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1、关于植物的生长生理第1页，讲稿共109张，创作于星期二种子萌发营养生长生殖生长幼苗成年植株开花授粉受精种子第2页，讲稿共109张，创作于星期二一、种子萌发的生理1.1 影响种子萌发的外界条件萌发条件：足够的水分 充足的氧气 适宜的温度 光照条件seed germination第3页，讲稿共109张，创作于星期二水分 软化种皮，O2进入，增强呼吸 原生质由凝胶态变溶胶态，代谢加强 促进有机物转化和运输。氧气 有氧呼吸确保活跃的物质代谢和运输。实践中要浅播。第4页，讲稿共109张，创作于星期二温度 温度三基点。发芽最适温度是指种子发芽率最高、发芽时间最短的温度。变温比恒温更有利于种子萌发。光照 需
2、光种子（如莴苣，烟草和拟南芥等）和需暗种子（西瓜属植物种子等）。第5页，讲稿共109张，创作于星期二需光种子烟草需光种子莴苣第6页，讲稿共109张，创作于星期二1.2 种子萌发的生理生化变化种子吸水 吸胀吸水吸胀吸水(快快)缓慢吸水缓慢吸水 渗透吸水渗透吸水(快快)吸水时间胚根长出IIIIII休眠或死种子萌发的活种子第7页，讲稿共109张，创作于星期二第8页，讲稿共109张，创作于星期二 呼吸作用的变化和酶的形成 无氧呼吸转变为有氧呼吸，呼吸增强。贮藏酶（-淀粉酶）活性增加，新酶开始合成（-淀粉酶）。有机物的转变 淀粉种子、油料种子和豆类种子中的有机物被分解，供给幼胚生长。种子萌发经历从异养到
3、自养的过程。第9页，讲稿共109张，创作于星期二第10页，讲稿共109张，创作于星期二 激素的变化 束缚型激素转变为自由型激素。促进型激素增加，IAA，GA，CTK。抑制型激素下降，ABA。第11页，讲稿共109张，创作于星期二1.3 种子的寿命种子的寿命（seed longevity）：种子从成熟到失去生命力所经历的时间。柳树 莲子柳树种子寿命12小时 莲子寿命长达百年以上第12页，讲稿共109张，创作于星期二种子为何有寿命？种子胚蛋白质凝固变性 酶被破坏，贮藏物不能被分解 胚细胞核衰退，细胞不能正常分裂 有毒物质积累。种子贮藏的最适条件：干燥、低温。第13页，讲稿共109张，创作于星期二正
4、常性种子（orthodox seeds）耐脱水、耐贮藏的种子。顽拗性种子（recalcitrant seeds）不耐脱水干燥，不耐低温贮藏的种子。如很多热带植物（荔枝、龙眼、芒果)的种子。第14页，讲稿共109张，创作于星期二recalcitrant seeds第15页，讲稿共109张，创作于星期二二、细胞生长的生理细胞生长是植物整体生长的基础。植物生长细胞分裂 增加细胞数目细胞伸长 增大细胞体积细胞分化 形成不同细胞第16页，讲稿共109张，创作于星期二2.1 细胞分裂的生理 细胞周期（cell cycle）：细胞分裂周期前期中期后期末期分裂间期分裂期（M期）G1期(DNA合成前期)S 期(
5、DNA合成期)G2期(DNA合成后期)第17页，讲稿共109张，创作于星期二Cell division cycle第18页，讲稿共109张，创作于星期二分生细胞的特点：细胞体积小细胞壁薄细胞核大内部充满原生质，无大液泡合成代谢旺盛、呼吸速率高细胞持水力高第19页，讲稿共109张，创作于星期二 细胞周期的控制 关键酶：依赖细胞周期蛋白（cyclin）的蛋白激酶（CDK）。CDK活性的调节途径：（1）cyclin的合成和破坏 （2）CDK的磷酸化和去磷酸化G1期 S 期 G2期 M期 G1 cyclinM cyclinIAACTK第20页，讲稿共109张，创作于星期二 细胞分裂的生化变化（1）DN
