植物体内有机物的运输与.pptx

第第 五五 章章 植物体内有机物的运输与细胞信号转导植物体内有机物的运输与细胞信号转导l第一节、植物体内有机物质的运输第一节、植物体内有机物质的运输l第二节、有机物运输的机理第二节、有机物运输的机理l第三节、植物体内有机物的分配第三节、植物体内有机物的分配l第四节、影响有机物运输的环境因素第四节、影响有机物运输的环境因素l第五节、植物细胞的信号转导第五节、植物细胞的信号转导 复杂多细胞生物体，其细胞间既存在着精复杂多细胞生物体，其细胞间既存在着精细的分工，同时有着密切的联系和协作细的分工，同时有着密切的联系和协作统统一的整体。一的整体。细胞、组织、器官间相互联系的内在因素：细胞、组织、器官间相互联系的内在因素：1、营养物质的相互交流；、营养物质的相互交流；2、激素的合成、运输与作用；、激素的合成、运输与作用；3、信息的接收与信号传导、信息的接收与信号传导l第一节、植物体内有机物质的运输第一节、植物体内有机物质的运输 植物体内有机物合成的场所（叶片）和贮藏植物体内有机物合成的场所（叶片）和贮藏（或消耗）场所在空间存在着一定的距离，因此二（或消耗）场所在空间存在着一定的距离，因此二者间必然存在着一个运输过程。者间必然存在着一个运输过程。植物有机物质运输植物有机物质运输 =动物血液循环动物血液循环 有机物质运输是决定作用产量的重要因素，要有机物质运输是决定作用产量的重要因素，要使较高的生物产量转化为较高的经济产量，关键使较高的生物产量转化为较高的经济产量，关键有机物质的运输和分配。有机物质的运输和分配。一、植物体内物质运输系统一、植物体内物质运输系统1、短距离运输：、短距离运输：短短距距离离运运输输系系统统胞内运输胞内运输胞间运输胞间运输 细胞内、细胞器间的物质交换。细胞内、细胞器间的物质交换。质外体运输质外体运输细胞壁、细胞间隙中的物细胞壁、细胞间隙中的物质运输，主要是扩散作用。质运输，主要是扩散作用。共质体运输共质体运输物质通过胞间连丝、内物质通过胞间连丝、内质网在细胞间的运输。质网在细胞间的运输。共质体与质外体间交替运输共质体与质外体间交替运输转移细胞转移细胞细胞内运输：细胞质细胞内运输：细胞质细胞器间的物质运输细胞器间的物质运输内吞小泡内吞小泡溶酶体溶酶体质膜质膜细胞核细胞核内质网内质网运输小泡运输小泡分泌小泡分泌小泡高尔基体高尔基体细胞的内膜系统：核膜细胞的内膜系统：核膜 内质网内质网 高尔基体高尔基体 溶酶体溶酶体细胞间运输：细胞间运输：质外体运输质外体运输细胞壁、细胞间隙溶质的扩散；细胞壁、细胞间隙溶质的扩散；共质体运输共质体运输经胞间连丝、内质网的胞间运输。经胞间连丝、内质网的胞间运输。共质体与质外体间交替运输共质体与质外体间交替运输转移细胞：转移细胞：特点：特点：存在有大量胞间连丝；质膜表面积大；存在有大量胞间连丝；质膜表面积大；内质网等细胞器发达；内质网等细胞器发达；富含富含ATP；2、长距离运输、长距离运输输导组织运输输导组织运输木质部运输；韧皮部运输；木质部运输；韧皮部运输；维管束鞘维管束鞘韧皮部韧皮部木质部木质部二、有机物运输的途径和方向二、有机物运输的途径和方向环割实验环割实验环环割割实实验验14CO2KH232PO4蜡纸蜡纸韧皮部中韧皮部中出现较多出现较多的的14C和和32P，说，说明什么？明什么？放射性同放射性同位素实验位素实验 环割、放射性同位素实验说明：环割、放射性同位素实验说明：1、植物体内有机物运输的主要途径是韧皮部；、植物体内有机物运输的主要途径是韧皮部；2、叶子的同化产物进入韧皮部后既可向上运输到、叶子的同化产物进入韧皮部后既可向上运输到正在生长的顶芽、幼叶或果实，也可向下运输到根部或正在生长的顶芽、幼叶或果实，也可向下运输到根部或地下贮藏器官。