植物生理學重點

1、實用標準文案一、植物的近況和展望1 .談一下植物生理學的開展趨勢.植物生理學是研究植物生命活動的根本規(guī)律的科學.主要研究內(nèi)容有物質(zhì)代謝、能量轉(zhuǎn)化、信息傳遞、形態(tài)建成.殷宏章先生指出：近年來隨著研究的不斷深入和與其他學科的交 叉滲透,植物生理學的研究,有向兩端開展的趨勢.(1) 一方面隨著現(xiàn)代生物化學、生物物理學、細胞生理學的開展,特別是分子遺傳學的突躍,已將一些生理的機理研究深入到分子水平,或亞分子水平,這是微觀方向的開展(2)另一方面由于環(huán)境的破壞和人為的污染,人與生物圈的關系逐漸受到重視,農(nóng)林生產(chǎn) 自然生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境生理對植物生理提出了大量根本的問題,需要向宏觀方面開展.2 .植物生理學與

2、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)開展的關系和看法？世界面臨著人口、食物、 能源、環(huán)境和資源問題的挑戰(zhàn), 解決這些問題植物生理學占有 突出地位.農(nóng)業(yè)是通過綠色植物“加工太陽能的產(chǎn)業(yè),植物的生長發(fā)育既是生產(chǎn)過程,又 是產(chǎn)品本身.植物生理學是研究綠色植物生命活動規(guī)律的科學,是合理農(nóng)業(yè)的根底.農(nóng)作物生產(chǎn)不外乎要抓好兩件事, 一是改造植物遺傳性, 二是改善栽培技術, 而要做好這兩件事必 須基于對植物生命活動規(guī)律的熟悉.高等綠色植物具有多種特殊生理功能：自養(yǎng)營養(yǎng)、全能性、“四固水平,即固定碳素、固定氮素、分解水釋放出氧氣和制造氫氣的水平；具有合 成橡膠、香料、藥物等特殊代謝物質(zhì)的水平,有很強的適應性和抗逆水平等等.深刻揭露

3、綠色植物這些特殊本領并加以利用,可以開辟植物生產(chǎn)的應用新領域,提升人們駕馭自然、利用植物資源的水平,為振興農(nóng)業(yè)不斷提供新方法、新途徑.應用植物生理學是植物生理學與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化關系的一個縮影.如提升光合作用效率與光呼吸問題、間作套種和合理密植、合理用水和經(jīng)濟用水、合理施肥和經(jīng)濟施肥等都是應用植 物生理學研究的課題.精彩文檔實用標準文案2 .細胞生理1 .細胞程序性死亡 (概念)：程序性死亡(programmed cell death,PCD) ,這是一種主動的、 為了生物的自身發(fā)育及反抗不良環(huán)境的需要而根據(jù)一定的程序結(jié)束細胞生命的過程特點：PCD與通常意義上的衰老死亡不同它是多細胞生物中一些細胞所

4、采取的一種自身 基因調(diào)控的主動死亡方式.在形態(tài)上,發(fā)生PCD的細胞先以細胞質(zhì)和細胞核濃縮、染色質(zhì)邊緣化為特征,隨后由膜包圍DNA片段而形成凋亡小體.在生化上,PCD與信號傳導有關,信號分子可能是蛋白質(zhì)、激素、過氧化物、無機離子等化學成分,發(fā)生 PCD的細胞表現(xiàn)為被誘導產(chǎn)生核酸內(nèi)切酶,核 DNA從核小體間降解 斷裂,產(chǎn)生帶有3' - OH端的、大小不同的寡聚核小體片段,這些片段在凝膠電泳上可以 見到以140 bp倍增的“梯形"DNA ( DNA ladder ).在遺傳上,PCD受基因有序活動的限制,需要特定基因的轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)合成,并可被特定基因表達所限制.植物PCD主要發(fā)生在

