植物生理生态学复习资料

植物生理生态学l导言植物生理生态学：研究植物和环境之间的相互作用和机制的实验科学。研究水平：植物个体器官组织水平。植物生理生态学的特征：植物生态学的一个分支，主要用生理学的观点和方法来分析生态现象。研究生态因素与植物生理现象的关系。植物生理生态学主要关注组织、器官、个体和生物环境之间的相互关系，用于验证和解释生态现象，也为微观植物生理学提供表征验证。植物与环境环境：特定生物体或生物群周围所有因素的总和，包括空间和直接或间接影响生物体或生物群生存的各种因素。环境的本质是生物生存和发展的资源或影响这些资源的因素。生态因素：作用于环境中生物体的因素。它对生物体的生长、发育、繁殖、行为和分布有直接或间接的影响。生物生存环境不可缺少的生态因素的总称。栖息地：特定个体或生物群栖息地的生态环境。生态因素按性质划分：1)气候因素：温度、湿度、光线、风、气压、闪电等。2)土壤因素：土壤结构、土壤成分和土壤生物的理化性质。3)地形因素：陆地、海洋、海拔、山体走向和坡度等。4)生物因素：包括动物、植物和微生物之间的各种相互作用。5)人为因素：人类活动对自然的干扰、影响、破坏和环境污染。植物与生态因子的关系；1)生态功能：生态因素对植物结构、过程、功能和分布的影响。2)生态适应：植物改变其结构和过程以适应其生活环境的过程。3)相互作用：植物对环境的反应和反馈，以及影响环境的过程。(环境小气候、土壤结构、土壤微生物、大气成分、生物链结构、共同进化、生物多样性。)植物对生态因子的响应和耐受性生态振幅：公差范围内最高点和最低点之间的范围。生态因子耐受限度的生物学调节；1)驯化：通过人工栽培、自然选择和人工选择，野生植物和外来植物能够适应当地的自然环境和栽培条件，成为当地生产或观赏所需的植物。生物学意义：适应环境变化的能力。2)内部稳态：生物系统通过内部调节机制保持内部环境相对稳定。体内平衡是通过形态、行为和生理适应实现的。3)适应：生物适应环境压力的过程。植物在形态结构和功能上获得了可遗传的变化，从而增强了它们对逆境的抵抗力。适应模式：适应性组合：环境条件显示出一组合作的适应性特征。生理适应：生物钟、休眠、生理和生化变化。影响植物生理生态的主要环境因素光线(1)绿色植物将太阳能转化为化学能并储存在植物中。这个过程是生物圈和太阳能之间的唯一联系，也是生物圈赖以生存的基础。(2)太阳辐射为地球上的所有生命系统提供能源。(3)根据适应光照强度的陆生植物的生态类型，可分为中性植物(耐荫植物)、阳性植物(向阳植物)和阴性植物(阴生植物)。(4)根据对日照长度的反应类型，植物可分为长日照植物、短日照植物、中日照植物和中间植物。光质量：光谱成分(红色、橙色、黄色、绿色、绿色、蓝色、紫色)生理有效辐射：可被光合作用利用的太阳辐射。光合作用只能利用太阳辐射中的可见光。绿光很少被陆地植物的光合作用吸收，被称为生理无效辐射。光周期现象：自然界中明暗交替光周期反应2.长日照植物：仅当日照长度大于日周期中临界日长时开花的植物。3.中日植物：这种植物的开花对日照长度不敏感，只要满足其他条件，在任何日照条件下都能开花。光周期在植物中的应用；(1)不同花期的开花植物同时进行杂交育种。(2)采用短日照处理，使树木早睡，提高越冬能力。延缓植物开花，促进营养生长。花期的园艺控制便于观赏。(5)安排农时。温度(1)温度对植物的影响(温度的生态意义)有效积温：植物从环境中吸收一定量的热量，在生长发育过程中完成一定的发育阶段。有效积温的意义：预测植物生长期；预测植物地理分布的北界；制定农业气候区划，合理布局农作物。植物的春化：植物必须经历一段持续低温的时期才能从营养生长到生殖阶段的现象。3.去春化：一种现象，当植物在春化完成前处于较高的生长温度时，低温的影响将被减弱或消除。