)：分三層 不對(duì)稱(chēng)性 流動(dòng)性,一、單位膜模型： Robertson(羅伯遜)（1959）特點(diǎn)如圖：,主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,磷脂的結(jié)構(gòu),目前細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)主要用Singer 于1972年提出的流動(dòng)鑲嵌模型解釋?zhuān)偨Y(jié)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)的主要特征：,2、生物膜中含有蛋白質(zhì)，蛋白酶質(zhì)有兩種存在方式，一種吸附在脂類(lèi)雙層兩側(cè)，稱(chēng)為外在蛋白或周邊蛋白；另一種鑲嵌在脂類(lèi)雙層中，稱(chēng)為內(nèi)在蛋白或整合蛋白。,1、脂類(lèi)物質(zhì)，主要是磷脂構(gòu)成生物膜的骨架，在膜中，磷脂以雙分子層的形式存在，在雙分子層中，磷脂的疏水基團(tuán)（脂肪酸鏈）在內(nèi)，親水基團(tuán)向外。,3、各種組分在膜上的分布是不對(duì)稱(chēng)的，具體表現(xiàn)在： （）膜脂分布的不對(duì)稱(chēng)性：（）膜蛋白發(fā)布的不對(duì)稱(chēng)性： （）膜糖分布的不對(duì)稱(chēng)性：在質(zhì)膜上主要分布在膜的外側(cè)。,、膜的流動(dòng)性,（）膜蛋白的移動(dòng)，膜蛋白可在膜上側(cè)向移動(dòng)，由于分子量較大，移動(dòng)很慢，又由于膜蛋白受膜外在蛋白和細(xì)胞質(zhì)的細(xì)胞骨架的影響，運(yùn)動(dòng)的區(qū)域有限。 （）膜脂的流動(dòng)，大多數(shù)膜脂可在膜上自由的移動(dòng)，而且移動(dòng)速度很快，但與蛋白接觸的界面脂不能自由移動(dòng)。,、膜中含有a ，人為去除a膜通透性就會(huì)增大。,、膜兩側(cè)吸附大量水分子,它的重要作用是穩(wěn)定膜的結(jié)構(gòu)。,降溫 降溫 液態(tài) 液晶態(tài) 固態(tài) 升溫 升溫,是1975年提出的，是對(duì)流動(dòng)鑲嵌模型的補(bǔ)充。他用液晶相變理論來(lái)解釋膜所具有的流動(dòng)性。 液晶是一種半液體和半固體的物質(zhì)狀態(tài)，它既具有固體的一定形狀，又具有液體的流動(dòng)性。 生物膜的正常功能狀態(tài)是處于液晶態(tài)。 生物膜可在固態(tài)、液晶態(tài)和液態(tài)之間轉(zhuǎn)化。,三、晶格鑲嵌模型,四、板塊鑲嵌模型(plate mosaic model) M.K.Gain and White(賈恩和懷特)（1977）,膜脂的局部經(jīng)常處于“相變狀態(tài)”： 一部分脂區(qū)處于液晶態(tài) 晶態(tài) 另一部分脂區(qū)處于晶態(tài) 液晶態(tài),1.2.1.3、生物膜的功能,1、分室作用 2、生化反應(yīng)場(chǎng)所 3、能量轉(zhuǎn)換 場(chǎng)所 4、吸收與分泌功能 5、抗逆能力 6、識(shí)別功能和信息傳遞,質(zhì)膜,1.2.2、胞基質(zhì)(cytoplasmic matrix),A、胞基質(zhì)又稱(chēng)細(xì)胞漿：細(xì)胞中無(wú)定形的膠體部分,B、細(xì)胞漿的性質(zhì),界面擴(kuò)大,親水性：,雙電層：吸附層+擴(kuò)散層,溶膠化與凝膠化:,（a）. 膠體性質(zhì):,（b）液晶性質(zhì):,物質(zhì)介于固態(tài)和液態(tài)之間的一種存在狀態(tài),C、胞基質(zhì)的主要功能 細(xì)胞代謝的重要場(chǎng)所。,有：糖酵解途徑 、戊糖磷酸途徑、脂肪酸的合成、蔗糖的合成、C4植物葉肉細(xì)胞固定CO2的過(guò)程等都在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行。,1.2.3、內(nèi)膜系統(tǒng),A、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum,ER)（單層膜）: 粗糙型內(nèi)質(zhì)網(wǎng) （ rough endoplasmic reticulum RER） 表面附著有核糖體。 平滑型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（smooth endooplasmic reticulum SER),功能：1.合成功能（蛋白質(zhì)、親脂性物質(zhì)）；,2.是胞內(nèi)和胞間物質(zhì)與信息交換和運(yùn)輸?shù)耐ǖ馈?3.機(jī)械支持原生質(zhì)體與可溶性酶附著的骨架。,4.可分泌出小泡進(jìn)而發(fā)育成其他細(xì)胞器。,B、高爾基體 (Golgi body)（單層膜） 是由多個(gè)單位膜圍成的扁平小囊泡堆疊形成的細(xì)胞器。 可分泌囊泡 運(yùn)輸囊泡。,功能：,1.將輸入的蛋白質(zhì)加工、濃縮、儲(chǔ)存或輸出；,2.合成多糖類(lèi)和糖蛋白；,3.與質(zhì)膜、細(xì)胞壁的形成有關(guān)；,4.與溶酶體和液泡膜的產(chǎn)生有關(guān)。,高 爾 基 體,1.2.4、細(xì)胞骨架（微梁系統(tǒng)）,由微管、微絲和中間纖維三種蛋白質(zhì)纖維互相連接組成的支架網(wǎng)絡(luò)。,功能：維持細(xì)胞形狀 參與細(xì)胞器的運(yùn)動(dòng)、 細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸； 傳遞細(xì)胞信息。,功 能：,與 細(xì) 胞 分 裂 有 關(guān)； 與 細(xì) 胞 壁 的 形 成 有 關(guān)； 是 細(xì) 胞 骨 架 結(jié) 構(gòu)； 參 與 有 關(guān) 的 運(yùn) 動(dòng)。,微 管(microtubule),微 絲(microfilament),中 間 纖 維(intermediate filament),細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)；與細(xì)胞質(zhì)環(huán)流有關(guān)（利于物質(zhì)運(yùn)輸）,細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu),A、線(xiàn)粒體(mitochondrion)（雙層膜）,結(jié)構(gòu)： 內(nèi)外兩層膜包圍的細(xì)胞器。,呼吸作用的場(chǎng)所,1.2.5、細(xì)胞器,是一個(gè)半自主性的細(xì)胞器,含有DNA和核糖體，DNA能指導(dǎo)部分蛋白質(zhì)的合成具有完整的蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)。,功能：,B 質(zhì)體(plastid),白 色 體（造粉體）,有色 體,葉 綠 體（雙層膜）,葉 綠 體,功能：光合作用的場(chǎng)所,C、核糖體(ribosome)：,（rRNA+特定蛋白質(zhì)）,大亞基（60S）,小亞基（40S）,合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所,D、溶酶體(lysosome)（單層膜）,初 級(jí) 溶 酶 體,次 級(jí) 溶 酶 體,功 能:自身消化（