5、細胞分化過程中,最主要的特點是主動性.與植物生理抗性的關系：1)細胞程序性死亡與抗病性,植物感病后,反抗病原物進一步侵染的最典型的例子就是超敏反響(hypersensitive response , HR) 2)細胞程序性死亡與缺氧脅迫,通氣組織(aerenchyma )是植物薄壁組織內(nèi)一些氣室或空腔的集合.是氧氣運入根內(nèi)的通道,是對淹水缺氧逆境的良好適應.感受缺氧逆境后,皮層薄壁組織中只有部分細胞選擇性地發(fā)生解體死亡,而周圍的細胞還保持完整的現(xiàn)象.通氣組織的形成,包括感受氧的缺乏、信號的產(chǎn)生、原初信號傳遞,進而誘導乙烯的合成,通過乙烯濃度變化引起級聯(lián)反響,最終誘導細胞死亡, 是一系列聯(lián)系緊密

6、而有序的過程.3)細胞程序性死亡與干旱脅迫;4)細胞程序性死亡與抗鹽性,許多植物在鹽濃度到達一定值時,會破壞根尖細胞的正常生精彩文檔實用標準文案命活動,局部細胞甚至死亡,使根尖乃至植株整體的生長受到抑制,這是一種常見的生理現(xiàn)象.PCD是植物抗鹽的一種普遍的生理機制,其主要功能是根尖細胞通過局部細胞死亡而主動形成一道死細胞屏障,阻止了鹽離子進入植物體的其他組織；5細胞程序性死亡與溫度脅迫,56 C低溫脅迫可以誘導產(chǎn)生PCD,引起煙草BY-2細胞內(nèi)染色質(zhì)發(fā)生特殊的變化；6細胞程序性死亡與營養(yǎng)脅迫,在氮磷脅迫條件下,植物根系的相對生長量增加,葉叢生長變緩,器官間對同化物的競爭趨于更加劇烈2 .伸展蛋

7、白概念：是植物初生細胞壁中一類富含羥脯氨酸的糖蛋白,于 1960年首次被發(fā)現(xiàn).因猜想這種蛋白質(zhì)可能與細胞生長時的細胞壁伸展性有關,故命名為伸展蛋白, 它是細胞壁中起結(jié)構(gòu)作用的一種組分,伸展蛋白在組成細胞壁結(jié)構(gòu)、防御和抗病抗逆方面有重要功能.功能：A.伸展蛋白的結(jié)構(gòu)功能,前述伸展蛋白的結(jié)構(gòu)特點與動物結(jié)締組織中富含羥脯氨酸的結(jié)構(gòu)糖蛋白一一膠原的特點極其相似.所以,人們認為伸展蛋白是細胞壁中起結(jié)構(gòu)作用的一種組分.Lamport和Epstein提出的經(jīng)緯模型Warp and weft model較好地解釋了伸展蛋白的結(jié)構(gòu)作用.B.伸展蛋白的防御和抗病抗逆功能,Esquerre-Tugaye 和Lamp

8、ort發(fā)現(xiàn)引起炭疽病的瓜類炭疽刺盤抱菌Colletotrichum lagenarium感染黃瓜植株后,后者細胞壁中的HRGP增加約10倍.C、伸展蛋白的其它生理作用,大豆種皮中羥脯氨酸的含量可能與種子發(fā)育有一定關系.生長素誘導的伸長生長與伸展蛋白的合成、積累、轉(zhuǎn)運之間也可能有某種聯(lián)系.光敏色素調(diào)控細胞壁中羥脯氨酸的含量又使人認為伸展蛋白可能與光形態(tài)建成有關.伸展蛋白可能是將多糖從細胞質(zhì)運輸?shù)郊毎诘妮d體.3 .細胞壁的主要生理生化作用：1 .支持作用：細胞壁可增加植物的機械強度,充當植物的骨架.2運輸通道：細胞壁允許離子、低分子量的蛋白質(zhì)和多糖等小分子通過,而大分子或微精彩文檔實用標準文案生

