植物生理学绪论课件

主讲:李玲单位：合肥师范学院 手机：13605608609 E-mail:植物生理学plant physiology植物生理学主讲:李玲植物生理学plantphysiolog我们为什么要学习植物生理学？嗯，让我想想.我们为什么要学习植物生理学？嗯，让我想想.卫星图片中国地图环境危机卫星图片中国地图环境危机江山多娇江山多娇 植物的有趣性植物的有趣性 猪笼草Nepenthes mirabilis(Lour.)Druce 猪笼草在自然界猪笼草常常平卧生长，叶的构造复杂，分叶柄，叶身和卷须，卷须尾部扩大并反卷形成瓶状，可捕食昆虫。猪笼草具有总状花序，开绿色或紫色小花。猪笼草叶顶的瓶状体是捕食昆虫的工具。瓶状体开口边缘和瓶盖复面能分泌蜜汁，引诱昆虫。瓶口光滑，待昆虫滑落瓶内，被瓶底分泌的液体淹死，并分解虫体营养物质，逐渐消化吸收。吃荤的植物植物的有趣性猪笼草Nepenthes会运动的植物会运动的植物 白睡莲白睡莲Nymphaea alba Linn Nymphaea alba Linn 随着太阳落下花朵会渐渐随着太阳落下花朵会渐渐关闭关闭 含羞草含羞草Mimosa pudica Mimosa pudica Linn Linn 含羞草在受到外界含羞草在受到外界触动时，叶会下垂，触动时，叶会下垂，小叶片合闭小叶片合闭 舞舞 草草Desmodium gyrans Desmodium gyrans(Linn.)DC(Linn.)DC舞草属豆科，舞草属舞草属豆科，舞草属当人们对它讲话或唱当人们对它讲话或唱歌，小叶片会左右舞歌，小叶片会左右舞动，宛如小草听到你动，宛如小草听到你的声音翩翩起舞的声音翩翩起舞 会运动的植物白睡莲NymphaeaalbaLinn植物的化学武器植物的化学武器 生物防治 次生代谢植物的化学武器生物防治次生代谢你现在知道了吗？你现在知道了吗？绪绪 论论一、植物生理学的一、植物生理学的定义与内容定义与内容二、植物生理学的二、植物生理学的任务任务三、植物生理学的三、植物生理学的产生与发展产生与发展四四、植物生理学与、植物生理学与农业生产农业生产 五、植物生理学研究的五、植物生理学研究的发展趋势或动发展趋势或动向向 六、六、植物生理学的植物生理学的学习方法学习方法绪论一、植物生理学的定义与内容一、植物生理学的定义与内容一、植物生理学的定义与内容(一一)植物生理学的定义植物生理学的定义 植物生理学植物生理学(plant(plant physiology)physiology)是研究是研究植物生命活动规律（植物生命活动规律（、揭、揭示示植物生命现象本质植物生命现象本质，及其，及其与环与环境相互关系）境相互关系）的科学。的科学。一、植物生理学的定义与内容(二二)植物生理学的研究内容植物生理学的研究内容 （植物生命活动的组成）（植物生命活动的组成）1.1.生长发育与形态建成生长发育与形态建成2.2.物质与能量转化物质与能量转化3.3.信息传递和信号转导信息传递和信号转导(二)植物生理学的研究内容1.生长发育与形态建成21 1生长发育与形态建成生长发育与形态建成 生长发育（生长发育（growth and development growth and development）是植物生命活动的是植物生命活动的外在表现外在表现，它主要包括了两个方面：，它主要包括了两个方面：一是由于细胞数目的增加、细胞体积的扩大而导一是由于细胞数目的增加、细胞体积的扩大而导致的植物体积和重量的增加致的植物体积和重量的增加生长生长 growthgrowth；二是细胞不断分化，形成新组织、新器官，带来二是细胞不断分化，形成新组织、新器官，带来的一系列肉眼可见的形态变化，即形态建成的一系列肉眼可见的形态变化，即形态建成(morphogenesis(morphogenesis），），包括从种子萌发，根、茎、叶的生长，直到开花、结实、衰老、包括从种子萌发，根、茎、叶的生长，直到开花、结实、衰老、死亡的全过程死亡的全过程发育发育developmentdevelopment。