6、A含量变化（2）呼吸加快第21页，讲稿共109张，创作于星期二 细胞分裂与植物激素MMCDK/CYCD蔗糖 生长素 细胞分裂素 G G1 1S SG G2 2CDK/CYCB细胞分裂素脱落酸CDK/CYCAICK？第22页，讲稿共109张，创作于星期二2.2 细胞伸长的生理第23页，讲稿共109张，创作于星期二细胞伸长的生理变化 （1）细胞体积增大、液泡扩大 （2）呼吸加快 （3）蛋白质合成增加 （4）酶活性增加 （5）细胞壁物质大量合成第24页，讲稿共109张，创作于星期二 生长素的酸生长假说 生长素促进细胞伸长的原因是细胞壁酸化。IAA受体H+-ATP酶细胞壁酸化胞壁松弛，可塑性增加细胞伸
7、长第25页，讲稿共109张，创作于星期二Acid growth hypothesis第26页，讲稿共109张，创作于星期二 细胞伸长与植物激素（1）IAA、GA促进茎伸长（2）GA对根的伸长无促进作用（3）ABA抑制伸长第27页，讲稿共109张，创作于星期二2.3 细胞分化的生理 细胞分化（cell differentiation）：分生组织的幼嫩细胞发育成为具有各种形态结构和生理代谢功能的成形细胞的过程。植物的发育本质上是基因在不同时间和空间上顺序表达的过程。第28页，讲稿共109张，创作于星期二 所有细胞都来源于一个受精卵。植物约有40种不同的细胞类型，人类大约有210种不同的细胞类型。第
8、29页，讲稿共109张，创作于星期二 细胞全能性 细胞全能性（totipotency）：Haberlandt于1902年提出，植物体的每个细胞都携带着一套完整的基因组，并具有发育成完整植株的潜在能力。组织培养（tissue culture）：在无菌和人工控制条件下，分离并在培养基中离体培养植物组织（器官或细胞）的技术。第30页，讲稿共109张，创作于星期二tissue culture第31页，讲稿共109张，创作于星期二组织培养（tissue culture）第32页，讲稿共109张，创作于星期二 极性 极性（polarity）：是指在器官、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
9、化上的梯度差异。是植物分化和形态建成中的一个基本现象。花粉生殖核营养核基细胞顶细胞受精卵第33页，讲稿共109张，创作于星期二根在柳树枝条的形态学下端发生根在蒲公英切段的形态学下端发生第34页，讲稿共109张，创作于星期二极性要求人们在生产中进行扦插时不可倒插。极性发生机制，可能与Ca2+流有关第35页，讲稿共109张，创作于星期二 影响细胞分化的条件（1）分化与糖浓度有关。低糖浓度形成木质部；高糖浓度形成韧皮部；中等糖浓度两者都形成，中间还有形成层。（2）光照促进分化（光形态建成）。（3）分化与植物激素有关。IAA/CTK高，有利根分化；IAA/CTK低，有利芽分化；IAA/CTK相等，愈伤
10、组织只生长不分化。Skoog和崔瀓发现IAA/CTK控制器官发生。第36页，讲稿共109张，创作于星期二三、植物营养器官的生长 生长：植物在细胞数目、体积和重量上的不可逆增加。例外：种子萌发时干重是减少的，胚囊发育时细胞数目也是减少的（4 1个）。植物具有无限生长的特点，不断产生新的器官；而动物生长则是各部分器官的长大。第37页，讲稿共109张，创作于星期二3.1 营养器官的生长特性茎生长特征 控制茎生长的组织有顶端分生组织、近顶端分生组织和居间分生组织。生长大周期：茎的生长速率呈现“慢快慢”的基本规律。第38页，讲稿共109张，创作于星期二 shoot apical meristem第39页