9、物等被屏蔽于其外,對細胞間物質(zhì)的運輸具有調(diào)節(jié)作用.3保護作用：初生細胞壁中的寡糖素能誘導植物抗毒素形成,還對其它生理過程有調(diào)節(jié)作用,在植物反抗病蟲害中起作用.可使植物產(chǎn)生過敏性死亡,使得病原物不能進一步擴散.還有防御和抗病抗逆的功能.4參與各種代謝活動：細胞壁中的酶類參與細胞壁高分子合成,轉(zhuǎn)移及水解,細胞外物質(zhì)輸送到細胞內(nèi)以及防御作用等.另外,細胞之間存在的胞間連絲可使相鄰細胞的原生質(zhì)及其內(nèi)溶物相互交換,也可進行信息傳遞；細胞壁參與了植物與根瘤菌共生固氮的相互識別以及共同完成侵染作用；細胞壁中的多聚半乳糖醛酸酶可能參與了砧木和接穗之間嫁接過程中的識別反響.總之,高等植物細胞壁積極參與各種代謝活

10、動包括細胞的生長、分化、細胞識別及抗病抗逆機制等方面.4 .葉綠體基因表達特點：1葉綠體基因組也叫葉綠體 DNAcpDNA,其大小差異在 120 000217 000 個堿基對.cpDNA 一般周長為 4060師,分子量約為 3.8 X107 ,葉綠體中 DNA 的含量大體在10-14g水平上,每個葉綠體中約含 12個cpDNA 分子.2大局部葉綠體 DNA都是共價閉合的雙鏈環(huán)狀分子,少數(shù)為線狀分子.不同種的植物中環(huán)狀葉綠體DNA分子所占的比例不同3同一個種的不同亞種葉綠體基因組序列可有局部不同,例如水稻種的野生稻、 粳稻和釉稻3個亞種之間的局部不同,反映了它們之間在進化方面存在差異.4大多數(shù)

11、植物的葉綠體 DNA都有一個突出的特點,即存在著兩個反向重復序列,其長度一般為676 kb.在兩個反向重復序列之間有一個大單拷貝區(qū)和一個小單拷貝區(qū),前者一般長約80 kb ,后者長約20 kb .不同植物的葉綠體基因組大小不同,這些不同首先表現(xiàn)在兩個精彩文檔實用標準文案大單拷貝區(qū)區(qū)上,其次是小單拷貝區(qū).5在葉綠體中有復制葉綠體DNA的機構(gòu).6葉綠體作為細胞內(nèi)的重要細胞器,其基因組與核基因組之間既相對獨立,又相互依存.轉(zhuǎn)運肽概念：葉綠體中的大局部多肽是由核基因編碼并在細胞質(zhì)的核糖體上合成的.細胞質(zhì)中所合成的葉綠體中多肽的前體幾乎都帶有一段含幾十個氨基酸序列的轉(zhuǎn)運肽transit peptide,

12、這些前體由轉(zhuǎn)運肽引導進入葉綠體后,轉(zhuǎn)運肽被蛋白酶切去,同時相應的多肽到達預定部位.3 .信號與自由基1 .信號轉(zhuǎn)導根本概念：植物感受到各種物理或化學的信號,然后將相關信息傳遞到細胞內(nèi),調(diào)節(jié)植物的基因表達或酶活性的變化,或其它代謝變化,從而做出反響,這種信息的傳遞和反響過程稱為植物的信號轉(zhuǎn)導signal transduction .特點：1信號分子較小且易于移動：作為一個有效的、可傳遞信息的信號分子,首先要求它產(chǎn)生之后容易轉(zhuǎn)移到作用靶位,因此一般來說信號分子都是小分子物質(zhì)而且可溶性較好,易于擴散.如果需要跨膜轉(zhuǎn)移,它們要通過特殊通道或載體.2信號分子應快速產(chǎn)生和滅活：生物細胞為了對環(huán)境刺激盡快產(chǎn)

13、生反響而且適可而止,就要求信號分子快速產(chǎn)生和滅活.3信號傳遞途徑的級聯(lián)放大作用：信號通路有連貫性,各個反響相互銜接,有序地依次進行,直至完成.其間,任何步驟的中斷或者出錯,都將給細胞,乃至機體帶來重大的災難性后果.細胞信號傳遞途徑由信號分子及其一系列傳遞組分組成,它形成一個級聯(lián)cascades 反響將原初信號放大.一個激素信號分子結(jié)合到其受體之后,決不會只引起胞內(nèi)一個酶分子活性的增加,它可能通過G蛋白激活多個效應酶 4信號傳遞是一個網(wǎng)絡系統(tǒng)：信號系統(tǒng)之間的相互關系及時空性并不是一種簡單因果事件的線形鏈,實際上是一種信息網(wǎng)絡.多種信號相互聯(lián)系和平衡決定一定特異的細胞反響.精彩文檔實用標準文案2