人类对植物生命活动的认识正是从对其生长发育的观察和描述开人类对植物生命活动的认识正是从对其生长发育的观察和描述开始的，所谓始的，所谓“春华秋实春华秋实”，“春发、夏长、秋收、冬藏春发、夏长、秋收、冬藏”等等，等等，便是人类对植物生长发育规律直观认识的写照。便是人类对植物生长发育规律直观认识的写照。1生长发育与形态建成生长发育（growt植物生理学绪论课件2 2物质与能量转化物质与能量转化 物质与能量转化是生长发育的物质与能量转化是生长发育的基础基础。在植物形态变化的背后，是肉眼难以观察到的物质和能量转化在植物形态变化的背后，是肉眼难以观察到的物质和能量转化过程，而物质转化与能量转化又紧密联系，构成统一的整体，过程，而物质转化与能量转化又紧密联系，构成统一的整体，统称为统称为代谢代谢(metabolism)(metabolism)。植物的代谢活动包括植物的代谢活动包括 水分的吸收、运输与散失；水分的吸收、运输与散失；矿质营养的吸收、同化与利用；矿质营养的吸收、同化与利用；光合作用；光合作用；呼吸作用；呼吸作用；有机物的转化、运输与分配等方面。有机物的转化、运输与分配等方面。代谢过程归根结底是运行于植物体内的一系列生代谢过程归根结底是运行于植物体内的一系列生物化学和生物物理的变化。物化学和生物物理的变化。2物质与能量转化物质与能量转化是生长 生长发育生长发育则是代谢作用的则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。代谢作用是生命的基础，代谢一旦停止，生命也就不复存在，生长发一旦停止，生命也就不复存在，生长发育更无从谈起。某些代谢环节如果发生育更无从谈起。某些代谢环节如果发生重大变化或遭到破坏，也必然会影响到重大变化或遭到破坏，也必然会影响到生长发育。生长发育。生长发育则是代谢作用的综合表现和最终结果。代谢作用是生命的3 3信息传递和信号转导信息传递和信号转导信号信号：感受器官：感受器官“感知感知”环境条件的物理或化学信号环境条件的物理或化学信号开始开始传递：在许多情况下，感知信息的部位与发生反应的传递：在许多情况下，感知信息的部位与发生反应的部位往往不是同一器官，信息传递到反应器官部位往往不是同一器官，信息传递到反应器官反应：反应器官发生反应。反应：反应器官发生反应。信息传递（message transportation）和信号转导（signal transduction）植物无发达的神经系统，如何面对复杂多变的环境？3信息传递和信号转导信号：感受器官“感知”环境条件的物理或 信息传递（信息传递（message message transportationtransportation）:植物感知环境信息的植物感知环境信息的部位将信息传递到发生反应部位的过程称部位将信息传递到发生反应部位的过程称信息传递。信息传递。信号转导（信号转导（signal transductionsignal transduction）：）：单个细胞水平上，信号与受体结合后，通单个细胞水平上，信号与受体结合后，通过信号转导系统，产生生理反应。过信号转导系统，产生生理反应。简言之信息传递简言之信息传递是指环境的物理或化学信号在器官或组织上的传递器官或组织上的传递，而信号转导而信号转导是指细胞水平指细胞水平上的传递。信息传递（messagetransportation植物生理学绪论课件各种外部信号影响植物的生长发育各种外部信号影响植物的生长发育返回返回各种外部信号影响植物的生长发育返回二、植物生理学的任务二、植物生理学的任务植物生理学的任务是植物生理学的任务是研究和了解研究和了解植植物在各种环境条件下进行生命活动物在各种环境条件下进行生命活动规律和机制，并将这些研究成果规律和机制，并将这些研究成果应应用于用于一切利用植物生产的事业中。