11、，讲稿共109张，创作于星期二S 形生长曲线：停滞期对数生长期直线生长期衰老期第40页，讲稿共109张，创作于星期二 根生长特性 根生长靠顶端分生组织。静止中心的作用。有生长大周期。有顶端优势现象，主根控制侧根。不定根的形成。实验表明：CTK在根尖合成，向上运输，抑制侧根生成。第41页，讲稿共109张，创作于星期二第42页，讲稿共109张，创作于星期二 叶生长特性 由茎尖生长锥的叶原基发育而成。双子叶植物的叶子是全叶均匀生长；单子叶植物叶片基部保持生长能力。第43页，讲稿共109张，创作于星期二3.2 影响营养器官生长的条件温度 生长的最适温。生长应在协调的最适温度下进行，昼夜温差有利于植物的
12、生长。生长的温周期现象（thermoperiodicity of growth）：植物对昼夜温度周期性变化的反应。第44页，讲稿共109张，创作于星期二 光 光对茎伸长有抑制作用。光使自由IAA减少，ABA增加。在农业生产上，浅蓝色塑料薄膜育秧比白色的好（秧苗健壮）。大田播种要防止过密。第45页，讲稿共109张，创作于星期二 水分 植物根、茎、叶的生长都必须有充足的水分。植物生长有水分临界期。第46页，讲稿共109张，创作于星期二 矿质营养 N肥促进茎叶生长。N肥过多，茎叶徒长；N肥过少，生长缓慢。植物激素 GA3显著促进茎的生长。水稻生长时，GA3高峰分别出现在分蘖期和抽穗期。第47页，讲稿
13、共109张，创作于星期二 植物体是各个部分的统一整体，因此，植物各部分的生长互相有着极密切的联系。相关性（correlation）：植物各部分间的相互制约与协调的现象。四、植物生长的相关性第48页，讲稿共109张，创作于星期二4.1 根和地上部分的相关性 相互促进：地上部分供给根糖分和vitB1；根供给地上部分水分、矿物质、氨基酸、生物碱和CTK等。相互抑制：从根冠比（根重/茎叶重）反映。土壤水分不足或缺N，根冠比增大；反则反之。“根深叶茂”、“旱长根、水长苗”是什么道理？第49页，讲稿共109张，创作于星期二 顶端优势（apical dominance）：顶芽优先生长，而侧芽生长受抑制的现象
14、。此现象与IAA有关，CTK有解除侧芽生长受抑制的作用。4.2 主茎和侧枝的相关性第50页，讲稿共109张，创作于星期二顶端优势的生理解释IAA第51页，讲稿共109张，创作于星期二生产上保护顶端优势。麻类、烟草、向日葵、玉米、高粱等;生产上去除顶端优势。果树、行道树、花卉；棉花、大豆等。第52页，讲稿共109张，创作于星期二第53页，讲稿共109张，创作于星期二第54页，讲稿共109张，创作于星期二第55页，讲稿共109张，创作于星期二第56页，讲稿共109张，创作于星期二4.3 营养生长与生殖生长的相关性 相互促进：营养器官供给生殖器官养料，是生殖生长的基础。适度的生殖生长也会促进营养生长
15、。相互抑制：营养器官生长过旺会贪青晚熟，过弱会提早成熟；而过度的生殖生长会减弱营养器官生长。第57页，讲稿共109张，创作于星期二(一)、光敏色素的发现和性质(二)、光敏色素的分布和生理作用(三)、光敏色素的作用机制(四)、蓝光和紫外光反应五、植物的光形态建成第58页，讲稿共109张，创作于星期二 植物生长发育受遗传和外界环境（如光、温度、重力、水分、风、矿物质等）的影响。其中光的影响最大：（1）光是植物光合作用必需的；（2）光调节植物的形态建成。光对植物生长发育的影响第59页，讲稿共109张，创作于星期二光形态建成（photomorphogenesis）：依赖光控制细胞的分化、结构和功能的改
