高级植物生理复习资料

1、植物进化的基本规律：植物属于上升式进化，即结构与功能由简单到复杂的进化方式。细胞机构：原核→真核、原核→间核→真核形态结构：单细胞→群体或丝状体→多细胞体；无分化→有分化，简单分化→复杂分化；原植体→拟茎叶体→根茎叶植物体；无维管组织→有维管组织生殖器官：单细胞结构→多细胞结构→具不育细胞层的多细胞结构，无花→无花被花→具花被花生殖方式：营养繁殖→无性生殖→有性生殖(同配→异配→卵配)；受精需水→花粉管→双受精生活史：营养繁殖→无性生殖→核相交替(合子或配子减数分裂)→世代交替(孢子减数分裂)（同形世代交替→异形世代交替→孢子体发达的异形世代交替，配子体独立生活→寄生在孢子体上）种子：无(仅具孢子)→裸露种子→具包被种子生境：水生→陆生；狭幅→广幅世代交替广义指的是生物生殖过程中，存在着有性世代（孢子体，双倍体）和无性世代（配子体，单倍体）无性生殖的交替出现，称为世代交替。孢子体→孢子囊→孢子母细胞→（减数分裂）→【孢子→配子体→1颈卵器→卵2藏精器→精子→】（有性世代n）受精→合子→胚→孢子体（无性世代2n）孢子体：在植物世代交替的生活史中，产生孢子和具2倍数染色体的植物体。由受精卵（合子）发育而来。配子体：在植物世代交替的生活史中，产生配子和具单倍数染色体的植物体。形成配子并进行繁殖的世代称为配子世代，配子世代的生物体称为配子体。2、植物细胞器：核仁：核仁负责转录、加工核糖体RNA转录本，并将核糖体RNA和输入的核糖体蛋白装配成为核糖体蛋白以及转运到细胞质中。高尔基体：高尔基体在分泌途径占据中心位置，主要功能为：（1）Exocytosis（胞吞作用）和Endocytosis（内吞作用）从内质网接受新和成的蛋白和脂类，并导向细胞表面或液泡。（2）在植物中参与细胞壁多糖的合成、加工修饰和转运。液泡：液泡的功能（1）贮藏：离子、糖类、色素、氨基酸、和蛋白等；（2）消化：液泡含有蛋白酶、核酸酶、糖苷酶和酯酶；破坏和回收程序性死亡细胞营养成份；（3）维持pH值和渗透压稳定；（4）积累有毒物质抵御病原菌和草食类动物；将毒素物质累积到液泡也是植物抵御毒害手段之一。（5）形成色素：吸引传粉者和种子传播者；屏蔽紫外线等有害射线，防止光氧化对植物的损伤。线粒体：线粒体是细胞的能量工厂，通过与电子传递链象偶联的柠檬酸循环(citricacidcycle)产生ATP。质体：质体是仅存于植物和藻类细胞中的主要细胞器。质体参与光合作用，贮藏各种产物，以及合成植物细胞基本构架积功能所需的关键分子。和线粒体一样被膜包裹，具有合成一些自身蛋白所需的遗传机制。细胞中的细胞器主要有：线粒体、内质网、叶绿体、高尔基体、核糖体等。它们组成了细胞的基本结构，使细胞能正常的工作，运转。(1)线粒体：是细胞中制造能量的结构，是细胞进行有氧呼吸的主要场所。是细胞的能量工厂，通过与电子传递链象偶联的柠檬酸循环产生ATP。(2)内质网：内质网分为粗面和滑面。粗面内质网由扁囊和附着在其外表面的核糖体构成，表面粗糙，细胞核周围的粗面内质网可与核膜外层通连。主要功能是合成分泌蛋白质。滑面内质网表面光滑无核糖体附着，主要参与类固醇、脂类的合成与运输，糖代谢及激素的灭活等。(3)叶绿体：是植物细胞中由双层膜围成，含有叶绿素能进行光合作用的细胞器。间质中悬浮有由膜囊构成的类囊体，内含叶绿体DNA。是植物的“养料制造车间”和“能量转换站”。能发生碱基互补配对。(4)高尔基体：主要功能将内质网合成的蛋白质进行加工、对比分类、与包装，然后分门别类地送到细胞特定的部位或分泌到细胞外。在植物中参与细胞壁多糖的合成、加工修饰和转运。(5)核糖体：核糖体在细胞中负责完成“中心法则”里由RNA到蛋白质这一过程，此过程在生物学中被称为“翻译”。Plasmamembrane质膜NucleusPlasmodesmata胞间连丝EndoplasmicreticulumER内质网Golgiapparatus高尔基体Vacuole液泡Mitochondria线粒体Plastid,e.g.Chloroplast质体，如叶绿体Cellwall细胞壁Cytoskeleton细胞骨架3、植物病理：植物抗病时的基本方式是PTI和ETI。