植物生理学作业.doc

一、论述水分在植物体的生长、发育中的生理功能。1. 水是植物细胞原生质的重要组分2. 水是植物体内代谢过程中的反应物质3. 水是植物呼吸并运转物质的溶剂a) 水是物质代谢溶解的溶剂和在植物体内运输的媒介b) 水把各个部分联系起来，形成有机整体 4. 水使植物保持挺立的姿态5. 水的某些理化特性也有利于植物的生命活动 1）化学特性 2）力学特性 3）热学特性 4）光学特性（一）影响植物光合作用，水分是光合作用的原料，也是有氧呼吸的生成物之一。但直接用于光合作用的水不及植物吸收水分的1%，所以不是光合作用的限制因素。水分主要是通过影响植物其他生理过程来间接影响植物光合作用的。1.水分亏损引起气孔开度下降气孔开度是表示气孔开放程度的一个重要指标。当叶片水分亏损时，气孔保卫细胞膨压降低而引起气孔开度下降，进入气孔的CO2也就减少，由此影响RuBP羧化酶的羧化活性，导致光合速率下降。这一作用对C3植物更为明显。2.水分亏损使光合结构受到损伤植物在缺水达到一定程度后，会影响到光系统和光系统的光合电子传递及光合磷酸化，从而影响同化力形成。在植物严重缺水时，则会造成叶绿体膜系统的不可逆损伤，直接引起光合速率降低。3.水分亏损使光合产物的输出变慢水分亏损致使叶片淀粉水解酶的活性加强，可溶性糖浓度增加，造成叶片水势升高，光合产物的输出变慢，从而引起光合速率下降。4.水分亏损使光合面积减少较长时间的水分亏损会造成植物叶片生长减慢，总叶面积下降，从而整个植株乃至种群光合速率降低。土壤中水分过多，会是土壤的通气状况变差，土壤温度降低，根系的有氧呼吸减弱、无氧呼吸增加，生长减慢，甚至可能造成根系腐烂。大气湿度过高，也会使叶片表皮细胞吸水膨胀，挤压保卫细胞而使气孔关闭，CO2供应受阻，致使光合速率下降。 5. 水的光解希尔反应，水在离体叶绿体条件下经照光，在有氢受体（A）的水溶液中，有O2的放出，这个反应称作水的光解 2H2O+2A2AH2+O2 (二)、水是保证植物正常呼吸的必备条件。植物组织的含水量与呼吸作用有密切的关系。一定范围内，植物呼吸速率随组织含水量的增加而升高。干燥种子的呼吸作用很微弱，如豌豆种子呼吸速率只有0.00012 /lCO2g-lDWh-1.当种子吸水后，呼吸速率迅速增加。因此，种子含水量是制约种子呼吸作用强弱的重要因素。对于整体植物来说，其呼吸速率一般是随着植物组织含水量的增加而升高。受干旱接近萎蔫时呼吸速率有所增加，而在萎蔫时间较长时细胞含水量则成为呼吸作用的限制因素。（三）有机物质运输与分配的调控中：水分 水分不足必然影响有机质的运输与分配 从源叶输入到韧皮部的同化物质减少 筛管内集流纵向运输速度降低 （四）作为种子萌发的外界条件水分 种子只有吸收一定量的水分，才能萌发。其原因 使种皮变软，既利于气体变换，提高呼吸速率，又便于种胚突破种皮，继续生长 促使原生质胶体由凝胶状态转变为溶胶状态，提高酶活性，代谢加强 促进不溶性的大分子化合物转化为可溶性的低分子化合物，便于运转，供胚呼吸与生长 胚细胞的分裂与伸长离不开水 使种子内贮运的植物激素由结合型转化为自由型，调节胚的生长 此外种子吸水产生的压力也有利于胚突破种皮 （五）水分直接或间接地影响到植物的生长 细胞的分裂与伸长需要充足的水分、使原生质处于水分饱和状态（六）成花生理 水分 植物通过春化作用需适量水分，春化时的临界含水量大约在40%影响花芽分化，花器官形成，花的形成过程是非常需要水分的。