蔬菜栽培生理学全套完整课件

1、蔬菜栽培生理学,课程简介：,蔬菜栽培生理学是研究蔬菜作物基本生理规律，揭示蔬菜作物与环境相互作用关系的一门科学。它是植物生理学在蔬菜栽培方面的具体应用，是理论与实践的具体结合。 通过本课程的学习，使学生了解蔬菜作物体内的主要代谢生理活动机理，掌握蔬菜生长发育的基本规律及形态建成的生理基础。深刻了解环境对蔬菜作物生命活动的影响和蔬菜作物对逆境的抗性。能够用植物生理的基本理论知识来分析和研究蔬菜栽培中出现的问题，利用植物生理的方法有目的的调控植物生长发育及其对环境的适应性。,章节内容：,第一章 绪论 第二章 蔬菜植物的生长发育和分化 第三章 蔬菜育苗的生理基础 第四章 叶球、花球和菜薹的形成生理

2、第五章根和茎菜类产品器官的发育生理 第六章果菜类的果实发育生理 第七章蔬菜植物调控的生理基础 第八章蔬菜植物的群体生理 第九章蔬菜逆境生理,第一章 绪论,一、蔬菜栽培生理学的概念,蔬菜栽培生理学是蔬菜栽培学与植物生理学有机结合的一门交叉学科，主要研究蔬菜产量、品质形成过程中的相关生理问题，是连接植物生理学与蔬菜栽培学的桥梁，是蔬菜栽培学在理论上的深入与提高，是植物生理学向蔬菜栽培实际应用的延伸。 如： 种子萌发和壮苗生理；产品器官形成生理及基因调控,二、蔬菜栽培生理学的形成与发展 (一）、农业发展对蔬菜栽培生理学的推动作用,农业的发展先后经历原始农业、传统农业和现代农业，特别是从20世纪中叶前

3、后，先后经过三次革命，极大推动了农业基础研究的发展。,1. 绿色革命,20世纪40年代在发达国家，60年代初在发展中国家以大幅度提高产量为标志。 主要技术模式：良种+化肥+灌溉+农药,经历了第一次绿色革命，1961-1996年，化肥使用量从0.31亿吨增加到1.35亿吨；1961-1996年，灌溉面积从1.3亿公顷增加到2.63亿公顷；1950-1990年，农药销售额扩大28倍。“绿色革命”显然使亚洲避免了重大的粮食危机（1996年世界粮食首脑会议报告），成为中国、东南亚和南亚地区惊人的经济增长的基础。,2. 白色革命,以应用塑料薄膜进行保护栽培的“设施农业”的兴起和发展为标志，发达国家在20

4、世纪60-70年代，我国在80年代迅速发展。对农业发展的农民增收发挥了积极作用。,设施农业的发展出现了一系列的生理问题，如次生盐渍化、连作障碍、低温弱光等。,3. 叶绿体革命,2004年3月18日世界权威杂志Nature以封面文章发表了由中国科学院生物物理研究所和植物研究所合作完成的“菠菜主要捕光复合物(LHC-II)晶体结构研究成果，认为光合作用由捕光系统和光反应中心两个”接力手“来共同完成，捕光系统负责把“接力棒”传给光反应中心。而捕光蛋白复合物的三维结构，是植物高效利用光能的结构基础。LHC-II这种膜蛋白是绿色植物中含有最丰富的捕光复合物。可能会对植物生产产生重要的影响。,4. 中国对

5、世界农业的贡献促进了蔬菜栽培生理的研究 联合国粮农组织(FAO)认为目前中国对世界农业的三大贡献： 超级杂交稻。 日光温室：成本低廉、经济实用、节约能源、高产高效，在寒冷地区可生产喜温果菜。 果菜类蔬菜嫁接栽培：可提高设施蔬菜的抗逆性，增强水肥吸收能力，克服连作障碍，减少土壤病害传播。,二、蔬菜栽培生理学的历史和发展 1. 中国古代： 汜胜之书记载：兽骨熬汤浸种；加粪调糊拌种。 齐民要术：并洲（今山西）大蒜引种到朝歌（今河南）蒜瓣变小，形同蒜珠（气生鳞茎）； 种甜瓜时都需“起禾芨，令直竖”。,2. 近现代： 1840年，李比希(J. Von Liebig) 出版有机化学在农业和生理学上的应用，

6、有力推动了蔬菜栽培生理学的发展。 1905年，德国学者F.F. Blakcman 提出“限制因子定律”，至今仍是蔬菜产量分析的基本定律。 1920年, Fisher 总结了植物生长分析法，公式为：植物生长率=叶面积同化率。 1927年，汤姆生(Thompson)发现二年生蔬菜的阶段发育理论中低温春化和先期抽薹。 20世纪50年代，M. Calvin 利用14C示踪和纸层析两种技术，揭示了光合作用中CO2 的同化历程，提出了著名的“光合碳循环”（Calvin cycle, 即C3)途径。60年代后又陆续发现了植物光合作用的C4途径，CAM途径和光呼吸作用。,1957年, Fujiwara和Syz

7、uki 提出了源-库关系的概念，发现了光合同化物分配受源、库代谢活性的控制。同时日本学者在20世纪50年代还研制出CO2分析仪，并开始在大田条件下研究蔬菜个体与群体的光合作用，有力推动了光合作用的研究。 1962年， Van Dobben首先发表了生物学产量、经济学产量和收获指数等观点，并研究了它们之间的相互关系。 20世纪60年代，日本学者角田提出了株型的概念；1968年，Donald提出了著名的“理想型”概念，并倡议开展理想型的株型育种，育种学者努力培育紧凑型的植物株型，对提高植物的群体光合作用起到了重要作用。,3. 蔬菜栽培生理学方面的著作情况： 国外： 日本学者集体编著的蔬菜生物生理学

8、基础(1970年) ， 杉山直仪主编的蔬菜发育生理与栽培技术(1976年) 。 苏联学者编写的蔬菜发育生理与栽培技术(1979年) 。 美国学者F.P. Gardnent, R. L. Mitchell 编写的作物生理学(Physiology of Crop plants)(1985)。 Hay RKM and Walker AJ编写的作物产量生理学导论An introduction to the physiology of crop yield（1989）。,中国： 20世纪60年代以来开始在浙江农业大学、山东农业大学、中国农业大学、河北农业大学和山西农业大学等相继开展了蔬菜（栽培）生理学的