14、.自由基根本概念：自由基指在原子或分子軌道中含有未成對電子的分子或分子片段,可以是不帶電的原子或分子,也可以使帶電離子.活性氧根本概念： 從氧衍生出來的自由基及其產(chǎn)物稱為活性氧ROS,活性氧有時也叫做氧自由基.特點：壽命短和活潑性強就是自由基的兩大特點,它們是互相依存的.活潑、強氧化性、不穩(wěn)定,瞬時存在、能持續(xù)進行連鎖反響.自由基具有很強的氧化水平,對許多生物功能分子有破壞作用,但在正常情況下,由于細胞內(nèi)自由基水平很低,所以不會引起傷害.細胞為了維持正常的生命活動,自由基必須處于一個低水平,細胞內(nèi)存在著自由基去除系統(tǒng),在正常情況下細胞內(nèi)自由基的產(chǎn)生與去除是處于一種動態(tài)平衡狀態(tài),一旦這種平衡受到

15、破壞,就可能產(chǎn)生傷害作用去除自由基系統(tǒng)的特點：1在正常情況下,細胞內(nèi)自由基的產(chǎn)生和去除處于動態(tài)平衡狀態(tài),自由基水平很低,不會傷害細胞.當植物受到脅迫時,自由基累積過多,這個平衡就被打破.2自由基不僅具有使膜脂過氧化的作用,而且存在使膜脂脫酯化的作用3自由基除了對膜具有破壞作用外,對含有不飽和雙鍵的生物功能分子也有破壞作用.3 .滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的概念： 有些植物在遭受逆境時,可在體內(nèi)積累各種有機和無機物質(zhì),通 過調(diào)節(jié)體內(nèi)的滲透勢來保持水分,適應水分脅迫環(huán)境, 這種現(xiàn)象稱為滲透調(diào)節(jié). 相應的物質(zhì)稱為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì).滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的種類很多,大致可分為兩大類.一類是由外界進入細胞 的無機離子,一類是在細胞

16、內(nèi)合成的有機物質(zhì).1.無機離子2.脯氨酸3.甜菜堿4.可溶性糖c特點：滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)有如下共同特點：分子量小、易溶解；有機調(diào)節(jié)物在生理pH范圍內(nèi)不帶靜電荷；能被細胞膜保持住；引起酶結(jié)構(gòu)變化的作用極小；在酶結(jié)構(gòu)稍有變化時,能使酶構(gòu)象穩(wěn)定,而不至溶解；生成迅速, 并能累積到足以引起滲透勢調(diào)節(jié)的量.植物在逆境 下產(chǎn)生滲透調(diào)節(jié)是對逆境的一種適應性的反響,不同植物對逆境的反響不同,因而細胞內(nèi)累精彩文檔實用標準文案積的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)也不同,但都在滲透調(diào)節(jié)過程中起作用. 滲透調(diào)節(jié)對植物生理生化的作用：1維持細胞膨壓；2保持細胞持續(xù)生長；3維持氣孔開放與光合作用進行；4延遲卷葉Leaf rolling .四.光合

17、1 .比擬C3、C4、CAM 植物的異同（1） C3途徑又叫卡爾文循環(huán),可分為明顯的四個階段：竣化進入葉綠體的CO2與受體RuBP結(jié)合,產(chǎn)生3-磷酸甘油酸、復原利用光反響同化力將3-磷酸甘油酸復原為甘油醛-3-磷酸、再生甘油醛-3-磷酸重新合成核酮糖-1 , 5-二磷酸及產(chǎn)物合成合成淀粉或 蔗糖.2 CAM植物與C4植物固定與復原 CO2的途徑根本相同,都是由C4途徑固定C02, C3途徑復原CO 2.二者的差異在于：C4植物是在同一時間白天和不同的空間葉肉 細胞和維管束鞘細胞完成CO2固定C4途徑和復原C3途彳5兩個過程；而 CAM植物那么是 在不同時間黑夜和白天和同一空間葉肉細胞完成上述兩

