植物生理学教案.doc

20072008学年度第二学期教学进度表周次日 期授课章节实验实习08.2.22-2.24学生报到12.25-3.1绪论 原生质的组成和胶体性质正式上课232.-3.8酶的基础知识 呼吸作用的类型和意义33.9-3.15呼吸作用的途径及其与生产实践243.16-3.22光合作用的意义 叶绿体色素253.23-3.29光合作用的过程63.30-4.5光合速率 有机物的运输474.6-4.12有机物的分配 水势的概念284.13-4.19水分移动 水分的吸收及运输2期中教学检查94.20-4.26蒸腾作用 合理灌溉104.27-5.3植物生长必需元素 植物对矿质元素的吸收4五一放假115.4-5.10植物对矿质元素的运输与利用 合理施肥125.11-5.17IAA GA CTK ABA2135.18-5.24ETH及植物激素之间相互关系 种子萌发 2145.25-5.31植物生长规律及生长相关性2156.1-6.7成花生理 传粉授精期末教学检查166.8-6.14成熟生理 衰老与脱落176.15-6.21期末考试186.22-6.28改卷登分植物及植物生理学教学大纲一、课程的性质和目的本课程是农学、园艺专科生的专业必修课程。本课程的主要任务是研究和了解植物在各种环境条件下进行生命活动的规律和机理.并将这些研究成果应用于一切利用植物生产的事业中。其目的在于认识植物的物质代谢,能量转化和生长发育的规律以及植物体内外环境条件对其生命活动的影响,从而更好的调节与控制植物的生长。二、课程教学的基本任务、要求本课程的教学环节包括课堂讲授、学生自学、实验、答疑及期末考试。教师在课堂上应对植物生理学的基本概念、机理和方法进行必要的讲授，并详细讲授每章的重点和难点内容，讲授中注意理论联系实际，通过相应的例子启迪学生的思维，加深学生对有关概念、理论等内容的理解。本课程自学内容主要安排在各章节中某些相关资料和易于理解的内容上，自学不占上课学时，但必须考试。实验课主要对学生进行水势测定,光合作用,种子活力的测定等方面的植物生理学研究的方法和技能的训练。通过上述基本教学步骤，要求学生掌握和了解植物在各种环境条件下进行生命活动的规律和机理,并将这些研究成果用于一切利用植物生产的事业中,为后续课程奠定良好的基础。本课程课堂讲授60学时，实验、实习40学时。三、教学方法及手段课堂讲授与实践教学相结合的教学方法，采用讲授法，实验法，演示法等。四、教学课时分配表总学时64，课堂讲授40学时，试验实习24学时。植物与植物生理学教学时数分配表 章 节讲授学时实验学时绪论2第一章植物细胞的生理基础4第二章植物的呼吸作用42第三章植物的光合作用68第四章植物的水分代谢64第五章植物的矿质营养与氮同化44第六章植物的生长物质42第七章植物的营养生长42第八章植物的生殖生长 62合计4024五、课程教学内容绪 论（2学时）目的要求：1、植物与植物生理学的概念和任务；2、植物与植物生理学的产生和发展；重点： 植物生理学的展望难点：植物与植物生理学的概念和任务。第1章 植物细胞的生理基础（4学时）目的要求：1、原生质的化学组成及其胶体特性。2、生物膜的结构与功能。3、酶的化学组成与作用特性。重点：1、植物细胞的活性物质：蛋白质，核酸，脂类和糖的性质。2、酶的分类与应用。难点：细胞膜的双层膜结构。第2章 植物的呼吸作用（6学时）目的要求：1、呼吸作用的概念,生理意义； 2、主要的呼吸代谢途径；3、影响呼吸作用的外界条件；4、呼吸作用和农业生产。重点：1、呼吸代谢途径；2、呼吸作用和农业生产。难点：1、呼吸代谢的生化途径；2、氧化磷酸化机理。第3章 植物的光合作用（14学时）目的要求:1、光合作用的概念,意义,总反应式； 2、叶绿体的结构,光合色素的种类； 3、原初反应； 4、电子传递与光合磷酸化；5、碳同化；6、影响光合作用的因素；7、光合效率与农业生产。8、同化物的分配规律和特点；重点：1、光合作用的机理；2、光合效率与农业生产。3、植物体内有机物质的运输途径,运输物质的种类；难点：1、光合作用的机理。2、同化物分配的规律及特点。第4章 植物的水分代谢（10学时）目的要求：1、 植物细胞水势的概念及其组成；2、 植物细胞对水分的吸收；2、气孔运动的机理；3、水在植物体内运输的动力；4、水分的运输及作物的水分平衡。重点：1、基本概念；2、植物细胞对水分的吸收；3、气孔运动的机理；4、水分的运输及作物的水分平衡。难点：1、植物细胞水势的概念及其组成；2、气孔运动的机理。第5章 植物的矿质营养与氮同化（8学时）目的要求：1、植物必需元素的生理作用；2、植物细胞对矿质元素的主动吸收；3、植物对氮素的同化；重点：1、高等植物矿质营养的概念,植物必需元素的名称,生理作用；2、影响植物吸收矿质养分的环境因素;3、 合理施肥的生理基础。