植物生理学-绪论.ppt

植物生理学Plant Physiology,吕 冰 生物科学与技术学院 ,绪 论,植物生理学（plant physiology）:研究植物生命活动规律、揭示植物生命现象本质的科学。 生长发育与形态建成 (growth, development and morphogenesis) 植物生命活动 物质与能量代谢 （metabolism） 信息传递和信号转导 （signal transduction）,植物生理活动特性： “自养性” 营固定式生活 再生或更新能力强 体细胞具全能性,植物生理学的产生与发展,植物生理学 comes from 植物学 实验性科学 我国古代的植物生理学 公元前3世纪，战国时期 荀子富国篇“多粪肥田”; 西汉氾胜之书 将施肥方式分为基肥、种肥、追肥; 公元6世纪,北魏贾思勰 齐民要术 “热进仓”贮麦法; “七九闷麦法”=“春化”法。 西方古代的植物生理学 亚里士多德：光是叶片变绿所必需的。 古罗马人利用动物排泄物、矿物质作肥料。,植物生理学发展的三个阶段：,第一阶段：植物生理学的孕育阶段 1627年 荷兰人 J.B.van Helmont 柳枝实验 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,1804年，瑞士植物生理学家索苏尔（deSaussure）对于植物的化学分析，矿质与光合的研究; 法国的G.Boussingault（布森格）通过砂培法,证明碳、氢、氧是从空气和水中得来,而矿质元素是从土壤中得来。,第二阶段：植物生理学诞生与成长的阶段,1840年李比希矿质营养学说的建立 19世纪末德国植物生理学家萨克斯（J. Sachs）和费弗尔（W. Pfeffer）所著的两部植物生理学专著问世 19世纪三大科学发现细胞学说、能量守恒定律和生物进化论,萨克斯(J.von Julius von Sachs) 植物生理学讲义（J. Sachs, 1882）,费弗尔（W. Pfeffer） 植物生理学（W. Pfeffer，1897）,矿质营养学说、渗透学说 、光合作用 、呼吸作用 、生长发育生理,第三阶段：植物生理学发展与壮大阶段,20世纪初 至今 新学科的分化独立:农业化学 、植物生物化学 等 其他学科的发展对植物生理学的促进 现代化研究技术同位素技术、电子显微镜技术、X射线衍射技术、超离心技术、色层分析技术、电泳技术、计算机图像处理技术、激光共聚焦显微镜技术、膜片钳技术、分子生物学技术等,其它发展领域,植物生长物质 植物生长发育生理：植物组培技术 植物成花生理：春化作用、光周期现象 生殖与衰老生理 逆境生理：信号转导,植物生理学在中国的产生与发展,1914张挺：编教材施教 1917钱崇澍：在国际上发表第一篇论文钡、锶、铈对水绵属的特殊作用 植物生理学三元老： 李继侗：南开大学 罗宗洛：中科院植生所第一任所长 汤佩松：中科院植物所,“植物生理学往何处去”？,微观领域：分子生物学的严峻挑战，许多植物生理学家转向从事分子生物学的研究；Annual Review of Plant Physiology从1985年起改为Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology。 宏观领域：植物生理学还与生态学及环境科学相结合，形成了一些新的边缘学科，如植物生理生态（physiological plant ecology）、植物环境生理学（environmental plant physiology）、植物群体生理学、植物生长发育的数学模拟等,植物生理学与农业生产（略）,基因组学与后基因组学 信号传递 生物代谢与其调节 植物与环境 From “Plant Biology,2000”,附：植物生理学研究的模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)植物界的果蝇,属十字花科植物，与许多经济作物亲缘较近 基因组简单，共5对染色体，120Mb，仅为大肠肝菌的20倍，玉米的1%，重复序列少，基因测序已于2000年12月完成。 植株小，可在培养室中大量培养。 生长期短，3周可开花，6-8周1代。 种子小但结种多，每株结籽超过5000粒，便于大量种植。 天然自花传粉，也可容易地人工杂交。 突变体多，易筛选。 可访问 www.arabidopsis.org,拟南芥作为模式植物的优点,附：中外著名植物生理学期刊,植物学报 植物生理与分子生物学学报 西北植物学报 植物生理学通讯 等,Plant Physiology(US) Plant cell(US) Annu. Rev.Plant Biology (US) Journal of Experiment Botany (UK) Planta (Ger) et al.,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？