9、教学工作，但基本都是自编讲义。 1979年，李曙轩教授主编的蔬菜栽培生理出版。,1986年，陆帼一教授主编的蔬菜栽培生理生态作为西农校内教材。,1996年，蒋先明教授主编的蔬菜栽培生理学出版。,2008年，张振贤教授主编的高级蔬菜栽培生理学出版。,4. 蔬菜栽培生理学研究应围绕“一个目标”、“二个面向”、“三个方向”、“四个任务”和“五个层次”进行。 一个目标：以产量形成和高产优质理论为目标。 两个面向：面向栽培为栽培提供理论基础。 面向育种为育种提供生理指标和相关理论依据。 三个方向：高产生理如何突破目前的产量限制？在产量上有所突破。 优质生理如何调节品质形成过程，改善品质性状并安全优质？

10、高效生理如何提高蔬菜抗逆性？提高光热气等资源的利用效率？ 使农业增收，农民增效。,四大任务： 揭示生长发育和产量形成的机理 鉴定性状（指标） 生理模拟 逆境生理 五个层次： 生态、群体、个体、细胞和分子,三. 蔬菜栽培生理学与其他学科的关系 1. 与细胞生物学、植物形态学、植物解剖学和植物生物化学关系密切。 原因：蔬菜植物各器官的形态建成和生命周期中发生的各个生理过程都建立在细胞活动的基础上。 2. 与植物分类学、植物生态学、气象学、土壤学、耕作学、肥料学关系密切。 原因: 蔬菜植物种类繁多，它们的分类地位、生态类型和栽培条件各不相同，对光、温、水、气肥的要求和反应都有较大的差异。,3. 与植

11、物病理学和植物昆虫学关系密切。 原因：蔬菜植物在栽培条件下常会遇到真菌、细菌、病毒、线虫和昆虫的危害。 4. 蔬菜栽培生理学的研究离不开设施园艺学和园艺工程学的支撑。 5. 蔬菜栽培生理学的深入研究必须借助于精密仪器和尖端技术。,四、怎么样学好和利用好蔬菜栽培生理相关内容,1. 积极参与蔬菜生产实践活动。 2. 勤于思考，善于观察，善于从实践中发现问题。 3. 关注国内外研究进展，不断提高自己的理论水平。 4.尽力寻找理论和实践的结合点。,思考题： 什么是蔬菜栽培学？其研究的内容包括哪些方面？,第二章 蔬菜植物的生长发育和分化,第一节 生长发育和分化的特点,一、 生长的模式、周期性及生长相关,

12、(一) 生长模式(生长分析) 生长是指植物或其某一组织、某一器官的大小(体积、重量等)不可逆的增加。 生长的基础是细胞的生长，通过细胞的分裂及其相继增大而实现。,1. “S”型生长曲线及其特征,不论是整个植株的生长，或是器官、组织和细胞的生长，在不同的阶段生长速度是不同的，表现为初期生长较慢，中期生长逐渐加快，最后生长又缓慢下来直至停止。这一典型的生长过程可以用”S”型曲线来描述。,A, 大小时间的“S”曲线; B, 对数生长曲线；C, 生长率曲线,植物的生长曲线,2. 相对生长关系,一个植株的不同器官，一个器官的不同部位，其生长量和生长速率往往是不同的。一片叶子面积的生长速率和其长度的生长速

13、率不一样；一个果实体积的生长，它的长、宽、厚三个反面的生长速率也不同。 因而，一个叶片或果实的最后性状，并不是一开始就决定的，而是由不同方向的差别生长决定的。,如辣椒果实的长度(y)和宽度(x)的生长速率的不同，可用“相对生长关系”公式表示： Y=bxK 或 lny = lnb + k lnx,把上述对数曲线绘成图则成为一条直线。斜率k就叫“相对生长系数”。当k=1时，表示果实在生长过程中形状不变；当k1时，形状变长；k1时，形状变扁。,(二) 生长的周期性,植物的生长并非以一个稳定的速率进行，而是随着季节和昼夜的变化其生长速率发生节奏性和周期性的变化，并表现出一定的间歇性，这就是生长的周期性

14、。,生长的昼夜周期性,很多蔬菜的生长，特别是茎的生长均表现出昼夜的变化，这种现象叫生长的昼夜周期性，主要是受温度的影响。 许多植物的生长，特别是一些起源于温带的植物，生长速率的昼夜变化与温度变化基本呈现同步，故又把植物生长的这一特点叫做温周期。,如番茄在白天温度较高(23-26)，而夜间温度较低(8-15)时生长最好，果实产量也最高。如果将番茄放在白天和夜间都是26.5的人工气候箱中或改变昼夜的时间节奏(如连续光照或光暗各6h交替)，植株生长不良，产量低；如果夜间温度高于日温，则生长受抑更为明显。,2. 生长的季节周期性,温带地区多年生植物的生长速率在每年的不同季节表现不同，随着季节的变化表现

15、出秋季生长停止，进入休眠，次年春季恢复生长，具有一定的周期性。这就是通常所说的“季节周期性”。,季节周期性是多年生植物生长的普遍现象，它的产生主要是当植物收到四季的温度、日照及水分等环境条件的影响，其体内本身产生的一系列生理反应而适应的结果。,多年生的蔬菜，如石刁柏、黄花菜等都广泛存在着休眠现象。对于一年生蔬菜植物，休眠的器官为种子，而多年生蔬菜植物休眠器官则为芽。如黄花菜地下部分当年生的芽可在低温来临之前进入休眠状态，以抵御不良环境的伤害。,一些营养繁殖器官也可进行芽休眠，如马铃薯块茎，洋葱鳞茎及生姜根状茎上的芽。,(三) 生长的相关性,植物体是由不同部分构成的，各个部分的有机协调形成了一个

