1、植物生理学植物生理学 主讲: Plant Physiology1谢谢观赏2019-8-18本教科书内容分四大部分本教科书内容分四大部分1.细胞生理（不讲）细胞生理（不讲）： 细胞结构与功能、细胞生化、细胞器结构与功能等。细胞结构与功能、细胞生化、细胞器结构与功能等。 2.代谢生理代谢生理（ （核心核心） ）：植物植物水分代谢水分代谢、矿质营养、光合作用、呼吸作用、有矿质营养、光合作用、呼吸作用、有机物质的运输与分配等机物质的运输与分配等。 同化（同化（assimilation ） -光合作用光合作用 简单物质简单物质复杂物质复杂物质（ （贮能贮能） ） 异化（异化（disassimilatio
2、n ）-呼吸作用呼吸作用复杂物质复杂物质简单物质简单物质（ （放能放能） ）2谢谢观赏2019-8-183.生长发育：生长发育： 包括植物包括植物生长生理生长生理、生殖生理生殖生理、成熟与衰老生理成熟与衰老生理以及植物以及植物生长物质生长物质在生长发育过程中的调控作用。在生长发育过程中的调控作用。4.逆境生理：逆境生理： 逆境对植物伤害以及植物对逆境适应与抵抗能力。逆境对植物伤害以及植物对逆境适应与抵抗能力。 四个组成部分反映研究不同水平四个组成部分反映研究不同水平（ （宏观与微观宏观与微观） ）： 分子分子亚细胞亚细胞细胞细胞组织组织器官器官个体个体群体群体3谢谢观赏2019-8-18绪论绪
3、论一、植物生理学定义和研究内容一、植物生理学定义和研究内容二、植物生理学产生与发展二、植物生理学产生与发展五、学习方法五、学习方法三、我国植物生理学发展历史三、我国植物生理学发展历史四、植物生理学任务与展望四、植物生理学任务与展望4谢谢观赏2019-8-18 植物生理学定义和任务、植物生理学定义和任务、发展简史发展简史及其与农业生产的关系。及其与农业生产的关系。 重点重点5谢谢观赏2019-8-18一、植物生理学定义和研究内容一、植物生理学定义和研究内容 研究植物研究植物生命活动规律生命活动规律、揭示揭示生命现象本质生命现象本质的科学。的科学。 （一）定义（一）定义植物生长、生殖、衰老、死亡等
4、一系列过程植物生长、生殖、衰老、死亡等一系列过程物理、化学、生物学方法物理、化学、生物学方法研研究究代谢变化代谢变化环境条件相互作用环境条件相互作用6谢谢观赏2019-8-18 重点重点研究对象研究对象地球上其它生物生存所需地球上其它生物生存所需有机物及能量的有机物及能量的根本来源根本来源。绿色高等植物绿色高等植物绿色植物绿色植物自养性自养性它可吸收简单无机物（它可吸收简单无机物（CO2 、H2O和矿质元素等），利用太阳和矿质元素等），利用太阳能，合成自身赖以生存任何物质能，合成自身赖以生存任何物质（CH2O、脂肪、蛋白质、维生、脂肪、蛋白质、维生素等），自给自足建成自身。素等），自给自足建成
5、自身。7谢谢观赏2019-8-18（二）植物生理学研究内容（二）植物生理学研究内容1.生长发育和形态建成生长发育和形态建成2.物质与能量代谢物质与能量代谢3.信息传递和信号转导信息传递和信号转导植物植物生命活动生命活动可大致分为三方面：可大致分为三方面：8谢谢观赏2019-8-181.生长发育生长发育（growth and development） 和形态建成（和形态建成（morphogenesis） 植物生命活动外在表现：植物生命活动外在表现： 植物植物生长：生长：细胞数目增加、体积扩大导致植物细胞数目增加、体积扩大导致植物 体积和重量的增加；体积和重量的增加； 植物植物发育：发育：新器官不
6、断出现带来一系列肉眼可新器官不断出现带来一系列肉眼可 见的形态变化见的形态变化,即形态建成。即形态建成。 种子萌发种子萌发根、茎、叶生长根、茎、叶生长 -开花、结实、衰老、死亡。开花、结实、衰老、死亡。 如如“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 。两两方方面面9谢谢观赏2019-8-182.物质和能量代谢物质和能量代谢 代谢代谢（metabolism）：生物化学和生物物理）：生物化学和生物物理 物质代谢物质代谢-物质合成与分解过程；物质合成与分解过程； 能量代谢能量代谢-能量的贮存与释放过程。能量的贮存与释放过程。 代谢是生命活动的代谢是生命活动的基础基础
