植物生理学

1. 植物生理学 吉林农业大学

2. 植物生理学 张 治 安 主讲 单 位：农学院 植物生理教研室 职 称：教 授 电 话：84668229（宅） 手 机：13904324189 E-mail: zhangzhian6412@yahoo.com.cn

3. 参考书目 • 1、徐克章、张治安主编《植物生理学》， • 高等教育出版社，2005年。 • 2、张治安主编，《植物生理学习题集》中国农业科 • 学技术出版社，2004年出版。 • 3、王 忠主编，《植物生理学》，中国农业出版社，2000年。 • 4、李合生主编，《植物生理学》，高等教育出版社，2002年。 • 5、潘瑞炽主编，《植物生理学》（第五版），高等 教育出版社，2004年出版。 • 6、武维华主编，《植物生理学》，科学出版社，2003年。 • 7、《植物生理学通讯》。 • 8、《植物生理与分子生物学报》。

4. 绪 论 一、植物生理学的定义和研究内容 1.什么是植物生理学 植物生理学是研究植物生命活动规律，揭示植物生命现象本质的科学。它是植物学的一个分支。 2.植物生理学研究对象——植物，主要是高等植物

5. 绪 论 3．植物生理学研究内容 植物生理学研究内容概括起来有四方面 细胞生理：植物细胞的结构与功能；植物细胞的信号转导。 代谢生理：包括光合作用、呼吸作用、水分生理、矿质营养、物质运输与分配、植物生长物质； 生长与发育：生长生理、成花生理、生殖和衰老生理； 逆境生理：研究植物在各种逆境胁迫下生命活动规律及其适应和抵抗逆境的生理反应 。

7. 各种外部信号影响植物的生长发育

8. 二、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：植物生理学深化阶段

9. 第一阶段：植物生理学的孕育阶段 这一阶段从1627年荷兰人凡·海尔蒙（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。

12. 第二阶段：植物生理学诞生与成长的阶段 这一阶段从1840年李比希矿质营养学说的建立到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。

13. 萨克斯，J.von Julius von 费弗尔（W. Pfeffer） Sachs (1832～1897)

14. 至19世纪末20世纪初，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《植物生理学讲义》(J. Sachs, 1882)和三卷本的专著《植物生理学》(W. Pfeffer,1897),成为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。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，独立成为一门新兴的学科。

15. 第三阶段：植物生理学深化阶段 20世纪是科学技术突飞猛进的世纪，也是植物生理学快速壮大发展的世纪。 20世纪以来，特别是50年代以来，植物生理学的研究在微观、个体和宏观三个层次上都发生了巨大的变化，获得了许多重大突破。 微观方面，通过对生物膜结构与功能的研究，提出并确定了膜的“流动镶嵌”模型：以类脂为主要成分构成的双层膜上镶嵌着各种功能蛋白，执行着诸如电子传递、能量转换、离子吸收、信号转导等重要生理功能。

16. 在光合作用研究中,卡尔文(M.Calvin)于50年代利用14C示踪和纸上层析两种技术，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，又陆续发现了C4类型、景天科酸代谢(CAM)和光呼吸作用；由于快速荧光光谱技术和激光技术的应用,将光合作用原初反应研究的时间跨度从毫秒级( ms,10-3 s )一直缩短为皮秒( ps,10-12s )和飞秒( fs,10-15 s )级；在空间跨度上，电子显微镜和X-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，进而深入到生物膜和生物大分子空间三维结构的水平，分辨率达到10－10m(1/10nm)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。

17. 卡尔文及其同时用来研究光合藻类CO2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

18. 在植物生长发育生理方面，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植物细胞的“全能性”，而且为植物细胞工程和基因工程的大力发展创造了条件。自40年代至50年代末相继发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——光敏色素(phytochrome)，目前已知受光敏色素控制的生理过程不下几十种。在植物生长发育生理方面，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植物细胞的“全能性”，而且为植物细胞工程和基因工程的大力发展创造了条件。自40年代至50年代末相继发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——光敏色素(phytochrome)，目前已知受光敏色素控制的生理过程不下几十种。

19. 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结构以来，已陆续确定了5种公认的植物激素和10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在的高效液相色谱技术(HPLC)和酶联免疫技术(ELISA)，后者的灵敏度可达到10－12g。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结构以来，已陆续确定了5种公认的植物激素和10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在的高效液相色谱技术(HPLC)和酶联免疫技术(ELISA)，后者的灵敏度可达到10－12g。 GA处理显著促进植株茎的伸长生长

