植物生理学绪论课件.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,使用教材,课程的学时分配：讲课学时63学时,实验学时27学时,主要参考教材,一、植物生理学的定义和研究内容,二、植物生理学的产生和发展,三、,植物生理学与生产实践（植物生理学的任务）,四、,植物生理学的发展趋势或动向,绪 论,2、植物生理学的研究内容,尽管植物的生命活动非常复杂，但是在各种植物之间人们逐渐发现它们有着相似或相同的的生命活动过程。可概括为三个方面：,（1）生长发育与形态建成,（2）物质与能量代谢,（3）信息传递与信号转导,（4）细胞结构与功能,生长发育,（growth and development）是植物生命活动的外部表现，它主要包括两个方面：,生长,细胞数目的增加、细胞体积的扩大而导致的植物体积重量的增加；,发育,由于细胞不断分化，新组织、新器官的不断形成而带来的一系列形态变化，即,形态建成,（morphogenesis），,包括,从种子的萌发、根茎叶的生长，直到开花、结实、衰老、死亡的全过程。,植物生长发育的基础,是植物体内的,物质和能量代谢,过程（或称为物质与能量转化过程）,（1）生长发育与形态建成,（2）物质与能量代谢,物质转化和能量转化是紧密联系同时发生的生理过程，统称为,代谢,（metabolism）。因为物质变化必然伴随着能量的变化。,植物代谢活动,包括水分吸收、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。,代谢过程归根结底运行于植物体内的一系列生物化学和生物物理的变化，而生长发育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，生长发育就无从谈起。,绿色植物代谢活动的最大特点是,“自养性”,（autotropism),光合作用(photosynthesis),（3）信息传递与信号转导,植物的代谢过程异常复杂，而不同的代谢过程之间又存在相互联系和制约。植物通过其体内复杂的,信息传递过程,实现对多种代谢过程的调控。,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。,植物虽然没有像动物那样发达的神经系统和血液循环系统，但它生活在复杂多变的环境中，必须对环境变化做出响应，,或顺应环境的有规律的变化，形成植物固有的生命周期,，,或对恶劣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“,感受”(或感知）,环境的物理和化学信号开始的。,在许多情况下，感受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。,（3）信息传递与信号转导,（化学信号）水分亏缺胁迫植物根系细胞,脱落酸,叶片生长减慢、气孔关闭。,（物理信号）外界刺激含羞草叶片细胞,电波,传递,叶片卷曲,另外，,植物各个器官、细胞之间，甚至细胞内部也频繁进行信息传递和信息交流,。如高等植物的根组织合成的某种信号物质（细胞分裂素等）可能被运送到地上部分的组织或器官（甚至某些特定的细胞）而调控后者的生理生化过程。,信息传递,主要指物理或化学信号在器官间、细胞间的传输，而,信号转导,主要指细胞内外的信号，通过细胞信号转导系统转变为植物生理反应的过程。,此外，植物体内还有一种非常重要的信息传递，那就是,遗传信息,，通过遗传物质的载体DNA在世代间的传递。,(1)细胞结构与功能,它是各种生理活动与代谢过程的组织基础；,(2)代谢生理,即水分生理、矿质与氮素营养、光合作用、呼吸作用、同化物的运输分配、以及信息传递和信号转导等；,(3)生长发育生理,它是各种功能与代谢活动的综合反应，包含植物的生长物质、植物的生长、分化、发育、生殖与衰老等；,(4)环境生理,主要介绍影响植物生理代谢的环境因素以及植物对不良环境的反应。,这四个部分内容相互联系，构成了植物生理学的整体。,2、植物生理学的研究内容,植物生理活动特性,：,“自养性”,固定式,生活,再生,或更新能力强,体细胞具全能性,3、植物生理学的基本任务,一方面是探索生命活动的基本规律，进行理论研究。,另一方面是应用该理论服务于农业生产，为栽培植物，改良和培育植物品种提供理论依据。并能不断提出控制植物生长的有效方法，从而改造自然，利用自然，造福人类。,二、植物生理学的产生和发展,从植物学这门古老的科学中分化而来。,随着化学和物理学的发展产生和发展起来。,我国劳动人民积累了丰富的关于植物生命活动的知识。,科学植物生理学发展。