PAMPs：病原相关的分子模式，就是病原分子上非常保守的结构。PTI：PAMPs触发的免疫反应，这是植物免疫系统对抗病原菌的第一道防线，在植物细胞表面有一种跨膜蛋白，它能识别病原PAMP并传递病原信号给植物，从而引起植物的免疫反应。ETS：病原通过ETS去反制植物的PTI，通过一种分泌机制往植物内注射一种效应因子去抑制植物的PTI，使病原菌能够在细胞内繁殖。ETI：效应因子触发的免疫反应，病原菌向细胞内注入效应因子（致病毒素），病原无毒基因（Avr）识别效应因子，植物再通过一种NBS-LRR基因去识别病原无毒基因Avr，引起一系列级联反应，使得植物在感病部位直接程序性细胞死亡（HR反应），从而阻止病原菌的进一步扩增。基因对基因学说：植物与病原微生物的侵袭，两者在自然生态系统中长期并存，相互影响乃至协同进化，使得植物的抗病性与病原物的致病性之间形成一种动态平衡。该学说认为，植物对某种病原物的特异抗性取决于它是否具有相应的抗性基因，而同时病原物的专一致病性取决于病原物是否具有无毒基因，也就是说寄主分别含有感病基因（r）和抗病基因（R），病原物分别含有毒性基因（Vir）和无毒基因（Avr），只有当具有相应抗病基因的植物（R）与具有无毒基因（Avr）的病原物相遇时，才会激发植物的抗病反应，其他情况下二者表现亲和，即寄主感病。诱导性系统抗性（ISR）和系统获得性抗性（SAR）：ISR是由寄主在植物根部的有益菌，或者称为植物生长促进菌诱导产生的对逆境和病害的系统抗性，这种抗性与SAR的区别是，它是有益菌诱导产生的，而SAR是有害因子诱导产生的，其次介导ISR的信息物质是茉莉酸和乙烯，而介导SAR的信息物质是水杨酸。最重要的是在ISR中，没有SAR具有的几丁质酶等病程相关蛋白的产生。1.病原微生物(1)植物病原真菌真菌是主要的植物病原微生物，许多真菌都可以引起植物病害。几乎在大多数作物上，果蔬上和花卉上都能发现真菌引致的病害。许多真菌的无性孢子和有性孢子均能在植物上寄生。而无性孢子的大量繁殖和生长是病害蔓延和流行的主要原因，有性孢子的形成和它们在种子及残枝落叶中休眠或越冬是翌年发病的主要原因。(2)植物病原细菌能侵染植物并引起病害的细菌主要来自假单胞菌属、黄单胞菌属、土壤杆菌属、棒状杆菌属、欧文氏菌属和枝原体属等。病原细菌多由植物的自然孔口或伤口侵入，寄生于植物组织或导管中，常引起植物产生斑点、白叶、顶死、萎蔫、软腐和过度生长等病症。它们多能存活于植物组织或种子中，或进入土壤中营腐生生活。(3)植物病原病毒已知能引起植物病害的病毒有300余种，植物病毒的侵入必须要有活细胞上的微伤才能进入细胞质，然后可以经薄膜细胞和胞间连丝弥散或进入输导组织快速转移。病毒在植物体内的分布有局部性和全面性两种，进入寄主细胞的病毒在复制自身的同时，干扰和破坏了寄主细胞的正常生理代谢活动，从而产生植物受害的症状。2、抗病的几种方式（1）PDI。生物所激发的抗体叫PDI，在细胞的表现，也就是病原微生物表面分子细胞能够被植物的抗性细胞的信号受体所识别，识别以后就能激发他的抗性反应。（2）EDI。也就是说病原微生物它对释放出一些致病性相关的效应因子，这样的效应因子能够被植物体内的某些受体结合，结合之后在植物细胞的内部激发的免疫反应，我们称之为EDI。无论是PDI和EDI，都是基因对基因的识别，也就是说，无基因病原微生物的无毒基因跟植物的抗病基因相互识别，才能激发植物的抗性反应，否则它就会致病，如果没有无毒基因不能被植物识别，那么植物就会致病，或者说是他有无病基因，但是没有和它相关的，相对应的抗病基因，它也会致病。