难点：植物细胞对矿质元素的主动吸收机理。第6章 植物的生长物质（6学时）目的要求：1、基本概念；2、五种植物激素的主要生理作用；3、植物激素的分布和运输；4、植物生长调节剂重点：1、植物生长物质的种类；2、植物生长物质在农业生产上的应用及注意事项难点：植物生长物质在生产上的应用。第7章 植物的营养生长（6学时）目的要求：1、植物休眠的原因及打破休眠的方法；2、影响种子萌发的条件；3、生长，分化，发育的区别和联系。重点：1、休眠的概念及意义2、种子萌发的过程3、生长，分化和发育的概念4、植物生长的区域性和周期性。难点：1、控制细胞生长和分化的因素2、打破休眠的方法及其依据第8章 植物的生殖生长（8学时）目的要求：1、植物通过春化作用的条件及其在生产上的应用；2、调种引种和控制花期；3、光周期现象的类型；4、果实成熟时内部的生理生化变化；5、外界条件对种子与果实成熟时的影响；6、影响脱落的因素。重点：1、春化作用，光周期现象的基本概念；2、植物生长的一般规律及有效的调控措施；3、种子储藏物质的形成；4、影响衰老的因素。难点：1、光周期诱导的机理2、春化作用的机理3、光敏素在成花诱导中的作用。六、本课程考核办法及所占比重本课程学习结束后采取笔试的考核办法，学生取得本课程的最终成绩由考试、实验实习两部分组成，其中实验、实习报告占40，闭卷考试占60。七、使用教材植物学基础 崔玲华主编 中国林业出版社 八、主要参考文献及网站：1、王忠. 植物生理学. 北京:中国农业出版社，19992、潘瑞炽. 植物生理学. 北京:高等教育出版社，20013、周云龙. 植物生理学. 北京:高等教育出版社，19994、李扬汉. 植物学. 上海:上海科学技术出版社，19925、张立军，梁宗索. 植物生理学. 北京: 科学出版社，20076、孟繁静. 植物生理生化. 北京:中国农业出版社，19957、王三根. 植物生理学学习指导与习题解答. 重庆:西南师范大学出版社，20068、王衍安，龚维红. 植物与植物生理学 北京:高等教育出版社，20049、龚富生，张嘉宝. 植物生理学实验 北京: 气象出版社，199510、武维华. 植物生理学 北京:科学出版社，200411、沈同. 生物化学 北京:科学出版社，200212、焦鸿俊. 基础生物化学 广西民族出版社，1995 九、说明 本课程根据课程安排除课堂教学、实验教学外，另外利用学院的实习基地的有利条件，增加学生的实践动手能力。植物及植物生理学实验教学大纲（实验教学：24学时）一、实训目的及要求：主要对学生进行植物及植物生理学研究的方法和技能的训练。通过实验配合讲授课程，加深对教材的理解，要求学生掌握和了解植物在各种环境条件下进行生命活动的规律和机理,并将这些研究成果用于一切利用植物生产的事业中,为后续课程奠定良好的基础。二、实训方式及实训考核办法： 教学方式：在实验室进行操作。实训考核办法：考核方法主要观察学生的实验操作是否正确，并要求学生写出实验报告，总结实验中常出现的问题。三、实训内容与学时分配：实验1 植物组织水势的测定-小液流法（2学时）水势是指每偏摩尔体积的水的化学势差。植物体细胞之间、组织之间以及植物体和环境间的水分移动方向都是由水势差决定。当植物组织或细胞分别放在一系列浓度递增的蔗糖溶液中时，由于植物组织具有一定的水势，梯度蔗糖溶液也各有一定的渗透势（外液p=0, s=w），水总是由水势高处流向水势低处，因而会使蔗糖溶液的浓度发生变化。用毛细吸管小心吸取浓度发生变化后的糖液（为便于观察可染色）滴入与其相应浓度的糖液内（未浸入植物组织的），观察液滴的流动方向。若向上流动，说明组织细胞的水势高于周围糖溶液的渗透势，因而向外排水，糖液变稀，比重减轻；若向下流动，说明组织细胞的水势低于周围糖溶液的渗透势，面向内吸水，使糖液变浓，比重加大；若液滴停留不动，说明组织细胞向外排水与向内吸水的量相等，水分保持动态平衡，此时植物组织中的水势等于溶液的渗透势。因溶液的浓度是已知的，可以根据公式计算该植物组织的水势。实验 2 叶绿体色素的提取与测量（2学时）高等植物的叶旅体中含有叶绿素和类胡萝卜素，这两类色素均不溶于水，而溶于有机溶剂，故常用酒精或丙酮提取，提取液中的叶绿色素可用层析法加以分离。因吸附剂对不同物质的吸附力不同，当用适当溶剂推动是，不同物质的移动速度不同，便可将色素分离。实验 3 植物光合强度的测定改良半叶法（4学时）改良半叶法将植物对称叶片的一部分遮光或者取下置于暗处，另一部分则保留在光下进行光合作用，过一定时间后，在这两部分叶片的对应部分取下相同面积，分别烘干称重，超过的部分即为光合作用产物，考虑到光合面积和光合时间即可算出光合速率来。实验 4 可溶性蛋白质测定方法-考马斯亮蓝G250染色法（2学时）考马斯亮蓝G250测定蛋白质含量属于染料结合法的一种。