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1、植 物 生 理 学 Plant Physiology,主讲:王晓玲,2,2023/11/15,绪 论,1.定义和任务 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的科学。植物生命活动，指在水分代谢、矿质营养、光合作用和呼吸作用等基本代谢的基础上，在信号传导机制的协调作用下,表现为种子萌发、生长、开花结果、衰老死亡等的生长发育过程。大致可分为:物质与能量代谢、信息传递和信号转导、生长发育与形态建成三个方面。,3,2023/11/15,1.定义与任务:,研究植物生命活动规律的科学。研究和了解植物生命活动各个生理过程的内在机制及其与环境的相互作用，阐明
2、植物体结构和功能的关系，并将这些研究成果应用于一切利用植物生产的事业中。,光合作用,光,CO2,有 机 物,动物和微生物的食物和能量,工业、医药的原料,中草药的有效成分,植 物,植物对地表、水域和大气的化学成分产生巨大影响在保护和改造自然环境方面有重要作用,4,2023/11/15,2.植物生理学的产生和发展(萌芽),(1)植物生理学的萌芽几千年前，我国劳动人民就在农业生产中总结出丰富的植物生理学知识：380多年前群芳谱记载，无花果“结实后不宜缺水，常量瓶其侧，出以细流，日夜不绝，果大如瓶。”荀子.富国篇“多粪肥田”。韩非子“积力于田畴，必且粪灌”。吕氏春秋辩土篇“正其行，通其风”。北魏贾思勰
3、所撰齐民要术 描述“热进仓”贮存法:“日曝令干,及热埋之”西欧的古代罗马人也有使用肥料的记载 说明生产实践出现植物生理学的萌芽。,5,2023/11/15,植物生理学的产生和发展(孕育阶段),从探讨植物营养和植物体内汁液流动问题开始荷兰的Van Helmont(1577-1644):最早进行植物生理学实验，在1627年进行柳枝试验，探索植物营养来源。认为：植物是靠水来构成躯体的。英国的S.Hales(1672-1761)：研究蒸腾，解释水分吸收与运转。英国的 J.Priestley(1733-1804)：氧的发现者；在1771年发现绿色植物有净化空气的作用，老鼠在密封钟罩内即死，而与绿色植物一
4、起放于钟罩则不死。,6,2023/11/15,植物生理学的产生和发展(孕育阶段),荷兰的Jan Ingenhousz在1779年指出：植物只有在光下才有净化空气的作用。且仅绿色部分才有。在黑暗中，也能使空气变坏。瑞士的 de Saussure 在1804年证明：植物在光下吸收CO2并放出O2,CO2的同化产物是糖和淀粉。此时期，已命名叶绿素，有光合作用的初步概念。德国的J.von Liebig 在1840年声称：植物只需无机物作养料，便可维持其正常生活，除碳素外,植物所有的矿质营养都是从土壤中取得的。植物矿质营养学说诞生.,7,2023/11/15,植物生理学的产生和发展(诞生与成长阶段),法
5、国的D.Boussingault 以石英砂和木炭为基质，利用矿物盐溶液实现无土培养。1859年,W.Knop和W.Pfeffer 在固定配方的营养液中使植物完成生活史，使植物营养研究进入了精确化和定量化阶段，为植物必须元素的发现创造了条件。W.Pfeffer开展植物原生质特性研究，全面研究了渗透现象，提出渗透学说，科学地解释了水分进、出细胞的现象。,8,2023/11/15,迈耶（RM，1845）认为光合作用的本质是将光能转化为化学能。1960年俄国的季米利亚捷夫证明：光合作用利用的光就是叶绿素所吸收的光。德国的J.Von sachs(1832-1897)对植物的生长、光合作用和矿质营养做了许
6、多重要实验,使植物生理学形成一个完整体系。于1882年编写植物生理学讲义，其弟子 W.Pfeffer 1904年出版植物生理学，标志 植物生理学作为一门学科的诞生。他们成为两大先驱。,植物生理学的产生和发展(诞生与成长阶段),9,2023/11/15,植物生理学的产生和发展(发展、分化与壮大阶段),20世纪特别是50年代以来，在微观、个体和宏观三个层次上发生了巨大进展生物膜结构与功能，提出“流动镶嵌”模型：脂质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、离子吸收、信号转导等重要生理功能。植物细胞全能性的发现，使细胞培养和组织培养成功进行，而且为植物细胞工程和基因工程的大力发展创造
