1、植物生理学植物生理学南京农业大学植物保护学院南京农业大学植物保护学院田艳丽田艳丽绪绪 论论一、植物生理学的定义和研究内容一、植物生理学的定义和研究内容 1什么是植物生理学 植物生理学植物生理学是研究植物生命活动规律或原理的科学。植物生理学研究的对象对象各种植物，主要是高等植物。植物的生命活动包括四个方面植物的生命活动包括四个方面:2植物生理学研究的内容内容 物质代谢：物质代谢：植物体内各种物质的合成、分解及其相互转换。能量代谢：能量代谢：植物体内能量的吸收、转换及贮藏。形态建成形态建成：植物个体的产生、发展、生殖、衰老、死亡。信息传递：信息传递：植物感受外界信息。上列内容分为四部分：上列内容分
2、为四部分：细胞结构与功能。细胞结构与功能。它是各种生理活动与代谢过程的组织基础。营养与代谢生理。营养与代谢生理。主要包括光合作用、呼吸作用、水分生理、矿质营养、有机物质运输与分配、细胞信号转导、植物生长物质等各种功能、机制与环境条件的关系。生长发育生长发育。它是各种功能与代谢活动的综合反映，包括生长、分化、发育与成熟、休眠与衰老及其调控。逆境生理。逆境生理。包括植物在逆境条件下的生理反应、抗逆性等。这4个部分相互联系构成了植物生理学的整体。二、植物生理学的发展阶段二、植物生理学的发展阶段 植物生理学是一门实验性学科，它从植物学这门古老的学科中分化而来，随着生产力的发展以及其它基础学科的发展而发
3、展。其发展经历了以下三个阶段。三个阶段。第一阶段：第一阶段：植物生理学的奠基（孕育）阶段。该阶段是指从1627年荷兰人凡海尔蒙做柳枝实验开始直到19世纪40年代德国化学家李比希创立矿质营养学说之前，共经历了200多年的时间。第二阶段：植物生理学诞生与成长阶段。第二阶段：植物生理学诞生与成长阶段。该阶段是指从1840年年Liebig建立营养学建立营养学说的建立，到说的建立，到19世纪末萨克斯（世纪末萨克斯（植物生植物生理学讲义理学讲义，1882）和他的学生费弗尔）和他的学生费弗尔（植物生理学植物生理学，1904）的两部植物生）的两部植物生理学专著问世。理学专著问世。经历了半个世纪的时间。这两部著
4、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。这两部著作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。第三阶段：植物生理学的发展阶段。第三阶段：植物生理学的发展阶段。从20世纪初到现在。它逐渐在植物学科中占中心地位，所有各个植物学的分支都离不开植物生理学。主要有：光周期性光周期性的发现。五大类植物激素五大类植物激素的发现。C3途径、途径、C4途径、景天酸代谢途径、途径、景天酸代谢途径、光呼吸、光敏色素光呼吸、光敏色素和钙调素钙调素的发现。组织培养组织培养也取得了飞速发展。我国现代植物生理学的研究起步较晚。罗宗洛、李继侗、汤佩松罗宗
5、洛、李继侗、汤佩松三人是我国植物生理学的奠基人。建国后，殷宏章、沈允钢、汤佩松、娄成后等在作物群体生理、光合作用、呼吸作用、物质运转等方面做了很多工作，有的曾接近于当时国际的先进水平，甚至居于领先的地位。三、植物生理学对农业做出的三、植物生理学对农业做出的贡献贡献(植物生理学的应用植物生理学的应用)1.矿质营养：肥料的基础，复合肥、微肥、叶肥、专用肥，无土栽培。2.光合作用：间作套种、多熟栽培、合理密植、矮秆化、提高光能利用率和高光效育种。3.呼吸作用：果蔬保鲜与储运。4.激素：生长调控、开花结果调控、无性繁殖、插条生根、保鲜与贮藏。5.春化与光周期：栽培、引种和育种。6.组织培养：花药育种、
6、原生质体培养、细胞杂交融合、基因导入、快繁、脱除病毒和植物性药物。7.根源信号转导：节水农业。四、四、21世纪植物生理学的研究世纪植物生理学的研究趋势趋势 1与其他学科交叉渗透，从研究生物大分子到阐明个体生命活动功能、生产应用与环境生态相结合。2对植物信号传递和转导的深入研究，将为揭示植物生理学本质、调控植物生长发育开辟新的途径。3植物生命活动过程中，物质代谢和能量转换的分子机制及其基因表达将是研究的重点。五、学习方法：五、学习方法：1基本概念、原理清楚；2了解主要结论的试验证据与背景；3代谢环节的关键步骤、各个环节之间的关系；4学会用植物生理学的知识分析复杂的农业生产问题；5学会提出问题、解
