21世纪植物生理学研究发展趋势小总结.doc

21世纪植物生理学研究发展趋势小总结 院（系）：农业与生物技术学院 专 业：生物科学 班 级：09级（2）班 姓 名：苏海亮 学 号：09120221621世纪植物生理学研究发展趋势植物生理学其目的在于认识植物的物质代谢、能量转化和生长发育等的规律与机理、调节与控制以及植物体内外环境条件对其生命活动的影响。包括光合作用、植物代谢、植物呼吸、植物水分生理、植物矿质营养、植物体内运输、生长与发育、抗逆性和植物运动等研究内容。植物生理学的发展趋势主要表现在与分子生物学等科学交叉渗透，机理研究和调节控制探讨不断深入，从微观到宏观不同层次的研究并重以及应用范围逐渐扩大等方面。植物生理学是研究植物生命活动规律的科学，已经历了100多年的发展。从近年获得的成果推测，植物生理学研究形成了以下四个方面的发展趋势或动向： 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 随着分子生物学、分子生态学和分子进化论等领域的发展，提出了人、动物、植物和微生物的基因组计划。从总体上说，生命科学的微观研究仍在不断深化。从对生命现象的完整认识来说，呈现出从“分子生物学”到“整合生物学”的整合趋势。从单个基因的研究发展到基因组研究，并及时提出后基因组计划，强调功能基因组的研究和蛋白质组的研究。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。 2、生命的能量和物质基础代谢及调节 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。 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。 3、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化学和物理信号感受、胞内第二信使系统、胞间信号传递等方面。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。“脱落酸信号转导”、“在苔藓发育中激素诱导的信号转导”和“激素信号转导的遗传分析”等有关信号转导的课题，已成为有关研究的重点。 4、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。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，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学研究室，研究植物重要防卫化合物的生物合成；分子生态研究室，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。植物生理学的产生和发展，决定于生产的发展和其它学科的发展，而植物生理学的发展又反过来促进农、林业等生产的发展。展望前景，一方面是植物生理学本身的发展，另一方面是植物生理学的应用。展望环境保护，防止污染，也涉及植物生理学研究。如用植物固沙防风、净化水源等。70年代提出，由于工业发展，化石燃料燃烧量大,空气中C显著增加以致影响气候，增加植物光合来吸收C是对策之一。 最近更突出的问题是新能量来源的开发。由于古代留存的化石燃料资源总有枯竭的一天，各国对于寻求可以更新的能源均很重视。现时地球上捕获转化太阳能的最重要的途径还是绿色植物的光合作用,每年能固定31021焦耳，虽然它只是落在地球上日光能总量的千分之一不到，但已经10倍于世界上每年的能量消耗。提出的办法如：利用现有的植物残渣制成沼气，在中国很多地方已经推广应用；使植物产物发酵制造酒精，在某些国家已大量生产；利用不适于耕种的土地栽植产油脂或碳氢化物的植物以提取燃料；利用藻类或离体的叶绿体在光下产生氢气；用提取的叶绿素及人造的无机半导体物质来模拟分解水来放氢，这些都是从植物生理学研究发展出来的。太阳光能，取之不尽用之不竭。如果能用来产生氢作为燃料，氧化燃烧后又成水，可反复使用，且不会造成污染。