7、，而生长发育是代谢作用的，而生长发育是代谢作用的综合综合表现与最终结果表现与最终结果。代谢作用遭受破坏，生命过程。代谢作用遭受破坏，生命过程就会受到影响，代谢一旦停止，生命过程就不复存在就会受到影响，代谢一旦停止，生命过程就不复存在.如如 矮生型矮生型-GA合成受阻；小叶病合成受阻；小叶病-缺锌（缺锌（IAA受阻受阻）绿色植物代谢特点绿色植物代谢特点-自养性自养性(autotropism)。代谢与生长发育关系代谢与生长发育关系10谢谢观赏2019-8-18 3.信息传递（信息传递（message transportation） 和信号转导（和信号转导（signal transduction）
8、信息传递：信息传递：指植物将感受到的环境信息从指植物将感受到的环境信息从一一个部位传递到另一个部位个部位传递到另一个部位的过程（物理或化学的过程（物理或化学信号在信号在细胞或器官间的传输细胞或器官间的传输过程）。过程）。 如根系缺水如根系缺水-叶片气孔关闭叶片气孔关闭 信号转导：信号转导：细胞外细胞外的各种物理或化学信号，的各种物理或化学信号，包括来自环境的外部信号和来自植物体其他部分包括来自环境的外部信号和来自植物体其他部分的的内部信号内部信号，通过一系列分子生物学机制转变为，通过一系列分子生物学机制转变为植物植物生理效应生理效应的全过程。的全过程。11谢谢观赏2019-8-18二、植物生理
9、学产生与发展二、植物生理学产生与发展第一阶段 孕育阶段：孕育阶段：16271627年年18401840年，年，200200年左右）年左右） 起源-古老植物学 萌芽-1648年凡海尔蒙（荷、J.B.van Helmont）-柳枝实验 否定古希腊哲学家亚里斯多德（aristotle）的关于植物营养的“腐殖质学说”。 植物是靠水来构成躯体(?)12谢谢观赏2019-8-18植物是靠水植物是靠水(?)(?)来构成躯体来构成躯体柳枝实验柳枝实验13谢谢观赏2019-8-18生存生存助燃植物光合作用放氧供鼠生存和助蜡烛燃烧植物光合作用放氧供鼠生存和助蜡烛燃烧 1771年，英（J.preiestley）绿色
10、植物 -净化空气(钟罩内空气能恢能恢复助燃复助燃功能且支持老鼠生存)老鼠试验老鼠试验O214谢谢观赏2019-8-18英根浩兹（荷，英根浩兹（荷，Jan IngenhouszJan Ingenhousz）指出指出绿色植物绿色植物只有在只有在日光日光下才能净下才能净化空气，在化空气，在黑暗黑暗中与动物一样，也中与动物一样，也能使空气变坏。能使空气变坏。 空气营养概念空气营养概念(光合作用启蒙阶段光合作用启蒙阶段）初步初步建立建立1799年15谢谢观赏2019-8-18 索苏尔（瑞士，de saussure）利用定量化学实验证明，植物在光下吸收的二氧化碳与放出的氧气有等体积关系，此期间植物体增加的
11、重量加上释放的氧气重量超过所吸收二氧化碳重量-多余重量？ 由水提供 明确二氧化碳被同化后的产物是糖和淀粉，光是推动此过程的动力，命名绿色素为叶绿素（chlorophyll），初步探讨不同光谱成分对二氧化碳同化的影响等，光合作用概念已具雏形。 光光 6 CO 6 CO2 2 + + 6 H 6 H2 2O 6O 6（CHCH2 2O O）+ + 6O 6O2 2 绿色植物1919世纪初世纪初16谢谢观赏2019-8-18 1804，索苏尔指出，植物体内C C素来自于空气，N N素则以无机盐的形式从土壤中吸收而来。 后来，布森高（法，J.B.D.Boussingault）建立无土栽培试验方法为植物
