植物生长生理

1、Chapter 7 植物生长生理植物生长生理 v生长、分化和发育的概念，它们的相互关系。生长、分化和发育的概念，它们的相互关系。v细胞生长的三个时期、介绍细胞的分化、组织细胞生长的三个时期、介绍细胞的分化、组织培养。培养。v植物生长大周期、环境因子对生长的影响、植植物生长大周期、环境因子对生长的影响、植物生长的周期性、植物生长的相关性。物生长的周期性、植物生长的相关性。v种子休眠的概念、休眠的原因及破除的方法，种子休眠的概念、休眠的原因及破除的方法，种子萌发必需的外界条件、种子萌发的生理生种子萌发必需的外界条件、种子萌发的生理生化变化，种子寿命、种子活力和老化。化变化，种子寿命、种子活力和老化

2、。v了解植物的运动。了解植物的运动。v理解光的形态建成。理解光的形态建成。Section 1 生长与发育的概念生长与发育的概念v1.1 生长与分化生长与分化v生长生长是指植物生命活动中细胞、组织和器官是指植物生命活动中细胞、组织和器官的数目、体积（大小）或重量的不可逆的增的数目、体积（大小）或重量的不可逆的增加的过程。是量变的过程。加的过程。是量变的过程。v例外：种子萌发幼苗干重并不是增加而是减例外：种子萌发幼苗干重并不是增加而是减少，胚囊的发育（少，胚囊的发育（41）细胞数目不是增加）细胞数目不是增加而是减少。而是减少。v分化分化是指遗传上同质的细胞转变为形态、机是指遗传上同质的细胞转变为形

3、态、机能和化学构成上各不相同的异质细胞的过程。能和化学构成上各不相同的异质细胞的过程。是质变。是质变。1.2 发育发育 v发育发育是生长和分化的综合，指植物生命周期是生长和分化的综合，指植物生命周期中各个阶段各器官、组织和细胞数目、大小、中各个阶段各器官、组织和细胞数目、大小、重量的增加以及形态、结构和功能的变化过重量的增加以及形态、结构和功能的变化过程，它推动植物的生命周期不断的向前发展。程，它推动植物的生命周期不断的向前发展。v叶发育：叶发育：叶原基叶原基幼叶幼叶成熟叶成熟叶v根发育：根发育：根原基根原基幼根幼根完整的根系完整的根系v花发育：花发育：花原基花原基花蕾花蕾开花。开花。v果实发

4、育：果实发育：受精后子房膨大受精后子房膨大果实形成果实形成成成熟。熟。v何谓生长、分化、发育何谓生长、分化、发育?Section 2 植物细胞的生长与分化植物细胞的生长与分化v细胞的发育：细胞的发育：分裂期、伸长期和分化期。分裂期、伸长期和分化期。v细胞周期：细胞周期： v分生细胞的特点：分生细胞的特点：体积小、壁簿、核大、内部充体积小、壁簿、核大、内部充满原生质、无大液泡、合成代谢旺盛、细胞持水满原生质、无大液泡、合成代谢旺盛、细胞持水力高的细胞。力高的细胞。v一个完整的细胞周期包括分裂期（一个完整的细胞周期包括分裂期（M M期）和分期）和分裂间期。裂间期。v分裂期分裂期包括前、中、后、末期

5、；分裂间期包包括前、中、后、末期；分裂间期包括括G1G1、S S和和G2G2期。期。v植物激素、某些维生素（特别是植物激素、某些维生素（特别是B B族维生素）族维生素）及环境条件（如温度等）能够影响细胞分裂及环境条件（如温度等）能够影响细胞分裂过程，也因此能够影响细胞周期。过程，也因此能够影响细胞周期。 v分裂期的最大分裂期的最大生理生化特点生理生化特点是是DNADNA有规律有规律的变化。的变化。v细胞周期细胞周期的变的变化速度，受温化速度，受温度、度、IAAIAA、GAGA和和CTKCTK的影响。的影响。 v细胞骨架细胞骨架:真核生物细胞中普遍存在着真核生物细胞中普遍存在着由蛋白质纤维组成的