(2)极端温度对植物的影响高温破坏了生物体的新陈代谢过程以及光和呼吸的平衡，没有经过春化的植物不能完成发育阶段。低温使植物遭受冷害和冻害，引起细胞渗透压变化、蛋白质变性和代谢紊乱。(3)植物对极端温度的适应美国植物对极端低温的适应1形态适应：芽有鳞，体有蜡粉，植株矮小生理适应：降低细胞含水量，增加细胞内有机物浓度3行为适应：睡眠美国植物对极端高温的适应1形态适应：密集的毛发和鳞片过滤；反射叶色；叶片边缘向上折叠或暂时折叠，以减少辐射伤害。带厚软木层的绝热阀杆生理适应：降低细胞含水量，增加糖或盐的浓度；蒸腾是剧烈的。3.行为适应：关闭气孔和种子休眠水(1)水的生物学意义水是植物不可缺少的成分。水是植物所有代谢活动的介质。水为植物创造了稳定的温度环境。水是光合作用的原料。水影响植物的分布和密度。(2)生物体中水分的获取和流失水分流失途径：蒸发(蒸腾，扩散)水分流失，分泌物水分流失水分获取途径：根吸收、叶吸收对水因素的生物适应u .水生植物对水因素的适应适应模式-发达的通风组织；-不发达或退化的机械组织；-叶子又薄又长，以增加光合作用和养分吸收的面积。生态类型沉水植物、漂浮植物、紧急植物u .陆生植物对水分因素的适应适应模式形态适应-发达的根系；小叶子表面；单子叶植物中的一些扇形运动细胞可以卷曲叶表面；-建立了储水组织。生理适应水运的力量；原生质的高渗透浓度。生态类型湿生植物、中生植物、旱生植物土壤(植物矿质养分的来源)土壤是植物生长的基质和养分库。土壤为植物提供了生存空间、水和必要的矿物质元素。生态因素的特征1)综合性：生态因素相互影响、相互作用、相互制约。任何一个因素的变化都会导致其他因素不同程度的变化。主导因素效应(非等价)主导因素：在许多环境因素中，有一个生态因素在生物学中起着绝对的作用。许多作用于生物体的因素并不等同。2)不可替代性和补偿不可替代性：虽然生态因素并不等同，但它们都是不可或缺的，一个因素的缺失不能被另一个因素取代。3)舞台效果生物在不同的生长发育阶段需要不同的生态因子或不同强度的生态因子。4)直接和间接影响植物光合作用：含有叶绿体和某些细菌的绿色植物在可见光的照射下，利用光合作用色素通过光反应和碳反应将二氧化碳和水转化为有机物质并释放氧气的过程。光反应发生在类囊体(光合膜)上，碳反应发生在叶绿体基质中。光合作用的重要地位地球上最重要的化学反应(2)生命的引擎(3)地球生物圈形成和运行的关键环节：所有生物有机体和人类物质的来源；所有生物和人类能量的来源；所有生物和人类的氧气来源光合机制叶绿体及其色素叶组织叶绿体(1)光合作用中光能的吸收、传递和转化过程是在类囊体膜和相关电子载体上具有一定分子排列和空间构象的色素蛋白复合物中完成的。(2)光合色素：参与光能吸收和传递或在光合作用中引起初级光化学反应的色素。高等植物和大多数藻类的光合色素是叶绿素a、b和类胡萝卜素。(3)光合色素分布在类囊体膜中，通过非共价键与蛋白核形成色素蛋白，吸收和传递光能。光合作用的生理机制(原始、同化力、碳同化)光反应包括初级反应、电子转移、光和磷酸化。(1)初级反应：光合色素分子对光能的吸收、传递和转换。u反应中心色素：处于特殊状态的少量叶绿素a分子，具有光化学活性，能捕捉光并将光能转化为电能。聚光灯颜料：能吸收光能并将吸收的光能转移到反应中心的颜料。大多数叶绿素a，所有叶绿素b，胡萝卜素，叶黄素。光合反应中心：初级光反应最基本的色素蛋白结构。(2)电子转移和光磷酸化(将电能转化为活性化学能的过程)光系统：叶绿体中的光和色素有规律地形成许多特殊的功能单位。1光学系统(PS):小粒子。NADP的减少核心综合体：反应中心为P7002光学系统二：更大的粒子。水的光解和释氧核心复合物：由6个以P680为反应中心的多肽组成2细胞色素b6f复合物一种多亚基蛋白质，其主要生理功能是将PQH2中的电子转移到PQH2中，并将h释放到囊状体腔中。