植物生理学笔记

-植物生理学绪论一、植物生理学是研究植物生命活动规律及调节机理的学科，其主要任务是研究和阐明植物体及其组成部分所进行的各种生命活动及其规律以及调节机理，同时研究环境变化对这些生命活动的影响。二、植物生命活动过程：物质与能量代谢、生长发育与生态建成、信息传递和细胞信号转导三、代谢：维持生物机体生命活动所必需的各种化学过程的总和。代谢分类：同化作用（合成代谢）、异化作用（分解代谢）产能代谢、耗能代谢四、植物生理学的研究领域：分子水平——亚细胞水平——细胞水平——组织水平——器官水平——个体水平——群体水平五、生理学与农业生产的关系：作物形成与高产理论（光合面积、光合时间、光合效率、光合产物的消耗与分配）环境生理与作物抗逆性设施农业中的作物生理学植物生理学与作物育种相结合——作物生理育种第一章、植物细胞的结构与功能第一节、植物细胞的基本结构1、1665年胡克发现细胞（1838—1839细胞学说）2、细胞：除病毒和噬菌体以外的生物结构和功能的基本单位3、原生质体：4、质膜：包围细胞原生质的外膜5、内膜：细胞质中构成各种细胞器的膜6、内膜系统：由内膜包被的细胞器组成的系统7、膜脂的种类：磷脂、糖脂、硫脂、固醇8、膜蛋白：内在蛋白（载体、通道）外在蛋白9、细胞膜的结构：生物膜以脂类双分子层为骨架膜中存在内在蛋白和外在蛋白膜不对称性膜具有流动性10、细胞膜的功能分室作用物质代谢和能量转换的场所转运功能信号识别和转换功能细胞间的连接功能参与细胞表面特化结构的形成11、质体是由前质体分化发育而成12、细胞骨架细胞骨架不仅在维持细胞形态、保护细胞内部结构的有序性方面起重要作用，而且还与细胞运动、物质运输、能量转换、信息传递、细胞分化和分裂、基因表达等生命活动密切相关13、细胞壁的典型结构：包间层、初生壁、次生壁14、细胞壁的成分：纤维素、半纤维素、果胶质、蛋白质酶、木质素（木本植物）15、细胞的全能性：活细胞都包含有产生一个完整机体的全套基因，具有发育成完整个体的能力16、细胞壁的功能：维持细胞形状，控制细胞生长物质运输与信息传递防御与抗性代谢、贮存和识别功能17、共质体：植物生活细胞原生质体通过包间连丝形成一个连续的整体18、质外体：细胞质膜以外的包间层、细胞壁及细胞间隙也形成一个连续的体系19、包间连丝：贯穿细胞壁、连接相邻细胞原生质体的管状通道，是植物细胞的特征结构第二章、植物的水分生理1、植物体内水分的存在状态：自由水和束缚水2、水合作用：亲水物质可通过氢键吸附大量的水分子的现象3、束缚水：在细胞中被蛋白质等亲水大分子组成的胶体颗粒或渗调物质所吸附的不易自由移动的水分4、自由水：距离胶体颗粒或渗调物质远，不被吸附或受到的吸附力很小而能自由移动的水5、自由水：束缚水原生质代谢生长抗性高溶胶活跃快弱低凝胶不活跃慢强6、水势细胞水势：溶质势：负值衬质势：负值（亲水物质吸附水形成束缚水）压力势：正值-零-负值7、植物细胞吸水形式渗透吸水：溶质势变化引起（根吸水）吸胀吸水：衬质势变化引起（干燥种子水势=衬质势，由衬质势影响）非代谢性吸水束缚水降压吸水：压力势变化引起，失水过多变成负值（蒸腾作用）8、成熟细胞水势=溶质势+压力势含液泡水势=溶质势质壁分离初始水势=0细胞完全吸水膨胀水势=负压力势=负强烈蒸腾水势=衬质势压力势=溶质势=0无液泡，干燥种子9、根吸水部位：主要在根尖，根毛区最强10、根吸水途径：质外体途径、共质体途径、越膜途径11根吸水的方式和动力（主动、被动）主动吸水：细胞自身的生理代谢活动所引起的吸水过程（动力：根压）被动吸水：由地上枝叶蒸腾作用所引起的吸水过程12、伤流：从受伤或折断的植物组织流出的液体的现象13、吐水：没有受伤的植物如果处于土壤水分充足、天气潮湿的环境中，植物根尖或叶缘也有液体外泌14、伤流和吐水现象证明根有主动吸水现象15、影响植物吸水的因素(自身因素、气象因素、土壤因素)（1）土壤因素土壤水势：土壤含水量土壤水分存在状态（水势：束缚水毛管水重力水）土壤性质（黏土、壤土、沙石）土壤溶液浓度土壤通气状况土壤温度第四节、植物的蒸腾作用一、蒸腾作用及其生理意义1、蒸腾作用：植物体内水分以气态方式从植物的表面向外散失的过程。