,农政全书 齐民要术,陈旉农书,王祯农书,观点：多粪肥田、热进仓贮麦法、七九闷麦法、种子处理、保墒抗旱、轮作等。,植物生理学发展的三个阶段：,孕育阶段,、,诞生与成长的阶段、,发展、分化与壮大阶段,第一阶段：植物生理学的孕育阶段,：,从1627 年荷兰人,凡海尔蒙特,（J.B.van Helmont）做,柳枝实验,开始，直到19世纪40 年代德国化学家,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。,（1）,1627年荷兰人,凡海尔蒙特,柳树实验，标志着科学的植物生理学的开端。,90Kg土壤,2.27kg枝条,树重76.7kg，而土壤只减少几十克,（2）1771年英国,普里斯特利,（J.Priestly）,玻璃钟罩实验,：植物有光和无光时的蜡烛和老鼠，发现绿色植物有放氧净化空气的作用。,（3）1779年荷兰的,英根浩兹,（J.Ingenhousz）进一步发现绿色植物在光下放O2、黑暗中释放CO2。,（4）19世纪初瑞士,索苏尔,(de.Saussure)利用定量化学实验证明，植物在光下吸收二氧化碳与放出氧气有等体积关系，使人们认识到空气营养问题。,这一时期还明确了二氧化碳被同化后的产物是糖和淀粉、光推动些过程的动力、将叶片中的绿色色素命名为叶绿素（chlorophyll)、初步探讨了不同光谱成分对二氧化碳同化的影响等等，至此，关于,植物光合作用的概念已初步形成。,（5）1840年德国化学家,李比希,（Liebig）以植物灰分分析的多年实验结果为依据，在他的著作,化学在农业及生理学中的应用,中声称：,植物只需要无机物作为养料，可维持正常生活，除碳素来自空气外，植物体所有的矿物质都是从土壤中获取的,。标志植物矿质营养学说的建立。,确立植物区别于动物的“自养”特性。,第二阶段诞生与成长的阶段：,从1840年,李比希,（J.von Liebig）创立矿质营养学说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。,19世纪三大发现,细胞学说，能量守恒定律和生物进化论推动了植物生理学的发展（细胞学说和进化论奠定了生物科学基础）,（1）,1859年诺普（Knop）和（Pfeffer）溶液培养实验成功，对,营养理论,的发展做出了重大贡献。,（2）,费弗尔（Pfeffer）和凡特霍夫（van Hoff）的,渗透学说,有力地推动了人们对水分进入细胞的研究。,（3）,1845年迈耶（Meyer)认为,光合作用服从能量守恒定律,。,(季米里亚捷夫）,（4）,能量转化方面的另一重大进展是俄国科学家巴赫(Bach)、巴拉琴（Palladin）等确认了,呼吸作用,是一种“,生物燃烧,”，其释放的能量来自呼吸底物中所贮存的能量。,（5）,19世纪末,达尔文,关于植物运动的研究，开辟了,植物对环境感应能力,研究的新领域；对植物向性运动的研究最终导致生长素的发现；内源激素的相继发现大大丰富了植物调节控制的生理研究。,W.,Pfeffer,JULIUS v.SACHS(1832-1897),（6）,1882年萨克斯Sachs的,植物生理学讲义,和1897年费弗尔的,植物生理学,这两部著作的问世，意味着植物生理学独立成为一门新兴的学科。,第三阶段发展、分化与壮大阶段,20世纪科学技术突飞猛进，使植物生理学在微观和宏观的各个层次上都取得了长足的进展和重大突破。,（1）光合机理研究,：,1946-1953年，卡尔文（M.Calvin)和本森(A.Benson)提出,卡尔文循环,（C3途径）;1965年美国的考茨彻克（Kortschak)发现了光合碳代谢的,C4途径,;随后又发现了,景天酸代谢途径,（CAM）;,光反应机理方面,：两个光系统，光合电子传递链，光能吸收、传递、转化，光全色素蛋白复合体的结构与功能。,（2）植物,细胞结构与功能,的研究：流动镶嵌模型的建立使电子传递、能量转化、离子吸收、信号转导等生理功能的研究取得了许多重要成就。,（3）20世纪50年代，证明,植物细胞具有“全能性”,（totipotency)，为后来的植物细胞工程和植物基因工程的发展创造了技术条件。,（4）植物,光周期现象,和控制光周期现象的色素蛋白复合体,光敏色素,（phytochrome)的发现。,（5）植物激素的发现,（6）植物,逆境生理学,的研究。,我国的植物生理学的发展,20,世纪,20,年代开始，,钱崇澍、李继侗、罗宗洛、汤佩松,讲授植物生理学、建立了植物生理实验室。,1949,年以后，植物生理的研究和教学工作发展很快,在有关植物生理学的各个领域里,都取得重要进展。