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文檔簡(jiǎn)介
Plantphysiology植物生理學(xué)1.植物有什么奇異之處?豬籠草蘇醒樹2.植物有什么作用?成千的植物物種被種植用來(lái)美化環(huán)境、提供綠蔭、調(diào)整溫度、降低風(fēng)速、減少噪音、提供隱私和防止水土流失。人們會(huì)在室內(nèi)放置切花、干燥花和室內(nèi)盆栽,室外則會(huì)設(shè)置草坪、蔭樹、觀景樹、灌木、藤蔓、多年生草本植物和花壇花草植物的意像通常被使用于美術(shù)、建筑、性情、語(yǔ)言、照像、紡織、錢幣、郵票、旗幟和臂章上頭?;钪参锏乃囆g(shù)類型包括綠雕、盆景、插花和樹墻等。觀賞植物有時(shí)會(huì)影響到歷史,如郁金香狂熱。植物是每年有數(shù)十億美元的旅游產(chǎn)業(yè)的基本,包括到植物園、歷史園林、國(guó)家公國(guó)、郁金香花田、雨林以及有多彩秋葉的森林等地的旅行。植物也為人類的精神生活提供基礎(chǔ)需要。每天使用的紙就是用植物制作的。一些具有芬芳物質(zhì)的植物則被人類制作成香水、香精等各種化妝品。許多樂(lè)器也是由植物制作而成。而花卉等植物更是成為裝點(diǎn)人類生活空間的觀賞植物?!参锸侨绾紊L(zhǎng)的?
如何開花的?如何結(jié)果的?如何衰老的?
為什么有的植物長(zhǎng)的很高,有的很矮?
有的會(huì)在干旱環(huán)境中生長(zhǎng),有的不會(huì)?
為什么有的落葉,有的不落葉?
為什么有彩色葉?
為什么?
……
緒論一、植物生理學(xué)研究的內(nèi)容和目的二、植物生理學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展三、植物生理學(xué)的發(fā)展特點(diǎn)四、新世紀(jì)植物生理學(xué)的展望五、學(xué)習(xí)植物生理學(xué)的要求和方法一、植物生理學(xué)研究的內(nèi)容和目的1.定義:
植物生理學(xué)是研究植物生命活動(dòng)規(guī)律及其與外界環(huán)境相互關(guān)系的一門科學(xué)。植物的生命活動(dòng)是在水分代謝、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)、光合作用和呼吸作用等基本代謝的基礎(chǔ)上,表現(xiàn)出種子萌發(fā)、生長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)、開花、結(jié)果、衰老死亡等生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程。2.研究對(duì)象和內(nèi)容對(duì)象:主要是高等綠色植物。核心:揭示自養(yǎng)生物的生命現(xiàn)象、本質(zhì)及其與外界條件的關(guān)系。內(nèi)容:◆細(xì)胞生理:細(xì)胞的亞顯微結(jié)構(gòu)和功能?!舸x生理:包括水分代謝、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)、呼吸作用、光合作用。◆生長(zhǎng)發(fā)育生理:包括植物生長(zhǎng)物質(zhì)、生長(zhǎng)生理、生殖生理、成熟和衰老生理。◆逆境生理:包括生物逆境和非生物逆境。研究植物物質(zhì)代謝研究植物能量代謝研究植物形態(tài)建成研究植物信息傳遞研究植物環(huán)境生理又:3.目的:
在不同層次、不同水平上,研究和了解植物在各種環(huán)境條件下進(jìn)行物質(zhì)代謝、能量轉(zhuǎn)化、信息傳遞和形態(tài)建成等生命活動(dòng)的規(guī)律和機(jī)理,并將這些研究成果為農(nóng)、林、園藝等生產(chǎn)服務(wù),推動(dòng)生產(chǎn)的發(fā)展。
二、植物生理學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展
植物生理學(xué)的產(chǎn)生離不開生產(chǎn)實(shí)踐,在實(shí)踐中豐富和發(fā)展,同時(shí)它又為生產(chǎn)服務(wù),推動(dòng)生產(chǎn)的發(fā)展。奠基階段——產(chǎn)生于生產(chǎn)實(shí)踐
我國(guó)古代勞動(dòng)人民在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中總結(jié)出許多有關(guān)植物生理學(xué)的知識(shí)。如:水分代謝:早在3000多年前甲骨文已有記載:“貞禾有及雨?三月”,1621年有書記載:無(wú)花果“結(jié)實(shí)后不宜缺水,常置瓶其側(cè),出水細(xì)溜,日夜不絕,果大如瓶”。
礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)
:公元前一世紀(jì)就有記載雜草壓青做綠肥的技術(shù):“苕草色青黃,紫花,十二月稻下種之,蔓延殷盛,可以美田”。公元前一世紀(jì):“多糞肥田”等。光合作用:?呂氏春秋?中“正其行,通其風(fēng)”;明末清初?論氣?中“氣從地下催騰一粒,種性小者為蓬,大者為蔽牛干霄之木,此一粒原本幾何,其余皆氣所化也”。呼吸貯藏:西漢時(shí)有書記載種子貯藏原則:“種,傷濕、郁,熱則生蟲也”,要“日曝令干,及熱埋之”。1400年前已有果蔬貯藏技術(shù):窖藏低溫、高濕、高CO2,呼吸消耗少,適合果蔬貯存。
植物生長(zhǎng)物質(zhì):?種藝必用?中“凡接矮果及花,用好黃泥曬干,篩過(guò),以小便浸之。又曬干,篩過(guò),再浸之。又曬又浸,凡十余次。以泥封樹枝,用竹筒破兩片封裹之,則根生。次年,斷其皮,截根栽之”。
生長(zhǎng)發(fā)育:?齊民要術(shù)?中“初生三年,不用采葉,尤忌捋心,捋心則科茹不長(zhǎng)”、“苗旺而實(shí)不堅(jiān)”,“嫁棗法”中“以仗擊其枝間,振去狂花”;“正月一日,日出時(shí),反釜斑駁椎之”等。關(guān)于柿子脫澀,“紅柿摘下未熟,每籃用木瓜三枚放入。得氣即發(fā),并無(wú)澀味”這些都說(shuō)明由于生產(chǎn)實(shí)踐才出現(xiàn)植物生理學(xué)的萌芽,沒(méi)有生產(chǎn)勞動(dòng),任何人都不可能憑空創(chuàng)造出植物生理學(xué)。誕生與成長(zhǎng)時(shí)期
16~17世紀(jì)是植物生理學(xué)研究的開始時(shí)期。植物生理學(xué)的產(chǎn)生是從土壤營(yíng)養(yǎng)研究開始的,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展要求植物生理學(xué)回答:植物體內(nèi)的物質(zhì)從哪里來(lái)?又是如何進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)的?荷蘭的vanHelmont是最早進(jìn)行植物生學(xué)試驗(yàn)的學(xué)者—柳樹插條試驗(yàn);只澆雨水,5年增長(zhǎng)了74.4kg,而土壤只減少了0.1kg,推斷水是植物長(zhǎng)大的物質(zhì)來(lái)源。
1776年英國(guó)的J.Priestley最早發(fā)現(xiàn)植物可以“改善空氣”。1779年荷蘭學(xué)者J.Ingenhousz證實(shí),綠色植物只有在光下才能“凈化”空氣,初步建立了空氣營(yíng)養(yǎng)的概念。1699年Woodward用雨水、河水和花園土水對(duì)薄荷進(jìn)行灌溉試驗(yàn),
發(fā)現(xiàn)花園土水對(duì)薄荷生長(zhǎng)最好。
1840年Liebig(德)提出施礦質(zhì)肥料以補(bǔ)充土壤營(yíng)養(yǎng)的消耗,成為植物礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)學(xué)說(shuō)的創(chuàng)始人。1859年Sachs、Knop和Pfeffer
(德)等創(chuàng)立了無(wú)土栽培技術(shù)。
1882年Sachs編寫了?植物生理學(xué)講義?,他的弟子W.Pfeffer于1904年出版了三卷本?植物生理學(xué)?巨著,標(biāo)志著植物生理學(xué)作為一門學(xué)科的誕生。因此Sachs和Pfeffer被稱為植物生理學(xué)的兩大先驅(qū)。
飛躍發(fā)展時(shí)期
20世紀(jì)是植物生理學(xué)進(jìn)入飛躍發(fā)展時(shí)期。隨著物理、化學(xué)的發(fā)展及技術(shù)、設(shè)備、方法的進(jìn)步,使植物生理學(xué)在各方面都有突飛猛進(jìn)的發(fā)展。如細(xì)胞全能性的概念,成功地進(jìn)行了細(xì)胞與組織培養(yǎng);1920年(美)W.W.Garner和H.A.Allard發(fā)現(xiàn)了光周期;20世紀(jì)30~60年代,各種植物生長(zhǎng)物質(zhì)的相繼發(fā)現(xiàn),能更有效地控制植物的生長(zhǎng)發(fā)育,提高產(chǎn)量。50年代(美)M.Calvin揭開了光合作用中C3途徑之謎;60年代末,M.D.Hatch和C.R.Slach又發(fā)現(xiàn)了C4途徑;與此同時(shí)又發(fā)現(xiàn)了光呼吸與景天酸代謝途徑(CAM途徑),把光合作用研究推向新高潮;光敏色素的發(fā)現(xiàn),為調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育打下理論基礎(chǔ);鈣與鈣調(diào)素的深入研究,了解到了細(xì)胞內(nèi)部的調(diào)節(jié)機(jī)理。當(dāng)前已在分子水平上研究植物的生長(zhǎng)、發(fā)育、代謝及其與環(huán)境的相互作用等重要生命現(xiàn)象的機(jī)理,以便有效地調(diào)控這些生命過(guò)程,為人類服務(wù)。