18、個過程的.3 C3植物主要是典 型的溫帶植物,如小麥、馬鈴薯、甜菜、大豆等.C4植物主要是典型熱帶或亞熱帶植物,如玉米、甘蔗,適應于強光、高溫與半干旱環(huán)境.光合速率要遠大于C3植物,是植物光合碳同化對熱帶環(huán)境的一種適應方式.CAM植物是典型的旱地植物,如仙人掌、蘭花、龍舌蘭等肉質(zhì)植物.2 .核酮糖一1.5 一雙磷酸竣化酶/加氧酶：是一種雙功能的酶,它既可催化雙磷酸核酮糖 RuBP的竣化,又可催化其氧化.因此,它在植物的光合作用和光呼吸中起著重要作用.在高等植物中,RubisCO是由8個大亞基和8個小亞基組成L8,S8,其催化活性要依 靠大、小亞基共同存在才能實現(xiàn),這兩類亞基在空間結(jié)構(gòu)上的相互作

19、用可能影響其催化活性.凈同化率net assimilation rate,NAR是指一天中在1m2葉面積上所積累的干物質(zhì)量,它實際上是單位葉面積上,白天的凈光合生產(chǎn)量與夜間呼吸消耗量的差值精彩文檔實用標準文案3 .量子效率：衡量光化學反響效率的是量子產(chǎn)額.是光合機構(gòu)每吸收一摩爾光量子后光合釋放白O2摩爾數(shù)或同化的 CO2摩爾數(shù).其倒數(shù)為量子需要量.光能利用率：是指植物光合產(chǎn)物中所貯存的能量占輻射到地面的太陽總輻射能的百分率.4 .光合性能：作物的經(jīng)濟產(chǎn)量主要決定于五個方面：即光合面積、光合水平、光合時間、光合產(chǎn)物消耗、光合產(chǎn)物的分配利用.這五方面稱為光合系統(tǒng)的生產(chǎn)性能或光合性能,是決定作物產(chǎn)量

20、上下和光能利用率上下的關鍵.提升光合性能的舉措：1提升凈同化率；2增加光合面積合理密植,改變株形 3延長光合時間合理間作套種,提升復種指數(shù)；延長生育期；補充人工光照例如：葉片挺立可使白天強光下由葉面反射的光折向群體內(nèi)部被吸收利用,從而提升光合效率.葉面平展那么反射光折向空中損失.玉米下垂葉品系,人工使之直立,可使產(chǎn)量提升.5 .分析強光對植物的影響：超出光飽和點的光強為強光,強光對植物可能造成的危害為強光脅迫/光抑制,即當光合機構(gòu)接受的光能超過它所能利用的量時,光會引起光合活性的降低這個現(xiàn)象.不同地區(qū)、不同植物、甚至同種植物的不同發(fā)育期等,強光有著不同的標準.陽生植物在飽和光強下光合速率較陰生

21、植物高得多,而且光補償點也高.植物對強光有一定的適應范圍,這種適應具有季節(jié)性、地區(qū)性,并因物種而異.在強光、高溫、低CO2濃度的逆境下,C4植物比C3植物有更高的生產(chǎn)水平,因此 C4途徑的植物具有更大的優(yōu)勢. C4植物甚至能把最強的光用于光合作用,它們的 CO2吸收量是隨光強而變化的；C3植物那么很容易到達光飽和,因而不僅不能充分利用太陽輻射,甚至會由于強光而產(chǎn)生光合速率的“午休.陽生植物能利用強光, 而陰生植物在強光下卻往往遭受光脅迫而產(chǎn)生危害.植物對強光的適應表現(xiàn)精彩文檔實用標準文案(1)調(diào)整形態(tài)結(jié)構(gòu)植物通過各種方式減少光能的吸收,以到達降低強光破壞的目的.葉片是光能吸收的主要器官,減少葉