6、三维网络结构，称由蛋白质纤维组成的三维网络结构，称之为细胞骨架。之为细胞骨架。v微丝微丝(microfilament， MF)v微管微管(microtubule，MT)v中间纤维系统中间纤维系统(Intermediate filament，IF)组成。组成。v微丝微丝由由F-F-肌动蛋白肌动蛋白(fibrous actin)(fibrous actin)组组成，最主要功能是推动胞质流动。成，最主要功能是推动胞质流动。v微管微管由微管蛋白由微管蛋白(tubulin(tubulin， 微管微管蛋白二聚体蛋白二聚体) )，最主要功能是细胞壁微，最主要功能是细胞壁微纤丝的定向和组成有丝分裂纺缍丝。纤丝

7、的定向和组成有丝分裂纺缍丝。v中间纤维中间纤维是蛋白质丝与细胞器的空间定是蛋白质丝与细胞器的空间定位和运动有关。位和运动有关。v伸长区细胞的形态特点：伸长区细胞的形态特点：大量吸水细胞体大量吸水细胞体积增大，细胞内小液泡合并成了大液泡，积增大，细胞内小液泡合并成了大液泡，细胞质与细胞核被挤压到边缘。细胞质与细胞核被挤压到边缘。v水分多少水分多少是影响伸长的最主要因子。是影响伸长的最主要因子。v生理上的特点生理上的特点是细胞内干物质积累、呼吸是细胞内干物质积累、呼吸速率和酶活性增加、蛋白质合成增加。速率和酶活性增加、蛋白质合成增加。v特点：特点：细胞趋于成熟，体积不再增大，出细胞趋于成熟，体积不

8、再增大，出现组织分化。现组织分化。v植物细胞的全能性植物细胞的全能性(totipotency)(totipotency) ：所：所谓植物细胞全能性就是植物体的每个活的谓植物细胞全能性就是植物体的每个活的薄壁细胞含有植物生长发育的全套基因，薄壁细胞含有植物生长发育的全套基因，在适当条件下都具有发育成一个完整植株在适当条件下都具有发育成一个完整植株的能力。的能力。v：v是指植物的器官、组织或细胞的首尾两端存是指植物的器官、组织或细胞的首尾两端存在着某种形态结构以及生理生化上的梯度差在着某种形态结构以及生理生化上的梯度差异，通常上端长芽，下端长根。异，通常上端长芽，下端长根。v极性发生机制，可能与极

9、性发生机制，可能与CaCa2+2+流有关流有关v极性要求人们在生产中进行扦插时不可倒插。极性要求人们在生产中进行扦插时不可倒插。v1) 激素激素：IAA/CTKIAA/CTK高，有利根分化，高，有利根分化，IAA/CTKIAA/CTK低，有利芽分化。低，有利芽分化。 IAAIAA和和GAGA促进促进维管组织分化。维管组织分化。v2) 糖糖v低浓度低浓度(1.5-2.5%)(1.5-2.5%)分化木质部，高浓度分化木质部，高浓度（4%)4%)分化韧皮部。分化韧皮部。v中等浓度中等浓度(2.5-3.5%)(2.5-3.5%)分化形成木质部和韧分化形成木质部和韧皮部，而且中间具有形成层。皮部，而且中

10、间具有形成层。v3) 光照：光照：不足不足 分化差。分化差。2.4 组织培养组织培养v组织培养组织培养是指在无菌、人工控制的条件下把是指在无菌、人工控制的条件下把植物的器官、组织、细胞或离体胚放在一定植物的器官、组织、细胞或离体胚放在一定培养基上进行生长、分化的一种培养方法。培养基上进行生长、分化的一种培养方法。v通常把被培养的离体植物细胞、组织或器官通常把被培养的离体植物细胞、组织或器官等称为等称为外植体外植体(explant)(explant)。培养基一般由五类物质组成。培养基一般由五类物质组成。v1 1、无机营养物（大量和微量元素）。无机营养物（大量和微量元素）。v2 2、碳源。碳源。2