16、变，最终汇集成组织和器官的建成。即光控制发育的过程。暗形态建成（skotomorphogenesis）：暗中生长的植物表现出各种黄化特征，如 茎细而长、顶端呈钩状弯曲和叶片小而呈黄 白色。第60页，讲稿共109张，创作于星期二第61页，讲稿共109张，创作于星期二拟南芥第62页，讲稿共109张，创作于星期二光信号光受体 生理生化变化 形态变化 光敏色素（phytochrome）红光/远红光 隐花色素（cyptochrome）和向光素（phototropin）蓝光/近紫外光 UV-B受体 紫外光第63页，讲稿共109张，创作于星期二 (一一)、光敏色素的发现和性质、光敏色素的发现和性质1.1 发
17、现 1952年，美国农业部几位专家以大型光谱仪将白光分离成单色光，处理莴苣种子，发现R促进发芽，FR逆转这个过程（图）。1959年，该研究小组研制出双波长分光光度计，测定黄化玉米幼苗的吸收光谱。发现R照射后吸收R少、FR多，反则反之。第64页，讲稿共109张，创作于星期二第65页，讲稿共109张，创作于星期二结果说明：这种R-FR可逆反应的光受体可能是具两种存在形式的单一色素。1960年成功分离到这种光受体，是一种色素蛋白，并命名为光敏色素（phytochrome）。第66页，讲稿共109张，创作于星期二 1.2 光敏色素化学性质及光化学转化 是一种易溶于水的色素蛋白质，是由两个亚基组成的二聚
18、体，每个亚基有两个组成部分：生 色 团（chromophore）和脱 辅 基 蛋 白（apoprotein），两 者 合 称 为全 蛋 白（holoprotein）。1.2.1 光敏色素的化学性质第67页，讲稿共109张，创作于星期二chromophorePrPfr660nm730nminactiveactive第68页，讲稿共109张，创作于星期二第69页，讲稿共109张，创作于星期二PrPfr顺式异构体反式异构体第70页，讲稿共109张，创作于星期二光敏色素生色团的生物合成是在黑暗条件下，在质体中进行的。合成后被运送到胞质溶胶与脱辅基蛋白装配形成光敏色素色素全蛋白。第71页，讲稿共109张
19、，创作于星期二1.2.2 光敏色素基因和分子多型性 类型 类型 在黄化幼苗中大量存在，见光易分解在绿色幼苗中含量少，光下稳定光敏色素蛋白质的基因是多基因家族。光敏色素蛋白质的基因是多基因家族。PHYAPHYA受光负调节，受光负调节，PHYB E PHYB E 属于组属于组成型表达。成型表达。PHYB、PHYC、PHYD、PHYEPHYA特点编码基因 总结第72页，讲稿共109张，创作于星期二第73页，讲稿共109张，创作于星期二 在一定波长下，具生理活性Pfr浓度和Ptot浓度的比例。=Pfr/Ptot。值为0.010.05时即可引起显著的生理变化。1.2.3 光敏色素的光化学转化光稳定平衡(
20、photostationary equilibrium,):第74页，讲稿共109张，创作于星期二 2.1 光敏色素的分布 光光敏敏色色素素普普遍遍分分布布于于除除真真菌菌以以外外的的低低等等和和高高等等植植物物中中，其其中中分分生生组组织织中中含含量量较较多多。一一般般认认为为，光光敏敏色色素素存存在在于于膜膜系系统统上上，如如质质膜膜、线线粒粒体体膜膜、核核膜膜等等。黄黄化化幼苗的光敏色素含量比绿色幼苗多幼苗的光敏色素含量比绿色幼苗多20-10020-100倍。倍。真真菌菌没没有有光光敏敏色色素素，而而是是有有隐隐花花色色素素吸吸收收蓝蓝光光和和紫外光进行形态建成。紫外光进行形态建成。(二
