《植物生理學》PPT課件.ppt

,(Plant physiology),植 物 生 理 學,德州學院,制作：金桂芳,目 錄,緒 論 第一章 植物細胞亞顯微結(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 植物的生長物質(zhì) 第七章 植物的營養(yǎng)生長 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（plant physiology）的定義 研究植物生命活動規(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)系的一門科學。它是植物學的一個重要分枝。,物質(zhì)與能量代謝,信息傳遞和信號轉(zhuǎn)導,生長發(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是澀的？,2、植物生理學研究的內(nèi)容,植物生命 活動的內(nèi)容,一、植物生理學的研究內(nèi)容和任務,植物生命活動的外在表現(xiàn),一是由細胞數(shù)目的增加、細胞體積的擴大導致的植物體積和重量的增加，這就是植物的生長.,二是由于新器官的不斷出現(xiàn)帶來的一系列肉眼可見的形態(tài)變化，即形態(tài)建成（morphogenesis）。,（1)生長發(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程。,綠色植物代謝的特點就是它的自養(yǎng)性。,代謝過程是運行于植物體內(nèi)的一系列生物化學和生物物理的變化過程。,物質(zhì)代謝是指物質(zhì)的合成與分解過程；, 水分代謝 礦質(zhì)營養(yǎng) 光合作用 呼吸作用,（ 3）信息傳遞和信號轉(zhuǎn)導,信息傳遞（message transportation）是指植物將感受到的環(huán)境信息從一個部位傳遞到另一個部位的過程。,信號轉(zhuǎn)導（signal transduction）是指單個細胞水平上，信號與受體結(jié)合后，通過信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)，產(chǎn)生生理反應。,3、主要任務：,為什么學？目的,（1）可以解釋許多日常問題,一個爛水果的引發(fā)的災難,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）植物生理學是農(nóng)業(yè)研究的基礎(chǔ)學科 是蔬菜、果樹、農(nóng)學等專業(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 是農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學和植物方向研究生的必考科目,二、植物生理學的產(chǎn)生與發(fā)展,（一）誕生與成長階段：,16世紀18世紀,民間經(jīng)驗階段：“美田之法、綠豆為上”出自,17世紀 荷蘭 Van Helmont（凡 赫爾蒙特）柳樹栽培實驗,實驗階段：開始時期奠基和成長時期飛躍發(fā)展時期,標志：1840年 德國 J Liebig 建立了礦質(zhì)營養(yǎng)學說,1、植物生理學的奠基,多糞肥田荀子、富國篇 株行距、種子的貯藏汜勝之書 樹木的嫁接、綠肥齊民要術(shù) 化肥的應用11世紀法國開始使用。 直到17世紀觀察到植物能吸收和放出氣體。 生產(chǎn)實踐：植物生理學的基石。,從公元1世紀開始到17世紀，許多古書記載,陳旉農(nóng)書,王禎農(nóng)書,農(nóng)政全書,齊民要術(shù),2、開始時期（孕育）：16-18世紀，荷蘭的Van Helmont(1577-1644):最早進行植物學實驗的學者：盆栽小柳樹植物長大的物質(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)營養(yǎng)學說到19世紀末德國植物生理學家薩克斯和他的學生費弗爾所著的兩部植物生理學專著問世為止，經(jīng)過了約半個世紀的時間。,3、植物生理學的誕生：19世紀,（三）更新與深入階段,二十世紀初 現(xiàn)在,（二）動蕩與分化階段,1910年農(nóng)業(yè)化學從植物生理學中分化出來。 1930年微生物、病毒學從植物生理學中分化出來。 特別是生物化學的分離，這個階段植物生理學的發(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等植物無土栽培技術(shù)等，同時使植物生理學形成為一個完整的科學體系。,1864年，德國Julius Sachs：葉片照光時，葉綠體中淀粉粒增大。 