12、矿质营养的研究奠定基础。 1840，李比希（德，植物灰分分析多年研究结果），指出植物需要以无机物为养料便可维持其正常生活，除C来自于空气外，植物体内其他矿质营养都是从土壤中摄取-宣布植物矿质营养学说诞生（自养特性）。 18世纪末到19世纪初化学分析技术进展，促进对植物、土壤化学成分研究标志植物生理学诞生17谢谢观赏2019-8-18第二阶段 诞生与成长阶段 184019184019世纪末，约世纪末，约5050年年独立始于十九世纪后叶李比希李比希（Liebig，1840)矿质营养学说创立之后。 萨克斯萨克斯（Sachs,1882，德） 植物生理学讲义问世费弗尔费弗尔（Pfeffer）植物生理学巨
13、著出版， 才使植物生理学从植物学与农学 中脱颖而出。 此期间，1919世纪三大发现：世纪三大发现： 细胞学说，能量守恒定律，生物进化论细胞学说，能量守恒定律，生物进化论 陆续确立推动了植物生理学的发展。 18谢谢观赏2019-8-18萨克斯萨克斯 J.von Julius Sachs 费弗尔（费弗尔（W. Pfeffer） （植物生理学奠基人）（植物生理学奠基人） 植物生理学植物生理学两大先驱两大先驱(1882、1897)19谢谢观赏2019-8-18 诺普（诺普（W.KnopW.Knop）和费弗尔成功的使植物在）和费弗尔成功的使植物在按按固定配方固定配方配制的营养液中完成了生活史，使配制的营
14、养液中完成了生活史，使植物营养研究进入植物营养研究进入精确化和定量化精确化和定量化阶段。阶段。陆续发现植物必需、微量元素陆续发现植物必需、微量元素矿质营养矿质营养明确明确N N素素并非直接来自于空气并非直接来自于空气1859年农作物施肥奠定理论基础农作物施肥奠定理论基础20谢谢观赏2019-8-18费弗尔对植物费弗尔对植物原生质特性原生质特性研究，和范特霍研究，和范特霍夫（夫（J.H.VanJ.H.Vant Hofft Hoff）研究细胞渗透现象）研究细胞渗透现象在细胞学说推动下在细胞学说推动下提出提出细胞渗透学说细胞渗透学说科学地解释水分进出细胞现象科学地解释水分进出细胞现象21谢谢观赏20
15、19-8-18迈耶（迈耶（MeyerMeyer）光合作用产物中积）光合作用产物中积累的能量就是由日光能转化而来，累的能量就是由日光能转化而来，因此其本质就是将因此其本质就是将光能转化为化学光能转化为化学能能，但未获实验证明。，但未获实验证明。 在能量守恒定律确定后在能量守恒定律确定后季米里亚捷夫（俄）自行设计的仪器对叶季米里亚捷夫（俄）自行设计的仪器对叶绿素的吸收光谱进行比较精确的研究。绿素的吸收光谱进行比较精确的研究。1919世纪世纪6060年代年代 证明光合作用也符合能量守恒定律证明光合作用也符合能量守恒定律光合作用所利用光就是叶绿素所吸收光光合作用所利用光就是叶绿素所吸收光22谢谢观赏2
16、019-8-18（俄）巴赫（俄）巴赫（BachBach），巴拉金（），巴拉金（PalladinPalladin）和科斯梯切夫和科斯梯切夫(Kostychev)(Kostychev)确认呼吸作用是一确认呼吸作用是一种种“生物燃烧生物燃烧”，所释放的能量来自于呼吸，所释放的能量来自于呼吸底底物中所储藏能量物中所储藏能量。植物呼吸作用植物呼吸作用: :达尔文关于植物运动的详细观察与实验达尔文关于植物运动的详细观察与实验开辟了植物感应性研究的新领域。开辟了植物感应性研究的新领域。植物生长发育与环境影响关系植物生长发育与环境影响关系23谢谢观赏2019-8-18萨克斯萨克斯植物生理学奠基人植物生理学奠基
17、人他和费弗尔（他和费弗尔（师徒师徒）植物生理学两大先驱植物生理学两大先驱1919世纪末世纪末2020世纪初世纪初萨克斯和费弗尔萨克斯和费弗尔 “植物生理学讲义植物生理学讲义”（J.Sachs ,1882J.Sachs ,1882）和 三 卷 本 专 著和 三 卷 本 专 著 “ 植 物 生 理 学植 物 生 理 学 ”（W.Pfeffer,1897W.Pfeffer,1897） ）植物生理学诞生植物生理学诞生24谢谢观赏2019-8-18第三阶段第三阶段 发展阶段发展阶段 五十年代初期五十年代初期,植物生理学研究取得惊人成就：植物生理学研究取得惊人成就： 生物膜结构生物膜结构-流动镶嵌模型流动