16、完整的有机体。因此，植物各部分的生长并不是孤立的，存在着相互制约、相互协调的关系。这种现象叫植物生长相关。,1. 地下部与地上部的相关,植物地下部和地上部有密切的相互以来关系，这种相对的生长关系通常用“根冠比”表示，即根（包括地下产品器官）的重量与地上部重量之比。植物的根冠比受遗传因素控制；首先不同植物的根冠比值不同，如萝卜和番茄根冠比的差别很大；同一植物在不同的生长发育阶段，根冠比也发生较大的变化。如大白菜早期根和叶的生长同时进行，中后期，叶的生长速度加快。从出苗到采收，大白菜的根冠比逐渐下降。,地下部的根系是供应地上部生长所需要的水分及矿质元素的部位，地上部的健康生长还依赖于根系产生的一些

17、含氮化合物及细胞分裂素等；同时，根系生长需要的碳水化合物、维生素、激素是地上部供应的。所以，根系生长的好，地上部才能生长好；地上部生长好，可促进根系的生长。 由于上述的生理基础，可以得出，植物的根冠比受到水分、肥料、光、二氧化碳以及其他气候因子的影响，在栽培措施上可以通过调节植物接受外界因子的状况来改变根冠比。,（1）土壤的水分状况,植物的根系生长比叶片生长对水分的供应状况敏感，土壤干旱时，由于根生长在相对干燥的土壤中，而叶片的水分要靠根系供应，加上蒸腾作用，地上部的生长更易受到抑制。所以土壤相对干旱时，根冠比增大；土壤水分相对充足时，根冠比小。,(2) 肥料,氮肥对地上部生长的促进作用比根大

18、；而且，地上部的氮素是由根供应的。另外，适当的高氮处理可使更多的光合产物分配到茎叶中，高氮可使叶片合成大量的生长素转移到根，抑制根的生长。因此，氮素少时，根冠比增大；氮素多时，根冠比减小。 磷肥利于根系生长，适当增施磷肥可促进根冠比增大。,（3）其他因素,土壤温度的变化对根系生长的影响大于茎的生长，叶片生长的适应温度范围较根生长的宽一些。根生长期间对矿质元素的吸收和运输，都需要充足的O2供应。土壤中高浓度的CO2（2%）可促进根系的生长。,（4）栽培(农艺）措施,栽培措施主要是通过调节植物生长的环境因子，适当改变根冠比值，使其向利于栽培目的的方向发展。在蔬菜生产中，尤其是一些产品器官为地下肉质

19、根，如萝卜、胡萝卜等，或地下贮藏器官，如马铃薯、菊芋等；或根茎如生姜等蔬菜作物上，调节根冠比显得尤为重要，因其直接关系到产量的高低。 蔬菜栽培中，通常采用“蹲苗”技术，就是苗期通过控制水分的供应，为地下部的生长打下基础。,根菜类和薯芋类蔬菜作物的生长前期要采用施肥、浇水保证地上部分茎、叶的生长，扩大光合面积，为后期地下 产品器官形成奠定基础。 产品器官开始形成时应采取控制水肥措施，不使茎、叶生长过旺，使光合产物的大部分转移到地下部分，促进产品器官的形成合生长。,2. 营养生长和生殖生长的相关,营养生长是生殖生长的基础，没有良好的营养生长，生殖生长就不能很好的进行；另一方面，生殖生长过程中，受精

20、期间子房会产生一些激素物质，这些物质对营养生长会产生刺激作用。,营养生长和生殖生长之间存在相互制约的作用。,首先，营养生长过旺会抑制生殖生长的正常进行，如一些果菜类蔬菜，前期管理不善，造成茎、叶徒长，会与花或果实竞争养分，引起落花落果。 同样，生殖生长也影响营养生长，对于一年生果菜类蔬菜，结实将抑制营养生长，制约产量提高，并引起早衰；对于二年生蔬菜若提前抽薹开花会影响产品器官形成。 蔬菜植物进入生殖生长即开始衰老，最后导致死亡，生殖生长会强烈地抑制营养生长，与营养生长竞争光合产物。,营养生长和生殖生长相关在蔬菜栽培生理上的应用：,对于茄果类、瓜类、豆类等果菜类蔬菜而言，采取一些措施如去花、去果

21、、去叶、整枝等，都是围绕着协调营养生长和生殖生长的矛盾这一中心，达到高产优质的目的。如番茄栽培氮和水分太多，都可能发生徒长现象，造成结果减少，或坐果困难；因植物光合产物大部分都供给嫩芽和生长点生长，供应给过时的较少。在这种情况下，可以通过栽培上采取控制肥、水或应用生长调节剂如pp333等来控制营养生长。 相反，当植株生长弱，结果太多，会造成植株早衰，影响产量，可采用疏花、疏果及保留部分果实的措施，解决生殖生长和营养生长的矛盾。,3. 主茎和侧枝生长的相关,植株上主茎和侧枝的生长关系主要表现在顶端优势，也就是主茎的顶端生长部分可抑制侧枝的生长。不同的蔬菜植物顶端优势表现的强弱有差异，如竹笋、甜玉

22、米等蔬菜作物顶端优势较强，生长期间不产生分枝；茄果类、瓜类蔬菜的一些种类则容易产生分枝，顶端优势较弱。,顶端优势在蔬菜生产中的应用：,对茄果类、瓜类等蔬菜的打杈、摘心和整枝等措施，目的就是调节主茎和分枝的关系，破坏或加强顶端优势，达到植株吸收的养分合理分配，提高产量。,二、发育的特征和阶段性,（一）发育的特征,广义上说，植物的发育指生活史中经历的一系列变化。 而狭义上的发育指顶端分生组织细胞由只发生营养器官的细胞转变成只发生生殖器官的细胞。 所发生的变化，只有顶端少数细胞发生质的变化，而且只发生在个体发育的一段时间，所以发育是一个质变过程。,（二）发育的阶段性和顺序性,植物的阶段发育学说，最早

