植物生理學(xué)緒論.PPT

1、1植物生理學(xué)植物生理學(xué)plant physiologyplant physiology2衛(wèi)星圖片中國地圖衛(wèi)星圖片中國地圖環(huán)境危機環(huán)境危機3江山多嬌江山多嬌4吃葷的植物 豬籠草Nepenthes mirabilis (Lour.) Druce 豬籠草在自然界豬籠草常常平臥生長，葉的構(gòu)造復(fù)雜，分葉柄，葉身和卷須，卷須尾部擴大并反卷形成瓶狀，可捕食昆蟲。豬籠草具有總狀花序，開綠色或紫色小花。 豬籠草葉頂?shù)钠繝铙w是捕食昆蟲的工具。瓶狀體開口邊緣和瓶蓋復(fù)面能分泌蜜汁，引誘昆蟲。瓶口光滑，待昆蟲滑落瓶內(nèi)，被瓶底分泌的液體淹死，并分解蟲體營養(yǎng)物質(zhì)，逐漸消化吸收。有趣性有趣性5會運動的植物 l白睡蓮Nymph

2、aea alba Linn l隨著太陽落下花朵會漸漸關(guān)閉 含羞草Mimosa pudica Linn 含羞草在受到外界觸動時，葉會下垂，小葉片合閉 舞 草Desmodium gyrans (Linn.) DC舞草屬豆科，舞草屬當(dāng)人們對它講話或唱歌，小葉片會左右舞動，宛如小草聽到你的聲音翩翩起舞 6植物的化學(xué)武器植物的化學(xué)武器 競爭陽光營養(yǎng)水生物防治 次生代謝次生代謝7緒緒 論論8一、植物生理學(xué)的定義與內(nèi)容一、植物生理學(xué)的定義與內(nèi)容( (一一) )植物生理學(xué)的定義植物生理學(xué)的定義 植物生理學(xué)植物生理學(xué)(plant physiology)是研究植物生命活動規(guī)律、揭示是研究植物生命活動規(guī)律、揭示植物

3、生命現(xiàn)象本質(zhì)的科學(xué)。植物生命現(xiàn)象本質(zhì)的科學(xué)。9( (二二) ) 植物生理學(xué)的內(nèi)容植物生理學(xué)的內(nèi)容 它是各種生理活動與代謝過它是各種生理活動與代謝過程的組織基礎(chǔ)；生命現(xiàn)象是細胞存在的運動方色。程的組織基礎(chǔ)；生命現(xiàn)象是細胞存在的運動方色。 即水分生理、礦質(zhì)與氮素營養(yǎng)、光即水分生理、礦質(zhì)與氮素營養(yǎng)、光合作用、呼吸作用、同化物的運輸分配、以及信息傳合作用、呼吸作用、同化物的運輸分配、以及信息傳遞和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等；遞和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等； 它是各種功能與代謝活動的綜合它是各種功能與代謝活動的綜合反應(yīng)，包含植物的生長物質(zhì)、植物的生長、分化、發(fā)反應(yīng)，包含植物的生長物質(zhì)、植物的生長、分化、發(fā)育、生殖與衰老等；育、生殖與衰

4、老等； 主要介紹影響植物生理代謝的環(huán)境主要介紹影響植物生理代謝的環(huán)境因素以及植物對不良環(huán)境的反應(yīng)。因素以及植物對不良環(huán)境的反應(yīng)。101 1生長發(fā)育與形態(tài)建成生長發(fā)育與形態(tài)建成 生長發(fā)育（生長發(fā)育（growth and development）是植物）是植物生命活動的生命活動的外在表現(xiàn)外在表現(xiàn)，1.植物植物體積和重量的增加體積和重量的增加(細胞數(shù)目的增加、細胞體積細胞數(shù)目的增加、細胞體積的擴大的擴大) ；2.形態(tài)建成形態(tài)建成(morphogenesis），），(新器官的不斷出現(xiàn)新器官的不斷出現(xiàn)) ，即包括從種子萌發(fā)，根、莖、葉的生長，直到開花、即包括從種子萌發(fā)，根、莖、葉的生長，直到開花、結(jié)實、