7、决问题。第一章 植物的水分代谢 目的要求：目的要求：通过本章学习，主要了解植物对水分的吸收、运输及蒸腾的基本原理，认识维持植物水分平衡的重要性，为作物合理灌溉提供理论基础。本章重点：本章重点：1.植物细胞和根系对水分吸收机制。2.植物蒸腾作用的调控、气孔运动机制及其调控。水分的吸收水分的运输水分的利用水分的散失 水是植物的一个重要的先天环境条水是植物的一个重要的先天环境条件件,没有水就没有生命没有水就没有生命,也就没有植物。也就没有植物。植物的水分代谢包括：植物的水分代谢包括：第一节第一节 水分在植物生命活动中的重要性水分在植物生命活动中的重要性一、植物的含水量一、植物的含水量 植物的含水量一
8、般占组织鲜重的70%90%。它随植物种类、植物组织以及外界环境条件而变化。1、不同植物：不同植物：水生植物：在90%以上；中生植物：70%90%；旱生植物：低于中生植物；地衣：6%。2、同一植物生长在不同环境中、同一植物生长在不同环境中,含水量有差异。含水量有差异。3、不同发育时期、不同器官和组织中，含水量不同。、不同发育时期、不同器官和组织中，含水量不同。第一节第一节 水分在植物生命活动中的重要性水分在植物生命活动中的重要性二、二、水在植物生命活动中的重要性水在植物生命活动中的重要性1.水是原生质的主要组分；2.水直接参与植物体内重要的代谢过程；3.水是各种生理生化反应和运输物质的良好介质；
9、4.水能使植物保持固有的姿态；5.细胞分裂和延伸生长都需要足够的水；6.水具有重要的生态意义。三、植物体内水分存在的状态三、植物体内水分存在的状态 1.植物体内水分存在的状态有：自由水自由水：距离胶体颗粒较远，可以自由移动的 水分。束缚水束缚水：较牢固地被细胞胶体颗粒吸附，不易 流动的水分。2.自由水/束缚水比值影响代谢和抗逆性 自由水/束缚水比值高高时，代谢旺盛，旺盛，但抗逆性较强。；自由水/束缚水比值低低时，代谢缓慢，缓慢，但抗逆性较强。第一节第一节 水分在植物生命活动中的重要性水分在植物生命活动中的重要性第二节第二节 植物细胞对水分的吸收植物细胞对水分的吸收 一、一、植物细胞的水势植物细
10、胞的水势 1.1.概念概念 水势水势指每偏摩尔体积水的化学势（差）。即水溶液的化学势（w）与同温同压同一系统中纯水的化学势（w0）之差除以水的偏摩尔体积（Vw）所得的商，用w表示。w VwwVww-w0第二节第二节 植物细胞对水分的吸收植物细胞对水分的吸收 一、一、植物细胞的水势植物细胞的水势 2.2.水势的大小和单位：水势的大小和单位：纯水的水势(w0)最大w0=0，植物细胞的水势都为负值。水势的单位：兆帕（MPa）、帕（Pa）、巴(bar)、大气压(atm)。1巴=0.1MPa=0.987 大气压=105 帕第二节第二节 植物细胞对水分的吸收植物细胞对水分的吸收一、一、植物细胞的水势植物细
11、胞的水势 3植物细胞水势的组分：1)溶质势：溶质势：由于溶质颗粒的存在而引起体系水势降低的数值,又称渗透势。用s表示。s=-P(渗透压)=-iCRT 细胞中含有大量溶质，其溶质势为各溶质势的总和。第二节第二节 植物细胞对水分的吸收植物细胞对水分的吸收 2)压力势压力势：是指由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水势增加的数值，用p表示。原生质吸水膨胀，对细胞壁产生压力，而细胞壁对原生质会产生一个反作用力，这就是细胞的压力势。压力势等于提高了细胞液的水势。细胞压力势一般为正值正值。第二节第二节 植物细胞对水分的吸收植物细胞对水分的吸收 3)衬质势衬质势：由于压力的存在而使体系水势改变的数值，用p表示。
12、原生质吸水膨胀，对细胞壁产生压力，而细胞壁对原生质会产生一个反作用力，这就是细胞的压力势。细胞压力势一般为负值，只有在蒸腾过旺时为正值。第二节第二节 植物细胞对水分的吸收植物细胞对水分的吸收环境状况体积细胞状态pw等渗溶液V1松弛状态，临界质壁分离p0ws低渗溶液V1膨胀状态，细胞吸水p增大ws+p纯水中V最大饱和状态，充分膨胀p-sw0高渗溶液V1萎蔫状态，失水，质壁分离p0w下降 4.4.细胞吸水过程中水势组分细胞吸水过程中水势组分 第二节第二节 植物细胞对水分的吸收植物细胞对水分的吸收一、植物细胞的水势 5.5.相邻细胞水分移动的规律：相邻细胞水分移动的规律：水分总是从水势高高的部位向向