雄、雌蕊分化期和花粉母细胞及胚囊母细胞减数分裂期，对水分特别敏感。如果土壤水分不足，会是幼穗形成延迟，并引起颍花退化。（七）、成熟生理的生理生化变化之一：种子含水量的变化 种子的含水量与干物质积累相反，随着种子的成熟，含水量逐渐降低 环境条件对种子成份及成熟过程的影响：水分：若阴雨多，湿度高会延迟种子成熟。反之则加速成熟 （八）、植物的衰老、脱落与休眠：水分：干旱缺水引起叶、花、果实的脱落 （九）、旱害与植物的抗旱性：生理干旱：指植物在蒸腾作用正常进行时，根系的正常生理活动受到阻碍，土壤中虽有水，但根系不能吸收水分而使植物受旱的现象抗旱植物的生理特征 1、细胞原生质亲水力强，束缚水含量高 原因：细胞具有较强的亲水力，干旱胁迫还不易造成严重脱水，稳定水解酶的活性，维持一定的原生质不被破坏，质膜结构不被破坏 增大原生质的弹性与粘性，对减轻细胞因失水、复水造成的机械伤害有一定作用 2、ABA含量增加，pro大量积累 （十）水体和污染物对植物的危害二、论述光在植物生长发育中的作用（一）、光合作用：光是光合作用的推动者，也是形成光合色素、正常叶绿体和正常叶片所必需的条件之一。光照还能调节光合作用相关酶的活性，调控气孔的运动进而调控植物与外界环境的气体交换，由此光从多方面深刻的影响光合作用。1. 光照强度：光补偿点：当光合速率降低至一定数值时，光合同化CO2与呼吸释放CO2速率相等时，净光和速率为零，此时的光照强度称为光补偿点光饱和点：在光补偿点以上，随光照强度的增加植物的光和速率增加，当光照强度达到某一数值时，光和速率不再增加，这种现象称为光饱和现象，植物刚刚达到光饱和时的光照强度称为光饱和点2.光质：在自然条件下，照射到植物冠层的光质和光强都有着显著的变化。在光合作用有效的可见光范围内，冠层接受的红光和蓝光较多，而群落下层接受的绿光较多。水层也改变光照的强度和光质，随水层深度的增加，光强减弱，直至黑暗。由于水对可见光中长波光如红光和橙光吸收较多，而对短波光（如蓝光和绿光）吸收相对较少，所以在水体中一定深度内，可见光中短波光相对增多。光照：是叶绿体发育和叶绿素合成必不可少的条件。从原叶绿素酸酯合成叶绿素酸酯是个需光的光还的过程。因此，在无光条件下叶绿素不能合成，却能合成类胡萝卜素，这样的植物呈黄色，特称之为黄化植物 。（二）、光呼吸：高等植物的绿色细胞在光下吸收O2放出CO2的过程称为光呼吸(三)、有机物质运输与分配的调控：光照 总的趋势是功能叶的光合产物输出率白天明显高于夜间，其原因是光下蔗糖浓度升高，运输速率加快，暗中蔗糖浓度降低，运输速率变慢（四）、植物的营养生长 光 光对种子萌发的影响可分为三种类型 中性种子 大多数作物种子属于此类 需光种子 萌发时需要光，如烟草、莴苣、故又称喜光种子 需暗种子 萌发时见光受抑制，黑暗则促进。如西瓜、洋葱、蕃茄等，又称喜暗种子。 （1）需光种子 有些植物的种子萌发时需要光的，即光照下促进种子萌发的种子，红光660nm促进，远红光730nm抑制 （2）暗光种子 黑暗条件有利萌发或光照抑制萌发的种子,又称喜暗种子，或需暗种子 植物的根冠比（R/T）: 光照必然影响叶片的光合能力，并进而影响产物输出水平，稻苗遮阳，上下部生长均受抑制，但下部更严重因而R/T减少，反之则增大光质对植物生长的影响 蓝紫光有抑制伸长生长的作用 原因是：高IAA氧化酶的活性，降低IAA的水平 光的范型作用 指光照条件对植物的高矮、株型、叶片大小、颜色，以及生长特征的影响 光范型作用是一种低能量反应，与光敏素系统有关 光形态建成(Photo morphogenesis) 受光的诱导和调节的植物形态建成叫光形态建成。