一切利用植物生产的事业中。二、植物生理学的任务植物生理学的任务是研究和了解植物在各种三、植物生理学的产生和发展三、植物生理学的产生和发展第一阶段：植物生理学的孕育阶段第二阶段：植物生理学诞生与成长 的阶段第三阶段：植物生理学发展、分化 与壮大阶段 三、植物生理学的产生和发展第一阶段：植物生理学的孕育阶段第一阶段：植物生理学的孕育阶段第一阶段：植物生理学的孕育阶段 这一阶段从这一阶段从16271627年荷兰人凡年荷兰人凡海尔蒙海尔蒙（J.B.van HelmontJ.B.van Helmont）做）做“柳枝实验柳枝实验”开始，开始，探索植物长大的物质来源探索植物长大的物质来源 直直 到到 1919世纪世纪4040年代德国化学家李比希（年代德国化学家李比希（J.von J.von LiebigLiebig）创立）创立“植物矿质营养植物矿质营养”(minerral(minerral nutrient)nutrient)学说为止，共经历了学说为止，共经历了200200多年的时多年的时间间。第一阶段：植物生理学的孕育阶段这一阶段从1627年增加的重量来源于何处？增加的重量来源于何处？增加的重量来源于何处？英国的英国的J.PriestlJ.Priestle e（普里斯（普里斯特列）特列）（1733-1733-18041804）进）进行的试验行的试验发现氧气发现氧气Why?Why?英国的J.Priestle（普里斯特列）（1733-1804第二阶段：植物生理学诞生与成长的阶段第二阶段：植物生理学诞生与成长的阶段 这一阶段从这一阶段从18401840年李比希矿质营养学说年李比希矿质营养学说的建立到的建立到1919世纪末德国植物生理学家萨克斯世纪末德国植物生理学家萨克斯(J.SachsJ.Sachs)1882)1882年编写的植物生理学讲义年编写的植物生理学讲义和他的学生费弗尔和他的学生费弗尔(W.PfefferW.Pfeffer)1904)1904年出版年出版的的植物生理学植物生理学两部植物生理学专著问世两部植物生理学专著问世为止，经过了约半个世纪的时间。为止，经过了约半个世纪的时间。第二阶段：植物生理学诞生与成长的阶段这一阶段从1萨克斯，萨克斯，J.von Julius von J.von Julius von 费弗尔（费弗尔（W.W.PfefferPfeffer）Sachs(1832Sachs(18321897)1897)萨克斯，J.vonJuliusvon费萨克斯和费弗尔在全面总结了植物生理学以往萨克斯和费弗尔在全面总结了植物生理学以往的研究成果的基础上，分别写成了的研究成果的基础上，分别写成了植物生植物生理学讲义理学讲义(J.Sachs,1882)(J.Sachs,1882)和三卷本的专和三卷本的专著著植物生理学植物生理学(W.Pfeffer,1897),(W.Pfeffer,1897),成为成为影响达数十年之久的植物生理学经典著作和影响达数十年之久的植物生理学经典著作和植物生理学发展史中的重要里程碑。植物生理学发展史中的重要里程碑。这两部著作的问世，意味着植物生理学这两部著作的问世，意味着植物生理学终于从它的母体植物学中脱胎而出，独立成终于从它的母体植物学中脱胎而出，独立成为一门新兴的学科。为一门新兴的学科。萨克斯和费弗尔在全面总结了植物生理学以往的研究成果的基础上，第三阶段：植物生理学发展、分化与壮大阶段第三阶段：植物生理学发展、分化与壮大阶段 2020世世纪纪是是科科学学技技术术突突飞飞猛猛进进的的世世纪纪，也也是是植物生理学快速壮大发展的世纪。植物生理学快速壮大发展的世纪。