,谢谢大家,公元6世纪,北魏贾思勰 齐民要术 “热进仓”贮麦法：“日曝令干，及热埋之”,The decomposition of carbon dioxide by green plant parts was a process necessary for the continued life and growth of the plant. The great mass of the vegetative body was built up from the components of the atmosphere, it was clear that a part of the vegetable mass was derived from the fixation or utilization of the soil solution. -Recherches Chimiques sur la Vegetation,Jean-Baptiste BOUSSINGAULT (1802 - 1887),The carbon in plants did come from atmospheric CO2 , but nitrogen come from the soil.,法国的G.Boussingault（布森格）,Justus von Liebig (1803-1873),Organic Chemistry in its Application to Agriculture and Physiology.,Development of the mineral nutrient theory of plant nutrition.,钱崇澍（18831965），字雨农，浙江省海宁县人。生于1883年11月11日，卒于1965年12月28日，享年82岁。植物学家，教育家，中国近代植物学的奠基人与开拓者之一，中国植物分类学、植物生理学、地理植物学、植物区系学的创始人之一。,李继侗（1897-1961年） ，江苏省兴化县人，植物学家，生态学家，教育家，中国科学院学部委员。1925年由美国回国，先后在金陵大学、南开大学、清华大学、北京大学和内蒙古大学任教。他是我国植物生理学的开拓者，植物生态学与地植物学的奠基人之一。在森林生态学、植物生态学与地植物学研究方面取得重要成就，在植物生理学研究方面首先发现光合作用的瞬时效应；为我国培养了一批植物学人才。,罗宗洛（18981978），植物生理学家。我国现代植物生理学奠基人之一。研究工作涉及植物细胞质胶体、无机营养及离子吸收、组织培养、生长物质、微量元素、水分及抗性生理、辐射生理、细胞生物学等领域，并培养了不少上述诸方面的人才。在国内率先开展根尖组织培养研究。证明铵能作为植物氮源，为铵盐化肥的肥效评价及正确使用提供了科学依据。根据植物抗性研究提出的措施，为防止海南岛橡胶树寒害和苏北沿海营造防风林的育苗死苗，作出了贡献。曾创办中国实验生物学杂志、植物学汇报及植物生理学报。,汤佩松 湖北浠水人。1903年11月12日 2001年9月6日植物生理学家。1925年毕业于清华学校。1927年获美国明尼苏达大学学士学位。1930年获美国约翰.霍普金斯大学研究院哲学博士学位。为中国科学院生物学部学部委员。曾任中国科学院植物研究所研究员、名誉所长。早年发现海星卵受精后呼吸增强和细胞色素氧化酶在植物中的存在；1946年用绿色小球藻证明光合作用的氧化还原电位势在光暗下的差异从而确证了Van Niel学说；提出了完整的植物呼吸代谢的控制与被控制理论；在国际上首先证明了高等植物中存在细胞色素氧化酶、植物叶绿体中存在碳酸酐酶以及高等植物体内适应酶的形成；首次证明在同一植物中呼吸代谢途径的多样性，证明糖酵解途径，戌糖支路、三羧酸循环、二羧酸循环、乙醛酸循环并行，并以一定比例在活体中运行，总结呼吸代谢途径的改变及其与其它生理功能相互调节的理论。,我国劳动人民在农业生产实践中积累的植物生理学方面的知识,水分代谢：3000年前，甲骨文卜辞拓片“贞禾有雨？三月”，“雨弗足年？”，1621年群芳谱：无花果“结实后不宜缺水，常置瓶其侧，出以细溜，日夜不绝，果大如瓶”。矿质营养：战国荀子富国篇“多粪肥田”，韩非子“积力于田畴，必且粪灌”，西汉汜胜之书“追肥方式：基肥、种肥和追肥”，“杂草压青做绿肥技术”。 光合作用：吕氏春秋辩土篇“正其行，通其风”，播种方式由撒播改为条播。论气（明末清初宋应星）“由气而化形，形复返于气，百姓日习而不知也。 呼吸贮藏：西汉汜胜之书种子安全贮藏的基本原则：“种，伤湿、郁，热则生虫也。”