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1、张东向 主讲 职称：教 授 电话：2738361（办）2785026（宅）手机：13846294798 E-mail:zhangdx_,植物生理学,绪 论,一、植物生理学的定义与内容二、植物生理学的产生与发展三、植物生理学与农业生产 四、植物生理学的学习方法,一、植物生理学的定义与内容(一)植物生理学的定义 植物生理学(plant physiology)是研究植物生命活动规律、揭示植物生命现象本质，及其与环境相互关系的科学。,(二)植物生理学的研究内容（植物生命活动的组成）,1.生长发育与形态建成2.物质代谢与能量转化3.信息传递和信号转导,1生长发育与形态建成,生长发育（growth and
2、 development）是植物生命活动的外在表现，它主要包括了两个方面：一是由于细胞数目的增加、细胞体积的扩大而导致的植物体积和重量的增加生长 growth；二是由于新器官的不断出现带来的一系列肉眼可见的形态变化，即形态建成(morphogenesis），包括从种子萌发，根、茎、叶的生长，直到开花、结实、衰老、死亡的全过程发育development。人类对植物生命活动的认识正是从对其生长发育的观察和描述开始的，所谓“春华秋实”，“春发、夏长、秋收、冬藏”等等，便是人类对植物生长发育规律直观认识的写照。,2物质代谢与能量转化,在植物形态变化的背后，是肉眼难以观察到的物质和能量转化过程，而物质转
3、化与能量转化又紧密联系，构成统一的整体，统称为代谢(metabolism)。植物的代谢活动包括 水分的吸收、运输与散失；矿质营养的吸收、同化与利用；光合作用；呼吸作用；有机物的转化、运输与分配等方面。代谢过程归根结底是运行于植物体内的一系列生物化学和生物物理的变化。生长发育则是代谢作用的综合表现和最终结果。代谢作用是生命的基础，代谢一旦停止，生命也就不复存在，生长发育更无从谈起。某些代谢环节如果发生重大变化或遭到破坏，也必然会影响到生长发育。如有的植物由于合成赤霉素的某些基因缺失，赤霉素合成发生障碍，因而茎不能正常生长，变为“矮生型”；又如苹果树缺少微量元素锌，便会影响生长素的生物合成，使新生
4、叶不能展开，发生“小叶病”。,光合作用中光反应与暗反应的联系,3信息传递和信号转导,信息传递（message transportation）和信号转导（signal transduction）是植物生命活动的另一个重要方面。植物虽不像动物那样具有发达的神经系统，但它生活在复杂多变的环境中，必须对环境的变化做出响应，或顺应环境的有规律的变化，形成植物固有的生命周期，或对严酷的环境条件进行适应与抵抗，以保持物种的繁衍。这些反应都是从“感知”环境条件的物理或化学信号开始的。在许多情况下，感知信息的部位与发生反应的部位往往不是同一器官，这就需要感受器官将它所感受到的信息传递到反应器官，并使后者发生反应
5、。如：进入秋季，夜长增加，这个物理信号如果被一年生短日植物的叶片所感受，便会在远离叶片的茎顶端分生组织开始一系列成花的生理准备,直至花芽形成和开花;而多年生落叶树木的叶片，则会在夜长增加的这一物理信号诱导下发生叶柄离层的形成和脱落、枝条进入休眠状态等一系列生理反应。,各种外部信号影响植物的生长发育,返回,二、植物生理学的产生和发展,第一阶段：植物生理学的孕育阶段第二阶段：植物生理学诞生与成长 的阶段第三阶段：植物生理学发展、分化 与壮大阶段,第一阶段：植物生理学的孕育阶段,这一阶段从1627年荷兰人凡海尔蒙（J.B.van Helmont）做“柳枝实验”开始，直 到 19世纪40年代德国化学家
6、李比希（J.von Liebig）创立“植物矿质营养”(minerral nutrient)学说为止，共经历了200多年的时间。,第二阶段：植物生理学诞生与成长的阶段,这一阶段从1840年李比希矿质营养学说的建立到19世纪末德国植物生理学家萨克斯(J.Sachs)和他的学生费弗尔(W.Pfeffer)所著的两部植物生理学专著问世为止，经过了约半个世纪的时间。,萨克斯，J.von Julius von 费弗尔（W.Pfeffer）Sachs(18321897),至19世纪末20世纪初，萨克斯和费弗尔在全面总结了植物生理学以往的研究成果的基础上，分别写成了植物生理学讲义(J.Sachs,1882)