2020世世纪纪以以来来，特特别别是是5050年年代代以以来来，植植物物生生理理学学的的研研究究在在微微观观、个个体体、宏宏观观三三个个层层次次上上都都发发生生了了巨巨大大的的变变化化，获获得得了了许许多多重重大大突突破。破。微观方面：微观方面：生生物物膜膜结结构构与与功功能能的的研研究究，提提出出并并确确定定了了膜膜的的“流流动动镶镶嵌嵌”模模型型：以以类类脂脂为为主主要要成成分分构构成成的的双双层层膜膜上上镶镶嵌嵌着着各各种种功功能能蛋蛋白白，执执行行着着诸诸如如电电子子传传递递、能能量量转转换换、离离子子吸吸收收、信号转导信号转导 等重要生理功能。等重要生理功能。第三阶段：植物生理学发展、分化与壮大阶段20世纪是 在光合作用研究中在光合作用研究中,卡尔文卡尔文(M.Calvin)(M.Calvin)于于5050年代利用年代利用1414C C示踪和纸上层析两种技示踪和纸上层析两种技术，揭示了光合作用中术，揭示了光合作用中COCO2 2 同化的历程同化的历程,提出了著名的提出了著名的卡尔文循卡尔文循环环，即，即“光合碳循环光合碳循环”；6060年代以后，又陆续发现了年代以后，又陆续发现了C C4 4途径、途径、景天科酸代谢景天科酸代谢(CAM)(CAM)、光呼吸作用光呼吸作用；由于快速荧光光谱技术和激光技术的应用由于快速荧光光谱技术和激光技术的应用,将光合作用原初将光合作用原初反应研究的反应研究的时间跨度时间跨度从毫秒级从毫秒级(ms,10(ms,10-3-3s)s)一直缩短为皮秒一直缩短为皮秒(ps,10(ps,10-12-12s)s)和飞秒和飞秒(fs,10(fs,10-15-15s)s)级；级；在在空间跨度空间跨度上，电子显微镜和上，电子显微镜和X-X-射线衍射技术的应用，使射线衍射技术的应用，使人们的视野逐步从细胞水平深入到亚细胞水平，进而深入到生人们的视野逐步从细胞水平深入到亚细胞水平，进而深入到生物膜和生物大分子空间三维结构的水平，分辨率达到物膜和生物大分子空间三维结构的水平，分辨率达到10101010m(1/10nm)m(1/10nm)级，弄清了光合膜上许多功能性色素蛋白复合体的级，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。三维立体结构，将结构与功能的研究推向了微观世界。在光合作用研究中,卡尔文及其同时用来研究光合藻类卡尔文及其同时用来研究光合藻类COCO2 2固定的仪器装置固定的仪器装置卡尔文及其同时用来研究光合藻类CO2固定的仪器装置 在植物生长发育生理方面在植物生长发育生理方面，成功地使植物组，成功地使植物组织、细胞和原生质体在离体培养条件下通过脱分织、细胞和原生质体在离体培养条件下通过脱分化和再分化成长为新的植物个体。化和再分化成长为新的植物个体。这一成就的重大意义不但在于证明了这一成就的重大意义不但在于证明了植物细植物细胞的胞的“全能性全能性”，而且为植物细胞工程和基因工，而且为植物细胞工程和基因工程的大力发展创造了条件。程的大力发展创造了条件。在植物生长发育生理方面，成功地使植物组织、细胞和原生 植物组织培养流程示意图菠萝愈伤组织（callus）水稻愈伤组织再生苗香蕉试管苗工厂化生产 人人 工工 种种 子子体细胞胚胎（胚状体）+人工种皮莴苣种子萌发实验莴苣种子萌发实验 自自4040年代至年代至5050年代末相继发现年代末相继发现了植物光周期现象和控制光周期现了植物光周期现象和控制光周期现象的色素蛋白复合体象的色素蛋白复合体光敏色素光敏色素(phytochrome)(phytochrome)。目前已知受光敏色素控制的生目前已知受光敏色素控制的生理过程不下几十种。理过程不下几十种。