5、衰老、死亡的全過程。結(jié)實、衰老、死亡的全過程。 “ “春華秋實春華秋實”，“春發(fā)、夏長、秋收、冬藏春發(fā)、夏長、秋收、冬藏”等等，便是等等，便是人類對植物生長發(fā)育規(guī)律直觀認識的寫照。人類對植物生長發(fā)育規(guī)律直觀認識的寫照。112 2物質(zhì)代謝與能量轉(zhuǎn)化物質(zhì)代謝與能量轉(zhuǎn)化 代謝過程歸根結(jié)底是運行于植物體內(nèi)的一系列生物化學(xué)和生物物代謝過程歸根結(jié)底是運行于植物體內(nèi)的一系列生物化學(xué)和生物物理的變化，而生長發(fā)育則是代謝作用的綜合表現(xiàn)和最終結(jié)果。代謝作理的變化，而生長發(fā)育則是代謝作用的綜合表現(xiàn)和最終結(jié)果。代謝作用是生命的基礎(chǔ)用是生命的基礎(chǔ)。蘋果樹蘋果樹-“小葉病小葉病” -缺鋅缺鋅- -生長素的生物合成生長素的

6、生物合成- -色氨酸合成酶色氨酸合成酶統(tǒng)稱為代謝統(tǒng)稱為代謝(metabolism) :1.肉眼難以觀察到肉眼難以觀察到2.緊密聯(lián)系，構(gòu)成統(tǒng)一的整體，。緊密聯(lián)系，構(gòu)成統(tǒng)一的整體，。 植物的代謝活動包括水分的吸收、運輸與散失；礦質(zhì)植物的代謝活動包括水分的吸收、運輸與散失；礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收、同化與利用；光合作用；呼吸作用；有機物營養(yǎng)的吸收、同化與利用；光合作用；呼吸作用；有機物的轉(zhuǎn)化、運輸與分配等方面。的轉(zhuǎn)化、運輸與分配等方面。12l綠色植物的自養(yǎng)性（綠色植物的自養(yǎng)性（autotropism)植物的光合作用（植物的光合作用（photosynthesis)研究的主要內(nèi)容研究的主要內(nèi)容核心內(nèi)容核心內(nèi)容13

7、3 3信息傳遞和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)信息傳遞和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)信號信號：感受器官：感受器官“感知感知”環(huán)境條件的物理或化學(xué)信號開環(huán)境條件的物理或化學(xué)信號開始始傳遞傳遞：在許多情況下，：在許多情況下，感知信息的部位與發(fā)生反應(yīng)的部感知信息的部位與發(fā)生反應(yīng)的部位位往往不是同一器官，信息傳遞到反應(yīng)器官往往不是同一器官，信息傳遞到反應(yīng)器官反應(yīng)反應(yīng)：反應(yīng)器官發(fā)生反應(yīng)。：反應(yīng)器官發(fā)生反應(yīng)。 信息傳遞（信息傳遞（message transportationmessage transportation）和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)）和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（signal transductionsignal transduction）無發(fā)達的神經(jīng)系統(tǒng)，如何面對復(fù)

8、雜多變的環(huán)境？無發(fā)達的神經(jīng)系統(tǒng)，如何面對復(fù)雜多變的環(huán)境？14各種外部信號影響植物的生長發(fā)育各種外部信號影響植物的生長發(fā)育Fig.1 各種 外部信號影響植物的生長發(fā)育重力光合作用的光光形態(tài)建成的光溫度風(fēng)光周期濕度病原體草食動物乙烯寄生蟲礦質(zhì)營養(yǎng)土壤微生物有毒物質(zhì)水分狀況土壤質(zhì)地1518.2 18.2 各種內(nèi)部信號影響植物細胞的代謝、生長和發(fā)育各種內(nèi)部信號影響植物細胞的代謝、生長和發(fā)育生長調(diào)節(jié)劑未知發(fā)育信號溫度病原體(真菌、細菌、病毒)激素膨壓電信號多肽糖、氨基酸壁斷片壁的機械壓力礦質(zhì)光轉(zhuǎn)播放大發(fā)散到多個目標(biāo)改變離子流細胞骨架改變改變細胞生長和代謝調(diào)節(jié)代謝途徑基因表達調(diào)節(jié)傷害返回返回16二、植物生