18、镶嵌模型 Calvin等等-采用采用14C示踪技术与层析技术相结合，揭示踪技术与层析技术相结合，揭开开 数十年所不能解决的数十年所不能解决的CO2固定与还原固定与还原之谜。之谜。 六十年代左右，六十年代左右，C3、C4、CAM途径与光呼吸途径与光呼吸发现把发现把光合作用的研究推向崭新阶段。光合作用的研究推向崭新阶段。 新内源激素新内源激素发现发现-5种公认激素，种公认激素，10余种内源生长物质余种内源生长物质目前正处于一个向纵深发展和向生产应用的阶段目前正处于一个向纵深发展和向生产应用的阶段25谢谢观赏2019-8-1826谢谢观赏2019-8-18研究光合藻类研究光合藻类COCO2 2固定仪
19、器装置固定仪器装置27谢谢观赏2019-8-1820世纪20年代开始钱崇澍、李继侗、罗宗洛、汤佩松钱崇澍、李继侗、罗宗洛、汤佩松 讲授植物生理学、建立植物生理实验室。19491949年以后，植物生理的研究和教学工作发展很快年以后，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在有关植物生理学的各个领域里, ,都取得重要进展。都取得重要进展。28谢谢观赏2019-8-1819171917年年，钱崇澍钱崇澍（1883 1965）“钡，锶及铈对水稻的特殊作用” 各大学讲植物生理学 我国植物生理学的启业人我国植物生理学的启业人 3030年代初年代初-教学和研究起始期李继侗（李继侗（
20、1892196118921961）罗宗洛（罗宗洛（1899197818991978）汤佩松（汤佩松（1903200119032001）三、我国植物生理学发展历史三、我国植物生理学发展历史总体讲，起步晚，发展慢起步晚，发展慢。回国大学任教回国大学任教 建实验室建实验室我国植物生理学奠基人我国植物生理学奠基人29谢谢观赏2019-8-18解放前，研究人员少，设备差；解放前，研究人员少，设备差；解放后，虽有曲折，但有较大发展。解放后，虽有曲折，但有较大发展。 较突出：较突出： 殷宏章殷宏章等等-作物群体生理研究作物群体生理研究 沈允钢沈允钢等等-证明光和磷酸化中高能态存在的研究证明光和磷酸化中高能态
21、存在的研究 汤佩松汤佩松等等-呼吸的多途径的论证呼吸的多途径的论证 娄成后娄成后等等-深入研究细胞原生质胞间运转等深入研究细胞原生质胞间运转等 近年来，组培及细胞培养研究迅速开展，特别是在花药近年来，组培及细胞培养研究迅速开展，特别是在花药和花粉培养，单倍体育种方面做了大量工作，成绩显著。和花粉培养，单倍体育种方面做了大量工作，成绩显著。 国际影响力国际影响力 1 1）水稻基因组测序、功能基因组研究、转基因等；）水稻基因组测序、功能基因组研究、转基因等； 2 2）拟南芥）拟南芥激素信号转导、光形态建成、代谢调控等激素信号转导、光形态建成、代谢调控等 30谢谢观赏2019-8-18四、植物生理学
22、任务与展望四、植物生理学任务与展望（一）任务（一）任务1.主要任务主要任务-探索植物生命活动的基本探索植物生命活动的基本规律规律。2.指导指导农业生产，为作物栽培以及改良和培育作物新品种提农业生产，为作物栽培以及改良和培育作物新品种提供理论依据。供理论依据。 如如: 为作物高产优质高效提供理论依据和措施；为作物高产优质高效提供理论依据和措施； 为改良和培育作物新品种提供理论基础；为改良和培育作物新品种提供理论基础； 为控制植物生长发育、保存植物产品提供有效方法；为控制植物生长发育、保存植物产品提供有效方法； 研究植物在逆境下生存并获得一定产量的生理机制。研究植物在逆境下生存并获得一定产量的生理