7、了条件。光合作用机理的深入发现把光合作用研究推向崭新阶段。如卡尔文循环的提出，C4类型和光呼吸的发现，光合膜上功能色素蛋白复合体三维结构的确立等。,10,2023/11/15,发现植物光周期现象和控制光周期现象光敏色素复合体。钙和钙调素的深入研究，了解到了细胞内各功能的调节机理。各种植物生长物质的发现和合成，可更有效地控制其生长发育，提高产量。植物逆境生理的研究向纵深发展，如生物膜、活性氧、热激蛋白及逆境蛋白与植物抗逆性的关系有了较深了解。,植物生理学的产生和发展(发展、分化与壮大阶段),11,2023/11/15,3 近二三十年植物生理学的发展特点,研究层次越来越宽广：微观发展 宏观发展学科
8、之间相互渗透：分子生物学、细胞生物学、微生物学、遗传学理论联系实际 作物栽培和育种 果树的生长发育研究手段现代化：技术细致 仪器越来越精密和自动化,12,2023/11/15,4 植物生理学与农业生产,俄国的季米利亚捷夫提出：“植物生理学是合理农业的基础”的科学论断。植物矿质营养学说，化肥大量施用，使世界粮食产量剧增。20世纪30年代植物激素的发现导致了植物生长调节剂和除草剂的普遍应用。50-60年代,在光合作用理论的指导下,开创了以培育矮杆水稻、小麦的“绿色革命”。(一)作物产量形成与高产理论“作物产量生理学”“光合作用与作物生产力”作物产量主要来自光合作用,13,2023/11/15,(二
9、)环境生理与作物抗逆性“植物逆境生理学”逆境与作物渗透调节能力的关系,根系与地上部的关系(三)作物生理与设施农业 设施农业带来新的问题,如光照不足,CO2量不足,温度波动大,土壤营养失衡,病害等(四)作物生理育种 作物品种改良依赖于作物生理特性的改善,“生理育种”交叉学科,4 植物生理学与农业生产,14,2023/11/15,5 植物生理学的前景与展望,现在的植物生理学除了在宏观方面向环境、生态等综合方面发展外，还与分子生物学、细胞生物学、微生物学和遗传学等交叉渗透。植物生理学的研究已从植物整体和器官的活动进入到分子、细胞与细胞器的组成与功能的研究。,15,2023/11/15,30-40年代
10、，生物化学与生物物理学的兴起，将一些生理代谢过程深入到了分子水平，将细胞结构的研究推进到大分子的组成和性能的研究。如：叶绿体和光合作用的分子生物学工作已有很大进展，认识已达到分子或超分子水平。,5 植物生理学的前景与展望,16,2023/11/15,目前,有关植物能量转变和信息传递的研究越来越广泛。研究生理代谢过程中关键物质与关键酶的基因-表达-环境过程的研究越来越多，为从基因的源头控制代谢过程鉴定基础。,5 植物生理学的前景与展望,17,2023/11/15,6 植物生理学的学科体系,植物营养的吸收与物质合成,植物体内物质与能量的转变,植物的生长和发育,植物的水分代谢,植物的矿质营养,植物的
11、光合作用,植物的呼吸作用,植物体内的物质代谢,植物体内有机物的运输,植物体内的细胞信号转导,植物生长物质,植物光形态建成,植物的生殖生理,植物的成熟和衰老生理,植物的生长生理,植物的抗性生理,18,2023/11/15,7 植物生理学的相关学科,土壤学植物营养学植物病理学微生物学生物化学遗传学细胞生物学分子生物学发育生物学作物栽培学作物育种学,19,2023/11/15,8 参考资料,植物生理学第四版 潘瑞炽 高等教育出版社植物生理学 王忠主编 中国农业出版社植物生理与分子生物学余叔文等 科学出版社植物生理学报及植物生理与分子生物学报植物生理学通讯Instant Notes in Plant Biology Biochemistry and Molecular Biology of Plants by American Society of Plant Physiologists,