该染料在游离状态下呈红色，在稀酸溶液中当它与蛋白质的疏水区结合后变为青色，前者最大光吸收在465nm，后者在595nm，在一定蛋白质浓度范围内（11000ug），蛋白质与色素结合物在595nm波长下与蛋白质含量成正比，故可用于蛋白质的定量测定。考马斯亮蓝G250与蛋白质结合反应十分迅速，2min左右即达到平衡，其结合产物在室温下1h保持稳定。考马斯亮蓝G250用滤纸过滤后再使用，否则会影响实验结果。实验5 可溶性糖含量的测定-蒽酮法（2学时）强酸可使糖类脱水生成糠醛，生成的糠醛或羟甲基糠醛与蒽酮脱水缩合，形成糠醛衍生物，呈蓝绿色，该物质在620nm处有最大吸收，在10100ug范围内其颜色的深浅于可溶性糖含量成正比。实验6 种子生活力的快速测定-红墨水染色法（2学时）凡生活细胞的原生质具有选择性吸收的能力，而死种子胚的细胞原生质丧失这种能力，染料进入死细胞，被红墨水染成红色，而活细胞则否。实验7 过氧化物酶活性测定（2学时）POD是植物体内普遍存在的一种活性较高的酶，它与呼吸作用，光合作用及生长素的氧化等有密切关系。在植物的生长过程中不断地发生着变化，因此测定这种酶，可以反映某一时期植物体内代谢的变化。在POD催化下，过氧化氢将愈创木酚氧化成茶褐色产物，此产物在470nm处有最大光吸收，顾客通过测定470nm下的吸光度变化测定POD的活性。实验8 植物无土栽培与缺素症状的观察（4学时）掌握植物无土栽培原理和方法；对各种元素缺素症状的观察和辨认。实验9 植物激素植物性别分化（2学时）了解GA和ETH对黄瓜雌花和雄花分化的影响，掌握植物激素的使用方法，并通过实验加深对植物激素性质的认识。实验10 蒸腾速率的快速测定（2学时）蒸腾速率是计量蒸腾作用强弱的一项重要指标，其快慢受植物形态结构和多种外界因素的综合影响。所以在研究植物水分代谢时，常有测定的必要。本实验练习离体快速称重法测定蒸腾速率，此法简便、快速、定量较准确。原理 植物蒸腾失水，重量减轻。故可用称重法测得植物材料在一定时间内所失水量而算出蒸腾速率。植物叶片在离体后的短时间内（数分钟），蒸腾失水不多时，失水速率可保持不变，但随着失水量的增加，气孔开始关闭，蒸腾速率将逐渐减少，故此实验应快速（在数分钟内）完成。为了快速称重，可用1/100g的电子顶载天平或用普通托盘天平稍加改制成为快速称重天平。仪器与用具 快速称重法测定蒸腾装置，包括防风玻璃箱；木架及电子顶载天平（感量0.01g）；或托盘扭力天平（感量0.01g，附砝码）；或经过改制的横梁是托盘天平（感量0.1g）；镊子1靶；剪刀1靶；铁夹1只，透明方格板一块。方法1普通托盘天平的改制：取一架具有横梁游码的托盘天平（感量0.1g）,将一块扇形硬纸板火把塑料板固定在天平的中央，并用细铁丝加长指针，使指针尖端恰在纸片的上缘。调节天平零点，使指针偏于扇形板左方，记下记号作为零点。再在天平右盘内增加1g砝码，使指针偏右，再作下记号。然后在两记号间等分10小格，每格等于0.1g。使用时可根据指针移动的格数，迅速测出1g以下重量的变化（图7）。使用时，将改制的天平置于特制的玻璃箱内（图8），以便称重时不受风的影响。2在待测植株上选一支条，重约20g（使在35min内蒸腾水量近1g，而失水不超过含水量的10%），在基部缠一线以便悬挂，然后剪下立即称重，称重后记录时间和重量并迅速放回原处（可用架子将离体枝条夹在原母枝上），使在原来环境下进行蒸腾。将到3min或5min时，迅速取下重新称重，准确记录3或5min内的蒸腾失水量。称重要快，要求两次称重的重量变化不超过1g，以便只从指针在扇形纸板上偏移的格数即可确定蒸腾失水量。3用叶面积仪或透明方格板计算所测枝条上的叶面积(cm3)，按下式求出蒸腾速率。 蒸腾失水量蒸腾叶面积测定时间 蒸腾速率= 常用单位为g/m2h14针叶树之类不便计算叶面积的植物，可于第二次称重后摘下针叶，再称枝重，用第一次称得的重量减去摘叶后之中，即为针叶（蒸腾组织）的原始鲜重，再以下式求出蒸腾速率（每克叶片每小时蒸腾水分毫克数）。 蒸腾失水量组织鲜重测定时间 蒸腾速率=一般植物也可以鲜重为基础计算蒸腾速率，但应将嫩梢计算在蒸腾组织的重量之内。5比较不同时间（晨、午、晚、夜）、不同部位（上、中、下）、不同环境（温、湿、风、光）或不同植物的蒸腾速率，把结果及当时气候条件及如下表，并加以解释。在测定蒸腾时间的同时，可附测气孔开闭情形以作参考（参阅实验六渗入法）。79绪 论目的要求：1、植物与植物生理学的概念和任务；2、植物与植物生理学的产生和发展；重点： 植物生理学的展望难点：植物与植物生理学的概念和任务。教学方法：讲授法。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或原理的科学。它是植物学的一个分支。2植物生理学研究对象植物，主要是高等植物植物生理学是研究植物生命活动规律的科学。 