23、机制。31谢谢观赏2019-8-18（二）展望（二）展望1.光合作用光合作用 ：作用机理及调控-深入到探讨光合膜蛋白复合体分子结构与功能关系，光合碳代谢关键酶的基因表达调控 2. 生长物质生长物质：探讨激素和受体蛋白的分子作用机理，受体下游信号传递的分子作用机理 3.组织培养：组织培养：无土栽培；作物新品种培育、引进、繁殖 4.逆境生理逆境生理 ：“基因表达”-“性状表达”。研究与植物生长发育调控机理，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 32谢谢观赏2019-8-185.5.与分子生物学的紧密结合与分子生物学的紧密结合
24、美国出版的国际权威性杂志“植物生理学年评”（Annual Review of Plant Physiology）从80年代后期就开始改为“植物生理学生理学和分子生物学年评”（ Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology）;99年，又改为植物生物学年评( Annual Review of Plant Biology)就反应这种潮流。6.与其他学科相互结合与其他学科相互结合 生理生态学，环境生理学，群体生理学等生理生态学，环境生理学，群体生理学等（三）与农业生产的关系（三）与农业生产的关系（略（略自学）自学）边缘学科边
25、缘学科7.7.研究手段现代化研究手段现代化 层析，电泳层析，电泳, ,分级分离分级分离, ,同位素示踪同位素示踪, ,分光光度计分光光度计; ; 气相色谱气相色谱, ,液相色谱液相色谱, ,质谱仪质谱仪, ,电子显微镜电子显微镜; ; 分析仪器与计算机结合分析仪器与计算机结合. .33谢谢观赏2019-8-18五、学习方法五、学习方法（一）相关基础课程植物学；无机与有机化学，分析化学；生物化学；细胞生物学等。34谢谢观赏2019-8-18(二二)学习方法学习方法1.弄清基本概念与定义；弄清基本概念与定义；2.了解主要结论的试验证据与背景；了解主要结论的试验证据与背景；3.代谢环节的关键步骤要记
26、住；代谢环节的关键步骤要记住；4.弄清各个代谢环节之间的关系；弄清各个代谢环节之间的关系；5.学会用限制因子的概念来分析复杂的生理问题；学会用限制因子的概念来分析复杂的生理问题；6.学会用植物生理学的知识分析复杂的农业生产问题；学会用植物生理学的知识分析复杂的农业生产问题；7.学会提出问题，必要时，带着问题学习或复习学会提出问题，必要时，带着问题学习或复习35谢谢观赏2019-8-18(三三)教材与参考书教材与参考书教材：教材：植物生理学植物生理学第二版第二版 王王 忠忠 主编主编 中国农业出版社，中国农业出版社，2009参考教材：参考教材：1.植物生理学植物生理学，潘瑞炽主编（第六版），高等
27、教育出版社，潘瑞炽主编（第六版），高等教育出版社，20082.植物生理学植物生理学，武维华主编，科学出版社，武维华主编，科学出版社，20033. 植物生理学植物生理学，李合生，李合生 主编，高等教育出版社，主编，高等教育出版社，20024.植物生理学植物生理学，李德全等编，中国农业科技出版社，李德全等编，中国农业科技出版社，199936谢谢观赏2019-8-18(四四)考评方法考评方法总评成绩：总评成绩：100分分 平时成绩平时成绩：40% 期末考试期末考试：60% 出勤出勤课堂提问（课后复习）课堂提问（课后复习）课后作业（含实践性）课后作业（含实践性） 小论文小论文（题目待定；含演讲）（题目待定；含演讲）章后测验章后测验37谢谢观赏2019-8-18(五五)关于作业关于作业格式格式： A4-活页纸活页纸 （定时，定规格统一上交过后不收！）（定时，定规格统一上交过后不收！） 首页表头左上角左上角: 姓名， 班级班级，学号学号上交方式上交方式： 统一交各班课代表，由课代表统一交各班课代表，由课代表 按序列号按序列号整理好后，交任课教师整理好后，交任课教师 。38谢谢观赏2019-8-18
