植物生理学笔记

-植物生理学引言第一，植物生理学是研究植物生命活动规律和调节机制的学科，主要任务是研究和解释植物及其组成部分所进行的各种生命活动及其规律、调节机制，同时研究环境变化对这些生命活动的影响。第二，植物生命活动过程：物质和能量代谢、生长和生态建设、信息传递和细胞信号传递第三，代谢：维持生物体生命活动所需的各种化学过程的总和。代谢分类：同化作用(合成代谢)、异化作用(分解代谢)生产力代谢、能源消耗代谢第四，植物生理学研究领域：分子水平子细胞水平细胞水平组织水平长期水平个人水平组水平五、生理学与农业生产的关系：作物形成和高产理论(光合作用面积、光合作用时间、光合作用效率、光合作用产品消耗和分布)环境生理学和作物抗逆性设施农业的作物生理学结合植物生理学和作物育种的作物生理学育种第一章，植物细胞的结构和功能第一节，植物细胞的基本结构1，1665年胡克发现了细胞(1838-1839细胞学说)2、细胞：生物结构和功能的基本单位，病毒和噬菌体除外3、原生质体：4、环绕原生质体的外膜：细胞原生质体5，内膜：细胞质中组成多种细胞器的膜6，内膜系统：由内膜接受的细胞器组成的系统7、膜脂类型：磷脂、糖脂、硫脂、固体醇8，膜蛋白：内蛋白质(载体，通道)外蛋白质9、细胞膜结构：生物膜以脂质双分子层为骨架膜里有内部蛋白质和外部蛋白质膜不对称胶卷有流动性10、细胞膜的功能丢失角色物质代谢和能量转换的场所转运功能信号识别和转换功能细胞间连接功能参与细胞表面专门化结构的形成11、质体通过前体的分化和发育12、细胞骨架细胞骨架不仅在维持细胞形态和维持细胞内部结构秩序方面起着重要作用，而且与细胞运动、物质运输、能量转换、信息传递、细胞分化和分裂、基因表达等生命活动密切相关13、细胞壁的典型结构：种间层、主壁、次壁14、细胞壁成分：纤维素、半纤维素、果胶、蛋白酶、木质素(木本植物)细胞功能：活细胞包含构成一个完整身体的所有基因，具有发展成为完整实体的能力16、细胞壁功能：保持细胞形状，调节细胞生长物质运输和信息传递防御和抵抗调节、储存及认列功能17，共同性体：植物生活细胞原生质体通过种间丝状体形成连续的整体18、原生质外体：细胞膜外的细胞壁和胞间也形成一个连续的体系19、种间连接：穿透细胞壁，连接相邻细胞原生质体的管道通道是植物细胞的特征结构第二章，植物的水分生理1、植物内水分的存在状态：自由水和不可还原水2，水合作用：亲水物质是通过氢键吸附大量水分子的现象3、不可还原的水：被蛋白质等亲水大分子组成的胶体粒子或渗透物质吸收，不能自由移动的水分4，自由水：远离胶体粒子或渗透压物质，没有吸附或接收的吸附力小，自由移动的水5、自由水：不可还原的水原生质体大使生长抵抗高索尔活动性快点弱势低凝胶不活泼缓慢强大6、水杀细胞潜能：溶质电位：负值谢里夫电位：负值(亲水物质吸收水，形成不可还原的水)压力电位：正-0-负7、植物细胞吸收形态渗透吸收：溶质电位变化引起的(根吸收)膨胀和吸水：由于内衬潜力的变化(干燥种子水分=内衬潜力的影响)非代谢水分吸收不可还原水低血压吸收：由于压力潜力的变化，水掉得太多，就会变成负值(增产作用)8、成熟细胞水潜力=溶质电位压力潜力含有液泡水潜力=溶质潜力墙分离初始水流=0细胞完全吸收并膨胀水势=负压力电位=负强烈的增产水潜力=衬层电位压力潜力=溶质潜力=0没有液泡，晒干种子9，根吸收部位：主要在根尖，根毛地区最强10、根吸收路径：外体路径、空体路径、交叉膜路径11种吸水方法和动力(主动、被动)积极的水分吸收：细胞自身生理代谢活动引起的水分吸收过程(动力：肌肉压力)手动吸水：由地面枝叶蒸腾引起的吸水过程12、受伤流：从受伤或折断的植物组织流出的液体现象13，土壤水分：未受伤的植物土壤水分充足，在天气潮湿的环境下，植物根尖或叶缘也有液体外皮14、受伤和呕吐现象证明根部有积极的吸收。