生活在环境中的植物，通过物质的转化、能量的转化与信息的传递从而表现出形态的变化，完成其生命活动过程。换言之，植物生命活动是在水分代谢、矿质营养、光合作用、呼吸作用、物质转化与运输分配等基本代谢的基础上，表现出种子萌发、幼苗生长、营养器官与生殖器官的形成、运动、成熟、开花、结果、衰老、脱落、休眠等生长、分化和发育进程。 3.植物生理学研究内容概括起来有四方面: 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：植物体内能量的吸收、转换及贮藏。 形态建成：植物个体的产生、发展、生殖、衰 老、死亡。信息传递：植物感受外界信息。上列内容分为四个部分细胞生理：植物生命活动的基本单位(微观) 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(横切) 发育生理：植物生长物质,生长生理、成花生理、 生殖和衰老脱落(纵切) 环境生理：主要讲逆境生理(宏观)4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。5.方法以辩证唯物主义的观点作指导，以对立统一的观点及全面的发展的眼光研究植物，注重理论联系实际运用观察、比较和实验的方法做到几个相结合：课内、课外（自学）相结合；学习教材与参考资料相结合；小课堂（室内）与大课堂（野外）相结合；动脑与动手相结合；单独钻研与集体讨论相结合；读书与做文章（包括作业和科研）相结合。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阶段第三阶段：植物生理学发展、分化与壮大阶段三、植物生理学研究近况从分子、细胞、器官、整体到群体水平都有伟大的成就。四 植物生理学与农业现代化当代农业孕育着七大变革由“平面式”向“立体式”发展；由“石油型”向“生态型”发展；由“自然式”的露天农业向“设施式”农业工厂化发展；由“陆地型”向“宇宙型”发展；由“机械化”向 “电脑自控化”发展；由“农场式”向 “公园式”发展；由“化学化”向“生物化”发展。未来农业各种提法生态农业，低输入农业，计算机农业，大农业，再生农业，有机农业，节水农业，旱作农业，耐逆农业，保护农业，控制条件农业，工厂化农业，封闭系统的农业企业等等。选择的农业，即利用高科学管理方法，促进作物及其 与周围有利的生态关系发展，抑制有害的生态联系为其基本特征。 未来农业是指广义的含种植业，养殖业和加工业在内的农、林、牧、副、渔各业生产和 管理建立在现代自然科学和经济科学的基础上，创造一个高效的农业生态系统，依靠生物科学技术，合理利用自然资源，少投入多产出，高产，优质，高效益，重生态的“持续农业”。主要参考文献：1、王忠. 植物生理学. 北京:中国农业出版社，19992、潘瑞炽. 植物生理学. 北京:高等教育出版社，20013、周云龙. 植物生理学. 北京:高等教育出版社，19994、李扬汉. 植物学. 上海:上海科学技术出版社，19925、张立军，梁宗索. 植物生理学. 北京: 科学出版社，20076、孟繁静. 植物生理生化. 北京:中国农业出版社，19957、王三根. 植物生理学学习指导与习题解答. 重庆:西南师范大学出版社，20068、王衍安，龚维红. 植物与植物生理学 北京:高等教育出版社，20049、龚富生，张嘉宝. 植物生理学实验 北京: 气象出版社，199510、武维华. 植物生理学 北京:科学出版社，200411、沈同. 生物化学 北京:科学出版社，200212、焦鸿俊. 基础生物化学 广西民族出版社，1995 第一章 植物细胞的生理基础目的要求：1、原生质的化学组成及其胶体特性。2、生物膜的结构与功能。3、酶的化学组成与作用特性。重点：1、植物细胞的活性物质：蛋白质，核酸，脂类和糖的性质。2、酶的分类与应用。难点：细胞膜的双层膜结构。教学方法：讲授法。第一节 原生质一、原生质及其组成：水(85%)；有机物(13.5%)蛋白质(10%)、核糖(1.1%)、碳水化合物(0.4%)、脂类(2%)；无机物（1.5%）1 无机物原生质中最普遍而含量最多的无机物是水，一般含水约达60-90%。 2 有机物 原生质中的有机物，大量的有蛋白质、酸类、脂类和核酸，此外，还有极其微量的生理活性物质。（l）蛋白质 在原生质的干物质中，以蛋白质的含量为最多，约占60%。蛋白质不仅是原生质的结构成分，而且在细胞内参与调节各种代谢活动。蛋白质的元素组成，至少含碳、氢、氧、氮四种元素，有些蛋白质还含有硫、磷、碘、铁、锌等元素。 (2)核酸 构成核酸的基本单元是核苷酸。每个核苷酸含有一个五碳糖、一个磷酸基团和一个启氮碱基。有些核酸所含的五碳糖是核糖，因此叫做核糖核酸（RNA），另一些核酸的五碳糖是脱氧醭，因此叫做脱氧核糖核酸（DNA）。