11、-4%2-4%蔗糖（也用葡萄糖），还具有维持蔗糖（也用葡萄糖），还具有维持渗透压的作用。渗透压的作用。v3 3、维生素、硫胺素。维生素、硫胺素。 v4 4、有机附加物，如氨基酸有机附加物，如氨基酸( (甘氨酸甘氨酸) )、水解酪蛋白、水解酪蛋白、椰子乳等。椰子乳等。v5 5、生长调节物质，常用生长调节物质，常用2 2，4-D4-D，NAANAA、KTKT、BABA、GAGA等。等。v固体培养和液体培养。固体培养和液体培养。v细胞全部生长过程可分为哪三个过程细胞全部生长过程可分为哪三个过程? ?v何谓细胞全能性何谓细胞全能性? ?v何谓极性何谓极性? ?Section 3 植物的生长植物的生长

12、vGrand period of growth：植物整体、器官或植物整体、器官或组织在一生中，生长表现出组织在一生中，生长表现出 慢一快一慢慢一快一慢的的基本规律，总体表现为基本规律，总体表现为S型曲线（生长速率表型曲线（生长速率表现为抛物线）的生长过程称现为抛物线）的生长过程称植物生长大周期。植物生长大周期。v产生原因：产生原因：细胞细胞 植株植株 。v应用：应用：生产上采取促控措施必须在快期到来生产上采取促控措施必须在快期到来之前。之前。v1) 光光v间接影响：间接影响：通过叶片的光合作用和蒸通过叶片的光合作用和蒸腾作用。腾作用。v直接影响：直接影响：光影响植物形态建成。光光影响植物形态建

13、成。光形态建成是指低能量的光对植物形态形态建成是指低能量的光对植物形态发育的控制作用。发育的控制作用。 v植物生长的周期性植物生长的周期性指植物或植物器官的生长指植物或植物器官的生长速率随昼夜或季节发生着规律的变化的现象。速率随昼夜或季节发生着规律的变化的现象。v植物生长速率，一般白天大于晚上。但在温植物生长速率，一般白天大于晚上。但在温度偏高、水分不足的情况下白天生长慢，夜度偏高、水分不足的情况下白天生长慢，夜间生长快。昼夜温差大，促进生长。间生长快。昼夜温差大，促进生长。 v1) 芽的季节性周期芽的季节性周期 许多温带树木，春天发芽，许多温带树木，春天发芽，秋天落叶，并以休眠芽过冬。秋天落

14、叶，并以休眠芽过冬。 v原因原因-秋季秋季短日照短日照v热带植物？热带植物？2) 根的季节性生长。根的季节性生长。v植物体各部分间的相互协调与制约植物体各部分间的相互协调与制约的现象称为相关性的现象称为相关性(correlation)。 v壮苗必须先壮根壮苗必须先壮根、根深叶茂根深叶茂 。v地上部分为地下部分提供光合产物、地上部分为地下部分提供光合产物、IAA和维生和维生素素B1v地下部分为地上部分提供水分、矿质、植物激素地下部分为地上部分提供水分、矿质、植物激素(CTK、GA， ABA)及部分氨基酸等。及部分氨基酸等。v两者缺一不可。因此地上部和地下部生长必须协两者缺一不可。因此地上部和地下

15、部生长必须协调。调。v植株根系与地上部分干重植株根系与地上部分干重( (或鲜重或鲜重) )的比值的比值 v植物主茎顶芽生长快，侧芽生长慢甚至不植物主茎顶芽生长快，侧芽生长慢甚至不明发的现象称为顶端优势。明发的现象称为顶端优势。v有顶端优势树木：松、柏、水杉等。有顶端优势树木：松、柏、水杉等。 农作物：向农作物：向日葵、烟草、黄麻、高粱、日葵、烟草、黄麻、高粱、 玉米等。玉米等。v没有顶端优势树木，大叶黄扬、荚竹桃等。没有顶端优势树木，大叶黄扬、荚竹桃等。农作物：稻、麦分蘖强烈。农作物：稻、麦分蘖强烈。v生产上保护顶端优势。麻类、烟草、向日葵、玉生产上保护顶端优势。麻类、烟草、向日葵、玉米、高粱