23、是由前苏联学者李森科(1935)提出，他认为发育过程具有阶段性，一、二年生植物的整个发育过程，由各个不同阶段构成；每一阶段对环境条件的要求不同，具有顺序性，即指前一阶段完成后，后一阶段才能出现，不能超越或倒转。例如，植物没有通过春化阶段时，就不能通过光照阶段；也不能先通过光照阶段，然后再通过春化阶段。,发育往往需要特定的诱导因素：,营养生长到生殖生长的转变过程中，温度（低温）往往诱导生长锥发生感应； 光周期使叶感应产生成花素类物质，并运转至生长锥诱导其发生反应。 例如：白菜、甘蓝、萝卜等一些需要低温通过春化、长日照条件开花的蔬菜植物，如果在生长过程中这些条件不能满足发育过程就不能进行，植株就不

24、能正常开花，结实。,生长锥的分生组织细胞一旦通过质变过程，就具有分化出花器官(花薹、花朵等）的可能性。但要使花器官完成形态建成还是要通过生长，这就是生殖生长。所以生长还是器官量变的基础，没有发育就没有花、果产品器官进行生长的基础，有了这个基础而没有生长过程的进行，则没有花、果产品器官的形态建成。 根、茎和叶菜类的产品器官都是营养器官，延缓和控制它们的发育过程是产品器官形态建成的基础。,生长是发育的基础,阶段发育学说提出以后，可以解释一些发育现象，对于作物的生产起了一定的作用。但是随着科学的进步，现在看来，上述学说显然是不全面的，因植物的发育过程并不是按照一定的严格顺序性进行的，某些阶段也可以进

25、行人为的调节。,三、分化及细胞全能性的应用,分化是指来自同一合子或遗传上同质的细胞转变为形态、机能和化学构成上异质细胞的过程。,分化是由一般变为特殊的现象，它可在细胞水平、组织水平和器官水平上表现出来。如茎和根的分化，茎上的叶和侧芽的分化，根上的侧根及根毛的分化，在各种器官中各种组织的分化（如茎和根都可以分化出表皮、皮层、中柱和维管束等）。,（一）极性（Polarity),极性是指植物从两级发育的趋向性，如根的向下；茎的向上。极性是分化的基础，没有极性的存在生物体内就很难进行分化。例如，高等植物的受精卵有很强的极性，受精卵的第一次分裂就出现两个形态和生理功能有差异的细胞，后来经过多次分裂之后，

26、两个细胞分别形成了不同的结构，胚、胚柄等。茎、根、叶等器官仍表现出极性。 了解和认识极性现象的存在，对蔬菜生产有重要的意义。如进行嫁接和扦插时，要充分考虑枝条的极性，提高成活率。,（二）不均等分裂 (asymmetric cell division),不均等分裂是分化的开始。通过不均等分裂，一个细胞分裂成两个异质细胞，两个细胞向不同的方向发展，最后形成不同的组织或器官。事实上，受精卵的第一次分裂就是不均等分裂，从而形成了具有不同生理作用的胚根和胚芽。 植物根表皮细胞通过不均等分裂形成一个大细胞和一个小细胞，大细胞形成正常表皮细胞，而小细胞形成根毛。,(三) 细胞全能性(Cellular tot

27、ipotency)及其在组织培养中的应用,1. 细胞的全能性 一个植物细胞含有所有的遗传信息，具有产生小植株的能力，这就是植株的全能性。,细胞全能性是植物组织培养的基础，一般经过外植体组成细胞的脱分化，使其达到细胞最原始的分化阶段，即相当于受精卵的分化阶段后再开始再分化过程，这可能就沿着类似合子胚发育的途径发育为胚状体进而发育为植物体。,2.细胞和组织培养中形态建成的式样,人工培养的细胞或组织经过脱分化过程的细胞分裂而不断增殖，从而发生一种新的生长类型，形成无定型的细胞群，即愈伤组织。愈伤组织是由一群近乎等径的薄壁组织细胞组成的不规则的、没有构成特定器官的细胞团。,（1）愈伤组织的形成,当离体

28、的外植体置于含有无机盐、植物生长调节剂和蔗糖等的培养基上时，或植物体的伤口处于一定条件时，伤口处的细胞就会很快分裂形成一些无定型的细胞群。即愈伤组织。 这里首先进行的是脱分化，已分化的到一定阶段的植物组织中的细胞，在特定的刺激下停止已经行到一定阶段的分化过程，又返回到较不分化的状态。,（2） 影响愈伤组织形成的因素,a. 创伤刺激: 创伤首先可能引起创伤激素的产生，这种创伤激素在愈伤组织的形成中可能起着扳机的作用，它开启某一生化过程，使原来进行中的分化过程停止，并开启脱分化过程，使这些细胞恢复到分生组织状态，甚至有沿另一方向分化的趋势。,b. 化学环境,培养基中补充外源植物生长调节剂可以控制愈

29、伤组织的发生和形成，其中生长素有利于愈伤组织的形成，特别是人工合成的生长素类生长调节剂2,4-D，对愈伤组织的形成有很强的刺激作用，尤其是高浓度的2,4-D可使许多植物的外植体形成愈伤组织，而且这样形成的愈伤组织不容易分化出芽或根等器官。,c. 外植体的生理状态 取材植物种类的不同，器官的不同，发育阶段的不同等都会影响愈伤组织的形成，这可能是由于内源激素种类和水平的不同，更重要的可能是由于细胞所处的分化途径和分化阶段的不同。,（3）愈伤组织的分化 分化形成小植株的途径 由愈伤组织分化形成小植株的途径，有各种各样，具体表现为以下4条途径。 . 先形成胚状体,胚状体通常由旺盛生长的愈伤组织表面分散

30、的细胞或细胞团发生，这些细胞在愈伤组织表面呈孤立化状态，但并不完全脱离愈伤组织，经过多次分裂而形成球形原胚。,其表面细胞主要进行垂周分裂，而其内部细胞则进行各个方向的分裂，使球形胚的体积增大。这种主要进行垂周分裂的表面细胞就是原表皮，细胞大而排列整齐、液泡化程度高而核小，内部细胞则体积小、核大、原生质浓厚，分裂活动旺盛。这样生长到一定大小后球形胚就进行纵向伸长，且两侧细胞的分裂比中间活跃，向外突起形成心形胚。这种两侧的突起即是子叶原基。子叶原基的突起部分和两原基间的区域，以及与之相对的下端，细胞小而细胞质稠密、显出较强的分生能力，从而表现出极性。随后子叶原基发育成为幼小子叶，进而发育成子叶，胚