7、和三卷本的专著植物生理学(W.Pfeffer,1897),成为影响达数十年之久的植物生理学经典著作和植物生理学发展史中的重要里程碑。这两部著作的问世，意味着植物生理学终于从它的母体植物学中脱胎而出，独立成为一门新兴的学科。,第三阶段：植物生理学发展、分化与壮大阶段,20世纪是科学技术突飞猛进的世纪，也是植物生理学快速壮大发展的世纪。20世纪以来，特别是50年代以来，植物生理学的研究在微观、个体、宏观三个层次上都发生了巨大的变化，获得了许多重大突破。微观方面，生物膜结构与功能的研究，提出并确定了膜的“流动镶嵌”模型：以类脂为主要成分构成的双层膜上镶嵌着各种功能蛋白，执行着诸如 电子传递、能量转换
8、、离子吸收、信号转导 等重要生理功能。,在光合作用研究中,卡尔文(M.Calvin)于50年代利用14C示踪和纸上层析两种技术，揭示了光合作用中CO2 同化的历程,提出了著名的卡尔文循环，即“光合碳循环”；60年代以后，又陆续发现了 C4途径、景天科酸代谢(CAM)光呼吸作用；由于快速荧光光谱技术和激光技术的应用,将光合作用原初反应研究的时间跨度从毫秒级(ms,10-3s)一直缩短为皮秒(ps,10-12s)和飞秒(fs,10-15s)级；在空间跨度上，电子显微镜和X-射线衍射技术的应用，使人们的视野逐步从细胞水平深入到亚细胞水平，进而深入到生物膜和生物大分子空间三维结构的水平，分辨率达到10
9、10m(1/10nm)级，弄清了光合膜上许多功能性色素蛋白复合体的三维立体结构，将结构与功能的研究推向了微观世界。,卡尔文及其同时用来研究光合藻类CO2固定的仪器装置,在植物生长发育生理方面，成功地使植物组织、细胞和原生质体在离体培养条件下通过脱分化和再分化成长为新的植物个体。这一成就的重大意义不但在于证明了植物细胞的“全能性”，而且为植物细胞工程和基因工程的大力发展创造了条件。,植物组织培养流程示意图,菠萝愈伤组织（callus）,水稻愈伤组织再生苗,香蕉试管苗工厂化生产,人 工 种 子体细胞胚胎（胚状体）+人工种皮,莴苣种子萌发实验,自40年代至50年代末相继发现了植物光周期现象和控制光周
10、期现象的色素蛋白复合体光敏色素(phytochrome)。目前已知受光敏色素控制的生理过程不下几十种。,两种类型光敏素及其相互转换,关于植物生长物质的研究，从30年代首次确定生长素的分子结构以来，已陆续确定了5种公认的植物激素和10余种内源生长物质，植物激素的测定方法则由最初的生物鉴定法发展到现在的高效液相色谱技术(HPLC)和酶联免疫技术(ELISA)，后者的灵敏度可达到1012g。,GA处理显著促进植株茎的伸长生长,返回,紫外可见光分光光度计,稳压稳流电泳仪,小型垂直电泳槽,高压液相色谱仪High Performance Liquid Chromatography,植物生理学既是一门基础理
11、论学科，也是一门实践性很强的学科，它的诞生和发展都与农业生产有着极为密切的关系。植物生理学是农业科学的基础，这一科学论断是非常正确的。光合效率与农业生产、作物对不良环境的抗性、提高作物体系的竞争能力、植物生长发育与激素、生物固氮、矿质营养吸收效率、遗传工程、细胞工程、菌根和土壤微生物、大气污染及病虫害综合防治等 全球性农业亟待解决的重大研究课题中，有多项是属于植物生理学的研究范畴。这也充分说明植物生理学在农业现代化中占有非常重要的地位。因此，植物生理学与农业的关系也是一个必须给予高度重视的学习与研究的领域。,三、植物生理学与农业生产,（一）作物产量形成与高产理论（二）环境生理与作物抗逆性（三）
12、设施农业中的作物生理学（四）植物生理学与育种学相 结合作物生理育种,四、植物生理学的学习方法,1、坚持辩证唯物主义世界观 避免唯心主义或形而上学倾向。2、理论联系实际 提高动手能力和综合实践能力。3、学会透过现象看本质 去粗取精，去伪存真，由表及里。4、课前预习，课后复习。加强自学能力培养。,主要参考资料,1.潘瑞炽，董愚得.植物生理学（第五版）.北京：高等教育出版社，2004 2.曹仪植，宋占午.植物生理学.兰州：兰州大学出版社，1998 3.李合生 主编.现代植物生理学，高等教育出版社，2002.1 4.期刊：植物生理学通讯、植物生理学与分子生物学学报5.网站：徐州师范大学 http:/202.195.79.226/zwslx/kaoyan.htm 华中农业大学 http:/Plant Anatomy and Physiology http:/Plant Physiology Online http:/,