4、植物激素：几种主要植物激素(1)Auxins生长素(2)Gibberellins赤霉素(3)Cytokinins细胞分裂素(4)AbscisisAcid脱落酸(5)Ethylene乙烯(6)Jasmonicacid茉莉酸(7)Salicylicacid水杨酸(8)Brassinosteroid油菜素类甾醇与防御相关的激素有茉莉酸（JA）、水杨酸（SA）和乙烯（ET），PAMP激发的免疫反应与脱落酸（ABA）和生长素相关植物激素茉莉酸JA刺激植物后，SCFCOI1复合体对JAZ阻遏蛋白进行泛素化修饰和降解，当JAZ蛋白被泛素化和降解后，转录因子MYC2及其调控的下游基因被激活表达。植物激素脱落酸ABA的信号转导系统是由蛋白质激酶的磷酸化级联系统组成的。磷酸化根据CTK信号传导的途径，CTK首先与组氨酸激酶在膜外的CHASE结构域结合，从而激活酶在膜内的传递域在残基上发生自主磷酸化，磷酸基团被传递至位于激酶接受域的ASP残基，ASP残基将磷酸基团进一步传递给位于激酶下游的组氨酸磷酸转移蛋白（AHPS），磷酸化的AHPS进入细胞核后，诱导B类ARRS的活性，后者进一步激活CTK原初影响基因—A类ARRS的转录。5、植物转基因：农杆菌基本特征：农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏阴性细菌，它能在自然条件下趋化性地感染大多数双子叶植物和裸子植物的受伤部位（受伤处的细胞会分泌大量酚类化合物，从而使农杆菌移向这些细胞），并诱导产生冠瘿瘤或发状根。农杆菌转化法原理：构建双元表达载体系统，由两种质粒组成，一种是位于大肠杆菌中的穿梭质粒，另一种是位于农杆菌中辅助性质粒。将重组质粒电转化到农杆菌感受态细胞中后，用含有重组质粒的农杆菌去侵染植物根部切口，通过辅助性质粒的Vir区表达蛋白与重组质粒T—DNA（目的片段）的反式作用激活T—DNA的转移，从而将目的片段整合到植物根部细胞基因组中。随着愈伤组织的形成以及根部细胞的分裂与分化，使得新生根部细胞均含有该目的片段的基因。转基因：转基因技术的理论基础来源于进化论衍生来的分子生物学。基因片段的来源可以是提取特定生物体基因组中所需要的目的基因，也可以是人工合成指定序列的DNA片段。DNA片段被转入特定生物中，与其本身的基因组进行重组，再从重组体中进行数代的人工选育，从而获得具有稳定表现特定的遗传性状的个体。该技术可以使重组生物增加人们所期望的新性状，培育出新品种。农杆菌：农杆菌是生活在植物根的表面依靠由根组织渗透出来的营养物质生存的一类普遍存在于土壤中的革兰氏阴性细菌。农杆菌介导法是模仿农杆菌都植物的进化诱导农杆菌主要有两种：根癌农杆菌和发根农杆菌。根癌农杆菌能在自然条件下趋化性地感染140多种双子叶植物或裸子植物的受伤部位，并诱导产生冠瘿瘤。引发冠瘿瘤的原因是，Ti质粒上的T-DNA上有8个左右的基因在植物细胞内表达，指导合成一种非常特殊的化合物冠瘿碱，进而引起转化细胞癌变。而发根农杆菌则诱导产生发状根，其特征是大量增生高度分支的根系。根癌农杆菌的Ti质粒和发根农杆菌的Ri质粒上有一段T-DNA，农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后，可将T-DNA插入到植物基因组中。因此，农杆菌是一种天然的植物遗传转化体系，被誉为“自然界最小的遗传工程师”[1]。可以通过将目的基因插入到经过改造的T-DNA区，借助农杆菌的感染实现外源基因向植物细胞的转移和整合，然后通过细胞和组织培养技术，得到转基因植物。农杆菌介导法起初只被用于双子叶植物中，近几年来，农杆菌的介导转化在一些单子叶植物(尤其是水稻)中也得到了广泛应用。此外，生物技术学家还可以通过发根农杆菌转化，在液体培养基中培养高密度的根，作为一种在转基因植物中获得大量蛋白质的方法。tDNA为什么利用农杆菌转基因农杆菌介导法以其费用低、拷贝数低、重复性好、基因沉默现象少、转育周期短及能转化较大片段等独特优点而备受科学工作者的青睐。农杆菌介导法主要以植物的分生组织和生殖器官作为外源基因导入的受体，通过真空渗透法、浸蘸法及注射法等方法使农杆菌与受体材料接触，以完成可遗传细胞的转化，然后利用组织培养的方法培育出转基因植株，并通过抗生素筛选和分子检测鉴定转基