第七章 植物的生长与运动ppt课件

1、v一、生长发育和分化的概念；v二、植物生长相关性；v三、植物的组织培养技术与应用。一、影响种子萌发的外界条件一、影响种子萌发的外界条件 1、水分、水分 吸水吸水种皮膨胀软化种皮膨胀软化氧气透过种皮氧气透过种皮胚呼胚呼吸增加，使胚易干突破种皮；吸增加，使胚易干突破种皮； 胞质凝胶态胞质凝胶态溶胶态，代谢加强，贮藏有机溶胶态，代谢加强，贮藏有机物分解；物分解； 促进可溶物运输到正在生长的幼芽、幼根等。促进可溶物运输到正在生长的幼芽、幼根等。充足的水分是种子萌发的必要条件。充足的水分是种子萌发的必要条件。2、氧气：、氧气： 种子萌发是一个非常活跃的生长过程。种子萌发是一个非常活跃的生长过程。 旺盛的

2、物质代谢和活跃的物质运输等，需旺盛的物质代谢和活跃的物质运输等，需要强烈的有氧呼吸来保证。要强烈的有氧呼吸来保证。3、温度：、温度： 酶的活性与温度有密切关系，适宜温酶的活性与温度有密切关系，适宜温度，利于萌发；了解作物种子萌发的最适温度，度，利于萌发；了解作物种子萌发的最适温度，对决定播种期很重要。对决定播种期很重要。4、光：有些植物种子萌发需要光、光：有些植物种子萌发需要光 需光种子需光种子(light seed)：莴苣、烟草、：莴苣、烟草、 拟南拟南芥等芥等 需暗种子需暗种子(dark seed)：西瓜属和黑种草属等：西瓜属和黑种草属等v种子萌发过程基本包括：种子萌发过程基本包括：v 种

3、子吸水，种子吸水，v 贮存物质的水解和运输，贮存物质的水解和运输，v 细胞分裂，细胞分裂，v 胚根、胚芽的出现等。胚根、胚芽的出现等。1、种子吸水：、种子吸水：三个阶段，急剧吸水三个阶段，急剧吸水吸水停止吸水停止重新迅速重新迅速吸水吸水2、呼吸作用的变化和酶的形成：、呼吸作用的变化和酶的形成： 初期一、二阶段是无氧呼吸；初期一、二阶段是无氧呼吸； 后期第三阶段是有氧呼吸。后期第三阶段是有氧呼吸。酶的来源：酶的来源： 从已存在的束缚态酶释放或活化从已存在的束缚态酶释放或活化而来而来 ； 通过核酸诱导合成的通过核酸诱导合成的Pr形成的酶；形成的酶； 通过种子贮存的通过种子贮存的mRNA翻译而来。翻

4、译而来。3、有机物的转变、有机物的转变（1碳水化合物的转变：碳水化合物的转变： 种子萌发前仅有种子萌发前仅有-淀粉酶，发芽后形成淀粉酶，发芽后形成-淀粉淀粉酶。在胚乳的糊粉层中形成，后进入胚乳，酶。在胚乳的糊粉层中形成，后进入胚乳，分解淀粉。分解淀粉。 两种酶都不能水解两种酶都不能水解-1,6 - 糖苷键糖苷键淀粉-淀粉酶淀粉酶-淀粉酶淀粉酶G麦芽糖极限糊精 脱支酶脱支酶麦芽糖G麦芽糖酶麦芽糖酶 v磷酸参与下在淀粉磷酸化酶(P酶)作用下,淀粉降解成葡萄糖-1-磷酸v(葡萄糖)n+磷酸 P酶 (葡萄糖)n-1 + G-1-Pv淀粉酶和淀粉磷酸化酶作用温度不同,前者高温(10度以上)下起作用,后者

5、低温下起作用（2脂肪的转变 甘油 脂肪酸脂肪酶脂肪酶 脂肪（圆球体）乙酰COA柠檬酸琥珀酸琥珀酸苹果酸草酰乙酸DHAPF-6-P蔗糖苹果酸乙醛酸循环体乙醛酸循环体线粒体线粒体（3蛋白质的转变 蛋白质蛋白酶蛋白酶小肽肽酶肽酶氨基酸v 综上所述，种子萌发时只能利用种子内贮藏的物质 v 如淀粉、脂肪和蛋白质等， 还不能制造养分。v 贮存养分愈多，就愈有利于幼胚的生长。 合成新氨基酸和蛋白质 游离氨和酮酸转氨转氨分解分解三、种子的寿命三、种子的寿命Seed longevity is of practical importance because of ongoing efforts to preser

