植生-1、2章-学生.doc

第一章 绪论一 植物生理学的定义、任务和内容定义：植物生理学（plant physiology)是研究植物生命活动规律、揭示植物生命现象本质的科学。它研究植物的发芽、生长、发育、成熟、生殖和死亡的过程，以及这些过程的生理机制。任务：1、研究正常（一般）或不良（逆境）条件下，植物进行生命活动的规律和机理；2 认识和掌握植物生命活动的规律和机理；3、积极运用植物生命活动的规律为农业生产服务，为人类造福。内容：二 植物生理学的产生、发展和展望（一）产生和发展第一阶段：尚未形成独立的体系之前(孕育时期)主要研究：植物的营养问题时间：1617世纪这一阶段从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。第二阶段：逐渐形成独立的体系(奠基与成长时期)时间：1819世纪这一阶段从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。第三阶段： 发展、分化与壮大时期时间：20世纪初现在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。（二）展望植物生理学发展的大特点：1、研究层次越来越广2、学科之间相互渗透3、理论联系实际4、研究手段现代化三 植物生理学的学习方法第二章 水分代谢植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程，被称为植物的水分代谢。第一节 水分在植物生命活动中的作用一 植物的含水量1 不同种类的植物含水量不同水生植物含水量：90%（鲜重）旱生植物含水量：6%草本植物含水量：7085%木本植物含水量：稍低于草本植物。2 同种植物生长在不同环境中含水量不同荫蔽、潮湿 向阳、干燥环境3 同一植株，不同器官和不同组织的含水量不同根尖、幼苗和绿叶6090 树干4050 休眠芽40 风干种子为814v 生命活动较旺盛的部分，水分含量较多。二 植物体内水分存在的状态束缚态束缚水：靠近原生质胶粒而被吸附不可自由流动的水。自由态自由水：距原生质胶粒较远而可自由活动的水。 原因：三 水分在生命活动中的作用1 水分是原生质的主要成分2 水分是代谢作用过程的反应物质3 水分是植物对物质吸收和运输的溶剂4 水分能保持植物的固有姿态5 水分能起散热降温的作用。第二节 植物细胞对水分的吸收细胞吸水的方式：（原）1 吸涨作用-未形成液泡的细胞2 渗透性吸水-形成液泡的细胞3 代谢性吸水植物细胞吸水的主要三种方式：(新教材)扩散、集流、渗透作用。一、扩散：是指分子的随机热运动所造成的物质从浓度高的区域向浓度低的区域移动，是一种自发过程。扩散是顺农电梯度进行，只适合段距离运输。二、集流：是指液体中成群的原子或分子在压力梯度下共同移动。集流是顺压力梯度进行，与浓度梯度无关。 原因： 水孔蛋白：是一类具有选择性、高效转运水分子的跨膜通道蛋白。 水孔蛋白的结构：通道半径：0.15 0.2nm水孔蛋白的活性：磷酸化和水孔蛋白合成速度的调节三 细胞的渗透性吸水（一）自由能、化学势和水势1 自由能 E=Q（束缚能）+A（自由能） 束缚能：不能用于作功的能量。 自由能：在温度、压力恒定的条件下用于作功的能量。2 化学势：一种物质每摩尔的自由能就是该种物质的化学势。 （每摩尔的某种物质，可以用来做功的能量的度量。）3 水势：水的化学势。是指一个系统中的纯水或溶液中的水，所含有的、可以用来做功的 能量，是以水的化学势来度量的。 （每摩尔水中可以用于做功和发生反应或移动的能量的度量。）（1）单位：巴（P ）(帕)1巴=0.987大气压=106达因/cm2（2）符号：（3）纯水的水势：0巴（4）溶液的水势：为负值（小于0）（原因）（水分的流动是由水势高处流向水势低处。）