溶液培养法（无土栽培法）在阐明植物对养分需要上起过决定性作用，并奠定了施用化肥的理论基础。近几年来溶液培养法已发展成为一种实用的农业生产手段。如前苏联在西伯利亚利用无土栽培法生产饲料，英国则用此法生产花卉，在阿拉伯国家的沙漠地带则用此法在室内种植蔬菜和谷物。我国许多地方近年来也应用无土栽培法生产蔬菜和花卉。植物激素的发现促进了植物生长调节剂的研制和生产，并且广泛应用于农业生产，取得了显著的效果。如杂交水稻制种时保证花期相遇；去雄、疏花、保果、改变株型、改善品质，以及插条生根、打破休眠、延长贮藏期、人工催熟等问题，都可应用植物生长调节剂来解决。此外，有些植物生长物质（如2，4-D）还用作除草剂，能选择性地除去稻田的杂草，以代替田间中耕除草的繁重劳动，因而开辟了农药界的新领域。组织培养技术的理论与应用有很大的发展。由营养芽脱分化为愈伤组织，愈伤组织经过大量繁殖后再分化出许多芽和根，成为许多小苗，这便可大大提高繁殖系数和缩短育苗时间。还可通过组织培养生产某些特殊物质（次生物质）。近年来原生质体的培养取得可喜的进展，已经获得很多再生植株，通过原生质体融合和细胞杂交，并结合常规的选育技术，有可能育出新的植物。另外通过组织培养技术可获得单倍体植株。对试管苗繁殖中的“玻璃化”、激素后效应、遗传稳定性和复壮等问题，有待进一步研究。同时还应用组织培养技术诱导体细胞胚的发生，从体胚培养进入人工种子的研制研究。在离体培养中，可以较好地研究细胞和组织的分化，深入了解植物发育的分子机理。为避免育种工作的盲目性，必须选择那些具有优良农艺性状和经济性状的亲本，构成最佳的遗传组合，以求产生理想的植物体。细胞生理学的现代技术能使单个细胞长成植株，且能操纵体细胞内的遗传物质。无疑，植物生理学与遗传学结合，对人类的未来是非常重要的。认识了植物对自然界的光温反应规律，不仅可以解释植物生长发育的现象，而且还可以预测引种成功的可能性，用人工方法控制植物的开花季节等。光敏素的发现开辟了形态建成的分子基础研究，目前还发现另一调控形态建成的色素隐花色素，两者均为学者们所重视。存在于叶绿体基质中的核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）是地球上主要的可从空气中取得CO2的酶，目前已被作为遗传工程中的一个重要目标，近年来对该酶的晶体结构、反应机构、调节及分子生物学方面研究进展迅速。其次，固氮酶的研究亦已进入分子水平。水分在植物生命活动中扮演着一个非常重要的角色，水分胁迫往往使膜蛋白从膜系统游离下来，导致蛋白质变性聚合。可是正常性种子的细胞却能耐脱水，而顽拗性种子则否，学者们对这个问题感到困惑，近年来对其研究十分活跃。种子品质严重影响到作物产量。当前对种子品质研究的趋向有两个方面：一是从种子萌发潜力（或称生活力）和耐藏性的高低进行研究；另一是寻找种子品质的分子标志。在多次农业及粮食的国际会议讨论中，曾提出十余项迫切的研究任务，其中多项属于植物生理学的范畴，如光合作用与生产、生物固氮、矿质吸收、对不良环境的抗性、对竞争性生物系统的抗性、植物的生长发育与激素等。其余几项如遗传工程、细胞工程、菌根和土壤微生物、大气污染、病虫害的控制等也与植物生理学有关，可见植物生理学是农业现代化的主要基础。光合作用的研究，在解决粮食问题和能源问题两个方面都将发挥巨大作用。甚至还涉及环境保护方面，因为工业发展，石油、煤等的燃烧量大，空气中CO2显著增加，以致影响气候环境，增加光合作用来吸收CO2是对策之一。更为突出的是新能源的开发。地球上捕获、转化太阳能的最主要途径是绿色植物的光合作用，每年能固定31021J，10倍于世界上每年的能量消耗。为此提出如下办法：（1）利用植物残渣制成沼气；（2）使植物产物发酵制造酒精；（3）利用不适于耕种的土地栽植产油脂或碳氢化合物的植物以提取燃料；（4）利用藻类或离体叶绿体在光下产生氢气；（5）用提取的叶绿素及人造的无机半导体物质来摸拟光合作用，分解水放出氢气。这些做法都是根据植物生理学研究发展出来的。太阳能取之不尽，如能用来产生氢气作为燃料，燃烧后生成水，可反复使用，且不会造成污染。地球上的空