光强对植物生长的影响 （1）强光的影响 在强光作用下，抑制细胞伸长，促进细胞分化，株高降低，节间缩短，叶色浓缘，叶片小而厚，根系发达 （2）弱光的影响 弱光不利于细胞的分裂，但有利于细胞的伸长，分化推迟、纤维素少、细胞薄、节间伸长、株高增加，叶色浅、叶片大而薄，植物多汁、根系发育不良 （3）无光的影响 在黑暗条件下，有利于细胞的伸长，但不利于细胞分化。植株细长、顶端弯曲、叶小不展开、呈磷片状、细胞大而薄、植株多汁、茎叶呈黄色 植物的向光性 向光性(phototropism) 植物随着光源的方向而弯曲的特征 它是植物对单向光刺激的反应 （五）、成花生理光周期现象及其类型 1、光周期现象 植物对昼夜周期中白天与黑夜的相对长度反应的现象称光周期现象。一天之中白天与黑夜的相对长度叫光周期（photoperiod） 2、植物对光周期反应的类型 （1）长日植物（long-day plant） 长于临界日长的光周期条件下开花和促进开花的植物，如天仙子的临界日长为11.5小时，只要日照时数超过11.5小时就能开花。 （2）短日植物（short-day plant） 短于临界日长的光周期条件下开花和促进开花的植物。如苍耳的临界日长15.5小时，只要日照时数不超过15.5，苍耳就能开花。 （3）日中性植物 这类植物的成花对日照长短的反应不敏感，即在任何长度的日照下均能开花，因而将这类植物称day neutral plant。例君子兰、 棉花(4）临界日长 长日植物开花所需要的最短日和短日植物开花所能忍受的最长日长，称临界日长（5）光敏色素 光周期反应中，感受适宜光周期的刺激从而引起一系列导致开花的反应色素，其生色团是一个开链的含有四个吡咯环的化合物，与蛋白质结合部位在膜系统上，有红光吸收型与远红光吸收型两种存在形式 （6）光周期反应类型 根据植物导致开花所需要的光周期条件的不同而划分的植物类型（7）长短日植物 需要长日照后又需要短日照才能开花的植物叫长短日植物。 （8）短长日植物 先需要短日照后又需要长日照的植物，成花诱导短日照花器官的形成需长日照 （9）中日照植物 只有在中等长度日照条件下才能开花的植物叫中日照植物 （10）两端日照植物 与中日照植物恰好相反，这类植物只在较长或较短日照下才开花，而在中等长度日照下保持营养生长 就整个植物而言，植物对光周期的反应是有如下特点 第一、对光周期敏感的植物开花都有一定的临界日长（日中性植物无临界日长） 第二、许多长日植物和短日植物都是很典型的，都有明确的临界日长，必须经过连续的一定数目长日照或短日照才能开花 第三、植物在一定条件下开花，这并不意味着植物的一生都需要这种日照长度，而是仅在植物一定生育期，才需要一定数量的光周期数 第四、所谓长日植物，其临界日长不一定超过短日植物，而短日植物的临界日长也不一定都短于长日植物。 