（二）渗透作用1 渗透作用：指溶剂分子通过半透膜向溶液浓度高的溶液扩散的过程。（水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象。）2 渗透系统：两种不同浓度的溶液被选择透性膜隔开。（三）植物细胞是一个渗透系统1 结构 环境中 原生质层 液泡中的溶液 质膜 的细胞液 中质 液泡膜 2 质壁分离现象质壁分离:植物细胞由于液泡失水，而使原生体和细胞壁分离的现象。此实验可证明：（1）植物细胞是一个渗透系统；（2）判断细胞的活性；（3）测定细胞的渗透性。3 质壁分离复原（四）细胞的水势1 植物细胞水势的组成：由三个势组成w = m + s + p(1)渗透势(osmotic potential) （ s）（溶质势）：定义：指溶液中由于溶质颗粒的存在而使溶液水势降低，降低的这部分水势称之。产生：由于溶质颗粒的存在。大小：决定于溶质颗粒（分子或离子）的总数。呈负值。符号：s与水势的关系：使w下降。（2）压力势定义：指水分进入细胞后，细胞膨胀，对细胞壁产生一种压力，使细胞壁逐渐延伸，但细胞壁的延伸是有一定限度的，因而在延伸的过程中会对内的水分产生一种反压力，使水分从细胞内向外移动。这种由于细胞壁压力的存在而增加的水势，称p。产生：由于细胞壁受膨压作用而产生的反压力。大小：与膨压的作用方向相反，大小相等，呈正值。（ p=0 -质壁分离， p小于0-剧烈蒸腾）（溶液:w = s 因为p= 0） 符号： p与w的关系：使w增加。（3）衬质势定义：是细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水束缚而引起水势降低的值。产生：大小：决定于亲水物质的数量及亲水性，毛细管对自由水分子的束缚能力。呈负值。注意：没有形成液泡的细胞具有一定的m ， 此时细胞吸水能力决定于m 的大小， 即：w=m（s=0、p=0）已形成液泡的细胞（成熟细胞） m 很小可不计。此时细胞w=s+p。符号： m 与水势的关系：使w降低。2 w与s、p随着细胞体积（含水量的变化）的变化而变化（1）当细胞发生质壁分离时：V=1 ； p=0， w=s（最小）（2）当细胞吸水，体积变大时：w=s+p （变大）（3）当细胞吸水饱和时：s = p（绝对植相等）； w=0 （最大）3 细胞吸水决定于细胞的水势大小。（五）细胞间水分的移动多个细胞间水分的流动是由水势高的一端流向水势低的一端。第三节 植物根系对水分的吸收一根系吸水的部位部位：根尖的根毛区(主要在根尖10cm。包括根冠、根毛区、伸长区和分生区, 根毛区的吸水能力最大。)原因：根毛区有许多根毛，增大了吸收面积；根毛细胞壁的外部由果胶质组成，粘性强，亲水性也强，有利于与土壤颗粒粘着和吸水；根毛区的输导组织发达，对水分移动的阻力小。二 根系吸水的途径1、质外体途径2、跨膜途径3、共质体途径三根系吸水的动力（一）根压定义：指植物根系的生理活动使液流从根部上升的压力（由于水势梯度引起水分进入中拄后产生的压力）证据：伤流：从受伤或折断的植物组织溢出液体的现象。吐水：从未受伤叶片尖端或边缘向外溢出液滴的现象。机理：渗透论：根部导管四周的活细胞由于新陈代谢，不断向导管分泌无机盐和有机物，导管的水势下降，而附近活细胞的水势较高，所以水分不断流入导管。（二）蒸腾拉力定义：由于叶片蒸腾失水，而产生一种由枝叶传至根部使液流上升的拉力。证据：插花机理：三影响根系吸水的外界条件土壤中可利用水分根部有吸水的能力，而土壤也有保水的能力(土壤中胶体能吸附一些水分，土壤颗粒表面也吸附一些水分)。根部吸水能力 土壤保水能力，吸水根部吸水能力 土壤保水能力，不吸水植物只能利用土壤中可用水分。土壤的通气状况土壤通气不良使根系吸水量减少。原因： 土壤缺氧和CO2浓度过高 短期内可使细胞呼吸减弱，影响根压，继而阻碍吸水； 时间较长，就形成无氧呼吸，产生和累积较多酒精，根系中毒受伤，吸水更少。