（3）脂类 是一类脂肪性物质，经水解后产生脂肪酸，其共同特点是难溶于水。脂类在原生质中可作为结构物质，如磷脂和蛋白质结合，是构成质膜和细胞内膜的重要材料，对维持细胞的结构与功能起着十分重要的作用。（4）糖类 糖类参与原生质和细胞壁的构成，并作为能量来源用于原生质的生命活动，或贮存于细胞内供植物体以后的生命活动的需要。糖类由碳、氢、氧三种元素组成，可分为单糖、双糖和多糖三类。 此外，原生质还有含量极微，但生理作用额大的生理活跃物质。 二、原生质的物理特性1. 有很大的表面张力，致使裸露的原生质体和原生质的特化部分一般呈球形。 2.具有粘性和弹性。原生质粘性高、弹性大的植物，抗逆性强。 3.具有流动性。原生质的流动在一定温度范围内随温度的升高而加速，且与呼吸作用有密切的联系。三、原生质的胶体特性1带电性 原生质胶体主要由蛋白质组成，蛋白质分子表面可形成一层带电荷的吸附层。在吸附层外又有一层带电荷的数量相等而符号相反的较松驰的扩散层。这样就在胶粒外面形成一个双电层。 2亲水性 蛋白质是亲水化合物，在其表面可以吸附一层很厚的水合膜，由于水合膜的存在，使原生质胶体系统更加稳定。蛋白质是两性电解质，在两性离子状态下，原生质具有缓冲能力，这对细胞内代谢有重要作用3.扩大界面 原生质胶体颗粒的体积虽然大于分子或离子，但它们的分散度很高，比表面积很大。有利于代谢过程中，对各种分子和离子的吸附和富集，同时扩大了各种生化反应活动场所。4.凝胶作用 溶胶(sol)是液化的半流动状态，近似流体的性质。 凝胶(gel)有一定结构和弹性的半固体状态的胶体。 溶胶和凝胶是胶体存在的两种状态。溶胶和凝胶在一定条件下可通过凝胶作用或溶胶作用以相互转化。 吸胀作用：凝胶具有强大的吸水能力，凝胶吸水膨胀的现象，称之为吸胀作用。种子就是靠这种吸胀作用在土壤中吸水萌发。 四、原生质的运动和新陈代谢生活细胞的原生质是不断运动的。原生质的运动是生命活动的表现，有利于维持细胞正常代谢、物质转移和信息传递。生质的旋转运动 细胞内原生质以顺时针或逆时针方向沿着细胞壁围绕着中央大液泡流动，称为旋转运动。2原生质的循环运动 细胞内原生质以不同方向围绕着一些小液泡流动，称为循环运动。此过程中，原生质在细胞核四周以不同方向散射成细小的原生质丝。每条原生质丝的运动围绕一个或几个液泡来回于细胞核。生活的原生质必须不断地从环境中吸取水分、空气和营养物质，经过一系列复杂的生理生化作用，使之成为原生质自身的物质，这个过程称为同化作用。与此同时，原生质的某些物质不断地分解成为简单的物质并释放能量，供生命活动的需要，这个过程称为异化作用。 原生质为构成细胞的生活物质，是细胞生命活动的物质基础。第二节 生物膜一、生物膜的概念生物膜是指构成细胞的所有膜的总称。生物膜是指构成细胞的所有膜的总称。 按所处位置分为：质膜（原生质膜），内膜（内膜系统）是指真核细胞内由膜分隔而形成的具有连续功能的系统。二、生物膜的化学组成与特点 膜脂(约占25%-40%,构成脂双分子层) 膜蛋白(约占60%-75%,与脂类镶嵌成膜 ) 膜糖(约占5%,与蛋白质和脂类结合)三、生物膜的结构模型 关于生物膜的分子结构有许多假说与模型，下面介绍三种最有代表性的模型。(一) 单位膜模型(unit membrane model)认为膜具有由蛋白质脂质蛋白质构成的三层结构。即两排脂 层分子层尾尾相对组成的一个膜单位层。 (二)流动镶嵌模型(fluid mosaic model) （1972年由Singer和Nicolson提出），其要点:1.生物膜的母体是类脂双分子层。2.膜蛋白是球蛋白,是嵌合在膜中的。3.膜具有不对称性。4.膜具液晶态结构,有流动性。5.膜是经常处于不断更新之中的。(三)板块镶嵌模型整个生物膜可以看成是由不同组织结构、不同大小、不同性质、不同流动性的板块所组成，高度流动性的区域和流动性比较小的区域可以同时存在，随着生理状态和环境条件的改变，这些板块之间可以彼此转化。四、生物膜的主要功能1分室作用2生化反应场所3能量转换的场所 4吸收与分泌功能 5.识别与信息传递功能第三节 植物的催化系统酶一、酶的概念与组成酶的概念酶由生物体内活细胞产生的具有特殊催化能力的蛋白质。酶催化作用实质：降低化学反应活化能。酶与无机催化剂比较：1、相同点：1）改变化学反应速率，本身几乎不被消耗；2）只催化已存在的化学反应；3）加快化学反应速率，缩短达到平衡时间，但不改变平衡点；4）降低活化能，使化学反应速率加快。5）都会出现中毒现象。2、不同点：即酶的特性酶的化学组成按照酶的化学组成可将酶分为单纯酶和结合酶两大类。二、酶的作用特性酶促反应具有高度的催化速率酶催化具有高度特异性酶的催化特异性表现在它对底物的选择性和催化反应的特异性两方面。体内的化学反应除了个别自发进行外，绝大多数都由专一的酶催化，一种酶能从成千上万种反应物中找出自己作用的底物，这就是酶的特异性。