13、水势低低的部位流动流动。第二节第二节 植物细胞对水分的吸收植物细胞对水分的吸收二二、细胞吸水的方式：细胞吸水的方式：方式吸胀吸水吸胀吸水代谢吸水代谢吸水渗透吸水渗透吸水第二节第二节 植物细胞对水分的吸收植物细胞对水分的吸收二二、细胞吸水的方式：细胞吸水的方式：1.1.渗透吸水：渗透吸水：由于w的下降而引起细胞吸水。是含有液泡的细胞吸水的主要方式。渗透作用：渗透作用：水分子（其他溶剂分子）通过半透膜扩散的现象。渗透装置的条件1、具有半透膜2、半透膜两侧具有浓度差渗透装置渗透装置 经过一段时间后，由于水分子可以自由通过半透膜，而蔗糖分子不可以。单位体积内，清水中水分子数多于蔗糖分子中的，因此，单位
14、时间内由清水向蔗糖溶液扩散的水分子数多。故而导致蔗糖溶液的液面升高。蔗糖分子半透膜水分子一个成熟的植物细胞就是一个完整的渗透装置一个成熟的植物细胞就是一个完整的渗透装置细胞壁原生质层原生质层（全透性）原生质层具有选择透过性，近似于半透膜原生质层具有选择透过性，近似于半透膜细胞膜液泡膜细胞质细胞液细胞核细胞壁原生质层原生质层细胞液细胞空腔原生质层和细胞壁分离的现象。原生质层和细胞壁分离的现象。细胞膜液泡膜细胞质 当外界溶液浓度大于细胞液浓度时当外界溶液浓度大于细胞液浓度时(高渗溶高渗溶液），细胞发生质壁分离。液），细胞发生质壁分离。当外界溶液浓度小于细胞液浓度时当外界溶液浓度小于细胞液浓度时（低
15、渗溶液），细胞发生质壁分离复原。（低渗溶液），细胞发生质壁分离复原。第二节第二节 植物细胞对水分的吸收植物细胞对水分的吸收二二、细胞吸水的方式：细胞吸水的方式：2.2.吸胀吸水：吸胀吸水：依赖于低的m而引起的吸水。是无液泡的分生组织和干燥种子细胞的主要吸水方式。原理原理：淀粉、纤维素和蛋白质这些亲水性物质吸水而膨胀。第二节第二节 植物细胞对水分的吸收植物细胞对水分的吸收二二、细胞吸水的方式：细胞吸水的方式：3.3.降压吸水：降压吸水：由p的降低而引发的细胞吸水。蒸腾过旺盛时，可能导致的细胞吸水方式。第三节第三节 植物根系对水分的吸收植物根系对水分的吸收一、根系吸水的部位：一、根系吸水的部位：主
16、要在根尖的根毛区。具体的说是在根尖木质部已成熟的伸长区及邻接伸长区的部分成熟期。地上部也可吸收水分。伸长区伸长区分生区分生区根冠根冠根毛区根毛区第三节第三节 植物根系对水分的吸收植物根系对水分的吸收二、根系吸水的方式：二、根系吸水的方式：1.主动吸水主动吸水：由于根本身的生理活动引起的植物吸收水分的现象，与地上部无关。其动力是根压。2.被动吸水被动吸水：由于地上部的蒸腾作用而引起的根部吸水，被动吸水的动力是蒸腾拉力。第三节第三节 植物根系对水分的吸收植物根系对水分的吸收三三.根系吸水的机理：根系吸水的机理：.主动吸水的机理：主动吸水的动力动力是根压：根压根压：指植物根系的生理活动使液流从根部上
17、升的压力。伤流和吐水是证实证实根压存在的两种生理现象。吐水：吐水：未受伤的叶片尖端或边缘向外溢出液滴的现象，是由根压引起的。伤流：伤流：是指从受伤或折断的植物组织溢出液体的现象。伤流是根压引起的。第三节第三节 植物根系对水分的吸收植物根系对水分的吸收三三.根系吸水的机理：根系吸水的机理：.主动吸水的机理主动吸水的机理 第三节第三节 植物根系对水分的吸收植物根系对水分的吸收三三.根系吸水的机理：根系吸水的机理：.主动吸水的机理：主动吸水的机理：根压产生的机理 第三节第三节 植物根系对水分的吸收植物根系对水分的吸收三三.根系吸水的机理：根系吸水的机理：.被动吸水的机理被动吸水的机理被动吸水的动力是
18、蒸腾拉力 第三节第三节 植物根系对水分的吸收植物根系对水分的吸收三三.根系吸水的机理：根系吸水的机理：主动吸水各被动吸水所占的比例 第三节第三节 植物根系对水分的吸收植物根系对水分的吸收四、影响根系吸水的土壤条件四、影响根系吸水的土壤条件 1.1.土壤通气状况：土壤通气状况：通气状况良好，有利于根吸水；2.2.土壤温度：土壤温度：适宜的温度范围内土温愈高，根系吸水愈多；3.土壤溶液浓度：土壤溶液浓度：根细胞水势小于土壤水势有利于根系吸水 第四节第四节 植物的植物的蒸腾作用蒸腾作用一、一、概念：概念：蒸腾作用蒸腾作用指水分从植物地上部分以水蒸汽状态向外散失的过程叫蒸腾作用。蒸腾作用蒸腾作用与蒸发
19、蒸发不同，它是一个生理过程，受植物体结构和气孔行为的调节。第四节第四节 植物的植物的蒸腾作用蒸腾作用二、二、蒸腾作用的生理意义蒸腾作用的生理意义 1.蒸腾作用是植物对水分吸收和运输的一个主要动力；2.蒸腾作用促进植物对矿物质的吸收和运输；3.蒸腾作用能降低植物体和叶片的温度；4.蒸腾作用的正常进行，气孔开放，有利于光合作用中CO2固定。第四节第四节 植物的植物的蒸腾作用蒸腾作用三、三、蒸腾的器官：蒸腾的器官：叶片（主要）叶片（主要）茎及地上部其它器官。茎及地上部其它器官。第四节第四节 植物的植物的蒸腾作用蒸腾作用四、四、蒸腾的方式：蒸腾的方式：气孔蒸腾（主要）气孔蒸腾（主要）角质蒸腾角质蒸腾