温度：温度 呼吸 能量 根压 吸水低温能降低根系的吸水速率原因：水分本身的黏性增大，扩散速率降低；细胞质黏性增大，水分不易通过细胞质；呼吸作用减弱，影响根压；根系生长缓慢，有碍吸水表面的增加。土壤温度过高对根系吸水也不利。原因：高温加速根的老化过程，吸收面积减少，吸收速率也下降。温度过高使酶钝化，影响根系主动吸水。 土壤溶液浓度根系要从土壤中吸水，根部细胞的水势必须 低于 土壤溶液的水势。在一般情况下，土壤溶液浓度较低，水势较 高，根 系吸水；盐碱土则相反；施用化学肥料时不宜过量产生“烧苗”。第四节 植物体内水分的运输一水分运输的途径线路：土壤溶液中的水根毛皮层细胞根的导管（管胞）茎导管叶导管叶肉细胞气孔下室气孔空气。途径：根据原生质的有无分：非质体（质外体）：不含原生质部分，水分可自由扩散。共质体：含原生质部分，水分以渗透性运输，速度较慢。水分在茎、叶的运输（是在细胞内运输）经死细胞运输：导管、管胞。经活细胞运输：叶脉气孔下腔附近叶肉细胞二水分沿导管或管胞上升的动力动力：根压，蒸腾拉力。为什么蒸腾拉力是吸水主要动力？导管中的水柱能否保持连续不断？蒸腾内聚力张力学说：（）内聚力：相同分子之间相互吸引的力量。 (水分子的内聚力很大，20 MPa以上) （）张力：上拉下拖使水柱产生张力。(木质部水 柱张力为0.53 MPa。) 水分子内聚力大于水柱张力，故可使水柱连续不断。水分子与细胞壁分子之间又具有强大的附着力，所以水柱中断的机会很小。（）学说：水分具有较大的内聚力保证由叶至根水柱不断使水分上升。三水分运输的速度 水流经过原生质的速度：10-3 cmh 在木质部导管运输速度： 345 mh 裸子植物管胞水流速度慢， 0.6mh 同一枝条，被太阳直接照射时快。 同一植株，白天快于晚上。 第五节 蒸腾作用植物体内水分的散失蒸腾作用：指水分以气体状态通过植物体的表面（叶片）从体内散失到体外的过程。植物体内水分散失的方式：吐水（液体）；蒸腾作用（气体）一蒸腾作用的生理意义蒸腾作用是植物对水分的吸收和运输的主要动力。有助于吸收、运输矿物和有机物。降低叶片的温度。4有利于气体交换。有利于光合作用的进行。二蒸腾的部位和气孔运动（一）蒸腾的部位幼嫩植物：暴露在地面上的全部表面成体植物：叶片叶片蒸腾的方式 角质蒸腾；气孔蒸腾（主要方式）（二）气孔蒸腾一)气孔的形态结构及生理特点1.气孔数目多、分布广 2.气孔的面积小，蒸腾速率高3.保卫细胞体积小,膨压变化迅速 4.保卫细胞具有多种细胞器5.保卫细胞具有不均匀加厚的细胞壁及微纤丝结构6.保卫细胞与周围细胞联系紧密 气孔扩散的小孔定律（小孔扩散定律）气孔面积只占叶表面的 气孔蒸腾量要比同面积的自由水面的蒸发量快0.51.5 50倍之多。 小孔扩散定律水蒸气通过气孔扩散的速率，不与小孔的面积成正比而与小孔的周长成正比。 （1）气孔的构造：(F)由两个肾形的保卫细胞组成。（2）保卫细胞的特点：外壁薄内壁厚；内有叶绿体；有淀粉磷酸化酶。（3）气孔运动：二) 气孔运动的机理（1）淀粉-糖变学说 PH增高淀粉+磷酸 淀粉磷酸化酶 葡糖-1-磷酸 己糖+磷酸 PH降低淀粉糖转化学说保卫细胞(GC)在光下进行光合作用消耗CO2，使细胞内pH增高淀粉磷酸化酶水解淀粉为G1P 水势下降 从周围细胞吸水 气孔张开（2）无机离子吸收学说气孔运动和GC积累K+有着密切的关系。GC质膜上具有光活化 水解ATP ，ATP酶-H+泵 泵出H+到细胞壁，造成膜电位差w降低， 激活K+ 通道和Cl-通道，水分进入GC， K+ 和Cl-进入GC气孔张开(3)苹果酸代谢学说 GC在光下进行光合作用消耗CO2 pH增高(8.0-8.5), 活化PEP羧化酶PEP + HCO3- 草酰乙酸 苹果酸苹果酸根使细胞里的水势下降从周围细胞吸水气孔张开三) 影响