,近代植物生理学发展的特点：,1、研究层次越来越广,从个体 器官、组织 细胞 分子水平，向,微观,发展。,从生态、农林生产需要，从个体 群体、群落，向,宏观,发展。,将分子生物学应用于植物生理学研究形成热门、并取得很好成果。,2、学科之间相互渗透：,植物生理学与栽培、果树、茶学、育种、遗传、土壤、病理、分子生物学、生物化学等相互渗透。,3、理论联系实际：,植物生理学是一门专业基础学科，它的研究成果对一切利用植物生产为对象的事业都具有普通的指导性作用，例如：对农林生产等。,4、研究手段现代化：,很多现代化仪器都可以用于植物生理学的研究，如蛋白质双向电泳、荧光仪、光合系统测定仪、氧电极、微量呼吸检压仪、蒸腾仪、水势仪、电导率仪、气相、液相色谱、高速离心、分级离心、原子吸收光谱、分光光度计、放射性同位素示踪、电子显微镜等。促进了植物生理学的迅速发展。,三、植物生理学与生产实践,植物生理学是合理农业的基础,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,“,绿色革命,”，使稻麦产量获得了新的突破,植物细胞全能性理论的确立，,组织培养,技术迅猛发展为,植物基因工程的开展和新种质的创造,提供了条件。,组织培养,（一）植物生理学与农作物生产,作物产量形成与高产理论,“绿色革命”；高光效作物品种培育（C3、C4植物理论）等。,（,光合面积、光合时间、光合效率、光合产物的消耗与光合产物的分配）,高抗逆作物品种的培育,因为植物有适应各种逆境的较强遗传潜能。,高效吸收矿质营养元素的作物品种的培育,对资源节约型可持续农业发展做贡献。,设施农业中的植物生理学,低温或高温、弱光照、病害等。,作物品质的改善,通过改造作物的物质代谢调控而达到改善谷物、蔬菜、水果的营养品质。,作物生理育种,总之，植物物理学的基础研究将对未来的农业生产实践有多方面的理论指导意义，而农业生产的发展也会不断地对植物生理学的研究提出需要觖决的理论研究课题。,（二）植物生理学与生态环境保护,净化空气光合作用,地表植被能涵养水分、防止水土流失等；,改造“不毛之地”沙漠、盐碱地等,如何营造人工植被、保护濒危植物种类、保护和利用植物多样性等。,三、植物生理学与生产实践,（三）植物生理学与医药工业、能源,改善各种药用植物的栽培技术、提高产量和品质;,次生代谢产物的代谢过程及其调控机理的研究提高有效产物的含量；“生物反应器”,生物能源甜高梁、甘蔗、麻疯树等。,“石油植物”像桉树、青珊瑚树；,（四）植物生理学与食品贮藏加工,农产品的贮藏加工调控呼吸作用的过程（低温、干燥、缺氧等,通过改造或调控农产品内在的代谢过程达到贮藏保鲜目的。,直接改变各种农产品的营养成分（高蛋白、氨基酸组成合理、必需维生素等）,三、植物生理学与生产实践,四、,植物生理学的发展趋势或动向,1、从生物大分子到复杂生命活动基因组学和基因结构与功能研究（蛋白质组学，proteomics）,“功能基因组”：研究与植物生长发育调控机制、作物重要农艺性状（如抗旱、抗盐、抗病、水分养分高效利用、产量与品质形成等）表达密切相关的基因的功能及相互作用。,从“基因表达”到“性状表达”之间的过程是通过植物体内一系列信息传递、能量与物质代谢等复杂的活细胞的生理生化过程及其调控环节来实现的，而植物生理学正是在植物整体、组织器官、细胞及分子水平上研究这些复杂生命活动过程及其调控机制的科学，,其研究和探讨的核心内容是植物生命活动过程中的“功能及其调控机制”,。,从学科间的相互关系上分析，,植物生理学的研究正是基因水平的研究与性状表达研究之间的“桥梁”,。换言之，,21世纪的植物生理学将逐步发展成为围绕植物生命活动过程的“功能实现及其调控机制”,、在植物功能基因组的水平上全面探讨植物生长发育分子机制的全新学科。,四、,植物生理学的发展趋势或动向,1、从生物大分子到复杂生命活动基因组学和基因结构与功能研究,2、生命的能量和物质基础代谢及调节,3、生命整体性的实现信号转导,4、植物与环境协同进化和适应,五、主要参考资料,潘瑞炽,主编,.2001.,植物生理学,.,第五版,.,高教出版社,张继澍主编,2006.,植物生理学。高教出版社,武维华,主编,植物生理学,科学出版社,2003,植物生理学通讯,中国植物生理学学会主办 科学出版社,植物生理与分子生物学学报,Plant Physiology 3,美国,2002,年出版的教材,(plant physiology online),Plant physiology,复习思考题,1.什么是植物生理学?主要研究哪些内容?,2.植物生理学的发展大致经历了哪三个阶段?,3.植物生理学对农业生产的指导作用可表现在哪些方面?,