20、皮孔蒸腾皮孔蒸腾 第四节第四节 植物的植物的蒸腾作用蒸腾作用五、气孔蒸腾五、气孔蒸腾.气孔的形态结构和特点形态结构和特点:气孔数目多，分布广。气孔数目，大小，分布因植物种类和生长环境而异。气孔的面积小，蒸腾速率遵循小孔律。保卫细胞的体积小，膨压变化迅速。保卫细胞具有多种细胞器，特别是含有叶绿体，对气孔开闭有重要作用。保卫细胞具有不均匀加厚的细胞壁及微纤丝结构。保卫细胞与周围细胞联系紧密，便于物质及水分的交流。第四节第四节 植物的植物的蒸腾作用蒸腾作用2.2.气孔开闭的机理：气孔开闭的机理：1)1)淀粉淀粉-糖转化学说。糖转化学说。在光下，光合作用消耗了CO2，于是保卫细胞细胞质pH增高到7，淀
21、粉磷酸化酶催化正向反应，使淀粉水解为葡萄糖-1-磷酸，引起保卫细胞渗透势下降，水势降低，从周围细胞吸取水分，保卫细胞膨大，气孔张开。反之，即在黑暗中，气孔关闭。第四节第四节 植物的植物的蒸腾作用蒸腾作用2.2.气孔开闭的机理：气孔开闭的机理：2)离子泵学说。第四节第四节 植物的植物的蒸腾作用蒸腾作用2.2.气孔开闭的机理：气孔开闭的机理：3)苹果酸代谢学说。第四节第四节 植物的植物的蒸腾作用蒸腾作用六、六、影响蒸腾作用的外界因素影响蒸腾作用的外界因素 1.1.光：光：光促进气孔的开启，蒸腾增加。2.2.水分状况：水分状况：足够的水分有利于气孔开放，过多的水分反而使气孔关闭。3.3.温度：温度：
22、气孔开度一般随温度的升高而增大，但温度过高失水增大也可使气孔关闭。4.4.风：风：微风有利于蒸腾，强风蒸腾降低。5.CO2浓度：浓度：CO2浓度低促使气孔张开，蒸腾增强。第四节第四节 植物的植物的蒸腾作用蒸腾作用七、七、蒸腾作用的指标：蒸腾作用的指标：.蒸腾强度蒸腾强度：又叫蒸腾速度、蒸腾率，即一定时间内单位叶面积上蒸腾的水量。一般用每小时每平方米蒸腾水量的克数来表示。2.蒸腾效率蒸腾效率：亦称蒸腾比率，指植物消耗每千克水所形成的干物质的克数。3.蒸腾系数蒸腾系数：亦称需水量，指植物制造一克干物质所需要水分的克数。蒸腾系数与蒸腾效率互为倒数关系。第四节第四节 植物的植物的蒸腾作用蒸腾作用八、八
23、、降低蒸腾的途径：降低蒸腾的途径：1.减少蒸腾面积；2.改善植物生态环境；3.应用抗蒸腾剂。第五节第五节 植物体内水分的运输植物体内水分的运输一、水分运输的途径：一、水分运输的途径：土壤水分 根毛 皮层 内皮层 木质部薄壁细胞 茎的导管 叶脉导管 叶肉细胞 气孔下腔 气孔 大气。第五节第五节 植物体内水分的运输植物体内水分的运输一、水分运输的途径：一、水分运输的途径：土壤水分土壤水分根毛根毛皮层皮层内皮层木质部薄壁细胞茎的导管叶脉导管叶肉细胞气孔下腔气孔大气二、水分运输的动力：二、水分运输的动力：上端原动力上端原动力蒸腾拉力 下端原动力下端原动力根压 中间原动力中间原动力水分子间的内聚力及导管
24、壁附着力。内聚力学说内聚力学说认为维持导管中水柱连续不断的原因是水分子的内聚力大于水柱的张力。EvaporationCohesionUptakeWater molecules are“sticky”第六节合理灌溉的生理基础第六节合理灌溉的生理基础一、作物的需水规律一、作物的需水规律.不同作物对水分的需要量不同；.同一作物不同生育期对水分的需要量不同；.作物的水分临界期；水分临界期水分临界期指植物对水分不足特别敏感的时期。第六节第六节 合理灌溉的生理基础合理灌溉的生理基础二、二、灌溉的原则：灌溉的原则：适时、适量、高质、高效 三、灌溉的最适时期三、灌溉的最适时期：水分临界期，最大需水期。第六节第
25、六节 合理灌溉的生理基础合理灌溉的生理基础四、四、灌溉的指标灌溉的指标 1.土壤指标土壤指标：田间持水量低于60%-80%时需灌溉。2.形态指标形态指标：幼嫩茎叶凋萎；茎叶转深或变红；植株生长速度下降。3.生理指标生理指标：细胞汁液浓度，叶片渗透压，叶片水势，气孔开度，气孔阻力。作物的需水规律。第六节第六节 合理灌溉的生理基础合理灌溉的生理基础五、五、灌溉的需水量：灌溉的需水量：可通过蒸腾系数和田间蒸发量估算。六、六、灌溉的方式：灌溉的方式：漫灌、沟灌、喷灌、滴灌七、灌溉增产的原因：七、灌溉增产的原因：生理效应生态效应第二章第二章 植物的矿质与氮素营养植物的矿质与氮素营养目的要求：目的要求：通