20. 三、植物生理学的应用实践 （一）植物生理学与农业生产 1. 作物产量形成与高产理论 这是植物生理学多年来长盛不衰的研究课题之一，已经形成了“作物产量生理学”、“光合作用与作物生产力”等分支学科。

21. 从作物产量归根结底来自光合作用这一基本事实出发，植物生理学家将作物光合作用与产量的关系分解为光合面积、光合时间、光合效率、光合产物的消耗与光合产物的分配五个因素，产量是这五个因素协调统一的结果。从作物产量归根结底来自光合作用这一基本事实出发，植物生理学家将作物光合作用与产量的关系分解为光合面积、光合时间、光合效率、光合产物的消耗与光合产物的分配五个因素，产量是这五个因素协调统一的结果。

22. 在稻、麦、玉米等作物产量已经达到当前水平的情况下，还有无新的潜力可挖？这是摆在作物产量生理学面前的重大问题之一。在稻、麦、玉米等作物产量已经达到当前水平的情况下，还有无新的潜力可挖？这是摆在作物产量生理学面前的重大问题之一。

23. 根据近年来的研究结果，作物产量由于光合速率的限制而遭受到的最严重的两项损失，一是在干旱、高温、强光等条件下广泛存在的光合作用午间降低，即“光合午休”，二是在产量形成期叶片光合功能的过早衰退，有些作物两大漏洞兼而有之。所以，弥补这两大漏洞是进行超高产生理研究的重要突破点之一。近年来我国育成的作物高产品种和杂交种多半具有叶片光合功能期长和耐强光的特性。根据近年来的研究结果，作物产量由于光合速率的限制而遭受到的最严重的两项损失，一是在干旱、高温、强光等条件下广泛存在的光合作用午间降低，即“光合午休”，二是在产量形成期叶片光合功能的过早衰退，有些作物两大漏洞兼而有之。所以，弥补这两大漏洞是进行超高产生理研究的重要突破点之一。近年来我国育成的作物高产品种和杂交种多半具有叶片光合功能期长和耐强光的特性。

24. 2.环境生理与作物抗逆性 环境生理学的研究对农业生产的贡献是多方面的，主要体现在为从栽培、育种等方面提高作物抗逆性、减轻逆境造成的损失提供理论基础和可行的途径。如关于作物渗透调节能力与作物抗旱、抗盐及抗寒性关系的发现，启发人们通过合理的栽培管理、品种选育、化学调控甚至遗传工程等途径，同时通过增强渗透调节能力来改善作物的抗逆性。

26. 3.施农业中的作物生理学 设施农业的兴起，也带来一系列新的问题，首先是不进行人工加温的冬暖式塑料大棚内光照不足，新建大棚内部光照比自然光照下降了10%～15％，当膜面蒙尘、膜内结露后，下降可达50％以上；其次是棚内CO2不足，越是在光照条件良好、有利于光合作用的情况下，CO2浓度下降越多，成为光合作用与产量的限制因子；三是温度波动大，早春遇到低温阴雨天气，棚内作物常遭受低温危害；四是塑料大棚多年固定在同一位置，常造成土壤营养状况严重失衡，有害离子积累，病原物滋生繁殖，棚内的高湿度又助长了病害的发展。

28. 4.植物生理学与育种学相结合——作 物生理育种 • 杂种优势是作物育种的重要方向，关于雄性不育的机理和杂种优势的生理基础研究，是植物生理学与育种相结合的重要内容之一，特别是我国发现的光－温敏核不育水稻，更给光敏色素的生理功能开辟了一个新的研究领域。

29. (二)植物生理学与生态环境保护 • 地球上生长着的多种多样的植物是维系自然生态环境最重要的部分，植物利用光能吸收利用二氧化碳、同时将水分子分解释放氧气的生理过程使得其具有“净化空气”的特殊功能，而地表的各类植被所具有的巨大的涵养水体、防止地表水土流失、为野生动物提供栖息地等方面的生态功能也愈来愈被重视和利用，在保护现有植被的同时，人类在21世纪将面临如何有效地改造“不毛之地”的艰巨使命。

30. (三)植物生理学与医药工业 • 除了能更好地人工栽培和利用各种药用植物方面有许多与植物生理学研究相关的问题外，植物生物技术的发展已经使利用植物作为“生物反应器”而生产药物成为可能。

31. (四)植物生理学与食品贮藏加工 • 农产品贮藏保鲜的技术在今后将继续得到更为广泛的应用，同时，植物生物技术的发展也为通过改造或调控农产品内在的代谢过程而达到长期贮藏和保鲜的目的开辟了广阔的空间。

32. 绪 论 四．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。

33. 五、植物生理学的展望 1无土栽培 2植物生长物质 3组织培养 4光合作用 5逆境生理