植物生理学1-绪论ppt课件

.,植物生理学张万方,.,绪论,一、植物生理学的定义、内容和任务（一）植物生理学的定义：植物生理学(plantphysiology)是研究植物生命活动规律的科学。,植物生命活动有哪些规律？植物生理学研究的内容是什么？,.,植物的生命活动：外在：种子萌发、生长、开花、结果等生长发育过程。内在：水分代谢、矿质营养、光合作用和呼吸作用等基本代谢,(二)植物生理学的内容,生命活动,物质与能量代谢,信息传递和信号转导,生长发育与形态建成,.,生长发育：生命活动的外在表现,1、生长发育,生长：指增加细胞数目和扩大细胞体积而导致植物体积和重量的增加。发育：指细胞不断分化，形成新的组织、器官，既形态建成，具体表现为种子萌发、根、茎、叶生长、开花、结果、衰老、死亡等过程。,.,.,2、物质与能量代谢,物质与能量转化：是生长发育的基础，而物质代谢与能量转化又紧密联系，构成统一的整体，统称代谢。（代谢生理：第一，二篇）,水分代谢,矿质营养,光合作用,呼吸作用,植物体内物质运输分配,植物激素与生长调节剂,.,3、信息传递和信号转导,是植物适应环境的重要环节。植物生长在复杂的多变的环境中，必须适应环境有规律的变化或抵抗逆境的变化作出响应（感知）。感知环境变化的部位与发生反应的部位可能是不同的。,信息感受部位发生反应部位,.,信息传递：环境的物理和化学信号在组织、器官上的传递。例如：土壤干旱导致气孔关闭。信号转导：环境的物理和化学信号在细胞水平上的传递。单个细胞水平上，信号与受体结合后，通过信号转导系统，产生生理反应。例如：赤霉素诱导大麦种子糊粉层细胞产生-淀粉酶。,.,（三）植物生理学的任务,植物生理学的任务：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，从而将这些成果应用于植物生产实践中。目的：1、提高植物的生产力2、保护环境,.,植物生理学的孕育时期,植物生理学的诞生与成长,植物生理学的迅速发展,二、植物生理学的产生和发展,.,1、战国荀况荀子、富国篇“多粪肥田”。2、战国韩非子韩非子“积力于田畴，必且粪灌”。3、西汉汜（si）胜之汜胜之书记载有：（1）施肥方式：基肥、种肥和追肥之分。（2）使用绿肥：杂草压青做绿肥。（3）种子安全贮藏：“种伤湿、郁，热则生虫”，“曝使极燥”，“热进仓”贮麦法：“日爆令干，及热埋之”。,植物生理学的孕育时期,.,4、北魏贾思勰（xie）齐民要术记载：种枣篇：“正月一日日出时，反斧斑驳椎之。”名曰：“嫁枣”5、明末宋应星天工开物分别记载了农、果树和野生植物的利用；植物的嫁接技术；豆科植物的肥田作用；豆类和禾谷类轮作可以增产；以及植物的性别、种子的处理、繁殖和贮藏、生长发育等植物生理学知识。6、国外：西欧的古罗马人也知道使用动物的排泄物、矿物质（灰分，石膏，石灰等）和绿肥。,.,研究开始时期（16-17世纪）（1）荷兰医生凡.海蒙（1577-1644）的柳树枝条实验，研究探索植物长大的物质来源，否定了当时的腐植质学说。,植物生理学的诞生与成长,.,结论：柳树是靠水来构成躯体的。,木桶+90kg土壤+柳2.27kg+浇水五年后，土壤减少几十克，柳树重76.7kg增加74kg。,.,（2）英国普里斯特利小鼠实验（1771年）小白鼠放入密闭钟罩死亡小白鼠放入密闭钟罩+绿色植物存活,J.Priestley(1733-1804),发现：绿色植物能净化空气。,.,（3）荷兰英根浩特在1779年验证：只有在光下植物绿色部分才具备净化空气的作用，并且能产生一种助燃的气体；黑暗中与动物一样同样使空气变坏。空气营养（4）法国拉瓦锡在1782年将这种光下产生的助燃的气体命名为氧，黑暗中植物释放的气体为二氧化碳。,.,植物生理奠基与成长时期（18-19世纪）,（1）法国学者布森格：以石英沙和木炭为基质利用矿物盐实现了植物的沙培培养。（2）法国学者费弗尔：开展植物原生质特性的研究，提出了渗透学说，科学的解释了水分的进出。,.,（3）俄国著名植物生理学家季米里亚捷夫证明光合作用所利用的光就是叶绿素所吸收的光。（4）俄国的科学家巴赫、巴拉金和科斯梯切夫确认呼吸作用就是一种“生物燃烧”。（5）达尔文关于植物运动的详细观察与实验开辟了植物感应性研究的新领域。,.,（6）德国的萨克斯对植物的生长、光合作用和矿质营养做了很多的实验，使植物生理学成为完整的体系。于1882年编写了植物生理学讲义。（7）萨克斯的弟子费弗尔、全面总结了植物生理学以往的研究成果于1904年出版了三卷本专著植物生理学，植物生理学作为一门学科诞生了。