6、ve plant genetic resources for future agricultural crops by setting up seed gene banks. 种子寿命种子寿命seed longevity） ： 指种子从采收到失去发芽力的时间。指种子从采收到失去发芽力的时间。贮藏条件有限：贮藏条件有限： 枯燥、低温较长，反之则较短；枯燥、低温较长，反之则较短；与基因型有关与基因型有关vExtreme examples of ancient seeds that have been reported to retain their viability include :vsubm

7、erged lotus seeds found in a 3,000-year-old boat near Tokyov barley seeds from the 3,000-year-old tomb of King Tutankhamenvarctic lupine seeds associated with rodent burrows determined to be 14,000 years old. vWhy are some seeds able to survive in a dormant state for hundreds of years, whereas other

8、s lose viability in less than 5 years? Almost nothing is known about the mechanisms that determine the longevity of seeds. If these mechanisms could be understood, we might someday be able to greatly increase the seed longevity of agriculturally important species and varieties, thereby enhancing our

9、 ability to preserve plant genetic resources for generations to come. v植物的生长是以细胞的生长为基础，v 通过细胞分裂增加细胞数目v 通过细胞伸长增加细胞体积v通过细胞的分化，不断形成各种器官。v具有分裂能力的细胞，胞质浓厚，代谢旺盛，能把具有分裂能力的细胞，胞质浓厚，代谢旺盛，能把无机盐和有机物同化为细胞质。无机盐和有机物同化为细胞质。v细胞周期：细胞周期：v 细胞分裂结束到下一次分裂结束时所需的时间。细胞分裂结束到下一次分裂结束时所需的时间。v 包括：包括： 间期（间期（ G1 、S、 G2 ）和）和v 分裂期前、中、

10、后、末分裂期前、中、后、末 ）。）。v 控制细胞周期的关键酶是：控制细胞周期的关键酶是：v 依赖于细胞周期蛋白的蛋白激酶依赖于细胞周期蛋白的蛋白激酶cyclin-dependent protein kinases CDK）v CDK 活性调节的途径：活性调节的途径：v a. 细胞周期蛋白的合成和破坏；细胞周期蛋白的合成和破坏；v b. CDK内关键氨基酸的可逆磷酸化作用。内关键氨基酸的可逆磷酸化作用。l 由由G1期转为期转为S期需期需G1细胞周期蛋白细胞周期蛋白CG1）l 由由G2期转为分裂期需有丝分裂细胞周期蛋白期转为分裂期需有丝分裂细胞周期蛋白CM）v细胞体积伸长时，呼吸速率加快，蛋白质量

11、增加；细胞体积伸长时，呼吸速率加快，蛋白质量增加；v呼吸作用的加强和蛋白质的积累是细胞伸长的基础。呼吸作用的加强和蛋白质的积累是细胞伸长的基础。v细胞伸长时，不只增加细胞质，也增加细胞壁。细胞伸长时，不只增加细胞质，也增加细胞壁。v激素对细胞伸长的影响：激素对细胞伸长的影响：v GA和和IAA促进细胞伸长促进细胞伸长v ABA抑制细胞伸长抑制细胞伸长v CTK和和ETH促进细胞扩大促进细胞扩大 v细胞分化细胞分化(cell differentiation)：v 指形成不同形态和不同功能细胞的过指形成不同形态和不同功能细胞的过程。程。v 1. 细胞全能性细胞全能性(cell totipotenc

12、y)：v 指植物体每个细胞中携带着一套完整的基指植物体每个细胞中携带着一套完整的基因组，并因组，并v 能发育成完整植株的潜力。能发育成完整植株的潜力。 v 细胞分化后，受所处环境束缚，相对稳定存细胞分化后，受所处环境束缚，相对稳定存在；在；v 若转为离体状态，在适宜条件下便会表现出若转为离体状态，在适宜条件下便会表现出全能性。全能性。2. 极性极性polarity）：）：指在器官、组织甚至细胞中在不同的轴向上存在指在器官、组织甚至细胞中在不同的轴向上存在某种形态结构和生理生化上的梯度差异。某种形态结构和生理生化上的梯度差异。一旦建立，即难于逆转。一旦建立，即难于逆转。极性造成细胞内物质分布不均

13、匀，建立起轴向，极性造成细胞内物质分布不均匀，建立起轴向，产生两极分化，细胞不均等分裂。产生两极分化，细胞不均等分裂。Cells that are initially apolar, such as zygotes(受精卵受精卵), spores(孢子孢子), and pollen grains, later become polarized and initiate tip growth and have been especially valuable in the analysis of the induction and establishment of polarity. 3.影响分