我國(guó)植物生理學(xué)起步較晚,發(fā)展緩慢。錢崇澍1915年從美留學(xué)回國(guó)1917年在國(guó)際刊物生發(fā)表了關(guān)于離子吸收的論文,先后在金陵大學(xué)、廈門大學(xué)講授植物生理學(xué),他是我國(guó)植物生理學(xué)的啟業(yè)人。在國(guó)內(nèi)第一位從事植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)研究和發(fā)表論文的是李繼侗20世紀(jì)30年代,從日、美留學(xué)回國(guó)的羅宗洛和湯佩松先后在中山大學(xué)、中央大學(xué)和武漢大學(xué)從事教學(xué)和科學(xué)研究,發(fā)表論文,他們是我國(guó)植物生理學(xué)的奠基人。
解放后,研究和教學(xué)機(jī)構(gòu)劇增,隊(duì)伍迅速擴(kuò)大,研究成果眾多。如:植物生理學(xué)會(huì)的會(huì)員由成立時(shí)(1963年)的425人發(fā)展到了5000余人;創(chuàng)辦了學(xué)術(shù)刊物?植物生理通訊?和?植物生理學(xué)報(bào)?,出版了數(shù)十種植物生理學(xué)教材和百余部專著,有些研究接近或達(dá)到世界先進(jìn)水平,比較突出的有:殷宏章—作物群體生理;沈允鋼—光合磷酸化中高能態(tài)的發(fā)現(xiàn);湯佩松—呼吸代謝的多條途徑;婁成后—細(xì)胞原生質(zhì)的胞間運(yùn)轉(zhuǎn)及近十多年來(lái)的組織培養(yǎng)、單倍體育種、轉(zhuǎn)基因植物等等。植物生理學(xué)相關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)。Wilstatter(1915)純化葉綠素并闡明其結(jié)構(gòu)等。Fischer(1930sEmerson-光合單位)葉綠素化學(xué)。Calvin等(1962)闡明光合碳循環(huán)。Woodward(1965)合成葉綠素分子。Mitchell(1978)ATP合成——化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)。Deisenhofer等(1988)闡明光合細(xì)菌反應(yīng)中心結(jié)構(gòu)Marcus(1992)生命體系(包括光合作用)的電子傳遞體系。Walker等(1997)ATP合酶的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機(jī)理。三、植物生理學(xué)的發(fā)展特點(diǎn)
1.研究層次越來(lái)越寬廣——向微觀和宏觀兩個(gè)方面發(fā)展微觀:個(gè)體器官組織細(xì)胞器分子水平。如核酮糖-1,5二-磷酸羧化酶/加氧酶,固氮酶的研究都已進(jìn)入分子水平。宏觀:個(gè)體群體、群落水平。
因?yàn)榉乐弓h(huán)境污染、保持生態(tài)平衡和提高農(nóng)林生產(chǎn)等問(wèn)題,都需要從宏觀方面研究環(huán)境與植物的相互影響。2、學(xué)科間相互滲透
植物生理學(xué)不斷引進(jìn)相關(guān)學(xué)科新的概念、新的方法以增強(qiáng)本學(xué)科的活力,解決理論和實(shí)際問(wèn)題。如用生物化學(xué)手段提取光合作用的關(guān)鍵酶,研究其特性;用生物物理的方法分離光合膜組分,研究其光譜性質(zhì)。從而進(jìn)一步揭開了光合作用過(guò)程和功能之謎。故分子生物學(xué)可看作植物生理學(xué)的“學(xué)科伴侶”。21世紀(jì),植物生理學(xué)和環(huán)境保護(hù)、資源開發(fā)、航天、醫(yī)藥、食品工業(yè)、輕工業(yè)及商業(yè)等的關(guān)系將日益密切。
3.理論聯(lián)系實(shí)際