第五、同种植物的不同品种对日照的要求不同引种问题 1、南方的短日照引到北方，由于得不到短日照而延迟成熟 2、南方的长日照引到北方，成熟明显提前 3、北方的短日照植物引到南方，成熟期提前 4、北方的长日照植物引到南方，由于得不到长日照，而成熟推迟 植物的光周期诱导 1、光周期诱导（photoperiod induction） 在一定时期满足植物所需一定天数的光周期即可诱导植物开花的现象 植物一旦经过适宜光周期，以后即使处于不适易光周期条件下，仍能开花，即花芽的分化不是出现在适宜光周期处理的当时，而是在处理后若干天 2、光周期刺激的感受部位 发生光周期反应的部位是芽，感受光周期反应的部位是叶片 3、光周期诱导的机理 （1）光周期刺激的传导 植物感受光周期诱导的部位是叶片，而接受诱导之后引起成花的部位却是茎顶端的生长点 感受光周期后所产生的成花物质能够相互传导（2）暗期与光周期诱导 临界夜长（critical dark period） 指在光周期中，短日植物能开花的最短夜长和长日植物能开花的最长夜长（暗期长度），因此长日植物又称短夜植物，短日植物又称长夜植物 暗期需要连续，因为暗期的长度决定植物是否产生花原基（质变），而光期长度则决定发生花后基的数量（量变） （3）光与光周期诱导。研究表明，对光周期敏感的植物通过光周期处理时，不但需要一定的光强，而且更重要的是需要一定的光质。 暗期中断最有效的光是红光（R），即用红光进行暗期闪光处理，结果抑制短日植物开花，促进长日植物开花 。对短日植物来说，远红光促进开花，红光抑制开花，对长日植物恰好相反。 暗期光中断现象：在昼夜周期的长暗期中，适当时间给予短时间的光照，以间断暗期，则发生短夜效应。即促进长日植物开花，抑制短日植物开花 （六）、环境条件对种子成份及成熟过程的影响：光照：种子内贮藏物质来源于光合产物，因此光强直接影响种子内有机物质的积累MVA（七）植物的衰老、脱落与休眠光照：强光抑制脱落，弱光促进脱落，长日照延缓脱落，短照促进脱落 长日照ABA Pr Pfr GA生长休眠短日照MVA 三、论述矿质元素中与光合作用相关的种类及其调控功能植物必需元素中的矿质营养都通过特定的机制在一定程度上影响光合作用，如N、P、S、Mg等作为叶绿素、内囊体片层膜或结构蛋白的重要成分。铁（Fe）：参与光合作用，既是合成叶绿素所需酶的辅酶，又可作为光合电子传递链的组成成分。Mn是光系统颗粒中的重要组成成分。K和Ca能通过影响气孔的运动而控制水分和CO2的进出，从而控制植物的水分蒸腾与CO2供应。K、 Ca和Zn也是光合碳代谢中一些酶的激活剂；P参与光合过程中的能量转换,NADP、ATP,光合磷酸化，同时，在CO2同化中，各种糖的相互转化都是以含磷酸基团的磷酸酯的形式进行的，磷还是叶绿体核酸的重要组成成分，等等。在适宜的浓度范围内，增施这些矿质营养均有促进植物光合速率的作用。 植物缺N、Mg、Fe 、 Cu、Mn、Zn时叶绿素不能合成而出现缺绿病 Cu是质蓝素的组分，参与光合电子传递镁(Mg) 参与光合作用 是许多酶的激活剂或组分，尤其是转移磷酸基酶类的活化剂锌(Zn): 是碳酸酐酶的组分，催化二氧化碳的同化水的光解希尔反应，水在离体叶绿体条件下经照光，在有氢受体（A）的水溶液中，有O2的放出，这个反应称作水的光解 2H2O+2A2AH2+O2 目前研究认为：Mn与Cl是放O2反应中必不可少的物质 Mn与Cl是放O2反应中必不可少的物质锰(Mn)氯(Cl)锰 锰参与光合作用的光反应 锰维持叶绿体的结构 锰是许多种酶的激活剂四、论述植物激素在农业生产中的作用(一)促进结实1.形成无籽果实 IAA在授粉前用IAA处理柱头与子房，可不经受精作用引起子房膨大成果实。其内不含种子，这种现象叫做单性结实，所结果实为无籽果实。2.GA: 诱导单性结实。 