14、化的条件影响分化的条件cells can perceive and act on information coming from their environment to alter their polarity and redirect growth when necessary. A wide variety of external gradients, including temperature, light intensity, pH, ions, and electric-potential gradients, can polarize and orient the axis of

15、 growth of cells. a. 糖浓度：糖浓度： 低，木质部；低，木质部； 高，韧皮部；高，韧皮部； 中，木质部和韧皮部，而且中间有形成层。中，木质部和韧皮部，而且中间有形成层。 b.激素激素 c. 光光v组织培养组织培养tissue culture）：）：v 指在无菌条件下，分离并在培养基中培养离指在无菌条件下，分离并在培养基中培养离体植物组织器官或细胞的技术。体植物组织器官或细胞的技术。v 1. 培养基成分：培养基成分：v 无机营养物无机营养物 碳源碳源 维生素维生素 生长调节物质生长调节物质 有有机附加物机附加物 v 2.条件：条件： a.无菌，无菌，b.温度，温度， 2527

16、，C.光光v 3.生理过程生理过程 ：v 脱分化脱分化(dedifference)：产生愈伤组织：产生愈伤组织 v 再分化再分化(redifference)：愈伤组织再度分化：愈伤组织再度分化合物合物一、营养器官的生长特性一、营养器官的生长特性1、茎生长特性、茎生长特性 茎的整个生长过程中，生长速率都表现出茎的整个生长过程中，生长速率都表现出“慢慢-快快-慢慢” 的基本规律。的基本规律。生长大周期。生长大周期。控制茎生长的是顶端分生组织和近顶端分生组控制茎生长的是顶端分生组织和近顶端分生组织，织， 前者控制后者的活性，而后者细胞的分裂和伸前者控制后者的活性，而后者细胞的分裂和伸长决定茎的生长速

17、率。长决定茎的生长速率。v茎的生长具有顶端优势茎的生长具有顶端优势(apical dominance)：v顶端在生长上占优势的现象，此现象的产生与顶端在生长上占优势的现象，此现象的产生与IAA有关。有关。Pearce and colleagues (2019) measured ABA and IAA levels in rhizomes (underground stems) of Elytrigia repens (Quackgrass), which exhibit strong apical dominance. vmuch of the cytokinin of the plant

18、is synthesized in the root and transported to the shoot. (Studies with the 14C-labeled cytokinin benzyladenine (BA), have shown that when the labeled compound is applied to roots, more 14CBA is transported to the shoot apex than to the axillary bud. )vDecapitation 打顶打顶v根也有顶端分生组织，生长大周期，顶端优势根也有顶端分生组织，

19、生长大周期，顶端优势 vCTK 根尖合成，抑制侧根形成根尖合成，抑制侧根形成v ABA 抑制侧根形成，但要求较高的抑制侧根形成，但要求较高的CTKv ETH 促进侧根形成促进侧根形成v3、叶生长的特性：、叶生长的特性：v 幼叶发育完全，由小到大；双，均；单，叶片基部。幼叶发育完全，由小到大；双，均；单，叶片基部。v4、根与地上部的相关性、根与地上部的相关性v 根为地上部供水、矿、根为地上部供水、矿、CTK等，地上部为根供糖等；等，地上部为根供糖等；v “根深叶茂根深叶茂”，相互促进，相互抑制。，相互促进，相互抑制。1、温度、温度不同植物、不同生育期对温度的要求均不同不同植物、不同生育期对温度的

20、要求均不同最 适 温 度 ： 是 指 植 物 生 长 最 快 的 温 度 ，最 适 温 度 ： 是 指 植 物 生 长 最 快 的 温 度 ，2535。生长温周期现象：植物对昼夜温度变化的反应。生长温周期现象：植物对昼夜温度变化的反应。土壤温度对根和地上部的生长都是非常重要的。土壤温度对根和地上部的生长都是非常重要的。2、光、光 抑制茎伸长：抑制茎伸长： a. 使自由态使自由态IAA变成结合态变成结合态IAA； b. 提高提高IAA氢化酶活性，氢化酶活性，IAA含量下降；含量下降； c. 红光增加胞质红光增加胞质ca2+，活化，活化CaM Ca2+到细胞壁，到细胞壁， 细胞延伸减慢。细胞延伸减