根据酶催化特异性程度上的差别，分为绝对特异性、相对特异性和立体异构特异性三类。1结构专一性 概念：酶对所催化的分子（底物，Substrate）化学结构的特殊要求和选择类别：绝对专一性和相对专一性绝对专一性 有的酶对底物的化学结构要求非常严格，只作用于一种底物，不作用于其它任何物质。 相对专一性 有的酶对底物的化学结构要求比上述绝对专一性略低一些，它们能作用于一类化合物或一种化学键。 1） 键专一性 有的酶只作用于一定的键，而对键 两端的基团并无严格要求。 2）基团专一性 另一些酶，除要求作用于一定的键以外，对键两端的基团还有一定要求，往往是对其中一个基团要求严格，对另一个基团则要求不严格2立体异构专一性 概念：酶除了对底物分子的化学结构有要求外，对其立体异构也有一定的要求 类别：旋光异构专一性和几何异构专一性。(三) 酶活性的可调节性三、酶的分类 根据酶的反应性质、将酶分成六大类：氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂解酶类、异构酶类、合成酶类。在每一大类中，再根据更具体的酶反应、底物性质分成若干亚类和亚亚类。四、酶的命名对每一种酶同时有习惯命名和国际系统命名两种方法。习惯命名法不特别精确，但较简便，像催化乳酸脱氢生成丙酮酸的酶就叫乳酸脱氢酶；给催化水解作用的酶命名时略去反应类型，如水解蛋白质的酶叫蛋白酶，水解淀粉的酶叫淀粉酶；有时还在酶的名称前面标上酶的其他特点如来源、酸碱性等以示区别，如胃蛋白酶、胰淀粉酶、中性蛋白酶等。鉴于新酶的不断发现和过去对酶命名的紊乱，为避免一种酶有几种名称或不同的酶用同一种名称的现象，国际酶学委员会规定了一个系统命名法，包括了酶的系统命名和4个数字分类的酶编号例如对催化下列反应的酶的命名为ATP十D一葡萄糖ADP十D一葡萄糖-6磷酸ATP葡萄糖磷酸转移酶，它催化从ATP中转移一个磷酸到葡萄糖的反应它的分类数是E、C、2，7，l，1E、C表示国际酶学委员会，第一个数字“2”代表酶的分类（转移酶类），第二个“7”代表亚类（磷酸转移酶类）；第三个“l”代表亚亚类（以羟基作为受体的磷酸转移酶类）；第四个“1”代表该酶在亚亚类中的排号（以D-葡萄糖作为磷酸基的受体）。五、影响酶促反应的因素酶浓度对酶促反应速度的影响在一定的温度和pH条件下，当底物浓度远大于酶的浓度时，酶反应速度与酶浓度成正比。即v=KE (1) 式中v为反应速度，K为反应速度常数，E代表酶浓度底物浓度对酶促反应速度的影响在酶浓度不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈矩形双曲线。温度对酶促反应速度的影响和酶作用的最适温度化学反应的速度随温度升高而加速，酶促反应在一定温度范围内也遵循这规律。但酶是蛋白质，愠度升高可使酶变性失活，故以酶反应速度v对温度作图，可得一条钟罩形曲线。pH对酶促反应速度的影响和酶作用的最适pH酶促反应速度受介质pH的影响，一种酶在几种PH介质中测其活力，可看到在某一pH 时酶促效率最高，这个pH称为该酶的最适pH, 酶作用存在最适pH提示酶分子活性基团的电离状态、底物分子及辅酶与辅基的电离状态都与酶的催化作用相关，但酶的最适pH也不是酶的特征性常数，如缓冲液的种类与浓度，底物浓度等均可改变酶作用的最适pH。多数植物和微生物来源的酶，最适pH在4.5-6.5左右；动物酶的最适pH在6.58.0左右；个别也有例外；如胃蛋白酶的最适pH为1.5-2.5，精氨酸酶的最适pH在9.8-10.0.。激活剂的影响凡能提高酶活性，加速酶促反应进行的物质都称为该酶的激活剂。激活剂按其分子质量大小可分为以下三种。(1)无机离子激活剂；(2)一些小分子的有机化合物；(3)生物大分子激活剂。抑制剂对酶促反应速度的影响能使酶活力降低的物质称为酶的抑制剂。但强酸、强碱等造成酶变性失活不属酶的抑制作用而称酶的钝化。可见酶的抑制作用是指抑制剂作用下酶活性中心或必需基团发生性质的改变并导致酶活性降低或丧失的过程。按抑制剂作用方式分为不可逆性抑制和可逆性抑制。不可逆性抑制：不可逆性抑制作用的抑制剂以共价键与酶的必需基团结合，因结合甚牢不能用透析或超滤方法使两者分开，故所造成的抑制作用是不可逆的。按抑制剂对酶必需基团选择程度不同，又分非专一性和专一性抑制两类。1非专一性不可逆性抑制作用抑制剂与酶的一类或几类基团结合抑制剂并不区分其结合的基团属必需基团或非必需基团。如重金属离子Pb2+、Cu2+、等和对氯汞苯甲酸与酶分子的巯基进行不可逆结合，化学毒剂“路易士气”则是一种含砷的化合物，它能抑制含巯基酶的活性。2专一性不可逆性抑制作用抑制剂专一性作用于酶活性中心的必需基团并导致酶活性的抑制。如二异丙基氟磷酸（DIFP）专一性地共价结合于胆碱酯酶活性中心的丝氨酸残基的羟基，造成酶活性的抑制。