植物生理学重点知识复习资料

植物生理学聚焦植物生命活动规律与环境互作，是理解植物生长发育、物质代谢与能量转换的核心学科。这份复习资料梳理核心知识点，构建理论体系，兼顾农业生产、生态研究等实践场景的应用逻辑。一、细胞生理：生命活动的结构基础（一）植物细胞的结构与功能植物细胞由原生质体（细胞膜、细胞质、细胞核）与细胞壁构成。细胞壁不仅提供机械支撑，还通过果胶（初生壁）、木质素（次生壁）参与细胞间信号传递；细胞膜的流动性与选择透过性是物质跨膜运输的基础；叶绿体（类囊体膜与基质）是光合作用的能量转换站，线粒体（嵴与基质）为呼吸作用供能，液泡（细胞液）则参与渗透调节、物质贮藏与细胞防御。（二）细胞信号转导植物通过信号分子（激素、环境信号）启动响应，信号转导路径通常包含：①信号感知（受体蛋白识别信号，如光敏色素感知光信号）；②信号转导（第二信使传递，如Ca²⁺、cAMP、IP₃；蛋白激酶/磷酸酶级联放大信号）；③生理响应（基因表达或酶活性变化）。例如，干旱胁迫下，ABA作为信号分子，通过激活保卫细胞的Ca²⁺信号通路，促使气孔关闭以减少水分散失。二、水分生理：生命活动的介质与动力（一）水的生理作用水是细胞的主要组分（维持原生质胶体状态）、代谢反应的溶剂（参与光合、呼吸的生化反应）、物质运输的载体（木质部输导），并通过蒸腾作用调节体温（避免高温灼伤）。（二）水分吸收与运输根系吸水：分为主动吸水（根压驱动，与根系代谢相关，伤流、吐水是直观表现）和被动吸水（蒸腾拉力驱动，由叶片蒸腾失水产生，是植物吸水的主要动力）。水分运输：木质部的蒸腾流-内聚力-张力学说解释了长距离运输机制：水分子间的内聚力（>导管内的张力）与导管壁的附着力，保证水柱连续不中断。（三）蒸腾作用与气孔运动蒸腾作用通过气孔进行，气孔运动与保卫细胞的渗透调节直接相关：光下保卫细胞光合产糖、K⁺/Cl⁻内流，导致水势降低、细胞吸水膨胀，气孔张开；ABA可诱导保卫细胞Ca²⁺升高，促使K⁺外流，气孔关闭以减少蒸腾失水。三、矿质营养：物质与能量的物质基础（一）必需矿质元素的判定依据三个标准：①必要性（缺乏时植物无法完成生活史）；②专一性（症状可被该元素专一消除）；③直接性（元素直接参与代谢，非改善环境）。17种必需元素中，N、P、K为大量元素，Fe、Mn、B等为微量元素。（二）矿质吸收的机制植物通过主动吸收（需能、逆浓度梯度）吸收矿质：载体蛋白（如K⁺载体）或离子通道（选择性通透）介导转运，质子泵（H⁺-ATP酶）建立的电化学势梯度提供动力。单盐毒害（如纯NaCl溶液伤害植物）可通过离子拮抗（如Ca²⁺与Na⁺共存）缓解。（三）矿质运输与合理施肥矿质在木质部随蒸腾流向上运输，在韧皮部双向运输。再利用元素（如N、P、K）可从老器官转移至幼嫩部位，缺乏时老叶先出现症状；非再利用元素（如Ca、Fe）则相反。施肥需结合营养临界期（如小麦分蘖期需P）与最大效率期（如玉米大喇叭口期需N），提高肥料利用率。四、光合作用：能量转换的核心过程（一）光合色素与光能捕获叶绿素（a/b）主要吸收红光、蓝紫光，类胡萝卜素（胡萝卜素、叶黄素）吸收蓝紫光并保护叶绿素。荧光现象（叶绿素受光激发后发射红光）反映光能利用效率，可用于判断光合系统是否受损伤。（二）光反应：能量转换与电子传递光反应在类囊体膜进行，包含：原初反应：天线色素吸收光能传递至反应中心（PSⅠ的P700、PSⅡ的P680），激发电子。电子传递：PSⅡ→PQ→Cytb₆f→PC→PSⅠ，形成Z型电子传递链，伴随ATP（光合磷酸化，化学渗透学说）、NADPH的产生。