22、面積,在葉外表形成毛或外表物質(zhì), 改變?nèi)~與光的角度等都可以降低光能的吸收.(2)陽生葉與陰生葉的形成植物對強光的適應是多方面的,有的僅對高強度光照起到防護作用,有的可以同時對光照和其他因子的脅迫起到免受或少受損害的作用.從形態(tài)學和解剖學方面,有陽生葉與陰生葉的形成(3)葉片的運動許多高等植物,在適應于太陽輻射入射角度的改變,保證吸收更多光能方面,存在著追蹤日光的現(xiàn)象,而當它們遭受到一定的環(huán)境因子脅迫時,它們同樣可以通過葉片的活動來避開高強度光照的損害.(4)改變光合特性在自然光照下,同種植物處于不同的生境中光飽和點是不相同的.植物細胞還可以通過改變光合組分的量,減少光能吸收或增強代謝,到達降低

23、光破壞的效果.葉綠體及葉綠素的變化除葉子的運動外,葉綠體也有類似的運動水平.在許多植物中,葉肉細胞的葉綠體可以隨入射光強度改變其在細胞中的分布.強光脅迫對植物葉片的葉綠素含量有影響.一般說來,較高光輻射條件下植物的葉色較深,葉片葉綠素含量也相對較高.(6)不同植物的反響對于喜光植物,強光不僅不易形成脅迫,反而有利于其生長.如,西瓜.喜陰植物那么極易受到光脅迫影響.如,白三葉草五.光形態(tài)建成精彩文檔實用標準文案1,光形態(tài)建成：光在植物正常的分化、生長、發(fā)育的各個進程中起調(diào)節(jié)限制作用,這些調(diào)節(jié)作用表現(xiàn)在分子、細胞、組織和器官四個水平層次的變化上,亦即植物的光發(fā)育作用.暗形態(tài)建成：完全黑暗環(huán)境對植物

24、生長發(fā)育的影響叫暗形態(tài)建成或黃化現(xiàn)象.2 .光敏色素：一種對紅光和遠紅光的吸收有逆轉(zhuǎn)效應、參與光形態(tài)建成、調(diào)節(jié)植物發(fā)育的色素蛋白.分為光敏色素IP I 和光敏色素PH .Pr是生理鈍化型,Pfr是生理活化型.隱花色素：又稱藍光受體,是吸收藍光和近紫外光而引起光形態(tài)建成的一類光敏受體.特點：3 .紫外輻射對植物的影響：1植物需要陽光進行光合作用,不得不承受相伴的紫外輻射.太陽 UV-B輻射增強是一種環(huán)境脅迫因子,對細胞核 DNA、質(zhì)膜、生理過程、生長、產(chǎn)量和初級生產(chǎn)力等方面產(chǎn)生巨大的影響；2從整株植物和自然生態(tài)系統(tǒng)水平的植物來考慮,UV-B輻射對生長、生物量積累和植物體的生存等的影響可大致分為兩

25、類：直接影響和間接影響.UV-B輻射的直接影響包括 DNA的傷害、光合作用的影響和細胞膜功能的擾亂.在 UV-B輻射的直接作用中,對 DNA的傷 害可能比對光合作用和細胞膜功能的傷害更加重要；3對UV-B輻射特別敏感的分子和器官有DNA、蛋白質(zhì)、植物激素和光合色素等.紫外線B傷害植物的主要靶有四個,即光系統(tǒng)II、蛋白質(zhì)和DNA、膜系統(tǒng)、植物激素；4增加UV-B輻射,對植物生長和初級生產(chǎn)并沒有明顯的直接影響.而增強 UV-B輻射的 間接影響,如葉片角度的改變等,可能對植株地上直立局部響應UV-B輻射具有重要的意義,葉片厚度的增加可能會減輕 UV-B輻射對葉細胞的傷害Johanson等,1995 ,同樣,葉 片厚度的變化會引起 PAR在葉肉細胞中的傳輸,這也會影響葉片的光合作用.因此,有研 究認為,相對于增強UV-B輻射的直接影響,