光合作用链：一种连接两个光系统并在H2O和NADP之间传递电子的物质。光合电子传递及其类型。电子转移：由初级反应形成的高能电子沿着一系列电子载体转移，在此过程中形成O2、NADPH、H和质子电动势。u无环电子转移(z):由水光解产生的电子通过PS，细胞色素B6复合物，PS，并最终还原NADP，这是主要的形式。u形环电子转移：PS1吸收从光量子中分离出来的电子，通过细胞色素B6复合物，然后通过PC返回到PS1假循环电子转移：水分解产生的电子通过PS、细胞色素B6复合物和PS还原O2。(当在强光下NADP供应不足时产生)光磷酸化：在叶绿体(或发色团)中，二磷酸腺苷和磷酸腺苷通过光合成三磷酸腺苷的反应。无环磷酸化：光合作用电子转移到Fd并与无环电子结合产生三磷酸腺苷的反应。它在光磷酸化中起主要作用。光合磷酸化：一种反应，其中光合电子被转移到Fd，并与循环电子转移结合产生三磷酸腺苷。假周期光和磷酸化：光合电子转移到Fd，然后与假周期电子结合产生三磷酸腺苷的反应。(3)碳同化(二氧化碳同化):植物利用光反应形成的同化力将二氧化碳转化为稳定的复合糖的过程。1 C3途径(卡尔文循环):C4途径(四羧酸途径)3景天酸代谢途径CAM植物：根据CAM途径固定CO2的植物。C4植物凸轮装置C3工厂共同点光合产物由卡尔文循环合成差异碳同化有一个固定二氧化碳的过程光合产物形成于光呼吸：植物绿色细胞吸收氧气并在光照下释放二氧化碳的过程。(C4植物进化出更高的组织结构和生理功能来吸收CO2C3植物进化了光呼吸的生理功能。)光呼吸的生理功能：消除乙醇酸毒性，为卡尔文循环提供CO2，防止强光对光合机构的破坏，减少碳损失。光合产物光合作用的直接产物：糖。大多数高等植物的光合产物是淀粉，洋葱和大蒜的光合产物是葡萄糖和果糖，小麦和蚕豆的光合产物主要是蔗糖。光合作用的生理生态响应光合速率：单位时间和单位叶面积吸收或释放的CO2量。(2)光补偿点：当光合速率和呼吸速率相等时，同一叶片在同一时间的光强。(3)光饱和点：光合速率开始达到最大时的光强。 CO2补偿点：当光合速率和呼吸速率相等时，外界环境中的CO2浓度。 CO2饱和点：光合速率开始达到最大时的CO2浓度。植物的水分生理和生态水是生命起源的先决条件。没有水，就没有生命和植物。(1)水在植物生命活动中的重要性结合水：与细胞成分紧密结合，不能自由流动的水。自由水：能自由流动而不与细胞成分结合的水。3游离水/结合水：比值越高，植物的新陈代谢越活跃，但抗逆性较差4水在生命活动中的作用：原生质的主要成分u是代谢过程中一种重要的活性物质。植物用来吸收和运输物质的溶剂保持植物的自然姿态。水具有较高的比热和汽化热，有利于调节植物的温度。(2)植物细胞对水分的吸收吸胀吸收水分：未形成液泡细胞渗透吸水：液泡形成后(主要吸水方式。)代谢水吸收：植物细胞利用呼吸产生的能量使水通过质膜进入细胞的过程。新陈代谢的水分吸收仅占水分吸收的一小部分。1水势：每偏摩尔体积的水的化学势。束缚能：不能用于有用工作的能量。自由能：能够在恒定温度和压力下做功的能量。化学势：每分摩尔物质的自由能。渗透：水从高水势系统通过半透膜向低水势系统的运动。细胞水势：渗透势(溶质势)s:由于溶质颗粒的存在而降低的水势值为负值。压力势p:由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水势增加值为正。衬里电位m:由细胞胶体物质的亲水性和毛细管与自由水的结合引起的水势下降值为负值。干燥种子的水势=衬里质量潜力水势的应用水总是从高水势的部分流向低水势的部分。水势差越大，它移动得越快，直到水势相等。(3)植物根系吸水1根吸水面积根系吸水面积主要在距根尖10厘米处，包括根冠、根毛区、伸长区和分生组织区，其中根