GA亦能促进受精的子房膨大，发育成无籽果实 3.GA:促进座果 （二）、伸长生长: 促进:1.IAA低浓度促进生长, 中等浓度抑制生长,高浓度产生伤害，甚至致死。 不同器官对IAA不同浓度的生长反应有很 大差异：根最敏感，茎最不敏感，芽居于二者之间2.GA 促进茎的伸长生长; GA促节间伸长，但GA对离体器官的伸长无明显作用 3.CTK促进细胞分裂扩大。CTK最主要的功能就是促进细胞分裂，其次诱导细胞体积的增大。细胞分裂包括核的分裂和质的分裂，IAA促进核分裂而与质无关，CTK促进质分裂而与核无关，因而在缺乏CTK的胞质中，因质不能分裂而产生多核细胞4.ETH:ETH的三重应与偏上性反应 三重反应 豌豆放在微量ETH气体中，基上胚轴表现出： 一是抑制茎的伸长生长 二是促进胚轴本茎间加粗 三是上胚轴失去负向地性而本茎间生长 偏上性反应 把番茄植物的茎和叶放在含有ETH的空气中，由于叶柄上方比下方生长快，叶柄即向下弯曲成水平方向，严重时叶柄与茎平行或下垂，这个现象叫偏上性反应，这个反应是可逆的5.油菜素内脂 （brassinolide 简称BR）：促进生长。促进生长、细胞分裂、使节间伸长，BR也可促起进特殊的生长6.多胺：促进生长，PA刺激细胞分裂或扩大促进生长抑制：ABA:抑制生长 ABA可抑制整株或离体器官的生长。其原因是ABA能抑制细胞的分裂与伸长 （三）、促进器官和组织分化1.促进插条生根 组织培养中，IAA常用于器官与组织的分化： 当IAA/CTK的比例高时，有利于愈伤组织分化出根，比例低时有于愈伤组织分化出芽，中间水平时只生长而不分化，只有比例适宜时才分化出根又分化出芽。 IAA与GA的比例调控韧皮部与木质部的分化 2.GA:促进细胞分裂与组织分化3.CTK促进侧芽发育。CTK具有消除植物顶端优势的作用，促侧芽发育 CTK: 刺激块茎形成,促进组织和器官分化。在组培中，CTK诱导愈伤组织分化出芽 ，促进果树花芽分化。4.油菜素内脂 （brassinolide 简称BR）：促进水稻第二叶片弯曲 ，促进叶的形成 5.多胺：刺激不定根的产生（四）、顶端优势：IAA保持枝顶端优势ETH具有打破顶端优势，促进球茎、磷茎的发芽（五）、延长休眠 ABA促进休眠 与GA相反，ABA能促进芽和种子休眠，抑制其萌发 （六）、破除休眠: 1.GA可打破繁殖器官的休眠，促进萌发2.CTK解除需光植物种子的休眠，促进发芽 （七）、疏花疏果：ABA促进脱落 ABA可促进叶片、果实等器官的脱落，离层的形成（八）、保花保果（九）、保鲜保绿耐贮藏（十）、促进开花:1.IAA引起某些植物 (如菠萝)开花 2.GA促进抽苔开花,GA可代替低温和长日照，使未经低温或短日照下的植物开花 3.ABA影响开花（十一）、提高植物抗性：1.多铵2.脱落酸 在各种胁迫条件下植物体内激素ABA增加，促使植物的抗性提高 （十二）、影响性别分化:1. IAA促进黄瓜的雌花分化2.GA: 影响性别分化， GA促进黄瓜雄花分化，而IAA促进雌花分化 3.CTK能促进雌性的分化4.ETH:促进某些植物开花与雌花分化, 与IAA一样、ETH促进菠萝开花，诱导黄瓜作物的雌花形成 （十三）、衰老： CTK延迟叶片衰老。这也是CTK缺乏的作用，离体叶片用CTK处理，可延迟其发黄衰老 其原因 一是CTK阻止核酸酶、蛋白酶及水解酶类的形成，因而延缓核酸、蛋白质与叶绿素的降解速率 二是CTK能“吸引”营养物质向CTK所在部位运输 ABA:加速衰老 与CTK的作用相反，AB