26、过本章学习主要了解植物生命活动中必需矿质的重要生理作用及缺素诊断，植物对矿质 元素吸收利用特点及吸收机制，为合理施肥提供理论基础。本章重点：本章重点：1.N、P、K、Ca、Fe、B、Zn的重要生理作用及缺素症。2.根系吸收矿质的特点。3.细胞吸收矿质的机制。第一节第一节 植物体内的必需元素植物体内的必需元素一、植物体内的元素一、植物体内的元素植物材料水分干物质有机物灰分105C600C（10%95%）（5%90%）（90%95%）（5%10%）挥发残留第一节第一节 植物体内的必需元素植物体内的必需元素二、植物体内的必需元素二、植物体内的必需元素 必需元素必需元素是指在植物完成生活史中，起着不可
27、替代的直接生理作用的、不可缺少的元素。1.判断必需元素的标准。判断必需元素的标准。缺乏该元素，植物生长发育受阻，不能完成其生活史。缺乏该元素，植物表现出专一的病症，加入该元素可使这种缺素病症消失。该元素在植物营养生理上有直接的效果，而不是由于对土壤的物理、化学、微生物条件的改善而产生的间接效果。第一节第一节 植物体内的必需元素植物体内的必需元素二、植物体内的必需元素二、植物体内的必需元素 2.植物生长必需的元素有植物生长必需的元素有16种，根据植物需要种，根据植物需要的多寡将其分为大量元素和微量元素。的多寡将其分为大量元素和微量元素。（1）大量元素大量元素C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S
28、。它们约占植物体干重的0.01%10%。（2）微量元素微量元素Fe、B、Mn、Zn、Cu、Mo、Cl。约占植物体干重的10-5%10-3%。第一节第一节 植物体内的必需元素植物体内的必需元素二、植物体内的必需元素二、植物体内的必需元素 3.有益元素：有益元素：某种元素并非植物必需的，但常在植物体内存在，对植物生长发育生理功能表现有利作用，并能部分代替某一必需元素的作用，减缓缺素症的元素。如Ni(也有的将其视为必需元素)，Na，Si，Co，Se，Al，稀土元素等。第一节第一节 植物体内的必需元素植物体内的必需元素三、植物必需元素的生理功能三、植物必需元素的生理功能 1.是细胞结构物质的组成成分。
29、2.是生命活动的调节者。3.起电化学作用。第一节第一节 植物体内的必需元素植物体内的必需元素四、必需元素的缺素症状四、必需元素的缺素症状。第二节第二节 植物细胞对溶质的吸收植物细胞对溶质的吸收 植物细胞吸收矿质元素的方式有两类:方式被动吸收主动吸收第二节第二节 植物细胞对溶质的吸收植物细胞对溶质的吸收一、被动吸收：一、被动吸收：概念概念：被动吸收指由于扩散作用或其他物理过程而进行的吸收，是不消耗代谢能量的吸收过程，亦称非代谢吸收。类型：类型：扩散作用：分了或离子沿着化学势或电化学势梯度转 移的现象。协助扩散：小分了物质经膜转运蛋白顺浓度梯度或电化学梯度跨膜的转运。第二节第二节 植物细胞对溶质的
30、吸收植物细胞对溶质的吸收一、被动吸收：一、被动吸收：1.扩散作用扩散作用:杜南平衡杜南平衡：细胞内的可扩散负离子和正离子浓度的乘积等于细胞外可扩散正、负离子浓度乘积时的平衡，叫杜南(道南)平衡。Na1+Cl1-Na0+Cl0-。第二节第二节 植物细胞对溶质的吸收植物细胞对溶质的吸收 植物细胞吸收矿质元素的方式有两类:一、被动吸收：一、被动吸收：2.协助扩散：协助扩散：膜转运蛋白可分为两大类：离子通道载体离子通道载体第二节第二节 植物细胞对溶质的吸收植物细胞对溶质的吸收二、主动吸收：二、主动吸收：概念：主动吸收主动吸收是指细胞利用呼吸释放的能量作功而逆着电化学势梯度吸收离子的过程。ATP酶 共转
31、运 类型第二节第二节 植物细胞对溶质的吸收植物细胞对溶质的吸收二、主动吸收：二、主动吸收：1.ATP酶和载体酶和载体第二节第二节 植物细胞对溶质的吸收植物细胞对溶质的吸收1.ATP酶和载体第二节第二节 植物细胞对溶质的吸收植物细胞对溶质的吸收二、主动吸收二、主动吸收：2.共转运共转运 2.共转运共转运 第三节第三节 植物对矿质的吸收及运输植物对矿质的吸收及运输一、一、吸收部位：吸收部位：叶片根系根毛区为主第三节第三节 植物对矿质的吸收及运输植物对矿质的吸收及运输二、根系吸收矿质的特点：二、根系吸收矿质的特点：1.1.对矿质和水分的相对吸收；对矿质和水分的相对吸收；第三节第三节 植物对矿质的吸收