9、理學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展二、植物生理學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展1：植物生理學(xué)的孕育階段2：植物生理學(xué)誕生與成長的階段3：植物生理學(xué)發(fā)展、分化與壯大階段描述性描述性比較性比較性實驗性實驗性17第一階段：植物生理學(xué)的孕育階段第一階段：植物生理學(xué)的孕育階段增加的重量來源于何處？增加的重量來源于何處？18Why?19 第一階段從第一階段從1627年荷蘭人凡年荷蘭人凡海爾蒙（海爾蒙（J.B.van Helmont）做柳枝實驗開始，直到）做柳枝實驗開始，直到19世紀世紀40年年代德國化學(xué)家李比希（代德國化學(xué)家李比希（J. von Liebig）創(chuàng)立植）創(chuàng)立植物礦質(zhì)營養(yǎng)物礦質(zhì)營養(yǎng)(minerral nutrient)學(xué)說為止，

10、共經(jīng)學(xué)說為止，共經(jīng)歷了歷了200多年的時間。多年的時間。20第二階段：植物生理學(xué)誕生與成長的階段第二階段：植物生理學(xué)誕生與成長的階段 從從18401840年李比希礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說的建立到年李比希礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說的建立到1919世紀末德國植物生理學(xué)家薩克斯世紀末德國植物生理學(xué)家薩克斯(J. Sachs)(J. Sachs)和他的學(xué)生費弗爾和他的學(xué)生費弗爾(W. Pfeffer)(W. Pfeffer)所著的兩部所著的兩部植物生理學(xué)專著問世為止，植物生理學(xué)專著問世為止， 經(jīng)過了約半個世紀的時間。經(jīng)過了約半個世紀的時間。植物生理學(xué)講義植物生理學(xué)講義(J. Sachs, 1882)三卷本的專著三卷本的專著植物

11、生理學(xué)植物生理學(xué)(W. Pfeffer,1897),誕生標(biāo)志誕生標(biāo)志21第三階段：植物生理學(xué)發(fā)展、分化與壯大階段第三階段：植物生理學(xué)發(fā)展、分化與壯大階段生物膜結(jié)構(gòu)與功能生物膜結(jié)構(gòu)與功能的研究，提出并確定了膜的的研究，提出并確定了膜的“流動鑲嵌流動鑲嵌”模型。模型。 2020世紀是科學(xué)技術(shù)突飛猛進的世紀，也是世紀是科學(xué)技術(shù)突飛猛進的世紀，也是植物生理學(xué)快速壯大發(fā)展的世紀。植物生理學(xué)快速壯大發(fā)展的世紀。 2020世紀以來，特別是世紀以來，特別是5050年代以來，植物生年代以來，植物生理學(xué)的研究在微觀、個體和宏觀三個層次上理學(xué)的研究在微觀、個體和宏觀三個層次上都發(fā)生了巨大的變化，獲得了許多重大突破。

12、都發(fā)生了巨大的變化，獲得了許多重大突破。 22 在光合作用研究中在光合作用研究中, , 著名的卡爾文循環(huán)，即著名的卡爾文循環(huán)，即“光合碳循環(huán)光合碳循環(huán)”；6060年代以后，又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了年代以后，又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了C C4 4類類型、景天科酸代謝型、景天科酸代謝(CAM)(CAM)和光呼吸作用；和光呼吸作用；卡爾文及其同時用來研究光合藻類卡爾文及其同時用來研究光合藻類COCO2 2固定的儀器裝置固定的儀器裝置23 在在時間跨度時間跨度上，上，10-15s 空間跨度空間跨度上，電子顯微鏡和上，電子顯微鏡和X-射線衍射技術(shù)的射線衍射技術(shù)的應(yīng)用，使人們的視野逐步從細胞水平深入到亞細胞應(yīng)用，使人們的視野逐步從