31、状体下方也伸长形成胚轴和胚根。,. 先形成芽 由愈伤组织形成的芽属于不定芽。这种芽一般也起源于愈伤组织表面的散生分生组织细胞团。该分生组织细胞团首先发生单向极性，细胞不断分裂向外扩展至愈伤组织表面之上，形成芽端分生组织。此分生组织细胞原生质稠密、细胞核明显增大，进一步分化出叶原基而形成芽。当芽长到一定大小后就可转移到诱导根的培养基上诱导芽的下端形成根，即形成一完整的小植株。,. 先形成根 愈伤组织中根的发生往往是内起源，多发生于管状分子团附近，如果有鸟巢状分生组织团，则在其周围。外围的局部形成层状分生组织细胞旺盛分裂，向外增生细胞，使之在某一方向迅速生长，成单向极性生长，进而形成根源基，进一步

32、生长成根。就根的发生部位来看，与植物体内不定根的发生极为相似，都是发生在微管组织附近。当根形成后就可转移到诱导芽的培养基上诱导出芽，从而形成一完整的小植株。不过，应该知道，一般来说如果愈伤组织先形成根后就很难再诱导出芽，但也有的植物先诱导出芽后很难再诱导出根。,b. 影响分化途径的因素 植物生长调节剂 生长素对根的形成有着明显的促进作用，无论内源生长素IAA，还是人工合成的生长素类调节剂IBA、NAA、2，4-D都有这一功能。但如果用高浓度的2，4-D则抑制根的形成，2，4-D明显使细胞变得不稳定，丧失形态建成的能力。不过在单子叶植物中2，4-D可作为一种生长素选用，而对于双子叶植物则不能。多

33、种细胞分裂素有利于芽的形成 。,. 物理因素 光周期对芽和根的形成没有决定性作用, 很多植物的组织培养可在黑暗中开始，也可在连续光照下开始。不过有研究表明蓝光对组织中芽的形成非常重要，高强度的紫外光则抑制这种形态建成。 有关温度对愈伤组织分化途径影响的研究很少，但许多实验中也发现，一定的温度有利于愈伤组织中的器官建成，并且存在最低和最高的极限温度。,3. 细胞和组织培养利用,（1）蔬菜作物的脱毒及良种繁育,(2)进行单倍体育种 小孢子是配子体的第一个细胞，是减数分裂的产物，因此其染色体是单倍的，用此培养获得的植株是单倍体，用其加倍获得的二倍体就是纯合的，不管是显性性状还是隐性性状都能在后代中表

34、现出来，从而可大大缩短对杂种后代选择的时间。子房中发育出的大孢子及其发育成的胚囊中的细胞受精前绝大多数情况下也是单倍体细胞，因此也可通过培养获得单倍体植株，进而进行单倍体育种。,(3)克服胚败育 许多植物远缘杂交后代的胚由于胚乳败育而引起胚败育，这种情况下可把杂种胚挖出来进行培养，就可获得杂种种子或幼苗。如利用这一方法解决了白菜和甘蓝杂交不育的问题，并育出了既有甘蓝的抗病性又具白菜易熟、纤维少特点的新品种。,(4) 作为科学研究的实验系统,器官发生研究 遗传工程研究 生理代谢途径研究,第二节 温度与生长发育的关系,一、温度的作用,（一）蔬菜作物对温度的要求,蔬菜植物的生长对温度很敏感，温度的变

35、化常常导致生长速率的明显变化。每一种蔬菜在其生活史的任一时期，其生长温度都有一定的要求，即生长的三个基点温度：最低温度、最适温度、最高温度。,植物能生长的最低温度和最高温度称为植物生长温度的最低点和最高点，生长最快的温度称为其最适点。,1. 不同种类的蔬菜其生长的三基点温度不同,蔬菜对温度的这种要求，是与它们的起源地的自然环境相关的。 起源于温带的蔬菜，如甘蓝、大白菜、洋葱等，它们的生长温度相对而言，比起源于热带的蔬菜，如茄子、黄瓜、丝瓜等要明显低一些。起源于高原地区的蔬菜种类的生长温度相对较低。,根据对温度的要求不同，可把蔬菜分为四类：,耐寒性蔬菜 半耐寒性蔬菜 喜温蔬菜 耐热蔬菜,耐寒蔬菜

36、 如菠菜、大葱、大蒜以及白菜中的某些耐寒品种，短期内可以耐-10-12的低温。同化作用最旺盛的温度为1520。,半耐寒蔬菜 萝卜、胡萝卜、芹菜、白菜类、甘蓝类、莴苣、豌豆、蚕豆等。能短时期忍耐-1-2的低温。其同化作用以1720为最强，温度超过20时，同化作用减弱，超过30时，严重减产。,喜温蔬菜 黄瓜、番茄、茄子、辣椒等。这些种类蔬菜的最适同化温度为2530。当温度在15以下时，授粉不良，引起落花。10 以下停止生长。,耐热蔬菜 西瓜、甜瓜、冬瓜、南瓜、丝瓜、苦瓜、豇豆、刀豆等，它们在30左右的同化能力最高。豇豆在40的高温下仍能生长。15 以下影响开花坐果。,2. 同一种蔬菜在不同的发育时

37、期对温度的要求不同,对大多数蔬菜而言，种子发芽要求较高的温度，营养生长时期的温度可以稍低；而开花结果期，需要较高的温度。,3. 不同部位的最适生长温度不同,即使同一种蔬菜在同一生长阶段，根、茎叶、花等器官对温度的要求也不完全一致。一般来说，根生长的三基点温度较芽高。,（二）温周期,植物生长和分化受到昼夜温度变化的影响，这种现象叫温周期。,一般是白天的温度比夜晚的高些，白天高温，夜晚低温的温度日变化对植物生长和分化是有利的，生长速率也较快。 许多蔬菜植物的生长和分化都表现出温周期现象。 如番茄幼苗生长的最适日温为25左右，而夜间则在18-20左右。,夜间低温对植物生长和分化有利的生理基础：,一般