可逆性抑制作用：抑制剂以非共价键与酶结合，故不甚牢固，可用透析等物理方法把酶与抑制剂分开，使酶恢复催化活性，故称为酶的可逆性抑制作用。根据抑制剂、底物与酶三者的相互关系，可逆性抑制又可分竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制三种。1.竞争性抑制作用抑制剂I的化学结构与酶作用的底物S十分类似，它们都能与酶的活性中心结合，两者对酶的结合有竞争作用。结合后分别形成EI或ES复合物。形成EI后酶不具催化作用，由此导致反应系统中游离酶浓度降低并使酶活性抑制。酶与抑制剂形成EI后成为反应的死端，但生成的EI与E和I之间很快达到平衡，此时若增加底物浓度就增加了底物与酶形成ES的可能性。只要反应系统中加入的底物浓度足够高，就有可能使全部EI解离为E和I，E和底物形成ES，从而恢复酶的全部活性。因此竞争性抑制的显著特点是其抑制作用可用高浓度的底物来解除。2.非竞争性抑制作用非竞争性抑制剂可逆地与酶的非活性中心区结合，故酶与抑制剂形成EI后，还可结合底物形成EIS。由于抑制剂不与底物竞争酶的活性中心，故称为非竞争性抑制作用。非竞争性抑制作用中增加底物浓度不能解除非竞争性抑制剂的抑制作用。3.竞争性抑制作用：反竞争性抑制剂不直接与酶结合，而是与ES复合物结合，生成ESI后酶失去催化活性，造成酶的抑制。应用：研制杀虫剂、药物；研究酶的作用机理，确定代谢途径。六、植物细胞中的酶及酶的应用植物细胞中的酶同工酶与诱导酶酶的应用1在生物体内在生物体内的酶是具有生物活性的蛋白质，存在于生物体内的细胞和组织中，作为生物体内化学反应的催化剂，不断地进行自我更新，使生物体内及其复杂的代谢活动不断地、有条不紊地进行。一般在37左右，接近中性的环境下，酶的催化效率就非常高，虽然它与一般催化剂一样，随着温度升高，活性也提高，但由于酶是蛋白质，因此温度过高，会失去活性（变性），因此酶的催化温度一般不能高于60，否则，酶的催化效率就会降低，甚至会失去催化作用强酸、强碱、重金属离子、紫外线等的存在，也都会影响酶的催化作用。2酶在医疗上随着对酶研究的发展，酶在医学上的重要性越来越引起了人们的注意，应用越来越广泛。下面分三个方面介绍。酶与某些疾病的关系酶缺乏所致之疾病多为先天性或遗传性，如白化症是因酪氨酸羟化酶缺乏，蚕豆病或对伯氨喹啉敏感患者是因6磷酸葡萄糖脱氢酶缺乏。许多中毒性疾病几乎都是由于某些酶被抑制所引起的。如常用的有机磷农药（如敌百虫、敌敌畏、1059以及乐果等）中毒时，就是因它们与胆碱酯酶活性中心必需基团丝氨酸上的一个OH结合而使酶失去活性。酶在疾病诊断上的应用正常人体内酶活性较稳定，当人体某些器官和组织受损或发生疾病后，某些酶被释放入血、尿或体液内。如急性胰腺炎时，血清和尿中淀粉酶活性显著升高；肝炎和其它原因肝脏受损，肝细胞坏死或通透性增强，大量转氨酶释放入血，使血清转氨酶升高；当有机磷农药中毒时，胆碱酯酶活性受抑制，血清胆碱酯酶活性下降等等。因此，借助血、尿或体液内酶的活性测定，可以了解或判定某些疾病的发生和发展。酶在临床治疗上的应用近年来，酶疗法已逐渐被人们所认识，广泛受到重视，各种酶制剂在临床上的应用越来越普遍如胰蛋白酶、糜蛋白酶等，能催化蛋白质分解，此原理已用于外科扩创，化脓伤口净化及胸、腹腔浆膜粘连的治疗等在血栓性静脉炎、心肌梗塞、肺梗塞以及弥漫性血管内凝血等病的治疗中，可应用纤溶酶、链激酶、尿激酶等，以溶解血块，防止血栓的形成等。但由于酶是蛋白质，具有很强的抗原性，故体内用酶治疗疾病还受到一定的限制。3 在生产、生活中如酿酒工业中使用的酵母菌，就是通过有关的微生物产生的，酶的作用将淀粉等通过水解、氧化等过程，最后转化为酒精；酱油、食醋的生产也是在酶的作用下完成的；用淀粉酶和纤维素酶处理过的饲料，营养价值提高；洗衣粉中加入酶，可以使洗衣粉效率提高，使原来不易除去的汗渍等很容易除去等等另外，人们正在研究酶的人工合成总之随着科学水平的提高，酶的应用将具有非常广阔的前景。主要参考文献：1、王忠. 植物生理学. 北京:中国农业出版社，19992、潘瑞炽. 植物生理学. 北京:高等教育出版社，20013、周云龙. 植物生理学. 北京:高等教育出版社，19994、李扬汉. 植物学. 上海:上海科学技术出版社，19925、张立军，梁宗索. 植物生理学. 北京: 科学出版社，20076、孟繁静. 植物生理生化. 北京:中国农业出版社，19957、王三根. 植物生理学学习指导与习题解答. 重庆:西南师范大学出版社，20068、王衍安，龚维红. 植物与植物生理学 北京:高等教育出版社，20049、龚富生，张嘉宝. 植物生理学实验 北京: 气象出版社，199510、武维华. 植物生理学 北京:科学出版社，200411、沈同. 生物化学 北京:科学出版社，200212、焦鸿俊. 