植物生理學(xué)產(chǎn)生于實(shí)踐,但其研究成果又指導(dǎo)植物生產(chǎn)。如在農(nóng)業(yè)方面,植物生理學(xué)將會(huì)遍及指導(dǎo)合理灌溉、合理密植、科學(xué)施肥、調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育、控制同化物分配、改善產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)施栽培、保鮮貯藏、育種繁殖及作物抗蟲、抗病、抗鹽、抗旱、抗?jié)场⒖购档冗^(guò)程。隨著航天事業(yè)的發(fā)展,宇宙生物學(xué)將有著廣闊的發(fā)展前景。4.研究手段現(xiàn)代化高度自動(dòng)化的精密儀器日益普及。如層析、電泳、分級(jí)離心、放射性同位素示蹤、分光光度計(jì)等已是實(shí)驗(yàn)室的基本設(shè)備,氣相色譜儀、高效液相色譜儀、質(zhì)譜儀、電子顯微鏡、氨基酸自動(dòng)分析儀等逐漸普及,特別是分析儀與電腦配合,使研究數(shù)據(jù)精確可靠,速度快,大大促進(jìn)了植物生理學(xué)的發(fā)展。四、新世紀(jì)植物生理學(xué)的展望
科學(xué)家預(yù)言,21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)。而且必然是一個(gè)各個(gè)學(xué)科相互滲透與相互交融的“大生物學(xué)”時(shí)代。目前,全世界面臨著人口、糧食、能源、資源和環(huán)境等五大問(wèn)題。這些問(wèn)題都與生物學(xué)有關(guān)。植物利用太陽(yáng)光能,吸收CO2和放出O2,合成有機(jī)物,在增收糧食、增加資源和改善環(huán)境等方面植物生理學(xué)扮演著重要的角色,起著不可代替的作用,任重而道遠(yuǎn)。美國(guó)農(nóng)學(xué)家Witlwer提出了11個(gè)發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的研究課題,其中大多屬于植物生理學(xué)研究范疇。1.光合效率與作物產(chǎn)量2.
生物固氮3.品種改良4.
遺傳工程5.營(yíng)養(yǎng)吸收效率6.大氣污染7病蟲綜合防治8.抗逆性9提高作物體系的競(jìng)爭(zhēng)能力10菌根與土壤微生物11激素調(diào)節(jié)與植物發(fā)育五、學(xué)習(xí)植物生理學(xué)的要求和方法
1、建立歷史的觀點(diǎn)、發(fā)展的觀點(diǎn)
認(rèn)真閱讀教材,既要了解植物生理學(xué)的過(guò)去和現(xiàn)在,又要了解本學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)。因此,必須認(rèn)真閱讀教材,掌握好本學(xué)科的基本概念、基本理論及前人的科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法。但教材總是落后于科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)發(fā)展,因此,不要死記硬背,注意了解學(xué)科發(fā)展的新成就,新動(dòng)向。要有創(chuàng)新精神,善于獨(dú)立思考,提出問(wèn)題,分析問(wèn)題,進(jìn)行自己的探索,開拓進(jìn)取。
2、堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際在學(xué)習(xí)植物生學(xué)的理論知識(shí)時(shí),既要認(rèn)真學(xué)習(xí)相關(guān)研究的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路、方案、方法及實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)果分析,也要重視實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí),以驗(yàn)證和豐富課堂理論,掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法,加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練,克服高分低能現(xiàn)象。主要參考書1、潘瑞熾主編,植物生理學(xué)(第七版),高等教育出版社,20122、蔣德安等,《植物生理學(xué)》,高等教育出版社,20113、王忠主編,植物生理學(xué),中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,20004、陳潤(rùn)政等編,植物生理學(xué),中山大學(xué)出版社,19975、曹儀植宋占午主編,植物生理學(xué),蘭州大學(xué)出版社,19986、孟繁靜等,《植物生理生化》,中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,1995知識(shí)補(bǔ)充與提高的資料1.余叔文,湯章城,《植物生理與分子生物學(xué)》第二版,1998,科學(xué)出版社2.余叔文,《植物生理與分子生物學(xué)》,1992,科學(xué)出版社3.劉祖祺,張石城,《植物抗性生理學(xué)》,19944.