,JULIUSv.SACHS,W.Pfeffer,.,植物生理学飞跃发展时期（20世纪至今）,科学技术突飞猛进，植物生理学发展迅速，具体表现在：（1）研究仪器和方法的改进，使结果更加精细和准确。例如：同位素技术、电子显微镜、X-射线、色层分析、电泳技术、计算机和图象处理技术、膜片钳技术等。,植物生理学的迅速发展,.,（2）随着细胞生物学、分子生物学、遗传学、生物化学与生物生理等学科的交叉渗透，植物生理各方面的研究都有突破性进展。例如：细胞全能性、组织培养、DNA双螺旋结构及遗传密码的破解、光合途径的研究、生长发育与光周期和光敏素的发现、植物激素的发现和合成、抗逆性研究等。各种植物生长物质的发现、合成途径与作用机制的阐明，能更有效地控制植物的生长发育，提高产量。,（3）植物生理学研究还与生态学和环境相结合，为可持续发展提供依据。,.,我国植物生理学创始人：钱崇澍（shu）1917年在国际公开刊物发表“钡、锶、铈对水绵的作用”论文。20世纪30年代是我国植物生理教学和研究的起始期。我国植物生理学奠基人：李继侗、罗宗洛、汤佩松先后回国，在大学任教，建立了实验室，进行科学研究，为我国的植物生理学的发展奠定了基础。,（三）我国植物生理发展情况,起步晚，发展慢，仅有100多年的历史。,.,.,三、近年来植物生理学发展特点与展望,1.研究层次越来越广微观把植物整体的各种生理活动，物质、能量、信息的转化还原到细胞水平、分子水平。微观水平：个体器官组织细胞细胞器分子水平宏观由植物个体进入到群体、群落，研究植物间相互影响，植物与环境相互作用，自然生态系统和农业生态系统中所出现的生理学问题宏观水平：个体群体群落环境,.,2.学科之间相互渗透,植物生理学与生物学各个学科相互渗透、相互补充；以光合作用为例：用生物化学手段提纯光合作用的酶，在试管中研究它们的特性；用生物物理的方法分离光合膜，在比色杯中研究它们的作用光谱；用分子生物学方法克隆编码光合蛋白的基因，研究它们在发育过程中的调节。,.,矿质营养研究导致化肥应用，使作物产量较之传统农业极大提高；植物激素研究推动了植物生长调节剂和除草剂的人工合成，在控制生长发育和提高产量、质量等方面起了很大作用；作物群体光能利用和有机物质分配的原理可指导农业生产上间作套种、合理密植及高光效育种的推广应用；组织培养技术的发展为作物育种、快速繁殖、脱除病毒和植物性药物的工业化生产提供了可靠的途径。,3.理论联系实际,.,植物激素研究,植物激素研究应用,瘦果,.,4.研究手段现代化,实验技术越来越精细，仪器设备的精密度和自动化水平越来越高。分析仪器与计算机配合，自动检测物质含量和序列（紫外可见分光光度计、原子吸收光谱仪、电子显微镜、气相色谱仪、液相色谱仪、质谱仪）研究手段现代化使研究数据更精确可靠，速度更快，大大促进了植物生理学的发展,.,四、我国植生研究的主要任务,1.深入进行基础理论的研究，探索生命活动的本质。理论研究的突破，会给农业生产带来革命性的变化。例如：“绿色革命”重点：能量转化,.,例如：“第一次绿色革命”：发生在上世纪50年代初，其主要特征是把水稻的高秆变矮秆，另外辅助于农药和农业机械，从而解决了19个发展中国家粮食自给问题。我国的杂交水稻是第一次绿色革命时期的杰出代表世界上一些国家科技对农业增长的贡献率一般都在70以上，像以色列这样一个极度缺水的国家，它的科技对农业的贡献率达到90以上。,.,.,2.大力开展应用基础研究和应用研究，促使农业现代化。科学种田、改善品质、西部干旱、沙漠化治理等。,.,植物组织培养,.,.,无土栽培技术,.,当前，粮食、能源、资源、环境、人口5大问题已成为阻碍经济和社会发展的重大制约因素，其中每一个问题都同植物生理学息息相关。解决这5大问题的客观要求向植物生理学提出了一系列迫切需要解决的研究课题，为植物生理学的发展注入了强大的生命力。,.,一方面：2007年国家人口发展战略研究报告指出：2010年，人口总量控制在13.6亿人；2020年，人口总量控制在14.5亿人；到本世纪中叶，人口峰值将控制在15亿人左右。这意味着我们需要为新增的两亿人口准备粮食产能。另一方面:国土资源部2008年的报告显示：我国耕地面积1995年是19.51亿亩，到2006年减少到18.26亿亩，11年时间耕地面积减少了1.2亿亩，占耕地总面积的6.6%。,.,复习思考题1、什么叫植物生理学？植物生理学的研究内容和任务是什么？2、植物生理学是如何产生和发展的？我们从中可以得到哪些启示？3、21世纪植物生理学发展的趋势如何？4、如何才能学好植物生理学？,.,参考书1、潘瑞炽主编高等教育出版社（第六版2008年）2、王忠主编中国农业出版社2000年3、李合生高等教育出版社2000年,.,.,五、植物生理学正面临新的挑战,自进入20世纪80年代以来，植物生理学的发展出现了新的趋势。