21、二)、光敏色素的分布与生理作用、光敏色素的分布与生理作用第75页，讲稿共109张，创作于星期二 从种子萌发到开花、结果及衰老，几乎影响到植物一生的形态建成。2.2 光敏色素的生理作用第76页，讲稿共109张，创作于星期二快反应与慢反应：光敏色素接受光刺激到发生形态反应的时间有快有慢。快反应：以分秒计。如棚田效应（Tanada effect）、转板藻叶绿体运动等。慢反应：以小时计。如红光促进种子萌发。第77页，讲稿共109张，创作于星期二2.3 光敏色素的反应类型光敏色素的反应类型极 低 辐 照 度 反 应(VLFR):诱 导 光 能 量1100nmol/m2即可。如燕麦芽鞘伸长。低 辐 照 度
22、 反 应(LFR):诱 导 光 能 量11000mol/m2即可，典型的R-FR可逆反应。如莴苣种子萌发。高辐照度反应(HIR):反应需要持续强光照(大于10mol/m2)，是VLFR的100倍以上。如天仙子开花诱导。第78页，讲稿共109张，创作于星期二COOHH2N激酶区域丝氨酸COOHH2N激酶区域丝氨酸ATPATP生色团生色团phytochromephytochromeXXPP红光 (三三)、光敏色素的作用机理、光敏色素的作用机理第79页，讲稿共109张，创作于星期二膜假说 解释快反应 红光 Pfr增多 跨膜Ca2+流动 胞质Ca2+增加 CaM活化 肌动蛋白激酶活化 肌动蛋白收缩 转
23、板叶绿体转动第80页，讲稿共109张，创作于星期二基因调节假说 解释慢反应 PfrAPfrBPSK1光调节基因表达SPA1COP/DET/FUSPIF3NDPK2光调节基因表达G蛋白cGMPCa2+CaM邓兴旺（1991）利用在黑暗中表现光形态建成反应的拟南芥cop和det突变体，克隆了第一个光形态建成的负调控因子COP1，也称为DET，由11个基因位点控制，被称为COP/DET/FUS位点。它们的基因产物是控制植物光形态建成和暗形态建成的主要分子开关。细胞核细胞核细胞膜第81页，讲稿共109张，创作于星期二第82页，讲稿共109张，创作于星期二 (四四)、蓝光和紫外光反应蓝光和紫外光反应4.
24、1 蓝光反应 蓝光反应的有效波长是蓝光和近紫外光，蓝光受体也叫蓝光/近紫外光受体(blue/UV-A receptor)。蓝光受体有隐花色素和向光素两种。蓝光反应：向光性反应、气孔开放、花色素苷积累、抑制茎伸长等。隐花色素=FAD+多基因编码蛋白 向光素=FMN+多基因编码蛋白第83页，讲稿共109张，创作于星期二第84页，讲稿共109张，创作于星期二4.2 紫外光反应 UV-B主要使植物矮化，光合下降，类黄酮、花色素苷合成增加等。其受体还不清楚。第85页，讲稿共109张，创作于星期二六、植物的运动植物的运动：植物的运动：植物的器官在空间产生位置的移动。可分为：植物的器官在空间产生位置的移动。
25、可分为：向性运动向性运动 光、重力等外界刺激产生，运动方向取决光、重力等外界刺激产生，运动方向取决于刺激方向。于刺激方向。感性运动感性运动 光暗转变、触摸等外界刺激或内部时间机制引起，光暗转变、触摸等外界刺激或内部时间机制引起，刺激（一般没有方向）不能决定运动方向。刺激（一般没有方向）不能决定运动方向。第86页，讲稿共109张，创作于星期二6.1 向性运动 向性运动是由生长引起的不可逆的运动。包括感受(perception)、传导(transduction)、反应(response)三个步骤。依外界因素的不同，分为：向光性、向重力性、向化性和向水性。第87页，讲稿共109张，创作于星期二 向光