甚至在同一筛管中进行着双向运输。地下贮藏器官。甚至在同一筛管中进行着双向运输。3、有机物在韧皮部中主要行纵向同侧运输；、有机物在韧皮部中主要行纵向同侧运输；4、木本植物根部贮藏的糖类或形成的有机氮化物、木本植物根部贮藏的糖类或形成的有机氮化物是由木质部向上运输；是由木质部向上运输；5、根部吸收的水、矿质是由木质部上运，叶子吸、根部吸收的水、矿质是由木质部上运，叶子吸收的矿质及老叶中撤退出的矿质离子是经韧皮部运输的。收的矿质及老叶中撤退出的矿质离子是经韧皮部运输的。三、有机物运输的形式和速度三、有机物运输的形式和速度（一）运输的形式（一）运输的形式 研究方法：筛管汁液分析法、同位素示踪法。研究方法：筛管汁液分析法、同位素示踪法。蚜虫吻剌蚜虫吻剌筛管分子筛管分子 1、筛管汁液成份很复杂，有碳水化合物、含、筛管汁液成份很复杂，有碳水化合物、含氮化合物、有机酸、维生素、激素、无机离子、病氮化合物、有机酸、维生素、激素、无机离子、病毒和类菌原体等。毒和类菌原体等。2、筛管汁液中碳水化合物占、筛管汁液中碳水化合物占90%以上，且主以上，且主要是蔗糖，因此要是蔗糖，因此蔗糖是碳水化合物的主要运输形式。蔗糖是碳水化合物的主要运输形式。有些树木（苹果、樱桃）是以糖醇（甘露醇、山梨有些树木（苹果、樱桃）是以糖醇（甘露醇、山梨醇）为运输形式。醇）为运输形式。3、筛管汁液中含氮化合物的运输形式是氨基、筛管汁液中含氮化合物的运输形式是氨基酸和酰胺。酸和酰胺。（二）运输的速度（二）运输的速度 速速 度：度：单位时间内被运输的分子所走的距离；单位时间内被运输的分子所走的距离；速速 率：率：单位时间内运输的总量；单位时间内运输的总量；比集运量：比集运量：单位时间内单位韧皮部横截面积运输单位时间内单位韧皮部横截面积运输的干物质量（的干物质量（SMT）；）；植物有机物运输的速度一般为植物有机物运输的速度一般为40100cm/h：如大豆为如大豆为84100；甘蔗为；甘蔗为270；柳树为；柳树为100；比集运量一般为：比集运量一般为：120g cm-2 h-1 四、韧皮部的装载与卸出四、韧皮部的装载与卸出1、装载途径：、装载途径：质外体途径、共质体途径；质外体途径、共质体途径；质外体途径：质外体途径：开放连续的自由空间，有机物移动是物理性开放连续的自由空间，有机物移动是物理性的被动过程，速度快。的被动过程，速度快。叶肉细胞同化产物运出叶肉细胞同化产物运出进入质外体空间进入质外体空间到达小叶脉外须体到达小叶脉外须体筛管筛管-伴胞复合体主动吸收伴胞复合体主动吸收共质体途径：共质体途径：胞间连丝把细胞联系起来形成一个连续体，在该胞间连丝把细胞联系起来形成一个连续体，在该连续体中光合产物通过胞间连丝进入筛管连续体中光合产物通过胞间连丝进入筛管-伴胞复合体。伴胞复合体。有机物在韧皮部的装载有质外体途径，也有共质有机物在韧皮部的装载有质外体途径，也有共质体途径，也可交替进行，相互转换。体途径，也可交替进行，相互转换。维管束鞘细胞维管束鞘细胞 韧皮部薄壁细胞韧皮部薄壁细胞伴伴 胞胞筛管分子筛管分子2、卸出途径、卸出途径：质外体、共质体途径质外体、共质体途径;正在发育的嫩叶、根尖，蔗糖卸出通过共质正在发育的嫩叶、根尖，蔗糖卸出通过共质体途径，即经胞间连丝到达库细胞。体途径，即经胞间连丝到达库细胞。甘蔗、甜菜等贮藏薄壁细胞与库细胞无胞间甘蔗、甜菜等贮藏薄壁细胞与库细胞无胞间连丝，蔗糖送到质外体后水解为葡萄糖和果糖，被连丝，蔗糖送到质外体后水解为葡萄糖和果糖，被库细胞吸收后再次合成蔗糖，进入液泡。