38、的解释认为：白天较高的温度有利于光合速率的提高，合成较多的有机物；夜间低温使呼吸速率降低，有机物消耗减少，有利于物质的积累。另外，较低的夜温有利于根的生长，使根吸收更多的矿质元素和水分，供应地上部的生长需要。较低的夜温还有利于细胞分裂素类激素的合成，起到调节生长和分化的作用。,（三）贮藏器官的生长与温度,温度条件在诱导鳞茎、球茎或块茎等贮藏器官的形成中发挥重要作用。,马铃薯植株生长比块茎形成的温度要高，块茎形成的平均适宜气温为16-18，尤其是夜温对块茎的形成影响较大。当夜温低于20时，块茎可在任何光照长度下形成，12 是块茎形成的最适夜温。一定范围的昼夜变温，可促进块茎的形成。 有研究表明，

39、块茎在白天温度20 ，夜间10-14 形成时最好。环境温度每高于最适温度5-9 ，块茎产量将下降4%。 其他薯芋类蔬菜象菊芋、山药等的形成也需要相对较低的温度。,洋葱鳞茎的形成要求比叶片生长较高的温度。幼苗生长的最适温度为20-25 ，温度超过27 时，生长下降。鳞茎形成在高温比低温下要快，但过高的温度（40 ）对鳞茎有阻碍作用。,二、春化作用,低温对植物开花的促进作用叫春化作用。,根据蔬菜植物开花对低温的要求不同，可将它们分为两类：,（1）对低温的要求是绝对的。包括一年生冬性植物、二年生植物和许多多年生植物。 一年生冬性植物和二年生植物，它们在第一个生长季节进行营养生长，形成莲座状的营养体，

40、在冬季只要经过一定时间略高于0 以上的低温处理，在次年的春季或夏初就会开花。 已经证实的要求低温才能开花的二年生蔬菜包括：芹菜、甘蓝、根菜类、白菜类等。 试验表明，若不给予低温处理，结球甘蓝可保持好几年的营养生长而不开花。,（2）开花对低温的要求是相对的。,该类蔬菜植物的开花受到低温的促进。经过一定的低温处理，开花时间较早，未经低温处理，开花相对较迟，但仍可以开花。如莴苣、菠菜和豌豆的一些晚熟品种。,（二）影响春化作用的条件,1. 感应类型 二年生蔬菜植物，不同种类通过春化时期有差别，据此，可把它们分为两类：,（1）种子春化 有些蔬菜植物在种子萌发时期就能感应受低温诱导而通过春化，叫种子春化。

41、如：白菜、萝卜、芥菜、菠菜、莴苣等。,对种子春化类型的种子进行低温处理时，只有种子处在生理活动状态萌芽时期才可进行。如果种子是干燥的，处于休眠状态，对低温处理就没有感应。 萌动的种子通过春化，实际上是胚在感受低温诱导，胚接受了春化处理后，促进开花。 应当注意的是，所谓“种子春化”，并不是只有在种子萌动时才对低温有感应，而往往是幼苗长到一定大小时对低温的反应更为敏感。如大白菜就表现出这种特点。,(2) 绿体春化 有些蔬菜植物不能在萌动的种子时期，而只有在幼苗长到一定大小的植株时才能感受低温诱导通过春化，叫绿体春化。如甘蓝、洋葱、大蒜、大葱、胡萝卜、芹菜等。, 绿体春化受植株大小的影响 不同蔬菜种

42、类春化绿体的大小是不同的，如果植株没有达到一定大小，即使遇到低温也不能通过春化。这个所谓一定大小的植株，可以用日历年龄、植株茎的直径、叶数或叶面积来表示。试验表明，甘蓝幼苗只有茎粗达到0.6 cm，叶宽达到5 cm以上时才能通过春化；洋葱幼苗假茎的直径在1 cm以上才能感受低温的诱导。, 绿体春化的植株感受低温的部位是茎尖生长点 以芹菜为例，在温室中种植的芹菜，若茎尖给予0 的低温处理（用冷水管缠绕茎端），可以通过春化，在长日照下开花结实。如果芹菜种植在低温条件下，而茎尖却给予25 左右的高温处理，植株则不开花。可见，植物在春化过程中感受低温的部位是分生组织或正在分裂的细胞。,绿体春化需保持植

43、株的完整性 绿体春化的植株在感受低温过程中除了具有茎尖生长点外，还要求植株带有根和叶。否则会影响春化。如当对洋葱进行春化处理时，把叶片全部或大部分剪除，春化的效果下降。,2. 温度 温度对春化效果有直接影响。不同种类植物春化要求的低温不同，这种特性是该种植物在系统发育中形成的。一般而言，植物春化的温度范围为0-15 ，同时，还要一定的处理时间，从4天-8周不等。这个温度范围和处理时间的长短与蔬菜种类和品种有关，有要求严格的种类和品种，也有不严格的种类及品种。对于大多数二年生蔬菜来说，低温范围在0-10 之间，处理时间通常在10-30天。,白菜和芥菜的很多品种，在0-8 条件下处理20天就可通过

44、春化。长江流域的小白菜和广东的菜心，对春化要求不严格，春化5天就有诱导开花的结果。,萝卜的春化，以0-5 的低温处理10-20天最合适。而秋播的萝卜，幼苗期间低温处理3天，就可观察到促进抽薹的作用。,正在进行低温春化处理的植株，立即放置在高温条件下通常不会开花，这种现象叫脱春化作用。通常脱春化的温度在25-30 。 一般情况下，春化时间越长，脱春化越困难。一旦植株完成了春化过程，即使放在高温下，也不会引起脱春化作用。,三、低温效应的生理机制,（一）低温反应的模式,春化作用最显著的特征是某些过程在低温下进行的比高温下快，这与一般的化学反应在高温条件下进行的快的特点不同。因此，春化期间发生的变化必

45、然是酶控制下的反应。,为了容易理解春化作用的“负温度系数”， 人们提出了一个假设，认为春化过程由两个竞争同一底物的不同反应构成。虽然两个反应的温度系数不同，但都为正温度系数。,在上图中，可知反应2和反应3竞争同一中间产物B。假设反应3比反应1和2的温度系数高。这就意味着高温条件对反应3有利，那么B就大多向产物D转化，C就几乎不能形成。然而，当温度显著下降时，反应3的速率比反应2下降的多。相应地在低温条件下，反应2将会有利，C产物就积累。因此，C产物就在低温条件下形成，高温条件下不形成。所以，从客观上来看，C产物似乎无表现为负温度系数。以上只是一个假说，但对于说明春化过程的负温度系数还是具有重要