13、細胞水平深入到亞細胞水平，進而深入到生物膜和生物大分子空間三維結(jié)水平，進而深入到生物膜和生物大分子空間三維結(jié)構(gòu)的水平，分辨率達到構(gòu)的水平，分辨率達到1/10nm級，弄清了光合膜上級，弄清了光合膜上許多功能性色素蛋白復(fù)合體的三維立體結(jié)構(gòu)，將結(jié)許多功能性色素蛋白復(fù)合體的三維立體結(jié)構(gòu)，將結(jié)構(gòu)與功能的研究推向了微觀世界。構(gòu)與功能的研究推向了微觀世界。 24農(nóng)政全書農(nóng)政全書 齊民要術(shù)齊民要術(shù)陳旉農(nóng)書陳旉農(nóng)書王禎農(nóng)書王禎農(nóng)書25我國的植物生理學(xué)的發(fā)展我國的植物生理學(xué)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(xué)、建立了植物生理實驗室。19491949年以后，植物生理的研究和教學(xué)工

14、作發(fā)展很快年以后，植物生理的研究和教學(xué)工作發(fā)展很快, ,在有在有關(guān)植物生理學(xué)的各個領(lǐng)域里關(guān)植物生理學(xué)的各個領(lǐng)域里, ,都取得重要進展。都取得重要進展。返回返回26三、植物生理學(xué)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)三、植物生理學(xué)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 植物生理學(xué)是合理農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)植物激素的發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了植物生長調(diào)節(jié)劑和除草劑的普遍應(yīng)用“綠色革命”，使稻麥產(chǎn)量獲得了新的突破 植物細胞全能性理論的確立，組織培養(yǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展為植物基因工程的開展和新種質(zhì)的創(chuàng)造提供了條件。組織培養(yǎng)27以下幾方面可能成為今后與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合的重要研究領(lǐng)域： （一）作物產(chǎn)量形成與高（一）作物產(chǎn)量形成與高產(chǎn)理論產(chǎn)理論（二）環(huán)境生理與作物抗（二）環(huán)境生理與作物抗逆性逆性

15、（三）設(shè)施農(nóng)業(yè)中的作物（三）設(shè)施農(nóng)業(yè)中的作物生理生理（四）植物生理學(xué)與育種（四）植物生理學(xué)與育種學(xué)相結(jié)合學(xué)相結(jié)合作物生理育種作物生理育種工廠化育苗28世界上最大的人工氣候室世界上最大的人工氣候室-Monsanto生命科學(xué)研究中心生命科學(xué)研究中心 返回返回29四、植物生理學(xué)近三十年的發(fā)展特點四、植物生理學(xué)近三十年的發(fā)展特點l1.研究層次越來越廣（微觀；宏觀）研究層次越來越廣（微觀；宏觀）l2.學(xué)科間的相互滲透學(xué)科間的相互滲透l3.理論聯(lián)系實際理論聯(lián)系實際l4.研究手段現(xiàn)代化研究手段現(xiàn)代化返回返回30五、植物生理學(xué)研究的發(fā)展趨勢或動向五、植物生理學(xué)研究的發(fā)展趨勢或動向 l1、從生物大分子到復(fù)雜生命