26、性（phototropism）蓝光是诱导向光性弯曲最有效的光。可分为正向光性（茎尖、胚芽鞘）、负向光性（根）和横向光性（茎、叶）。第88页，讲稿共109张，创作于星期二对向光性的解释：（1）认为与IAA分布不均匀有关。背光侧IAA多于向光侧。（2）认为与抑制物质分布不均匀有关。向光侧萝卜宁、萝卜酰胺等抑制物质多于背光侧。第89页，讲稿共109张，创作于星期二蓝光 向光素受体活化IAA移至背光侧下运到伸长区向光弯曲第90页，讲稿共109张，创作于星期二第91页，讲稿共109张，创作于星期二 向重力性（gravitropism）正向重力性（positive gravitropism）：根顺着重力方
27、向向下生长。负向重力性（negative gravitropism）：茎背离重力方向向上生长。横向重力性（diagravitropism）：地下茎侧水平方向生长。第92页，讲稿共109张，创作于星期二第93页，讲稿共109张，创作于星期二感受重力的细胞器是“平衡石”淀粉体。第94页，讲稿共109张，创作于星期二向重力性：可 能 与Ca2+、CaM、IAA下侧分布多于上侧有关。第95页，讲稿共109张，创作于星期二 向化性（chemotropism）是由某些化学物质在植物周围分布不平均引起的定向生长。深施肥料、以肥引芽。向水性（hydrotropism）当土壤中水分分布不均匀时，根趋向较湿的地方
28、生长的特性。第96页，讲稿共109张，创作于星期二6.2 感性运动植物受无定向的外界刺激而引起的运动。分类：（1）生长性运动 不可逆的细胞生长，如偏上性运动等。（2）紧张性运动 由叶枕膨压变化产生，是可逆性变化，如叶片感夜运动等。第97页，讲稿共109张，创作于星期二 偏上性和偏下性 偏上性（epinasty）：叶片、花瓣或其他器官向下弯曲生长的特性。生长素和乙烯可引起。偏下性（hyponasty）：叶片和花瓣向上弯曲生长的现象，赤霉素处理可引起。第98页，讲稿共109张，创作于星期二 感夜性（nyctinasty）植物的叶和花的开闭受昼夜变化影响的现象。如烟草花夜开昼闭，蒲公英花序昼开夜闭。
29、合欢、含羞草的叶片昼张夜合，背腹结构细胞膨压改变所致。第99页，讲稿共109张，创作于星期二蒲公英花序在晚上闭合烟草的花在晚上开放第100页，讲稿共109张，创作于星期二昙花的开 花季节一般在6至10月，开花的时间一般在晚上89点钟以后，盛开的时间只有34个小时，非常短促。34小时后，花冠闭合，花朵很快就凋谢了，真可谓“昙花一现”！昙花昙花第101页，讲稿共109张，创作于星期二感热性（thermonasty）植物由温度变化引起反应的生长运动或感性运动。郁金香、番红花花的开放。感震性（seismonasty）由震动引起细胞膨压变化而引起的植物器官运动。含羞草感震叶片下垂。第102页，讲稿共10
30、9张，创作于星期二温度变化可使郁金香和番红花的花开放或关闭。第103页，讲稿共109张，创作于星期二第104页，讲稿共109张，创作于星期二复叶叶柄基部的叶枕结构：上部细胞排列紧密，壁厚；下部细胞排列疏松，壁薄，透性大。第105页，讲稿共109张，创作于星期二捕蝇草：捕蝇草：0.5s0.5s内裂片即可合拢。内裂片即可合拢。第106页，讲稿共109张，创作于星期二5.3 生理钟（physiological clock）生物对昼夜适应而产生生理上周期性波动的内在节律。由于这个周期不正好是24 h，而只接近这个数值，因此，又叫近似昼夜节奏（circadian rhythm）。如菜豆叶片的运动。第107页，讲稿共109张，创作于星期二第108页，讲稿共109张，创作于星期二感感谢谢大大家家观观看看第109页，讲稿共109张，创作于星期二