46、的参考意义。,（二）春化过程的生理变化,植物完成春化过程以后，其生理代谢上会发生一些变化。经过春化的幼苗，其呼吸速率、蒸腾作用、光合作用有所提高，单位重量叶片中叶绿素的含量有所增加。 由于春化作用会促进发育，尤其是二年生的越冬蔬菜植物，其耐寒性及抗病能力会有所减弱。,（三）与开花有关的物质,1. 春化素,德国Melchers早在1937年发现，把已春化的天仙子叶片嫁接到没有春化的同一品种上时，后者不经低温处理就可开花。另外，用甘蓝、胡萝卜所做的试验也取得了类似的效果。另有研究表明，这种纯化的效果不仅在同一种植物中传递，甚至可以在某些不同属植物间传递。基于上述发现，Melchers1939年提出

47、假说认为，植物春化形成了一种可经过嫁接传递的物质，该物质可以诱导植物开花。这种物质就是春化素。但自从提出了春化素的概念之后，从春化中分离春化素的试验从未停止。,2. 植物激素,1957年，Lang发现用GA处理某些二年生的植物，可以不经过低温而诱导开花。如用GA处理甘蓝、萝卜、胡萝卜等，可以促进抽薹开花。于是，人们推测，开花激素是不是就是GA呢？后来发现GA诱导开花与低温诱导的开花有许多不同的生理现象： 如当GA用来处理需低温诱导才能开花的植物时，首先观察到的反应是茎的伸长，然后才形成花芽；而经低温处理的植株，其花芽形成和茎抽薹是同时进行的。另外，许多植物的开花并不能被动诱导。由此可见，GA并

48、不是春化作用形成的春化素。,第三节 光与蔬菜植物的生长发育和分化,一、光周期现象 昼夜长短对植物开花的调节作用叫光周期现象。,（一）植物对光周期的反应 根据植物开花对光周期的要求，可以把植物分为以下几种类型。,1. 长日植物 在一昼夜的周期中，植物在日照长度长于临界日长时才能开花。这种开花受到长日照促进的植物叫长日植物。,属于长日的蔬菜植物有：白菜、甘蓝、萝卜、胡萝卜、芹菜、菠菜、蚕豆、莴苣、豌豆（晚熟品种）、大葱、大蒜、芜菁、花椰菜、菊苣等。,2. 短日植物 在一昼夜的周期中，植物在日照长度短于临界日长时才能开花。这种开花受到短日照促进的植物叫短日植物。 属于短日植物的蔬菜有：扁豆、刀豆、茼

49、蒿、苋菜、菊花脑、草莓等。 3. 中光性植物 这类植物的开花对日照长短的反应不敏感，它们在任何长度的光照下均可开花，这类日照长短对其开花没有明显影响的植物叫中光性植物。 属于中光性的蔬菜植物有：黄瓜、菜豆、番茄、茄子、辣椒、菊芋、甜玉米、洋葱、马铃薯、西瓜等。它们的开花受温度影响较大，只要温度适宜，一年四季均可开花。,（二）与光周期有关的两个问题,1. 临界日长 植物开花所需要的极限日照长度。促进长日植物开花的最短日长或促进短日植物开花的最长日长就是临界日长。,对于长日植物来说，其开花所需的日照长度应长于临界日长，光照时间越长对开花越有利。这类植物的开花并不需要暗期，可以在连续光照的条件下很好

50、的开花。如果光照时数短于临界日长，开花反应会显著降低。,例如，菠菜为长日植物，当一天中光照时数短于13h时，开花反应就停止。,短日植物开花要求日照长度短于临界日长，当日照长度长于临界日长时，则不能开花。 例如，大豆为短日植物，大豆晚熟品种在日照长度长于13.5-14 h时，就不能开花。而当光照时数小于这个值时，才能开花。对该类植物，暗期的长短对发育的影响更为重要。光照时间越短对开花越有利。但研究表明，当日照长度短至2 h以下时，短日植物也不能开花，因为光照时间太短，除了影响光合作用进行外，其它的生理过程可能也受到影响。 注意：在区别长日和短日植物时，不应当只看其对日照长短绝对值的要求，而关键在

51、于它们对临界日长的反应。,2. 质的光周期反应和量的光周期反应 只有少数植物的开花对日照长度有严格的要求，它们开花有明显的临界日长。必须在日照长度长于（对长日照植物而言）或短于（对短日照植物而言）临界日长的条件下才能开花，否则不能开花，这种植物表现出质的光周期反应，成为绝对长日植物或绝对短日植物。,如菠菜、萝卜为绝对长日植物，大豆、紫苏为绝对短日植物。,大多数长日或短日蔬菜植物对光周期的反应并不是绝对的，它们开花可被长日(对长日植物而言)或短日(对短日植物而言)条件促进，但在不适宜的日照长度条件下最后也会开花。这类植物的开花没有明确的临界日长，对日照长度仅表现出梯度反应，叫相对长日植物或相对短

52、日植物。如白菜、芥菜等蔬菜在长日照下可以很快开花，而在较短的日照条件下(8-10 h/d)也可以开花，但开花时间推迟。红叶苋菜在短日照下开花较快，但在长日照条件下(14h/d)也能开花。,利用光周期反应的这一特性，可以通过选育对光周期要求严格或不严格的早、中、晚熟品种，使蔬菜达到周年供应。,（三）影响光周期反应的因素,叶片,叶片是植物感受光周期的部位，芽则是发生光周期反应的部位。植物叶片接收到光周期刺激后会产生某种开花刺激物质，然后通过叶柄、茎再运输到生长点，促使花芽分化。去除全部叶片的植株，即使放在适宜开花的日照条件下也不能开花。而整个植株只要有一个叶片处于诱导的日照条件下，就能开花。 叶子

