1植物细胞.ppt.Convertor

第一章植物细胞一、植物细胞的结构二、细胞信号转导三、植物细胞全能性植物生理学一、植物细胞的结构二、细胞信号转导※细胞信号转导（cellsignaltransduction):指的是偶联各种胞外刺激信号与其相应的生理反应之间的一系列分子反应机制。其分子途径分为三个阶段：1、胞外刺激信号传递2、膜上信号转换3、胞内信号传递及蛋白质可逆磷酸化外界环细胞膜境刺激cAMPPKA酪蛋细GCa2+PKCa2+白磷胞胞间信号受体蛋效应器CaM酸化反(第一信使)白PKC修饰应IP3CaMTyr蛋白DG结合蛋白激酶膜上信号胞内信号转换系统(第二信使)1、胞外刺激信号传递（1）环境刺激：(光、温度、水分、重力、伤害、病原菌毒物、矿物质及气体）最重要的环境刺激是光，光是光合作用的能源，光强、光质可作为信号激发受体，引起光形态建成。（2）胞间信号传递：当环境刺激的作用位点与效应位点处在不同部位时，就必然发生信号的产生和传递。这些胞间信号（化学信号和物理信号）及某些环境刺激信号就是细胞信号转导过程中的初级信号，即第一信使（firstmessenger）。B、物理信号（physicalsignals）：指细胞感受环境刺激后产生的具有传递信息功能的物理因子，如：电波、水力学信号等。胞间物理信号电波长距离传递途径是维管束，短距离传递则通过共质体及质外体。敏感植物动作电波的传播速度可达200mm·s-1。2、跨膜信号转换（1）受体（receptor）：受体：指位于细胞质膜上能与化学信号物质特异地结合，并能将胞外信号转换为胞内信号，发生相应细胞反应的物质。（2）G蛋白G蛋白：GTP结合调节蛋白（GTPbindingregulatoryprotein），膜上信号转换是通过G蛋白偶联的。在活细胞内由三种不同亚基（α、β、γ）构成的异源三聚体G蛋白位于内膜内侧，依赖自身的活化和非活化状态循环实现跨膜信号转换。3、胞内信号传递及蛋白质磷酸化（1）细胞内信号传递系统第二信使（secondmessenger）：指由胞外刺激信号激活或抑制的、具有生理调节活性的细胞内因子。A、钙信号系统各种胞外刺激信号可能直接或间接地调节钙运输系统而引起胞内游离Ca2+浓度的变化，并导致不同的细胞反应。(静息态细胞质Ca2+浓度：10-7~10-6mol.L-1,质外体Ca2+浓度：10-4~10-3mol.L-1，而Ca2+库的Ca2+浓度更高。B、肌醇磷脂信号系统质膜中有三种肌醇磷脂：磷脂酰肌醇（PI）、磷脂酰肌醇–4–磷酸（PIP）、磷脂酰肌醇–4，5–二磷酸（PIP2）。C、环腺苷酸信号系统环腺苷酸（cAMP）作为动物细胞中的第二信使是通过激活蛋白激酶进行信号转导；而在植物细胞中cAMP是否存在以及是否具有胞内第二信使的作用，还缺乏足够的实验依据。（2）蛋白质的可逆磷酸化三、植物细胞全能性植物细胞全能性（totipotency）：指每一个活细胞具有产生一个完整个体的全套基因，在适宜的条件下，细胞具有发育成完整植株的潜在能力。植物细胞全能性是细胞分化的理论基础和植物组织培养技术的理论依据。第二章第一节呼吸作用的概念及生理意义1、呼吸作用提供植物生命活动所需要的大部分能量需呼吸作用提供能量的生理过程有：离子的主动吸收、细胞的分裂和分化、有机物的合成、种子萌发等。不需要呼吸直接提供能量的生理过程有：干种子的吸胀吸水、离子的被动吸收、蒸腾作用、光反应等。二、呼吸作用的生理意义2、呼吸过程为其它化合物合成提供原料◆植物呼吸代谢并不只有一种途径，不同的植物、同一植物的不同器官或组织在不同的生育时期、不同环境条件下，呼吸底物的氧化降解可以走不同的途径。◆汤佩松(1965)：提出呼吸代谢多条线路的观点，主题思想是阐明呼吸代谢与其它生理功能之间控制与被控制的相互制约的关系。第二节呼吸代谢的多样性一、呼吸代谢多样性的内容※（一）化学途径的多样性（二）电子传递途径的多样性（三）末端氧化酶的多样性草酰乙酸（OAA）抗氰呼吸在高等植物中广泛存在。