15、影响植物水分吸收的因素(磁因素、气象因素、土壤因素)(1)土壤因素土壤水分潜力：土壤水分含量土壤水分存在状态(水势：不可还原的水毛细水重力数)土壤性质(粘土、壤土、砂石)土壤溶液浓度土壤通风状况土壤温度第四节，植物的增产一、增产及其生理意义1，增产作用：植物体内水分以气体方式从植物表面向外散射的过程。2、生理意义：(1)增产作用引起的水分损失引起的水分梯度是植物吸水和输送的主要动力(2)可以降低植物和叶子的温度(3)增产作用引起的上升流有助于从根吸收的无机离子和从根合成的有机物输送到植物的不同部分。二、植物蒸腾的位置和测定1、增产部位(1)叶的增产方法：角质增产：通过角质层增产气孔蒸腾：通过气孔蒸腾3、增产措施指标(1)蒸腾速率：植物在特定时间内每单位叶面积损失的水量(以g表示)(2)蒸腾速率：植物每次消耗1公斤水时所产生的干物质重量(3)蒸腾系数：植物用来制造1克干物质的水量三、气孔增产1、气孔：植物叶片和外部世界气体交换的主要渠道2，孔扩散法：气体通过多孔表面的扩散率与小孔的面积不成比例，与小孔的周生长成正比3、气孔运动控制机制淀粉和糖的转化理论k积累理论苹果酸代谢理论4、调节气孔运动外部因素：二氧化碳、光、温度、水分、风内部因素：细胞分裂素、abscisic acid四、增产调节代谢性增稠剂、薄膜增稠剂、反射性增稠剂五、影响增产的因素1、环境因素：照明、大气湿度、大气温度、风、土壤条件减少增产面积降低增产率使用增产剂第五节，植物中水分的向上运输一、方法外体运输(血管束、细胞壁和细胞间隙)共同性转运(细胞间)第二，水分运输速度木本植物草本外运空运白天和晚上三、水向上运输机制根本的动力是：水流不好1、水向上运输动力：工作压力、增产张力2、衔接理论：衔接、张力第六节合理灌溉的生理基础1、植物的水分平衡：一般植物的水分吸收、水的使用、水的损失三者的动态关系称为水的平衡2、植物吸收：碳4植物低于碳3植物3、植物水分临界期和最大需水期水分临界期：植物生命周期中水分不足最敏感、最脆弱的时期植物最大需要水的时期：植物生命周期中最需要水的时期4、合理灌溉指标土壤含水量作物形态指标作物生理指标第三章植物的矿质营养一、植物的种类和含量(19种)1，植物灰分燃烧：有机物90%95%挥发，灰分5%10%。2、植物的必要元素：不可缺少、不可替代、直接功能3、植物必需元素测定方法：溶液培养法、砂基培养法第二，植物所需矿质元素的生理功能和不足1、细胞结构物质的成分2、生命活动调控器3、参与植物的酒精酯化4、电化学作用5，缓冲作用三、许多因素的生理作用1，氮：植物吸收的氮是无机氮。也就是说，硝酸盐氮和氨氮也吸收无机氮2，磷：磷酸氢根，磷酸氢根的形态吸收3，钾：离子形态容易吸收和输送，被植物利用，着重生长活性部位，色素不足时，老叶出现绿色缺乏症状生理功能：调节水分代谢、酶活化剂、能量代谢、增加抗性、参与物质运输4，硫：硫酸盐，二氧化硫5，钙：以离子形式吸收6，镁：离子形态被吸收镁的生理功能：参与光合作用剂、酶活化剂或成分的使用，促进核糖体亚基的结合，有助于蛋白质、钙和镁的形成四、微量元素的生理效应1，铁：2价铁螯合物的形态被“黄叶病”吸收2，铜：2价铜离子形态为“白色调光器”3，锌：离子形态为“小叶病”4，锰：2价锰离子形态被吸收为“灰斑病、黄斑病”5，硼：硼酸的形式是“心脏腐败，灰心病”6，钼：6价锰酸根形态被“黄斑病、尾鞭病”吸收7，氯：氯离子形态吸收，唯一的一价非金属元素8，镍：2吸收镍形态第二节植物细胞对矿物元素的吸收第一，细胞吸收溶质的方法(a)手动运输1、简单地不消耗扩散能量2、支持非消耗性能量扩散(通道蛋白、载体蛋白)(b)主动吸水Atp冲减(参与ATP酶)(b)饮料作用第三节植物根对矿质元素的吸收第一，植物吸收矿物成分的特性。