16、等米、高粱等; ;v生产上去除顶端优势。果树、行道树、花卉；生产上去除顶端优势。果树、行道树、花卉； 棉棉花、大豆等。花、大豆等。v产生顶端优势的原因产生顶端优势的原因v(1)营养假说营养假说v(2)IAA假说假说v(3)IAA与与CTK共同作用假说共同作用假说 v(4)ABA假设。假设。v1) 营养生长不良，生殖器官少而小。营养生长不良，生殖器官少而小。v2) 营养生长过旺，生殖器官的生长受阻。营养生长过旺，生殖器官的生长受阻。v如禾谷类作物贪青迟熟，秕粒增加。果树、棉花如禾谷类作物贪青迟熟，秕粒增加。果树、棉花等的枝叶徒长，落花落果等。等的枝叶徒长，落花落果等。v3) 生殖器官过多，营养器

17、官的生长受抑甚至早衰。生殖器官过多，营养器官的生长受抑甚至早衰。v如茶树开花，少年结果，易导致树势早衰。果树如茶树开花，少年结果，易导致树势早衰。果树大小年等大小年等Section 4 种子的休眠与萌发种子的休眠与萌发v2)2)未完成后熟作用未完成后熟作用 一般以胚根突破种皮一般以胚根突破种皮 作为萌发的标志。作为萌发的标志。几个步骤：几个步骤：v1)Water。v2) Temperature v3) O2v4) Light1)Water。 v种皮变软种皮变软-胚根突破种皮胚根突破种皮v氧气透入氧气透入-胚的呼吸上升胚的呼吸上升v凝胶变溶胶凝胶变溶胶-酶活性提高酶活性提高v大分子水解为可溶性小

18、分子大分子水解为可溶性小分子v激素由束缚型转化为游离型激素由束缚型转化为游离型v淀粉种子淀粉种子30-70%;30-70%;蛋白质种子蛋白质种子110%110%以上。以上。 按种子萌发吸水速度的变化，可将按种子萌发吸水速度的变化，可将种子吸水分为三个阶段，即种子吸水分为三个阶段，即（ ）、）、（ ）和和（ ）。）。死种子和死种子和休眠种子的吸水不出现休眠种子的吸水不出现（ ）阶段。阶段。 2) Temperature v萌发温度三基点：萌发温度三基点：最低、最适最低、最适和和最高最高。v发芽发芽最适温度最适温度是指种子发芽率最高、发芽是指种子发芽率最高、发芽时间最短的温度。时间最短的温度。v变

19、温比恒温更有利于种子萌发。一般变温变温比恒温更有利于种子萌发。一般变温幅度至少要相差幅度至少要相差1010。v生产上植物播种要高于生长最低温生产上植物播种要高于生长最低温2-32-3。 3) O2 v充分氧气充分氧气-旺盛的代谢旺盛的代谢-活跃的生长活跃的生长-种种子萌发子萌发v供供O2O2不足不足-无氧呼吸无氧呼吸-贮藏物质消耗过多贮藏物质消耗过多过快过快-酒精引起中毒。酒精引起中毒。v油料（高脂肪或蛋白）种子油料（高脂肪或蛋白）种子( (如大豆、花生、如大豆、花生、向日葵向日葵) )比淀粉种子比淀粉种子( (如麦类、玉米如麦类、玉米) )要求更要求更多的多的O2 O2 ，RQ1RQ1RQ1

20、，有无氧呼吸存在。有无氧呼吸存在。v3) 3) 新的核酸和蛋白质合成。新的核酸和蛋白质合成。v长命长命mRNAmRNA量在种子成熟时预先形成的供量在种子成熟时预先形成的供种子萌发用的种子萌发用的mRNAmRNA。v萌发有新萌发有新mRNAmRNA和蛋白质（水解酶）的合和蛋白质（水解酶）的合成。萌发后阶段合成成。萌发后阶段合成DNADNA有关。有关。 vFree IAA ，vIAA-cojugate。vGA，Eth，CTK。vABA。v寿命在几小时至几周。例如杨、柳、榆、栎、可寿命在几小时至几周。例如杨、柳、榆、栎、可可属、椰子属、茶属种子等。可属、椰子属、茶属种子等。v寿命在几年至几十年。水稻