最典型的例子是天南星科植物的佛焰花序，其呼吸速率比一般植物高100倍以上，呼吸放热很多（形成的ATP少，大部分自由能以热能丧失），使组织温度比环境温度高出10-20oC。还原型辅酶Ⅱ四钠,分子式为C21H26N7O17P3Na4线粒体线粒体质体细胞质过氧化微体物体铁和铜铁铜铜无极高高中等低极低敏感不敏感敏感敏感不敏感植物体内的末端氧化酶的多样性能使植物在一定范围内适应各种外界环境。细胞色氧化酶对O2的亲和力大，所以在低氧浓度时仍能发挥作用。酚氧化酶、黄酶对氧的亲和力较低，故只能在高O2时顺利起作用。在苹果果肉外以酚氧化酶和黄酶为主，而内部以细胞色素氧化酶为主。细胞色素氧化酶对温度最敏感，黄酶对温度不敏感，故低温、成熟时苹果以黄酶为主，未成熟、气温高时以细胞色素氧化酶为主。第三节呼吸作用的指标及影响因素一、呼吸作用的指标1、呼吸速率（respiratoryrate）又称呼吸强度（respiratoryintensity）单位时间内单位鲜重或干重植物组织释放的CO2或吸收O2的量。单位有：mg·g-1·h-1,µmolg-1·h-1，µlg-1·h-1等。二、呼吸商的影响因素2、同一植物的不同器官或组织,呼吸速率不同。1、温度温度主要是影响呼吸酶的活性而影响呼吸速率。在最低点与最适点之间，呼吸速率随温度升高而加快，超过最适点，呼吸速率随温度升高而下降。（二）外界条件的影响氧浓度在10-20%之间全部是有氧呼吸，当氧浓度低于10%时无氧呼吸出现并逐步增强，有氧呼吸减弱。无氧呼吸的消失点：无氧呼吸停止进行时的最低氧浓度（10%左右）。氧饱和点：呼吸速率开始达到最大时的氧浓度。2、氧气长时间的无氧呼吸为什么会使植物受到伤害？1、无氧呼吸产生酒精，酒精使细胞质的蛋白质变性；2、无氧呼吸利用葡萄糖产生的能量很少，植物要维持正常的生理需要就要消耗更多的有机物；3、没有丙酮酸氧化过程，缺乏新物质合成的原料。4、二氧化碳环境中CO2浓度增高时脱羧反应减慢，呼吸作用受抑制。当CO2浓度高于5%时，呼吸作用受到明显抑制，高于10%时可使植物中毒死亡。5、机械损伤组织损伤时，呼吸作用明显增强。可能的原因是：1）破坏氧化酶与呼吸底物的分隔2）细胞脱分化为分生组织或愈伤组织3）淀粉转变为糖，呼吸底物增多4）DNA、RNA、蛋白质合成加快，需更多的能量和新的物质（80%来自PPP）。6、病原菌的侵染植物组织感病后呼吸增加，原因可能有：宿主受体细胞的线粒体增多并被激活，氧化酶活性增强，分解毒素，抑制病原菌水解酶活性，促进伤口愈合。另外抗氰呼吸、PPP加强。第四节呼吸作用与农业生产一、呼吸效率(生长效率)1概念：1克葡萄糖氧化时所能生成的生物大分子或合成新组织的克数(=合成生物大分子的克数/1g葡萄糖氧化×100%)。幼嫩、生长旺盛和生理活性高部位呼吸效率高。水稻营养生长时生长效率为60-65%。◆维持呼吸(maintenancerespiration)：提供保持细胞活性所需能量的呼吸部分。效率低。随植物种类、温度不同而表现出显著差异。◆生长呼吸(growthrespiration)：提供植物生长发育所需能量和物质，包括结构大分子合成、离子吸收等。不同的植物种类、不同(水稻)品种的生长呼吸似乎变化不大，受温度影响不大。植株幼嫩生长活跃时，生长呼吸是呼吸的主要部分。模拟表明：马铃薯的维持呼吸消耗占光合作用的21%，而生长呼吸占20%。二、种子的形成、贮藏与呼吸作用1、种子形成与呼吸作用种子形成过程中呼吸速率逐步升高，到了灌浆期呼吸速率达到高峰，此后呼吸速率便逐渐下降。成熟种子的最大呼吸速率与贮藏物质最迅速积累时期相吻合。种子成熟后期PPP途径增强。2、种子的安全贮藏与呼吸作用油料种子的安全含水量是8%-9%以下淀粉种子的安全含水量是12%-14%以下安全含水量内水为束缚水，呼吸E活性降到极限，呼吸极微弱。粮食贮藏需降低呼吸速率的原因：呼吸速率高，会消耗大量有机物；呼吸放出的水分使粮堆湿度增大，呼吸加强；呼吸放出的热量使粮温升高，反过来又增强呼吸：同时高温高湿使微生物迅速繁殖，最后导致粮食变质。