32、及运输植物对矿质的吸收及运输二、根系吸收矿质的特点：二、根系吸收矿质的特点：2.对离子的吸收具有选择性；生理酸性盐：生理酸性盐：对于(NH4)2SO4一类盐，根对NH吸收多于和快于SO42-，故溶液中留存许多SO42-，导致溶液变酸，这种盐类叫生理酸性盐。生理碱性盐生理碱性盐：对于NaNO3一类盐，植物吸收NO3-较Na+多而快，这种选择吸收的结果使溶液变碱，故称这类盐为生理碱性盐。生理中性盐生理中性盐：对于NH4NO3-一类的盐，植物吸收其阴离子与阳离子的量几乎相等，不改变周围介质的pH值，故称这类盐为生理中性盐。第三节第三节 植物对矿质的吸收及运输植物对矿质的吸收及运输二、根系吸收矿质的特
33、点：二、根系吸收矿质的特点：3.单盐毒害及离子颉颃；单盐毒害溶液中只有一种金属离子对植物起毒害作用的现象 离子拮抗在发生单盐毒害的溶液中加入少量其他金属离子，即能减弱或消除这种单盐毒害，离子间的这种作用称为离子颉颃，也称离子对抗或离子拮抗。第三节第三节 植物对矿质的吸收及运输植物对矿质的吸收及运输二、根系吸收矿质的特点：二、根系吸收矿质的特点：4.平衡溶液 在含有适当比例的多种盐溶液中，各种离子的毒害作用被消除，植物可以正常生长发育，这种溶液称为平衡溶液 第三节第三节 植物对矿质的吸收及运输植物对矿质的吸收及运输三、根系吸收矿质的过程三、根系吸收矿质的过程土壤养分根表养分植物体内养分第一步第二
34、步三、根系吸收矿质三、根系吸收矿质的过程的过程1.离子被吸附在根系细胞的表面离子交换接触交换第三节第三节 植物对矿质的吸收及运输植物对矿质的吸收及运输三、根系吸收矿质的过程三、根系吸收矿质的过程2.离子进入根部导管质外体途径（自由空间）共质体途径第三节第三节 植物对矿质的吸收及运输植物对矿质的吸收及运输四、影响根系吸收矿质的因素四、影响根系吸收矿质的因素1.温度2.通气状况3.土壤溶液浓度4.土壤pH第三节第三节 植物对矿质的吸收及运输植物对矿质的吸收及运输五、叶片对矿质的吸收五、叶片对矿质的吸收 根外营养根外营养 植物除了根部吸收矿质元素外，地上部分主要是通过叶片吸收矿质营养的过程。方式：气
35、孔，角质层气孔，角质层 影响因素：内因 外因 保证溶液附着在叶面上溶液在叶片下停留的时间温度呼吸作用第三节第三节 植物对矿质的吸收及运输植物对矿质的吸收及运输六、矿质元素在植物体内的运输六、矿质元素在植物体内的运输1.1.运输的形式运输的形式N：主要以酰胺和氨基酸，少量以硝酸盐形式P：主要以磷酸盐形式，也可磷酰胆碱形式S：主要以硫酸根形式，少数以蛋氨酸形式金属离子形式第三节第三节 植物对矿质的吸收及运输植物对矿质的吸收及运输六、矿质元素在植物体内的运输六、矿质元素在植物体内的运输2.2.运输的途径运输的途径 短距离通过共质体和质外体。长距离通过木质部。第四节第四节 氮的同化氮的同化一、植物的氮
36、源一、植物的氮源空气 N2土壤无机氮化物有机氮化物（氨基酸、尿素等）氨态氮硝态氮第四节第四节 氮的同化氮的同化二、硝酸盐的还原二、硝酸盐的还原硝酸盐硝酸盐还原酶亚硝酸盐氨亚硝酸盐还原酶第四节第四节 氮的同化氮的同化二、硝酸盐的还原二、硝酸盐的还原第四节第四节 氮的同化氮的同化二、硝酸二、硝酸盐的还盐的还原原第四节第四节 氮的同化氮的同化三、氨的同化三、氨的同化第四节第四节 氮的同化氮的同化三、三、氨氨的的同同化化第五节第五节 合理施肥的生理基础合理施肥的生理基础一、作物需肥特点一、作物需肥特点1.不同作物或同一作物的不同品种需肥情况不不同作物或同一作物的不同品种需肥情况不同。同。如禾谷类作物小
37、麦需氮肥较多，同时要供给足够的磷、钾肥。2.作物不同，需肥形态不同。作物不同，需肥形态不同。如水稻宜施铵态氮，而不宜施硝态氮。3.同一作物在不同生育期需肥不同。同一作物在不同生育期需肥不同。一般开花结实期，对矿质元素吸收达高峰。第五节第五节 合理施肥的生理基础合理施肥的生理基础二、施肥的指标二、施肥的指标 1.土壤营养丰缺指标土壤营养丰缺指标 2.作物营养丰缺指标作物营养丰缺指标形态指标生理指标长相叶色体内养分状况叶绿素含量酰胺和淀粉含量酶活性第五节第五节 合理施肥的生理基础合理施肥的生理基础三、发挥肥效的措施三、发挥肥效的措施 1.肥水配合，充分发挥肥效；2.深耕改土，改良土壤环境；3.改善