李寶健,面向21世紀(jì)生命科學(xué)發(fā)展前沿,1996,廣東科技出版社5.
王文清,生命科學(xué),1998,北京工業(yè)大學(xué)出版社6.
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Plantarum(AnofficialjournaloftheFederationofEuropeanSocietiesofPlantphysiology,F(xiàn)ESPP)AustralianJournalofPlantPhysiology(AninternationaljournalofPlantFunction)TreePhysiology(AninternationalBotanicalJournal,Canada)思考題1.什么叫植物生理學(xué)?植物生理學(xué)研究的內(nèi)容和任務(wù)是什么?2.簡(jiǎn)述植物生理學(xué)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系。3.從植物生理學(xué)的發(fā)展中你得到了哪些啟示?4.如何才能學(xué)好植物生理學(xué)?
第一章植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞是植物體結(jié)構(gòu)與功能的基本單位。植物的物質(zhì)代謝、能量代謝、信息傳遞和生長(zhǎng)發(fā)育都是以細(xì)胞為基礎(chǔ)的。植物細(xì)胞由細(xì)胞壁和原生質(zhì)體組成。細(xì)胞之間有胞間連絲相連。
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:微膠團(tuán)纖維素+半纖維素+果膠質(zhì)+蛋白質(zhì)(有識(shí)別能力)微纖絲大纖絲(排列松散、雜亂無(wú)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(cuò)有規(guī)律)具較強(qiáng)的機(jī)械支持力一、細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)、成分與功能第一節(jié)細(xì)胞壁纖維素分子微膠團(tuán)大纖絲初生壁的形成次生壁的形成Pr微纖絲細(xì)胞壁的形成過(guò)程細(xì)胞二、細(xì)胞壁形成的機(jī)理:構(gòu)成壁物質(zhì)的合成場(chǎng)所:高爾基體、粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)構(gòu)成壁物質(zhì)沉積的體系:微管控制壁物質(zhì)排列的信息:微管第二節(jié)細(xì)胞膜
一、細(xì)胞膜的組成成分膜脂:磷脂固醇膜蛋白:外在蛋白內(nèi)在蛋白膜糖:糖脂糖蛋白水與金屬離子:二、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)三夾板模型:
Danielli--Davson(丹尼爾—戴維森)(1935)單位膜模型:Robertson(羅伯遜)(1959)*流動(dòng)鑲嵌模型(fluidmosaicmodel):Singer(辛格)(1971)
分三層不對(duì)稱性流動(dòng)性
液晶模型:板塊鑲嵌模型(platemosaicmodel)M.K.GainandWhite(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)生物膜的功能分室作用代謝反應(yīng)的場(chǎng)所物質(zhì)交換識(shí)別功能動(dòng)物細(xì)胞示意圖植物細(xì)胞示意圖磷脂的結(jié)構(gòu)第三節(jié)原生質(zhì)體一、微膜系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmicreticulum,ER)(單層膜):粗糙型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)平滑型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)
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(yùn)輸?shù)耐ǖ馈?.機(jī)械支持原生質(zhì)體與可溶性酶附著的骨架。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)
高爾基體(Golgibody)(單層膜)
功能:1.將輸入的蛋白質(zhì)加工、濃縮、儲(chǔ)存或輸出;2.合成多糖類和糖蛋白;3.與質(zhì)膜、細(xì)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
液泡的功能:調(diào)節(jié)功能類似溶酶體的作用代謝庫(kù)的功能液泡(vacuole)(單層膜)液泡發(fā)生的途徑:高爾基體途徑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑溶酶體(lysosome)(單層膜)初級(jí)溶酶體次級(jí)溶酶體功能:自身消化(衰老、饑餓、受損傷時(shí))溶酶體線粒體(mitochondrion)(雙層膜)結(jié)構(gòu):功能:呼吸作用的場(chǎng)所質(zhì)體(plastid)白色體(造粉體)、雜色體、葉綠體(雙層膜)葉綠體功能:光合作用的場(chǎng)所微體(microbody)(單層膜)過(guò)氧化體:光呼吸場(chǎng)所
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