53、感受光周期的敏感性与其发育程度有关，如在一些植物中，叶片刚刚完全展开时，对光周期的反应最敏感；幼小的叶片和衰老的叶片敏感性较差。,2. 植株年龄 大多数植物必须达到一定的大小才对光周期起反应，植株年龄越大，对光周期的反应越来越敏感。如竹类植物几十年才能开花。有些植物在幼苗期甚至子叶期就可感受光周期，如白菜、萝卜春季出苗后即用短日照（8 h/d) 处理，则在2片真叶期就会开花。榨菜在2片真叶时也可感受长日照(16h/d) 条件而抽薹开花，大豆在子叶期就对短日照有反应。,3. 植物种类及品种 不同种的植物和同一种植物的不同品种，开花对光周期的反应有较大差别。,4. 温度,温度条件可影响植物对光周期

54、的反应。有些植物开花对长日或短日条件的要求可部分别温度代替。如低温春化可以部分取代菠菜对长日照条件的要求，低温也可促进某些豌豆晚熟品种在长日条件下和洋葱的一些品种在短日条件下开花。在高温条件下为长日植物的莴苣、菊苣，在低温条件下可转化为日中性植物。 温度太高时，许多长日蔬菜如白菜、萝卜、菠菜和芹菜，即使在长日条件下，也不会开花，或者开花期大为延迟。可见，高温会抑制光周期的通过，尤其是夜间温度过高对花芽分化的抑制作用更强。 温度太低，即使光周期适合，由于植物的生长缓慢，也很难抽薹开花。,5. 光强及光质,植物通过光周期诱导所需要的光强是很微弱的，大大低于光合作用需要的光照强度。一般情况下，光周期

55、诱导的光照强度约在50-100 lx.在自然条件下，计算日照长度是以太阳处于地平线下6为准，而不是以太阳直射光的有无为准。,光质对光周期效应有很大的影响。以长日植物为材料研究光质对整个光期的效果，结果显示以远红光或蓝光照射可以开花，而以红光和绿光照射不能开花。大量有关暗期间断的结果表明：不论是抑制短日植物开花还是诱导长日植物开花，都是红光最有效，蓝光效果很差，绿光无效。,在暗期中利用红光照射进行间断处理，短日植物的开花会被抑制，而长日植物则会开花；若在红光照射之后，立即用远红光照射，暗期间断作用消失，即远红光可以抵消红光的间断效应，而且这个反应可以反复逆转多次。总之，暗期间断对短日植物来说，红

56、光抑制开花，远红光促进开花；对长日植物而言，红光促进开花，而远红光抑制开花。这种红光/远红光的生理作用是光敏素参与的过程。,二、光敏素,(一) 光敏素的发现,光敏素的发现时20世纪植物生理学取得的最大成就之一。在发现光敏素之前， 人们就已经注意到植物对光的不同反应以红光最有效。如莴苣种子的萌发可被红光促进，受远红光抑制，进而发现红光的效果可被随即的远红光处理所逆转。 促进莴苣种子发芽的作用光谱，与控制开花的作用光谱相同，最大作用区在600-660 nm之间(红光光谱)，这种作用可被远红光(730nm)所逆转。这种色素又美国科学家Butler等于1959年首先从黄化的芜菁子叶和玉米幼茎中提取出来

57、，称作光敏素。,（二）光敏素的特性,1. 分子结构,光敏素在自然条件下是以单体分子的二聚体存在的，两个单体相距70，彼此在C端40KD的肽链上相连。一个光敏素的单体分子由两部分组成：线型四吡咯发色团和脱辅基蛋白质分子。发色团以硫醚键与蛋白质多肽链上的半胱氨酸相连，发色团为线性的胆三烯类的四吡咯结构。蛋白质多肽分子量因植物种类不同而有所差异，一般在120-127KD之间。,2. 性质,光敏素有两种存在形式：Pr和Pfr，即红光吸收型和远红光吸收型。Pr的吸收峰在660nm，而Pfr的吸收峰为730 nm。在植物体中，只有Pfr具有活性，Pr为钝化态。黄化组织中光敏素大都以Pr的形式存在。 Pr和

58、Pfr之间可以进行光转化，即Pr型在660 nm红光照射下转化为Pfr型，Pfr型在730 nm远红光照射下转化为Pr型：,在光转化过程中，发色团一个吡咯环上的H+质子发生了转移，引起双键转移，并导致H+原子丢失，发生了同分异构化。这一双键的转动，使发色团在蛋白质中的位置发生变化，蛋白质构型也变化。,光敏素的Pfr在远红光下可迅速地转换为Pr，而在黑暗中则缓慢地转换为Pr或被分解。研究证明，Pr在植物体内稳定，而Pfr则不稳定。,（三）光敏素的作用机制,膜假说。 基因调节假说。,参考植物生理学教材，自己课下阅读。,三、植物的光形态建成,植物的许多形态发生过程都与光有关。光敏素在自然条件下是一个

59、光信号转导的受体，使植物感受环境中光的刺激后细胞内产生一系列的变化，并发生一定的生理作用。,（一）自然光与光敏素的“强光反应”,自然界中与植物发育进程有关的光有三种：即日光(太阳高度位于地平线10以上)，曙光、黄昏光(太阳高度位于地平线的10和- 10之间)，遮荫光(植物群落下的光)。这三种光的光质不同，它们的F:FR光量子的比率分别如下： 日光 0.99-1.32 曙光、黄昏光 0.7-1.0 遮荫光 0.2-0.74,光敏色素还表现为“强光反应”的特性，即在白天日光的连续高强度照射下（由红光、远红光、蓝光等组成)，光敏素的吸收峰在远红光区(730 nm)。这一结果使植株长时间保持一定的Pfr水平，而且Pr和Pfr的光转化达到一个“光平衡状态”： 即=,光质对植物光敏素的值影响很大， 值与光谱中F:FR关系如右图所示。可以看出，在自然条件下， 值对在0-1的光谱变化(F:FR)最敏感，也就是说，植物光敏素的平衡状态对于叶冠层和自然植被中的光谱的变化有最大的反应。据测算，在自然光照下，植物的值约为0.6。,（二）促进幼苗生长去黄化作用,从地下萌发的种子或幼芽上长出的幼苗在出土前由于没有接受过阳光，幼苗叶片