16、活動基因組學(xué)和基因結(jié)構(gòu)與功能研究 l植物生理學(xué)的研究整體也呈現(xiàn)這樣的研究趨勢，在強調(diào)植物分子生理學(xué)的同時，也在注重植物生理學(xué)與農(nóng)業(yè)和生態(tài)學(xué)的結(jié)合。在已經(jīng)完成的構(gòu)建水稻基因物理圖譜和遺傳圖譜的基礎(chǔ)上，水稻基因組計劃的實施，已進入國際分工基因全序列的測定階段，同時開展功能基因組的研究。包括水稻和擬南芥在內(nèi)的多種模式植物突變庫的建立，為基因的功能研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。 31l2 2、生命的能量和物質(zhì)基礎(chǔ)、生命的能量和物質(zhì)基礎(chǔ)代謝及調(diào)節(jié)代謝及調(diào)節(jié)l 光合作用光合作用在植物以至在地球能量和物質(zhì)循環(huán)中占據(jù)極重在植物以至在地球能量和物質(zhì)循環(huán)中占據(jù)極重要的地位，因而對它的研究總處于十分重要的位置。當(dāng)前要的地位

17、，因而對它的研究總處于十分重要的位置。當(dāng)前光合作用的研究熱點主要集中在氧的釋放和反應(yīng)機理，以光合作用的研究熱點主要集中在氧的釋放和反應(yīng)機理，以及及光合膜四大復(fù)合體光合膜四大復(fù)合體的結(jié)構(gòu)和功能上。的結(jié)構(gòu)和功能上。l 對人類來說，對人類來說，植物次生代謝植物次生代謝涉及許多有實用價值的天然涉及許多有實用價值的天然產(chǎn)物，對植物來說，次生代謝涉及眾多的代謝調(diào)節(jié)、信號產(chǎn)物，對植物來說，次生代謝涉及眾多的代謝調(diào)節(jié)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和防衛(wèi)物質(zhì)，所以植物次生代謝研究正在受到極大的轉(zhuǎn)導(dǎo)和防衛(wèi)物質(zhì)，所以植物次生代謝研究正在受到極大的關(guān)注。在美國植物生理學(xué)會組織的關(guān)注。在美國植物生理學(xué)會組織的“植物生理植物生理2000”年

18、會年會上就有上就有“次生代謝次生代謝”專題，涉及植物的次生代謝產(chǎn)物，以專題，涉及植物的次生代謝產(chǎn)物，以及植物次生代謝的分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)等內(nèi)容。及植物次生代謝的分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)等內(nèi)容。 32l 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是生物與外界、生物體細胞間相互信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是生物與外界、生物體細胞間相互溝通的一種高度復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)系統(tǒng)。生物具有溝通的一種高度復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)系統(tǒng)。生物具有多樣性，但同樣有許多共同點，信號轉(zhuǎn)導(dǎo)就是其多樣性，但同樣有許多共同點，信號轉(zhuǎn)導(dǎo)就是其中之一。當(dāng)然，生物界信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的具體細節(jié)，有中之一。當(dāng)然，生物界信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的具體細節(jié)，有許多不同之處，這方面的研究主要涉及許多不同之處，這方面的研究主要涉及化學(xué)和物化學(xué)和物理信號感受、胞內(nèi)第二信使系統(tǒng)、胞間信號傳遞理信號感受、胞內(nèi)第二信使系統(tǒng)、胞間信號傳遞等方面。植物激素、病原體和保衛(wèi)細胞是當(dāng)前十等方面。植物激素、病原體和保衛(wèi)細胞是當(dāng)前十分活躍的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)研究系統(tǒng)。分活躍的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)研究系統(tǒng)。l3 3、生命整體性的實現(xiàn)、生命整體性的實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)33l 對植物與環(huán)境的研究，也有一個從宏觀到微觀的發(fā)展過程。植物對非生物脅迫的反應(yīng)和適應(yīng)，一直受到研究者的關(guān)注，在“植物生理2000”年會上有數(shù)篇該領(lǐng)域的論文。但在植物整體中，這是一個十分復(fù)雜的過程，需要進行深入研究。德國馬普學(xué)會新建了化學(xué)生態(tài)研究所，下設(shè)三個研究室：遺傳和進化研究