19世紀自然科學三大發(fā)現(xiàn)細胞學說、進化論、能量守恒定律 （四）、飛躍發(fā)展時期 20世紀 1920年，美國W.W.Garner和H.A.Allard： 光周期現(xiàn)象（促進了發(fā)育生理學的發(fā)展） 20世紀2060年代：五大植物激素。,50年代，美國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)的廣泛應用；基因理論的揭示。,1949年以后，植物生理的研究和教學工作發(fā)展很快,在有關(guān)植物生理學的各個領(lǐng)域里,都取得重要進展。,我國的植物生理學的發(fā)展,20世紀20年代開始，錢崇澍、李繼侗、羅宗洛、湯佩松講授植物生理學、建立了植物生理實驗室。,三、現(xiàn)代植物生理學發(fā)展的幾大特點,微觀：從個體器官、組織細胞分子水平； 宏觀：個體群體、群落水平。,2、科學間相互滲透,遺傳生理學、發(fā)育生理學、營養(yǎng)生理學、環(huán)境生理學、生態(tài)生理學、生物化學，栽培、果樹等。,3、研究手段現(xiàn)代化：高度自動化的精密儀器。,4、理論聯(lián)系實踐：產(chǎn)生于實踐，為生產(chǎn)實踐服務。,1、研究向微觀和宏觀兩個方向發(fā)展 研究層次越來越廣。,理論的研究服務于生產(chǎn)實踐，使科學技術(shù)轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力。,四、植物生理學的展望,1、加強基礎(chǔ)理論研究,理論突破帶來革命性的變化：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的本質(zhì)和控制等等。,2、大力展開應用基礎(chǔ)和應用研究,1、相關(guān)的基礎(chǔ)課程： 植物學、化學（有機無機、分析）生物化學、細胞生物學。,2.注重理解基礎(chǔ)上的記憶,為國民經(jīng)濟建設(shè)服務,五、學習植物生理學的意義,六、學習植物生理學的要求和方法怎么學？,興趣是最好的老師,3.加強動手能力，積極參予實驗,4. 知識日新月異，學會收集資料,植物生理是一門實驗性很強的科學，所有的規(guī)律都是從實驗得來的。 實驗課有69個實驗，是大家從事科研工作的第一步。 學會科學精神，從實際中發(fā)現(xiàn)問題，以實驗數(shù)據(jù)說明問題，解決問題。,六.復習思考題 1.什么是植物生理學? 主要研究哪些內(nèi)容? 結(jié)合本教材內(nèi)容談談章節(jié)的安排。 2.植物生理學的發(fā)展大致經(jīng)歷了哪三個階段? 3.植物生理學對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的指導作用可表現(xiàn)在哪些方面?,七、教材與參考書 教材：現(xiàn)代植物生理學李合生主編 高等教育出版社 面向21世紀教材 參考書: 植物生理學李德全主編 中國農(nóng)業(yè)出版社 植物生理學王忠主編中國農(nóng)業(yè)出版社 植物生理學潘瑞熾 董愚德編著 高等教育出版社。,第一章 植物細胞的亞顯微結(jié)構(gòu)與功能,本章重點： 1、原生質(zhì)的膠體性質(zhì) 2、細胞亞顯微結(jié)構(gòu)的生理功能 3、植物細胞信號的轉(zhuǎn)導 4、細胞壁,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、木質(zhì)素以及礦物質(zhì)等。,1.1、細胞壁,1.1.2、細胞壁的亞顯微結(jié)構(gòu),1.1.1、細胞壁的化學組成,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)（有識別能力）,微纖絲,大纖絲（排列松散、雜亂無章）,纖維素+半纖維素+木質(zhì)素+果膠質(zhì)（少）,（微纖絲排列緊密、縱橫交錯有規(guī)律）具較強的機械支持力,細胞壁各結(jié)構(gòu)的成分與功能,大纖絲,初生壁的形成,次生壁的形成,細胞壁的形成過程,細,胞,1.1.3 、細胞壁的功能,（5）識別作用,（1）穩(wěn)定細胞形態(tài),（2）控制細胞生長擴大,（3）參與胞內(nèi)外信息的傳遞,（4）防御功能,1.2 原生質(zhì)體,是細胞膜以內(nèi)，細胞核以外的原生質(zhì)。包括質(zhì)膜、胞基質(zhì)、內(nèi)膜系統(tǒng)、細胞骨架及細胞器等。,原生質(zhì)體（protoplast）：,由細胞質(zhì)，細胞核和液泡組成，三者總稱為原生質(zhì)體。