库细胞吸收后再次合成蔗糖，进入液泡。大豆、玉米等种子中，母体和胚性组织间也无大豆、玉米等种子中，母体和胚性组织间也无胞间连丝，蔗糖经过外质体直接进入库细胞。胞间连丝，蔗糖经过外质体直接进入库细胞。蔗蔗 糖糖胞间连丝胞间连丝蔗糖蔗糖葡萄糖葡萄糖果果 糖糖蔗蔗 糖糖细细 胞胞 壁壁受体受体(库库)细胞细胞液液泡泡蔗蔗糖糖筛管分子筛管分子第二节第二节 有机物运输的机理有机物运输的机理 1、压力流动学说（、压力流动学说（pressure flow theory）德国人德国人E.Mnch提出提出(1930)，其基本论点是同，其基本论点是同化物在筛管中随着液体的流动而移动，流动的动化物在筛管中随着液体的流动而移动，流动的动力是由于输导组织两端的压力势差。力是由于输导组织两端的压力势差。该学说得到了较多的实验证据，但也存在下该学说得到了较多的实验证据，但也存在下列问题：（列问题：（1）按运输速度计算，需的压力比实际）按运输速度计算，需的压力比实际测得的大测得的大10倍以上；（倍以上；（2）该学说无法解释同一筛）该学说无法解释同一筛管分子中的双向运输。管分子中的双向运输。移去溶质移去溶质溶质加入溶质加入压力流动模型压力流动模型生产细胞：生产细胞：成熟叶细胞光合作用不断成熟叶细胞光合作用不断产生溶质，维持低渗透势。产生溶质，维持低渗透势。导管（相当于模型导管（相当于模型中的中的D管）上运水分；管）上运水分；筛管（模型中的筛管（模型中的C管）下运有机物质。管）下运有机物质。消耗细胞消耗细胞：根、果实、分生组织等的根、果实、分生组织等的生长、呼吸、贮藏等消耗生长、呼吸、贮藏等消耗溶质，维持高渗透势。溶质，维持高渗透势。2、细胞质泵动学说、细胞质泵动学说(cytoplasmic pumping theory)(cytoplasmic pumping theory)3、收缩蛋白学说、收缩蛋白学说（contractile protin contractile protin theorytheory）4、电渗假说（、电渗假说（electron osmosis theory）第三节第三节 植物体内有机物质的分配植物体内有机物质的分配 一、代谢源与代谢库一、代谢源与代谢库 制制造造并并输输出出有有机机物物的的部部位位或或器器官官称称为为代代谢谢源源(metabolic Source)，如成熟的叶片。，如成熟的叶片。消消耗耗或或贮贮藏藏有有机机物物的的部部位位或或器器官官称称为为代代谢谢库库(metabolic Sink)，如如旺旺盛盛生生长长的的顶顶芽芽、幼幼叶叶及及果果实实、块根、块茎等。块根、块茎等。源源-库库单单位位(sour-cesink unit)：通通常常把把在在同同化化物物供供求求上上有有对对应应关关系系的的源源、库库及及其其连连接接二二者者的的输输导导系系统合称为源统合称为源库单位。库单位。源库间的关系：源库间的关系：（1）源对库的影响；）源对库的影响；（2）库容能力对源的影响；）库容能力对源的影响；（3）库对源的反馈作用；）库对源的反馈作用；（4）库对源的）库对源的“动员动员”和和“征调征调”作用；作用；二、同化产物的配置二、同化产物的配置叶片光合作用产生的有机物质的去向：叶片光合作用产生的有机物质的去向：1、代谢利用：通过呼吸作用为细胞的生长与、代谢利用：通过呼吸作用为细胞的生长与代谢提供能量和碳架，维持光合系统自身的需要。代谢提供能量和碳架，维持光合系统自身的需要。