最显著的特点是分子生物学异军突起，以其强大的生命力迅速渗透到生命科学的各个领域，而植物生理学则是首当其冲。这种趋势主要反映在以下几方面：,.,1、植物生理学研究工作者纷纷从传统的植物生理学研究领域转向分子生物学领域；2、国际和国内的权威性植物生理学刊物纷纷改名。如1950年开始创刊的权威性的植物生理学评论刊物AnnualReviewofPlantPhysiology从1988年第39卷起改为AnnualReviewofPlantPhysiologyandPlantMolecularBiology；从2002年第53卷起又改名为AnnualReviewofPlantBiology。该刊SCI统计的Impactfactor（影响因子）2003年为15.615。,.,Annual,植物生理学报1964年创刊2002年改为植物生理与分子生物学学报,.,澳大利亚植物生理学报AustralianJournalofPlantPhysiology1974年创刊2002年改名为：FunctionalPlantBiology,.,3、创办了一批主要刊登植物分子生物学的刊物：例如：PlantMolecularBiology（1986年创刊）；（2003年影响因子为3.795）ThePlantCell（1989年创刊）。,.,4、高等学校的专业、学科和课程设置发生了变化：撤消植物生理学本科专业；植物生理学硕士、博士学位点合并到植物学专业中；部分综合性大学不再开设植物生理学课程，代之以“植物生物学”,.,5、一些国家的植物生理学会已经或正在酝酿改名美国植物生理学会（ASPP）已改名为“美国植物生物学学会（ASPB）”；中国植物生理学会也讨论过改名的问题，但面临一些阻力。面对这种形势，学术界担心植物生理学是否正在老化甚至走向衰亡？植物生理学是否会被分子生物学所取代？,.,“植物生理学往何处去”的问题成为20世纪80年代以来历次植物生理学会全国会议上讨论的热门话题。专家认为：植物生理学作为一门独立的学科，有她特殊的研究领域和范畴，分子生物学的研究成就，只能使植物生理学对植物生命现象的认识更加深入，使人们对生命现象的认识达到了一个新的境界。但分子生物学不可能代替植物生理学，因为，一个基因或一个生物化学过程，毕竟不是也不可能成为一个植物个体。,.,植物生理学的特点和优势之一就是要从整体上把握植物生命活动的规律，这一点是分子生物学所无法取代的。另一方面，植物生理学的研究成就还与生态学相结合，为从宏观上解决农业生产中的重大问题提供理论基础。,.,当前，粮食、资源、环境3大问题已成为阻碍经济和社会发展的重大制约因素，其中每一个问题都同植物生理学息息相关。解决这3大问题的客观要求向植物生理学提出了一系列迫切需要解决的研究课题，为植物生理学的发展注入了强大的生命力，因此，进行作物生理学的研究，成为植物生理学发展的另一个良好的机遇。,.,（一）作物产量形成与高产理论1、光合作用与作物生产力,六、加强作物生理学研究，为农业高产、优质、高效作出更大贡献,.,2、“绿色革命”的成效“第一次绿色革命”：国际水稻研究所(IRRI)的第一个矮化品种IR8于1967年育成。中国的水稻育种第一次突破是60年代初矮化育种的成功，1956年选育“矮脚南特”、1959年育成“广场矮”，将水稻产量提高了2030；时间比（IRRI）的IR8早十年。我国的杂交水稻是那时期的杰出代表。,.,3、“第二次绿色革命”：高效农业：少投入、多产出、保护环境。核心问题是：单叶光合速率的提高是否有助于作物的进一步高产？单叶光合速率的提高有无潜力？4、产量形成的两大漏洞和植物生理学的机遇光合午休产量形成期叶片光合功能的过早衰退,.,中国的水稻育种第一次突破是60年代初矮化育种的成功，将水稻产量提高了2030；第二次是70年代中期杂交水稻的研究成功，水稻产量又在矮秆良种的基础上增长了20左右。现在正在酝酿第三次突破，利用水稻亚种间杂种优势培育超级杂交稻。,.,袁隆平把杂种优势的利用与水稻理想株型结合起来，提出了超级杂交稻的形态模式：叶片呈长、直、窄、凹、厚；株高100cm左右，秆高70cm左右；株型适度紧凑，分蘖中等，冠层只见叶片，灌浆后不见稻穗。在这一技术路线的指导下，已成功地选育出符合超级杂交稻理想株型的强优组合，如培矮64S/E32、两优培九及徐选S系列组合等。最大LAI可在7.5以上，高的甚至可以达到910，能适应广幅光强，抗光氧化能力强，后期衰老较慢。,.,.,由袁隆平领导研究的超级稻新组合“P88S0293”2002年9月在湖