,細胞質(zhì)（cytoplasm）：,1.2.1 細胞膜,1.2.1.1、 細胞膜的組成成分,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%。,細胞膜也稱為生物膜，是細胞中所有膜的總稱。 細胞膜分為質(zhì)膜和內(nèi)膜。,生物膜的研究歷史：1885年開始的。,1.2.1.2、細胞膜的亞顯微結(jié)構(gòu),二、流動鑲嵌模型(fluid mosaic model)： Singer（辛格）（19711972） 特點：分三層 不對稱性 流動性,一、單位膜模型： Robertson(羅伯遜)（1959）特點如圖：,主要結(jié)構(gòu)特點：,磷脂的結(jié)構(gòu),目前細胞膜結(jié)構(gòu)主要用Singer 于1972年提出的流動鑲嵌模型解釋，總結(jié)細胞膜的結(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，一種吸附在脂類雙層兩側(cè)，稱為外在蛋白或周邊蛋白；另一種鑲嵌在脂類雙層中，稱為內(nèi)在蛋白或整合蛋白。,1、脂類物質(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（脂肪酸鏈）在內(nèi)，親水基團向外。,3、各種組分在膜上的分布是不對稱的，具體表現(xiàn)在： （）膜脂分布的不對稱性：（）膜蛋白發(fā)布的不對稱性： （）膜糖分布的不對稱性：在質(zhì)膜上主要分布在膜的外側(cè)。,、膜的流動性,（）膜蛋白的移動，膜蛋白可在膜上側(cè)向移動，由于分子量較大，移動很慢，又由于膜蛋白受膜外在蛋白和細胞質(zhì)的細胞骨架的影響，運動的區(qū)域有限。 （）膜脂的流動，大多數(shù)膜脂可在膜上自由的移動，而且移動速度很快，但與蛋白接觸的界面脂不能自由移動。,、膜中含有a ，人為去除a膜通透性就會增大。,、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，是對流動鑲嵌模型的補充。他用液晶相變理論來解釋膜所具有的流動性。 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、生化反應場所 3、能量轉(zhuǎn)換 場所 4、吸收與分泌功能 5、抗逆能力 6、識別功能和信息傳遞,質(zhì)膜,1.2.2、胞基質(zhì)(cytoplasmic matrix),A、胞基質(zhì)又稱細胞漿：細胞中無定形的膠體部分,B、細胞漿的性質(zhì),界面擴大,親水性：,雙電層：吸附層+擴散層,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 細胞代謝的重要場所。,有：糖酵解途徑 、戊糖磷酸途徑、脂肪酸的合成、蔗糖的合成、C4植物葉肉細胞固定CO2的過程等都在細胞質(zhì)中進行。,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)與信息交換和運輸?shù)耐ǖ馈?3.機械支持原生質(zhì)體與可溶性酶附著的骨架。,4.可分泌出小泡進而發(fā)育成其他細胞器。,B、高爾基體 (Golgi body)（單層膜） 是由多個單位膜圍成的扁平小囊泡堆疊形成的細胞器。 可分泌囊泡 運輸囊泡。,功能：,1.將輸入的蛋白質(zhì)加工、濃縮、儲存或輸出；,2.合成多糖類和糖蛋白；,3.與質(zhì)膜、細胞壁的形成有關(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。,功能：維持細胞形狀 參與細胞器的運動、 細胞內(nèi)的物質(zhì)運輸； 傳遞細胞信息。,功 能：,與 細 胞 分 裂 有 關(guān)； 與 細 胞 壁 的 形 成 有 關(guān)； 是 細 胞 骨 架 結(jié) 構(gòu)； 參 與 有 關(guān) 的 運 動。,微 管(microtubule),微 絲(microfilament),中 間 纖 維(intermediate filament),細胞骨架結(jié)構(gòu)；與細胞質(zhì)環(huán)流有關(guān)（利于物質(zhì)運輸）,細胞骨架結(jié)構(gòu),A、線粒體(mitochondrion)（雙層膜）,結(jié)構(gòu)： 內(nèi)外兩層膜包圍的細胞器。,呼吸作用的場所,1.2.5、細胞器,是一個半自主性的細胞器,含有DNA和核糖體，DNA能指導部分蛋白質(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)的場所,D、溶酶體(lysosome)（單層膜）,初 級 溶 酶 體,次 級 溶 酶 體,功 能:自身消化（