2、合成暂时的贮藏化合物：主要以淀粉（或、合成暂时的贮藏化合物：主要以淀粉（或蔗糖）的形式贮藏在叶绿体、胞质、液泡（蔗糖）蔗糖）的形式贮藏在叶绿体、胞质、液泡（蔗糖）中。中。3、从叶片输出到植株其他部位：成熟叶片的、从叶片输出到植株其他部位：成熟叶片的光合产物大部分以蔗糖的形式向外运输。光合产物大部分以蔗糖的形式向外运输。三、有机物分配的基本规律三、有机物分配的基本规律 1、叶片的光合产物首先满足自身的需，有余才外、叶片的光合产物首先满足自身的需，有余才外运；叶片输出的光合产物优先供给当时的生长中心；运；叶片输出的光合产物优先供给当时的生长中心；2、同一时期存在有多个生长中心时，处于不同部、同一时期存在有多个生长中心时，处于不同部位的叶片其光合产物的分配有位的叶片其光合产物的分配有“同侧运输、就近供给同侧运输、就近供给”的特点；的特点；3、幼叶是有机物输入的对象（库），长成后则为、幼叶是有机物输入的对象（库），长成后则为输出器官（源）。叶片衰老死亡前会将大部分有机分输出器官（源）。叶片衰老死亡前会将大部分有机分解运出解运出“撤退撤退”。4、一年生或多年生一次性开花结果的植物，、一年生或多年生一次性开花结果的植物，在其生殖器官发育成熟过程中会将母体植株的营养在其生殖器官发育成熟过程中会将母体植株的营养物（几乎是全部）征调用于果实或种子发育成熟。物（几乎是全部）征调用于果实或种子发育成熟。5、植物体内有机物的分配决定于源的供应能、植物体内有机物的分配决定于源的供应能力、库的竞争能力和输导系统的运输能力。其中库力、库的竞争能力和输导系统的运输能力。其中库的竞争能力占主导地位。代谢强的库获得的光合产的竞争能力占主导地位。代谢强的库获得的光合产物相对较多。物相对较多。第四节第四节 影响有机物运输的环境因素影响有机物运输的环境因素气温土温土温0C菜豆叶中碳水化合物菜豆叶中碳水化合物 运输与温度的关系运输与温度的关系温度对有机物运输方向的影响温度对有机物运输方向的影响1、温度：、温度：温度对有机物运输速度的影响温度对有机物运输速度的影响土温 低温：低温：呼吸减弱，运输动力减少；呼吸减弱，运输动力减少；筛管汁液粘度增大，运输阻力增大；筛管汁液粘度增大，运输阻力增大；高温：高温：呼吸消耗增强，供应能力减少；呼吸消耗增强，供应能力减少；酶钝化、筛孔堵塞；酶钝化、筛孔堵塞；方向：方向：土温大于气温时，光合产物向根部运输增多；土温大于气温时，光合产物向根部运输增多；反之向顶端运输。反之向顶端运输。2、光照：、光照：一般植物在光下有机物运输加快，其原因一般植物在光下有机物运输加快，其原因与光下供应能力增强及运输的能量增多有关。与光下供应能力增强及运输的能量增多有关。光对有机物的分配也有影响，但不同植物光对有机物的分配也有影响，但不同植物表现不一，不同研究者所得结果也不一致。表现不一，不同研究者所得结果也不一致。3、水分：、水分：缺水条件下植物体的有机物运输显著受阻；缺水条件下植物体的有机物运输显著受阻；其原因是：其原因是：光合速率降低，供应能力降低；生长受抑光合速率降低，供应能力降低；生长受抑制，库的竞争能力减弱；有机物分解增强，不制，库的竞争能力减弱；有机物分解增强，不能有效地形成运输形式。能有效地形成运输形式。4、矿质元素：、矿质元素：主要有主要有N、P、K、B等。等。N：主要是通过调节植物的生长与代谢来调：主要是通过调节植物的生长与代谢来调节有机物的运输（速度和方向）；节有机物的运输（速度和方向）；P：促进光合，增强供应能力；参与：促进光合，增强供应能力；参与ATP的合的合成，供给运输所需能量；参与有机物合成与转化，成，供给运输所需能量；参与有机物合成与转化，促进运输形式的形成。促进运输形式的形成。