38、光照条件，提高光合效率；4.改革施肥方式，促进作物吸收。第三章第三章 植物的光合作用植物的光合作用 目的要求：目的要求：通过本章学习，主要了解绿色植物光合作用机制、C3植物和C4植物的光合特性、环境因素对光合作用的影响、作物光能利用率低的原因及其提高途径。本章重点：本章重点：1、影响叶绿素合成和破坏的原因。2、C3植物和C4植物叶片解剖结构和光合生理特点。3、影响光合作用的因素。4、植物光合作用与作物产量。5、植物对光能的利用。第一节第一节 光合作用的意义和研究历史光合作用的意义和研究历史一、光合作用的概念一、光合作用的概念1.定义：光合作用光合作用是绿色植物利用光能，把CO2和H2O同化为有
39、机物，并释放O2的过程。光CO2+2H2O (CH2O)+O2+H2O 光合细胞第一节第一节 光合作用的意义和研究历史光合作用的意义和研究历史一、光合作用的概念一、光合作用的概念 光6CO2+6H2O (C6H12O6)+O2 光合细胞基本公式第一节第一节 光合作用的意义和研究历史光合作用的意义和研究历史一、光合作用的概念一、光合作用的概念光合作用的部位植物的绿色部分(叶茎果等),主要是叶片.细胞中的叶绿体第一节第一节 光合作用的意义和研究历史光合作用的意义和研究历史一、光合作用的概念一、光合作用的概念光合作用的原料CO2 来自于空气H2O 来自于土壤光合作用的产物C6H12O6 O2第一节第
40、一节 光合作用的意义和研究历史光合作用的意义和研究历史一、光合作用的概念一、光合作用的概念光合作用的能源可见光中380-720nm波长光第一节第一节 光合作用的意义和研究历史光合作用的意义和研究历史一、光合作用的概念一、光合作用的概念光合作用的特点是一个氧化还原反应1.水被氧化为分子态氧,2.二氧化碳被还原到糖水平3.同时发生日光能的吸收,转化和贮藏第一节第一节 光合作用的意义和研究历史光合作用的意义和研究历史二、光合作用的意义二、光合作用的意义 (1)是制造有机物质的主要途径；(2)大规模地将太阳能转变为贮藏的化 学能，是巨大的能量转换系统；(3)吸收CO2，放出O2，净化空气，是大气中氧的
41、源泉。第一节第一节 光合作用的意义和研究历史光合作用的意义和研究历史三、光合作用的研究历史：三、光合作用的研究历史：1 光合作用总反应式确定 2 光反应和暗反应；3 光合单位 4 两个光系统。第一节第一节 光合作用的意义和研究历史光合作用的意义和研究历史1 光合作用总反应式确定光合作用总反应式确定（1）细菌光合作用）细菌光合作用 光 CO2+2H2S (CH2O)+O2+H2O 光合细菌 光 CO2+2HOOCCH2CH2COOH 2HOOCCH=CHCOOH+O2+H2O 光合细菌 光 CO2+2H2A (CH2O)+2A+H2O 光合细菌第一节第一节 光合作用的意义和研究历史光合作用的意义
42、和研究历史三、光合作用的研究历史：三、光合作用的研究历史：（2）希尔反应和希尔氧化剂；）希尔反应和希尔氧化剂；4Fe3+2H2O 4Fe2+4H+O2(3)18O的研究:希尔氧化剂第一节第一节 光合作用的意义和研究历史光合作用的意义和研究历史三、光合作用的研究历史：三、光合作用的研究历史：（2）光反应和暗反应；第一节第一节 光合作用的意义和研究历史光合作用的意义和研究历史三、光合作用的研究历史：三、光合作用的研究历史：(3)光合单位光合单位(4)两个光系统。两个光系统。A good summary.第二节第二节 叶绿体与光合色素叶绿体与光合色素一、叶绿体与光合色素一、叶绿体与光合色素(一一)结
43、构与成分结构与成分 被膜 外膜 内膜 间质：(含可溶性蛋白质，酶类，DNA，RNA 核糖体等)类囊体(基粒)基粒片层 间质片层Movie第二节第二节 叶绿体与光合色素叶绿体与光合色素(二二)叶绿体色素叶绿体色素1、种类种类 叶绿素 叶绿素a，兰绿色 叶绿素b，黄绿色 类胡萝卜素 胡萝卜素(、)橙黄色 叶黄素 黄色 藻胆素 藻红蛋白(仅存在于红藻、蓝藻中)藻蓝蛋白胡萝卜素和叶黄素结构胡萝卜素和叶黄素结构第二节第二节 叶绿体与光合色素叶绿体与光合色素(二二)叶绿体色素叶绿体色素2.吸收光谱：吸收光谱：叶绿素叶绿素a和和b的吸收光谱主要在兰紫光兰紫光区和红光红光区 胡萝卜素和叶黄素胡萝卜素和叶黄素在
44、兰紫光兰紫光区，它们都不吸收绿光，所以叶片主要为绿色。叶绿素叶绿素a和和b吸收光谱：第二节第二节 叶绿体与光合色素叶绿体与光合色素胡萝卜素和叶黄素吸收光谱第二节第二节 叶绿体与光合色素叶绿体与光合色素(二二)叶绿体色素叶绿体色素 3.荧光与磷光：荧光与磷光：叶绿素溶液在透射光下为翠绿色，在辐射光下呈现棕红色，称为荧光现象荧光现象；荧光出现后，立即中断光源，继续辐射出极微弱的红光，这种光称为磷光磷光，这种现象称为磷光现象磷光现象。荧光与磷光荧光与磷光：皂化反应皂化反应H、Cu取代第二节第二节 叶绿体与光合色素叶绿体与光合色素(二二)叶绿体色素叶绿体色素 4.生物合成：生物合成：以谷氨酸和-酮戊二