种子安全贮藏的条件：1、晒干：进仓种子的含水量不得超过安全含水量2、通风和密闭：冬季或晚间开仓，冷风透过粮堆，散热散湿；梅雨季节进行全面密闭，以防外界潮湿空气进入3、气体成分控制：适当增加CO2和降低O2含量；或抽出粮仓空气充入N2三、果实、块根、块茎的贮藏与呼吸作用（一）果实的呼吸作用与贮藏1、果实的呼吸作用呼吸跃变（re’spiratorycli’macteric):果实成熟到一定时期，呼吸速率突然升高，然后又突然下降的现象。跃变型：苹果、香蕉、梨、桃、芒果、番茄非跃变型：橙、凤梨、葡萄、草莓、柠檬、菠箩苹果、香蕉、梨、番茄柠檬、菠萝、橙三、呼吸作用与作物栽培1、许多栽培措施是为了保证呼吸作用的正常进行如早稻浸种催芽时，用温水淋种和时常翻种；水稻的晒田，作物的中耕松土等。2、作物栽培中的许多生理障碍与呼吸直接相关如：涝害淹死植株，是因为无氧呼吸过久累积酒精而引起中毒；干旱和缺钾使作物的氧化磷酸化解偶联，导致生长不良甚至死亡；低温导致烂秧，是因为低温破坏线粒体的结构，呼吸“空转”，能量缺乏，引起代谢紊乱。思考题1、简述呼吸作用的概念及生理意义2、试述呼吸代谢多样性的内容及意义3、简述呼吸作用的指标及其影响因素4、试述外界条件对呼吸作用的影响5、试述呼吸作用与农业生产的关系第三章植物的矿质与氮素营养第一节植物体内的必需元素一、植物体内的元素植物材料水分干物质有机物灰分105°600°（10%—95（5%—95（90%—95（5%—10挥发残留第一节植物体内的必需元素一、植物体内的必需元素必需元素是指在植物完成生活史中，起着不可替代的直接生理作用的、不可缺少的元素。1.判断必需元素的标准。第一节植物体内的必需元素一、植物体内的必需元素2.植物生长必需的元素有16种，根据植物需要的多寡将其分为大量元素和微量元素。（1）大量元素：C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S。它们约占植物体干重的0.01%～10%。（2）微量元素：Fe、B、Mn、Zn、Cu、Mo、Cl。约占植物体干重的10-5%～10-3%。第一节植物体内的必需元素一、植物体内的必需元素3.有益元素：某种元素并非植物必需的，但常在植物体内存在，对植物生长发育生理功能表现有利作用，并能部分代替某一必需元素的作用，减缓缺素症的元素。如Ni(也有的将其视为必需元素)，Na，Si，Co，Se，稀土元素等。第一节植物体内的必需元素二、植物必需元素的生理功能1.是细胞结构物质的组成成分。2.是生命活动的调节者。3.起电化学作用。第一节植物体内的必需元素三、必需元素的缺素症状。第二节植物细胞对溶质的吸收植物细胞吸收矿质元素的方式有两类:方式被动吸收主动吸收第二节植物细胞对溶质的吸收一、被动吸收：概念：被动吸收指由于扩散作用或其他物理过程而进行的吸收，是不消耗代谢能量的吸收过程，亦称非代谢吸收。类型：扩散作用:分了或离子沿着化学势或电化学势梯度转移的现象。协助扩散：小分了物质经膜转运蛋白顺浓度梯度或电化学梯度跨膜的转运。第二节植物细胞对溶质的吸收一、被动吸收：1.扩散作用:杜南平衡：细胞内的可扩散负离子和正离子浓度的乘积等于细胞外可扩散正、负离子浓度乘积时的平衡，叫杜南(道南)平衡。［Na1+］×［Cl1-］＝［Na0+］×［Cl0-］。第二节植物细胞对溶质的吸收植物细胞吸收矿质元素的方式有两类:一、被动吸收：2.协助扩散：膜转运蛋白可分为两大类：离子通道载体离子通道载体第二节植物细胞对溶质的吸收二、主动吸收：概念：主动吸收是指细胞利用呼吸释放的能量作功而逆着电化学势梯度吸收离子的过程。ATP酶共转运类型第二节植物细胞对溶质的吸收二、主动吸收：1.ATP酶和载体第二节植物细胞对溶质的吸收1.ATP酶和载体第二节植物细胞对溶质的吸收二、主动吸收：2.共转运2.共转运第三节植物对矿质的吸收及运输一、吸收部位：叶片根系根毛区为主第三节植物对矿质的吸收及运输二、根系吸收矿