1、吸水相互关联，相互独立，分配方向不同2、矿物成分的吸收是可选的3、单盐毒性和离子拮抗作用单盐中毒：在单盐溶液中培养植物，不久就会出现异常情况，最终导致整个菌株死亡离子拮抗作用：在单盐溶液中添加少量其他盐类会减弱或消除单盐毒性，消除离子间的毒性的现象第二，植物吸收矿物成分。根冠和分裂区根毛区第三，根吸收矿物成分的过程1、离子吸附在根细胞表面2、根中离子(共体通路、外体通路)3，离子进入导管四、影响矿物成分根系吸收的土壤因素1、土壤温度2、土壤通风状况3、土壤溶液浓度4、土壤PH值5、土壤微生物活动第四节植物中矿质元素的运输和分布一、植物中矿物质元素的运输1、运输形态离子状态、有机化合物2、矿物成分的运输路线(主要通过木质部运输到地面上部，或通过管道运输)二、植物中矿物质元素的分布可用元素可以转移到其他部位，被植物利用(氮、磷)，有些不能被钙利用第五节植物对氮、磷、硫的同化作用氮的同化硝酸盐氮的还原首先，硝酸盐还原为亚硝酸盐(在细胞质中完成)，亚硝酸盐还原为氨(在外体中完成)第二，氨氮同化(需要有氧呼吸来供给能量)三、磷的同化主要同化过程：光合磷酸化、基质水平磷酸化、氧化磷酸化、ADP形成ATP四、黄童话1，激活阶段2、还原阶段第四章植物的呼吸效应第一节植物呼吸概述(异化)植物呼吸作用的概念：1、呼吸作用：植物生活细胞内的有机物在酶的帮助下逐渐氧化分解释放能量的过程。(1)有氧呼吸：生活细胞通过氧气的参与，彻底氧化有机物，释放二氧化碳和水，同时释放能量。(2)厌氧呼吸：在厌氧条件下，生活细胞把有机物分解为不完全氧化产物，释放能量的过程。产物是乳酸或酒精2、植物呼吸的生理意义：(1)提供植物生命活动所需的大部分能量(2)为合成其他有机化合物提供原料(3)提供恢复能力(4)提高抗病免疫能力第二节呼吸代谢途径分解路径1，分解：淀粉、葡萄糖或果糖在细胞质中参与一系列酶，并转化为丙酮酸的过程。2、分解过程： (在细胞质中进行)(1)葡萄糖6-磷酸葡萄糖(2)葡萄糖6-磷酸6-果糖磷酸酯(3)果糖6-磷酸1，果糖6-二磷酸(4)果糖磷酸二羟丙酮3-甘酯磷酸酯(5)二羟基丙酮3-磷酸甘油酯(6)甘油三酸-甘油三酯1，3-二磷酸(7)1，3-二甘油酸3-磷酸甘油酸(8)3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸(9)2-甘油酸磷酸肌醇丙酮酸(10)enol phosphate pyruvate pyruvate(1)、(3)、(10)如果进程不可逆，则为三个调整部分(7)，(10)每阶段一次，基质水平磷酸化生成ATP3，分解作用：(1)在三羧酸循环中提供丙酮酸(2)为合成其他物质提供原料(3)为物质循环提供还原力(4)为反应提供能源三羧酸循环(线粒体进展)1.在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体完全氧化分解，制造二氧化碳和水的过程。2、草酸乙酰CoA柠檬酸异柠檬酸花生四烯戊二酸3354丁二酸丁二酸3354丁二酸3354丁二酸丁二酸丁二酸延年后产物苹果酸草酸3，葡萄糖2分子中的丙酮酸(8ATP)15*2=30个(ATP)总计：38个ATP4、琥珀酰CoA丁二酸基质水平磷酸化ATP生成3、磷酸戊酯途径1，流程：(1)葡萄糖氧化脱羧工艺：(2) glucomannan播放步骤：2、作用：(1)为物质的合成提供还原剂(2)为物质合成提供原料(3)提高植物的抗病性和适应性三、电子传递链和氧化磷酸化(a)电子传递链：从呼吸道质量的氧化分解中分离出来的氢离子或电子以一定顺序传递给分子氧的总轨道。1，NADH和FADH呼吸链：氢载体、电子载体(见生化笔记本)2，氢呼吸链：使用氰化物CN-抑制剂可以阻止NADH和FADH呼吸链的电子传递(1)生理功能：发热：对水分和种子发芽有好处增加乙烯生产，促进水果成熟起到防御真菌感染的作用氧化磷酸化1、呼吸链的磷酸化，即基质脱落的氢，通过呼吸链传递到电子，氧化释放伴随着ADP磷酸化的ATP