45、酸为原料，经一系列酶的催化，首先形成无色的原叶绿素，然后在光下被还原成叶绿素。生物生物合成合成途径途径第二节第二节 叶绿体与光合色素叶绿体与光合色素 (二二)叶绿体色素叶绿体色素 5.影响叶绿素合成的条件：（1）光照 （2）温度 （3）矿质元素 （4）水分 （5）O2第二节第二节 叶绿体与光合色素叶绿体与光合色素(二二)叶绿体色素叶绿体色素6.叶色变化：叶色变化：决定于叶绿素含量，间接反映植株的营养水平和生长发育状况，生产上常以此作为氮肥施用的指标以及高产栽培的指标之一。第三节第三节 原初反应原初反应光能电能活跃的化学能稳定的化学能量子电子ATPNDAPH2碳水化合物等原初反应电子传递碳同化能
46、量变化能量物质转变过程PS，PS光合磷酸化类囊体类囊体膜叶绿体间质反应部位第三节第三节 原初反应原初反应光能的吸收光能的吸收光能的传递光能的传递光能的转化光能的转化第三节 原初反应第四节第四节 电子传递和光合磷酸化电子传递和光合磷酸化一、电子传递：一、电子传递：1.光合链光合链：光合作用的光反应是由光系统和光系统这两个光系统启动的，两个光系统由电子传递链连接起来。连接两个光反应的排列紧密而互相衔接的电子传递物质称为光合链。光合链的特点光合链的特点电子传递链主要由光合膜上的 PS、Cytb6/f、PSI三个复合体串联组成。电子传递有二处是逆电势梯度，这种逆电势梯度的“上坡”电子传递均由聚光色素复
47、合体吸收光能后推动，而其余电子传递都是顺电势梯度进行的。水的氧化与PS 电子传递有关，NADP+的还原与 PSI电子传递有关。PQ是双电子双H+传递体，它伴随电子传递，把H+传递类囊体膜内，造成类囊体内外的H+电化学势差，推动ATP形成。2.电子传递体的组成与功能2.电子传递体的组成与功能电子传递体的组成与功能ATP 4.电子传递的类型电子传递的类型 1)非环式电子传递 2)环式电子传递 3)假环式电子传递 5.光合放氧光合放氧第四节第四节 电子传递和光合磷酸化电子传递和光合磷酸化二、光合磷酸化二、光合磷酸化1.类型类型2.机理机理环式光合磷酸化非环式光合磷酸化假环式光合磷酸化第四节第四节 电
48、子传递和光合磷酸化电子传递和光合磷酸化二、光合磷酸化二、光合磷酸化3.ATP复合 电子传递抑制剂电子传递抑制剂4.光合磷酸化抑制剂光合磷酸化抑制剂 解偶联剂解偶联剂 ATP酶抑制剂酶抑制剂5.光合磷酸化和氧化磷酸化比较光合磷酸化和氧化磷酸化比较光合磷酸化与氧化磷酸化的异同光合磷酸化与氧化磷酸化的异同项 目相同点不同点光合磷酸化氧化磷酸化进行部位均在膜上进行类襄体膜线粒体内膜ATP形成均经ATP合成酶形成在膜外侧在膜内侧电子传递均有一系列电子传递体在光合链上在呼吸链上能量状况均有能量转换来自光能的激发，贮藏能量来自底物的分解，释放能量H2O的关系均与H2O有关H2O的光解H2O的生成质子泵均有质
49、子泵产生PQ穿梭将H+泵到膜内UQ穿梭将H+泵到膜外 第五节第五节 碳同化碳同化1.C3循环循环(光合碳循环，卡尔文循环光合碳循环，卡尔文循环)：在所有植物中进行。如：水稻、小麦、棉花等大多数植物为C3植物，只有该途径。(1)羧化阶段：Rubisco 3RuBP+3CO2+3H2O 6PGA+6H+(2)还原阶段(3)再生阶段riceRUBP羧化酶http:/www.rcsb.org/pdb/molecules/pdb11_2.htmlRibulose 1-5 phosphate carboxylase oxygenaseCalvin cycleMovie(二)C3循环的调节循环的调节1.自动
50、催化作用自动催化作用(二二)C3循环的调节循环的调节2.光调节作用光调节作用 1)微环境调节 2)效应物调节(二二)C3循循环的调环的调节节2.光调节光调节作用作用 (二二)C3循循环的调环的调节节3.光合产物输出速率的调节2.C4循环(C4一二羧酸途径)：在C4植物中进行。如玉米、高梁、甘蔗等植物。1.C4植物的发现2.C4植物结构特点3.C4植物的反应过程(1)羧化阶段：(2)还原或转氨阶段(3)脱羧阶段(从叶肉细胞转移到维管束鞘细胞，然后脱去CO2，参加卡尔文循环)(4)再生阶段C4 how it worksCreates high conc of CO2 Has PEPcarboxyl