（三）暗反应：CO₂固定与同化卡尔文循环（C₃途径）是核心：羧化阶段：Rubisco催化CO₂与RuBP结合，生成3-磷酸甘油酸（PGA）。还原阶段：ATP、NADPH供能，PGA还原为3-磷酸甘油醛（GAP）。再生阶段：GAP再生RuBP，维持循环。C₄植物（如玉米）通过PEP羧化酶在叶肉细胞固定CO₂为草酰乙酸，再转运至维管束鞘细胞脱羧，提高CO₂浓度以避免Rubisco加氧（光呼吸）；CAM植物（如仙人掌）夜间固定CO₂，白天气孔关闭，减少水分散失。（四）光合效率与影响因素光（光饱和点、补偿点）、CO₂（浓度与Rubisco活性）、温度（酶活性）、水分（气孔开闭）是关键因素。农业上可通过合理密植（改善光照）、增施有机肥（释放CO₂）提高光合效率。五、呼吸作用：能量释放与物质循环（一）呼吸代谢途径糖酵解：细胞质中，葡萄糖分解为丙酮酸，产生少量ATP、NADH。三羧酸循环（TCA）：线粒体基质中，丙酮酸氧化为CO₂，产生大量NADH、FADH₂、ATP。戊糖磷酸途径（PPP）：细胞质中，葡萄糖氧化为CO₂，产生NADPH（用于合成代谢）与戊糖（参与核酸合成）。（二）氧化磷酸化与能量转化电子经呼吸链（NADH→FMN→Fe-S→CoQ→Cytb→Cytc→Cytaa₃→O₂）传递，质子泵（复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ）将H⁺泵入膜间隙，形成质子梯度。化学渗透学说（米切尔提出）认为，质子顺浓度梯度回流时驱动ATP合酶合成ATP，P/O比反映电子传递与ATP生成的偶联效率。（三）抗氰呼吸与实践应用抗氰呼吸（交替氧化酶途径）不产生ATP，释放大量热能（如天南星科植物佛焰苞产热），可促进开花、种子萌发。农业上，种子贮藏需低氧（抑制有氧呼吸）、低温（降低酶活性），果蔬保鲜可调节O₂/CO₂浓度（如苹果贮藏用5%O₂+5%CO₂），延缓呼吸跃变。六、生长发育生理：从细胞到个体的调控（一）植物生长的规律与调控细胞通过分裂（周期：G₁-S-G₂-M）、伸长（细胞壁松弛与物质合成）、分化（基因选择性表达，如维管组织形成）完成生长。生长大周期（慢-快-慢）反映细胞群的生长动态；顶端优势（顶芽抑制侧芽）与根冠比（受光照、水分调控）体现生长相关性。（二）植物运动的生理基础向性运动：向光性（蓝光受体调控，生长素不均匀分布导致弯曲）、向重力性（淀粉-平衡石假说，根冠细胞的淀粉体沉降感知重力）。感性运动：感震性（含羞草小叶受震，K⁺外流导致叶枕细胞失水）、感夜性（光周期调控，如花生叶片昼开夜合）。（三）生殖生理：成花诱导与发育春化作用：低温诱导植物开花（如冬小麦需经历春化），感受部位为茎尖生长点，可能通过DNA甲基化等表观修饰调控基因表达。光周期现象：植物通过光周期（日照长度）感知季节，临界日长决定反应类型（长日植物如天仙子，短日植物如大豆）。光敏色素（Pr/Pfr型）作为光受体，Pfr比例升高促进长日植物成花。花器官发育：ABC模型（A类基因控制萼片，A+B控制花瓣，B+C控制雄蕊，C类控制雌蕊）解释花器官的同源异型发育。（四）成熟与衰老的调控种子成熟：胚发育、贮藏物质积累（淀粉、脂肪、蛋白），脱水进入休眠。果实成熟：呼吸跃变（乙烯诱导，如香蕉催熟），细胞壁降解（果胶酶）、色素合成（叶绿素分解、类胡萝卜素显现）。衰老与脱落：自由基积累（膜脂过氧化）、激素失衡（ABA促进衰老，CTK延缓衰老）；器官脱落由离层（细胞水解酶分解胞间层）形成，乙烯加速脱落。总结：知识网络与实践应用植物生理学的核心知识围绕“物质-能量-信息”流动展开：水分与矿质是物质基础，光合与呼吸实现