21、慢。 抑制根生长抑制根生长 ： 光促进根内形成脱落酸。光促进根内形成脱落酸。3、水分、水分细胞的分裂和伸长都必须在水分充足的情况下才细胞的分裂和伸长都必须在水分充足的情况下才能进行。能进行。土壤中水分适当时，植物各部分的生长顺利。土壤中水分适当时，植物各部分的生长顺利。4、矿质营养、矿质营养 N：叶肥，增大叶片面积，延长叶片寿命：叶肥，增大叶片面积，延长叶片寿命5、植物激素、植物激素 GA促进茎的生长，等。促进茎的生长，等。v植物的运动：植物的运动：v 植物体的器官在空间上发生位置移动的植物体的器官在空间上发生位置移动的现象。现象。v运动方式有：向性运动和感性运动。运动方式有：向性运动和感性运

22、动。v向性运动向性运动(tropic movement)：v由光、重力等外界刺激产生的，其运动方向取由光、重力等外界刺激产生的，其运动方向取决于外界的刺激方向。决于外界的刺激方向。v感性运动感性运动(nastic movement)：v由外界刺激或者内部时间机制引起的，外界刺由外界刺激或者内部时间机制引起的，外界刺激的方向不能决定运动方向。激的方向不能决定运动方向。v向性运动包括向性运动包括3个步骤：个步骤：v 感受，感受，传导，传导，反响反响v是由生长引起的、不可逆的运动。是由生长引起的、不可逆的运动。v品种：品种：v 1、向光性、向光性v 2、向重力性、向重力性v 3、向化性、向化性v 4

23、、向水性、向水性1. 向光性向光性(phototropism) ： 植物随光的方向而弯曲的能力叫做向光性，植物随光的方向而弯曲的能力叫做向光性， 有正向光性、负向光性和横向光性有正向光性、负向光性和横向光性3种方式。种方式。感受部位：茎尖、根尖、芽鞘尖端、叶片等感受部位：茎尖、根尖、芽鞘尖端、叶片等向光性反应的受体：向光性反应的受体：-胡萝卜素、核黄素等胡萝卜素、核黄素等 产生机理：产生机理： a. 生长素分布的不均匀，单向光引起向光一生长素分布的不均匀，单向光引起向光一侧带负电，背光的一侧带正电。弱酸性的侧带负电，背光的一侧带正电。弱酸性的IAA阴离子向带正电的背光一侧移动，阴离子向带正电的

24、背光一侧移动，IAA多，细多，细胞的伸长强烈，使植株向光弯曲。胞的伸长强烈，使植株向光弯曲。 b.生长抑制物质的分布不均匀。生长抑制物质的分布不均匀。 向光一侧的生长抑制物质多于背光一侧。向光一侧的生长抑制物质多于背光一侧。2. 向重力性向重力性(gravitropism) 在重力影响下，保持一定生长方向的生长在重力影响下，保持一定生长方向的生长特性。特性。（1分类：正向重力性根）、负向重力性分类：正向重力性根）、负向重力性茎）、茎）、 横向重力性如地下茎）横向重力性如地下茎） （2感受器：平衡石是造粉体）感受器：平衡石是造粉体） （3机理：机理：starch-statolith hypoth

25、esis （4意义：播种时；倒伏时意义：播种时；倒伏时3. 向化性向化性(chemotropism) 由于某些化学物质在植物周围分布不均匀引起由于某些化学物质在植物周围分布不均匀引起的生长，的生长， 如根部的向肥生长。如根部的向肥生长。4. 向水性向水性(hydrotropism) 土壤中水分分布不均匀时，根趋向于较湿的土壤中水分分布不均匀时，根趋向于较湿的地方生长的特性。地方生长的特性。1. 偏上性和偏下性偏上性和偏下性 偏上性：上部生长比下部快，如叶片、花瓣等偏上性：上部生长比下部快，如叶片、花瓣等 偏下性：下部生长比上部快，如叶片偏下性：下部生长比上部快，如叶片2. 感夜性感夜性(nyc

26、tinasty) 由于昼夜交替，光温变化而引起的生长运动。由于昼夜交替，光温变化而引起的生长运动。原因：叶片在白天合成许多原因：叶片在白天合成许多IAA，运到叶柄下半侧，运到叶柄下半侧，K和和CI也运到也运到IAA高的地方，水分进入叶枕，细胞膨高的地方，水分进入叶枕，细胞膨胀，使叶片高挺。而晚上，生长素运输量少，进行相胀，使叶片高挺。而晚上，生长素运输量少，进行相反反应，叶片即下垂。反反应，叶片即下垂。3. 感热性感热性(thermonasty)： 植物对温度变化起反应的感性运动植物对温度变化起反应的感性运动 。v植物的许多生理活动具有周期性或节奏性。植物的许多生理活动具有周期性或节奏性。v自由运行的节奏，反映出有一