自40年代至50年代末相继发现了植物光周期现象和控制两种类型光敏素及其相互转换两种类型光敏素及其相互转换 关于关于植物生长物质植物生长物质的研究，从的研究，从3030年代首次确年代首次确定生长素的分子结构以来，已陆续确定了定生长素的分子结构以来，已陆续确定了5 5种公种公认的植物激素和认的植物激素和1010余种内源生长物质，植物激余种内源生长物质，植物激素的测定方法则由最初的生物鉴定法发展到现素的测定方法则由最初的生物鉴定法发展到现在的高效液相色谱技术在的高效液相色谱技术(HPLC)(HPLC)和酶联免疫技术和酶联免疫技术(ELISA)(ELISA)，后者的灵敏度可达到，后者的灵敏度可达到10101212g g。GA GA处理显著促进植株茎的伸长生长处理显著促进植株茎的伸长生长返回返回关于植物生长物质的研究，从30年代首次确定生长素的分子紫外可见光分光光度计紫外可见光分光光度计我国的植物生理学的发展我国的植物生理学的发展20世纪20年代开始，钱崇澍（植物生理学创始人）、钱崇澍（植物生理学创始人）、李继侗、罗宗洛、汤佩松（我国植物生理学李继侗、罗宗洛、汤佩松（我国植物生理学3 3位奠基人）位奠基人）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。现在我国植物生理学研究成果逐渐接近国际水平并在某些领域处于领先水平。钱崇钱崇澍澍我国的植物生理学的发展1949年以后，植物生理的研究和教学稳压稳流电泳仪小型垂直电泳槽稳压稳流电泳仪小型垂直电泳槽高压液相色谱仪High Performance Liquid Chromatography 高压液相色谱仪HighPerformanceLiqui四、植物生理学与农业生产四、植物生理学与农业生产 植物生理学是合理农业的基础植物生理学是合理农业的基础植植物物激激素素的的发发现现导导致致了了植植物物生生长长调调节节剂剂和和除除草草剂的普遍应用剂的普遍应用“绿色革命绿色革命”，使稻麦产量获得了新的突破，使稻麦产量获得了新的突破植物细胞全能性植物细胞全能性理论的确立，组理论的确立，组织培养技术迅猛织培养技术迅猛发展为植物基因发展为植物基因工程的开展和新工程的开展和新种质的创造提供种质的创造提供了条件。了条件。组织培养四、植物生理学与农业生产植物生理学是合理农业的基础植物以以下下几几方方面面可可能能成成为为今今后后与与农农业业生生产产相相结合的重要研究领域：结合的重要研究领域：（一）作物产量形成与高一）作物产量形成与高产理论产理论（二）环境生理与作物抗（二）环境生理与作物抗逆性逆性 （三）设施农业中的作物（三）设施农业中的作物生理生理（四）植物生理学与育种（四）植物生理学与育种学相结合学相结合作物生理育种作物生理育种工厂化育苗以下几方面可能成为今后与农业生产相结合的重要研究领域：（世界上最大的人工气候室-Monsanto生命科学研究中心 返回世界上最大的人工气候室-Monsanto生命科学研究中心五、植物生理学研究的发展趋势或动向五、植物生理学研究的发展趋势或动向 （一）植物生理学近三十年的发展特（一）植物生理学近三十年的发展特点点1.1.研究层次越来越广（微观；宏观）研究层次越来越广（微观；宏观）2.2.学科间的相互渗透学科间的相互渗透3.3.理论联系实际理论联系实际4.4.研究手段现代化研究手段现代化返回五、植物生理学研究的发展趋势或动向（一）植物生理学近三十（二）植物生理学研究的发展趋势或动向（二）植物生理学研究的发展趋势或动向 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l植物生理学的研究整体也呈现这样的研究趋势，在强调植物分子生理学的同时，也在注重植物生理学与农业和生态学的结合。在已经完成的构建水稻基因物理图谱和遗传图谱的基础上，水稻基因组计划的实施，已进入国际分工基因全序列的测定阶段，同时开展功能基因组的研究。