强调种子要“曝使极燥”，齐民要术（北魏贾思邈）窖麦法“日曝令干，及热埋之”。植物生长物质：种艺必用“凡接矮果及花，用好黄泥晒干，筛过，以小便浸之。又晒干，筛过，再浸之。又晒又浸，凡十余次。以泥封树枝，用竹筒破两片封裹之，则根生，次年，断其皮，截根栽之”。生长发育：齐民要术种榆白杨篇载“初生三年，不用采叶，尤忌捋心，捋心则科茹不长”。明代沈氏农书“麦根深而胜壅，根益深而苗益肥，收成必倍”。农书（宋代陈旉）总结水稻过肥“苗茂而实不坚”。齐民要术种枣篇“以仗击其枝间，振去狂花”。格物初谈果品（苏轼）“红柿摘下未熟，每篮用木瓜三枚放入，得气即发，并无涩味”。,齐民要术,齐民要术是北魏农学家贾思勰写成的一部农学名著。记述了黄河流域下游地区的农业生产，包括了农、 林、牧、渔、副等部门的生产技术知识，堪称为我国古代的一部农业百科全书。 齐民要术的内容极为丰富。卷一，“耕田”、“收种”、 “种谷”各1篇；卷二，谷类、豆、麦、麻、稻、瓜、瓠、芋等粮食作物栽培各论13篇； 卷三，“种葵”（蔬菜栽培总论）、蔓菁等各论12篇；卷四，“园篱”、“栽树”（园 艺总论）各1篇，枣、桃、李等果树栽培12篇；卷五，栽桑养蚕1篇，榆、白杨、竹以及 染料作物10篇、伐木1篇；卷六，畜、禽及养鱼6篇；卷七，货殖、涂瓮各1篇（酿造总 论）、酿酒4篇；卷八、九，酿造酱、醋，乳酪、食品烹调和储存22篇，煮胶、制墨各1 篇；卷十，“五谷果蓏菜茹非中国（北魏疆域以外地区）物产者”1篇，记热带、亚热 带植物100余种，野生可食植物60余种。综括了农艺、园艺、造林、蚕桑、畜牧、兽医、 选种育种、酿造、烹饪、农产品加工储存，以及备荒、救荒，基本上属于广义的农业范 畴，反映了当时农、林、牧、渔、副多种经营方式亦已具备了较为完整的规模。,农书,王祯，字伯善，元代农学家，东平人（今山东省东平县）。在旌德县尹任中，综合整理平日笔录，写作农书，在永丰县尹任内完成，时间约在元皇庆二年（1313）。农书是一部重要的农业科学著作，它上续齐民要术，总结前人的经验，补充了大量实地考察的结果。全书37集，136000字。基本内容分为农桑通诀、百谷谱、农器谱三大部分。第一部分主要讲述农业史与主要农耕技术；第二部分叙述各种粮食、蔬菜、瓜果与林木作物的栽培与管理；第三部分绘制各种农具与农业机械图281幅，并加以说明。农书是第一部兼论南北，力图从全国范围内对农业作系统性介绍，并把南北农业技术以及农具的异同和功能进行分析比较的农业科学著作。,农政全书,农政全书的作者是徐光启，明末杰出的科学家 ，曾进行了大量实验，总结出许多农作物种植、引种、耕作的经验，写了甘薯疏、芜菁疏、吉贝疏、种棉花法和代园种竹图说等农业著作。死后其门人陈子龙等人将其论著、资料修订出版，并定 名为农政全书。整理之后的农政全书，全书分为12目，共 60卷，50余万字。 12目中包括：农本3卷；田制2卷；农事6卷；水利9卷；农器4卷；树 艺6卷；蚕桑4卷；蚕桑广类2卷；种植4卷；牧养1卷；制造1卷；荒政18卷。,天工开物,天工开物是我国明代大科学家宋应星（15871663年）的代表作 ，是我国农业、手工业技术的百科全书 。 天工开物一书原分作18卷，依次为：乃粒（五谷）、乃服（纺织）、彰施（染 色）、粹精（粮食加工）、作咸（制盐）、甘嗜（制糖）、陶埏（陶瓷）、冶铸（铸 造）、舟车（车船）、锤锻（锻造）、燔石（烧造）、膏液（油脂）、杀青（造纸）、 五金（冶金）、佳兵（兵器）、丹青（朱墨）、曲蘖（制麯）、珠玉。前面一些卷目都 是与人民群众日常生活关系较为密切的内容，这样一种排列次序，一定程度上反映了作 者贵五谷而贱金玉的思想。该书分量最大的是农业技术，其次是金属冶铸技术。,代谢 metabolism,维持各种生命活动的化学变化（物质的合成、转化和分解）的总称。,合成代谢,分解代谢,（光合作用）,（呼吸作用）,体内物质代谢,外界吸收物质代谢,（糖、蛋白质、脂类和核酸）,水分,矿质元素,空气,（光合、呼吸）,植物的物质代谢,光合作用的研究历程,50年代利用14C示踪和纸上层析，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，先后发现了C4类型、景天科酸代谢（CAM）和光呼吸作用； 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：毫秒级（ms,10-3s） 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，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10-10m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,1859年版物种起源的扉页,