21、、小麦、大麦、大豆、寿命在几年至几十年。水稻、小麦、大麦、大豆、菜豆的种子寿命为菜豆的种子寿命为2 2年；玉米年；玉米2-32-3年；油菜年；油菜3 3年；蚕年；蚕豆、绿豆、豇豆、紫云英豆、绿豆、豇豆、紫云英5-115-11年。年。v 印度莲子印度莲子(Nelumbo nucifera (Nelumbo nucifera Gaertn.) 1040Gaertn.) 1040210210年。年。v何谓生长大周期何谓生长大周期?v掌握生长大周期有何实际意义掌握生长大周期有何实际意义?v什么是生长最适温什么是生长最适温?协调最适温协调最适温?v为何昼夜变温对植物生长有利为何昼夜变温对植物生长有利?v

22、为何植物生长速率一般是白天较慢夜间较快为何植物生长速率一般是白天较慢夜间较快?v何谓植物生长的相关性何谓植物生长的相关性? ?主要有哪三种主要有哪三种? ?v何谓根冠比何谓根冠比? ?试述水、试述水、N N、P P、K K、温、光如何、温、光如何影响根冠比影响根冠比? ?v何谓顶端优势何谓顶端优势? ?产生顶端优势的原因是什么产生顶端优势的原因是什么? ?生产上促进和抑制顶端优势的例子有哪些生产上促进和抑制顶端优势的例子有哪些? ?v试述营养生长和生殖生长的相关性试述营养生长和生殖生长的相关性? ?v试述种子休眠的原因和打破休眠的方法试述种子休眠的原因和打破休眠的方法? ?v种子萌发必需的外界

23、条件是什么种子萌发必需的外界条件是什么? ?v萌发时淀粉种子与蛋白质种子哪个需水量高萌发时淀粉种子与蛋白质种子哪个需水量高? ?v( (淀粉淀粉) )淀粉种子与油料种子哪个需氧量高淀粉种子与油料种子哪个需氧量高? ?v为何种子萌发必须吸够水分为何种子萌发必须吸够水分?(?(试述水分对种试述水分对种子萌发的作用。子萌发的作用。) )v有哪些情况会造成种子播种后缺氧难萌发，有哪些情况会造成种子播种后缺氧难萌发，对此应采取什么措旋对此应采取什么措旋? ?v种子吸水可分为哪三个时期种子吸水可分为哪三个时期? ?v种子萌发时酶的来源有哪三种种子萌发时酶的来源有哪三种? ?v何谓种子寿命何谓种子寿命? ?

24、一般而言，最易使种子失去寿一般而言，最易使种子失去寿命的外界条件是什么命的外界条件是什么? ?何谓种子活力何谓种子活力? ?Section 5 植物的运动植物的运动 v向性运动向性运动Tropic movement and 感性运动感性运动 nastic movement。v5.1 Tropic movementv向性运动是由外界因素单方向的刺激而产生的生向性运动是由外界因素单方向的刺激而产生的生长性运动。有向光性、向重力性、向化性等。长性运动。有向光性、向重力性、向化性等。v植物随光的方向而弯曲的现象，称为向光性，植物随光的方向而弯曲的现象，称为向光性，v(1) 正向光性正向光性v(2) 负

25、向光性负向光性v(3) 横向光性横向光性v向光性与生长素的侧向分布有关向光性与生长素的侧向分布有关v向光性可能与胡萝卜素和核黄素有关。由植物隐向光性可能与胡萝卜素和核黄素有关。由植物隐花色素控制花色素控制。 v以重力线为标以重力线为标准，向一定方准，向一定方向生长的特性，向生长的特性，这种特性称为这种特性称为向重力性。向重力性。v正（或直）向正（或直）向重力性重力性-根，根，负向重力性负向重力性-茎干。茎干。v向重力性。可能与向重力性。可能与IAA、ABA、淀粉粒（平衡石，、淀粉粒（平衡石，statolith）和）和Ca2+有关。有关。v植物的向化性是指根向肥料、营养元植物的向化性是指根向肥料、营养元素等所在地方向生长的特性。表现在素等所在地方向生长的特性。表现在由于某些化学物质在植物根系周围分由于某些化学物质在植物根系周围分布不均匀引起的不均等生长。布不均匀引起的不均等生长。v花粉管也表现为向化性。花粉管也表现为向化性。vHydrotropism5.2 感性运动感性运动Nastic movementv植物感性运动植物感性运动(nastic movement)是指外界因素均是指外界因素均匀地作用于整株植物或某些器官所引起的运动。匀地作用于整株植物或某些器官所引起的运动