包括水稻和拟南芥在内的多种模式植物突变库的建立，为基因的功能研究奠定了坚实的基础。（二）植物生理学研究的发展趋势或动向1、从生物大分子到复杂2 2、生命的能量和物质基础、生命的能量和物质基础代谢及调节代谢及调节l光合作用在植物以至在地球能量和物质循环中占据极重要的地位，因而对它的研究总处于十分重要的位置。当前光合作用的研究热点主要集中在氧的释放和反应机理，以及光合膜四大复合体的结构和功能上。l对人类来说，植物次生代谢涉及许多有实用价值的天然产物，对植物来说，次生代谢涉及众多的代谢调节、信号转导和防卫物质，所以植物次生代谢研究正在受到极大的关注。在美国植物生理学会组织的“植物生理2000”年会上就有“次生代谢”专题，涉及植物的次生代谢产物，以及植物次生代谢的分子生物学和分子遗传学等内容。2、生命的能量和物质基础代谢及调节光合作用在植物 信号转导是生物与外界、生物体细胞间相信号转导是生物与外界、生物体细胞间相互沟通的一种高度复杂的网络状态系统。生物具互沟通的一种高度复杂的网络状态系统。生物具有多样性，但同样有许多共同点，信号转导就是有多样性，但同样有许多共同点，信号转导就是其中之一。当然，生物界信号转导的具体细节，其中之一。当然，生物界信号转导的具体细节，有许多不同之处，这方面的研究主要涉及有许多不同之处，这方面的研究主要涉及化学和化学和物理信号感受、胞内第二信使系统、胞间信号传物理信号感受、胞内第二信使系统、胞间信号传递递等方面。植物激素、病原体和保卫细胞是当前等方面。植物激素、病原体和保卫细胞是当前十分活跃的信号转导研究系统。十分活跃的信号转导研究系统。l3、生命整体性的实现信号转导信号转导是生物与外界、生物体细胞间相互沟通的一对植物与环境的研究，也有一个从宏观到微观的发展过程。植物对非生物胁迫的反应和适应，一直受到研究者的关注，在“植物生理2000”年会上有数篇该领域的论文。但在植物整体中，这是一个十分复杂的过程，需要进行深入研究。德国马普学会新建了化学生态研究所，下设三个研究室：遗传和进化研究室遗传和进化研究室，研究形成植物/草食性昆虫之间化学相互作用的进化动力；植物生物化学和分子生物植物生物化学和分子生物学研究室学研究室，研究植物重要防卫化合物的生物合成；分子生分子生态研究室态研究室，研究生态上重要的防卫机制的遗传学基础。研究所的整体任务是从实验和理论的角度，研究形成化学介导生态相互作用进化动力的功能基础。l4、植物与环境协同进化和适应对植物与环境的研究，也有一个从宏观到微观的发展过程。六、植物生理学的学习方法六、植物生理学的学习方法1 1、坚持辩证唯物主义世界观、坚持辩证唯物主义世界观 避免唯心主义或形而上学倾向。避免唯心主义或形而上学倾向。2 2、理论联系实际、理论联系实际 提高动手能力和综合实践能力。提高动手能力和综合实践能力。3 3、学会透过现象看本质、学会透过现象看本质 去粗取精，去伪存真，由表及里。去粗取精，去伪存真，由表及里。4 4、课前预习，课后复习。、课前预习，课后复习。加强自学能力培养。加强自学能力培养。六、植物生理学的学习方法1、坚持辩证唯物主义世界观主要参考资料1.潘瑞炽，董愚得.植物生理学（第五版）.北京：高等教育出版社，2004 2.曹仪植，宋占午.植物生理学.兰州：兰州大学出版社，1998 3.李合生 主编.现代植物生理学，高等教育出版社，2002.1 4.期刊：植物生理学通讯、植物生理学与分子生物学学报5.网站：徐州师范大学 http:/202.195.79.226/zwslx/kaoyan.htm 华中农业大学 http:/ Anatomy and PhysiologyPlant Anatomy and Physiology http:/ Plant PhysiologyPlant Physiology Online http:/