基础生物化学 广西民族出版社，1995 第二章 植物的呼吸作用目的要求：1、呼吸作用的概念,生理意义； 2、主要的呼吸代谢途径；3、影响呼吸作用的外界条件；4、呼吸作用和农业生产。重点：1、呼吸代谢途径；2、呼吸作用和农业生产。难点：1、呼吸代谢的生化途径；2、氧化磷酸化机理。教学方法: 多媒体教学；实验法。植物的一个重要特征就是新陈代谢进行物质与能量的转变,新陈代谢包括许多物质与能量的同化与异化过程。植物呼吸代谢集物质代谢与能量代谢为一体，是植物生长发育得以顺利进行的物质、能量和信息的源泉，是代谢的中心枢纽，没有呼吸就没有生命。第一节 呼吸作用的概念及其生理意义一、呼吸作用的概念呼吸作用是氧化有机物并释放能量的异化作用。有氧呼吸指生活细胞利用分子氧将体内的某些有机物质彻底氧化分解, 形成CO2和H2O,同时释放能量的过程。 无氧呼吸一般指生活细胞在无氧条件下利用有机物分子内部的氧,把某些有机物分解成为不彻底的氧化产物,同时释放能量的过程。 有氧呼吸与物质的燃烧的区别： 1.燃烧时,有机物被剧烈氧化散热,而在呼吸作用中氧化作用则分为许多步骤进行,能量是逐步释放的,一部分转移到ATP和NADH分子中,成为随时可利用的贮备能,另一部分则以热的形式放出。 2.燃烧是物理过程，呼吸作用是生理过程，在常温、常压下进行。 二、呼吸作用的多条途径:无氧呼吸：糖酵解（酒精发酵，乳酸发酵）有氧呼吸：糖酵解-三羧酸循环，磷酸戊糖途径三、呼吸作用的生理意义 1.为植物一切生命活动提供所需能量。 2.呼吸作用的中间产物是合成体内重要有机物质的原料。 3.呼吸作用可增强植物的抗病能力。 呼吸代谢过程包括底物的降解（底物氧化）和能量产生（末端氧化）。第二节 呼吸代谢的生化途径一、糖酵解1.概念： 糖酵解是指在细胞质内所发生的、将葡萄糖降解为丙酮酸并释放能量的过程，简称EMP途径。 2.糖酵解的化学历程 糖酵解途径分三个阶段：(1) 已糖的活化：是糖酵解的起始阶段。己糖在己糖激酶作用下，消耗两个ATP逐步转化成果糖1，6二磷酸(F1，6BP)。(2)已糖的裂解：即F1，6BP在醛缩酶作用下形成甘油醛3磷酸和二羟丙酮磷酸，后者在异构酶作用下可变为甘油醛磷酸。 (3)丙糖的氧化：甘油醛3磷酸氧化脱氢形成磷酸甘油酸，产生1个ATP和1个NADH，同时释放能量。然后，磷酸甘油酸经脱水、脱磷酸形成丙酮酸，并产生1个ATP，这一过程分步完成，有烯醇化酶和丙酮酸激酶参与反应。 总反应式为： C6H12O6 +2NAD+ +2ADP +2Pi 2CH3COCOOH + 2NADH + 2H+ + 2ATP3糖酵解的意义(1)糖酵解普遍存在于生物体中, 是有氧呼吸和无氧呼吸的共同途径。 (2)糖酵解过程中产生的一系列中间产物,在不同外界条件和生理状态下,可以通过各种代谢途径,产生不同的生理反应,在植物体内呼吸代谢和有机物质转化中起着枢纽作用。 (3)通过糖酵解,生物体可获得生命活动所需的部分能量。对于厌氧生物来说,糖酵解是糖分解和获取能量的主要方式。(4)糖酵解途径中,除了己糖激酶、果糖磷酸激酶、 丙酮酸激酶所催化的反应以外,其余反应均可逆转,这就为糖异生作用提供了基本途径。4丙酮酸的去路酵母在无氧条件下将丙酮酸转化为乙醇和CO2丙酮酸生成乳酸。在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体生成乙酰CoA，参加TCA循环（柠檬酸循环），被彻底氧化成C2O和H2O。转化为脂肪酸或酮体。当细胞ATP水平较高时，柠檬酸循环的速率下降，乙酰CoA开始积累，可用作脂肪的合成或酮体的合成。糖酵解过程中糖的氧化分解是在没有分子氧的参与下进行的，其氧化作用所需要的氧来自水分子和被氧化的糖分子。在糖酵解过程中，每1mol葡萄糖产生2mol丙酮酸时，净产生2molATP和2molNADH。二、发酵作用1.酒精发酵 在无氧条件下, 丙酮酸脱羧生成CO2和乙醛，乙醛再被还原为乙醇的过程。2.乳酸发酵 在无氧条件下, 丙酮酸被NADH+H+直接还原为乳酸的过程 。发酵作用能量利用效率低，有机物耗损大，依赖无氧呼吸不可能长期维持细胞的生命活动，而且发酵产物的产生和累积，对细胞原生质有毒害作用。如酒精累积过多，会破坏细胞的膜结构；若酸性的发酵产物累积量超过细胞本身的缓冲能力，也会引起细胞酸中毒。 三、三羧酸循环1概念： 三羧酸循环指丙酮酸在有氧条件下，通过一个包括三羧酸和二羧酸的循环而逐步氧化分解生成CO2的过程。又称为柠檬酸环或Krebs环，简称TCA循环。 糖酵解产生的丙酮酸是通过丙酮酸转运器输入线粒体基质的。丙酮酸转运器位于线粒体内膜，促进丙酮酸和线粒体基质中OH-进行电中性交换，使丙酮酸进入线粒体基质。2TCA循环的过程反应(1)： 丙酮酸在丙酮酸脱氢酶复合体催化下氧化脱羧生成乙酰CoA，这是连结EMP与TCAC的纽带。上述反应中从