2、生理意义：（1）蒸腾作用失水所造成的水势梯度是植物吸收和运输水分的主要驱动力（2）能够降低植物体和叶片温度（3）蒸腾作用所引起的上升液流，有助于根部吸收的无机离子以及根中合成的有机物转运到植物体的各个部分。二、植物蒸腾作用的部位及度量1、蒸腾作用部位（1）叶的蒸腾方式：角质蒸腾：通过角质层的蒸腾气孔蒸腾：通过气孔的蒸腾3、蒸腾作用的度量指标（1）蒸腾速率：植物在一定时间内，单位叶面积上散失的水量(用g表示)（2）蒸腾比率：植物每消耗一千克水所产生干物质的重量（3）蒸腾系数：植物制造一克干物质所消耗的水量三、气孔蒸腾作用1、气孔：植物叶片与外界进行气体交换的主要通道2、小孔扩散律：气体通过多孔表面的扩散速率，不与小孔的面积成正比，而与小孔的周长成正比3、气孔运动的控制机理淀粉与糖的转化学说K+积累学说苹果酸代谢学说4、对气孔运动的调节外在因素：二氧化碳、光、温度、水分、风内在因素：细胞分裂素、脱落酸四、蒸腾作用的调节代谢性抗蒸腾剂、薄膜型抗蒸腾剂、反射性抗蒸腾剂五、影响蒸腾作用的因素1、环境因素：光照、大气湿度、大气温度、风、土壤条件减少蒸腾面积降低蒸腾速率使用抗蒸腾剂第五节、水分在植物体内的向上运输一、途径质外体运输（维管束，细胞壁与细胞间隙）共质体运输（细胞间）二、水分运输速度木本植物草本植物质外体运输共质体运输白天夜间三、水分向上运输的机制根本动力是：水势差1、水分向上运输的动力：根压、蒸腾拉力2、内聚力学说：内聚力、张力第六节合理灌溉的生理基础1、植物的水分平衡：一般把植物吸水、用水、失水三者的动态关系称水分平衡2、植物吸水：碳四植物低于碳三植物3、植物的水分临界期与最大需水期水分临界期：植物生活周期中对水分缺乏最敏感、最易受害的时期植物的最大需水期：植物生活周期中需水最多的时期4、合理灌溉的指标土壤含水量作物形态指标作物生理指标第三章植物的矿质营养一、植物体内元素的种类和含量（19种）1、植物灰化灼烧：有机物90%~95%挥发、灰分5%~10%。2、植物的必需元素：不可缺少性、不可代替性、直接功能性3、植物必需元素的确定方法：溶液培养法、砂基培养法二、植物必需矿质元素的生理作用和缺素症状1、细胞结构物质的组分2、生命活动的调节者3、参与植物体内的醇基酯化4、电化学作用5、缓冲作用三、大量元素的生理作用1、氮：植物吸收的氮素以无机氮为主即，硝态氮、氨态氮也可吸收无机氮2、磷：磷酸一氢根、磷酸二氢根的形式吸收3、钾：离子形式被吸收和转运、易于被植物利用，集中于生长活跃的部位，缺素时老叶出现缺绿症状生理功能：调节水分代谢、酶的激活剂、能量代谢、提高抗性、参与物质运输4、硫：硫酸根、二氧化硫5、钙：以离子形式被吸收6、镁：离子形式被吸收镁的生理功能：参与光合作用、酶的激活剂或组分、促使核糖体亚基间的结合，有利于蛋白质和成、植钙镁的组成四、微量元素的生理作用1、铁：二价铁螯合物形式被吸收“黄叶病”2、铜：二价铜离子形式被吸收“白瘟病”3、锌：离子形式被吸收“小叶病”4、锰：二价锰离子形式被吸收“灰斑病、黄斑病”5、硼：硼酸形式被吸收“心腐病、灰心病”6、钼：六价锰酸根形式被吸收“黄斑病、尾鞭病”7、氯：氯离子形式被吸收，唯一的一价非金属元素8、镍：二价镍形式被吸收第二节植物细胞对矿质元素的吸收一、细胞吸收溶质的方式（一）被动运输1、单纯扩散不消耗能量2、协助扩散不消耗能量（通道蛋白、载体蛋白）（二）主动吸水消耗ATP（ATP酶参与）（二）包饮作用第三节植物根系对矿质元素的吸收一、植物吸收矿质元素的特点1、对水分的吸收相互关联、相互独立、分配方向不同2、对矿质元素的吸收有选择性3、单盐毒害与离子拮抗单盐毒害：将植物培养在单一盐溶液中，不久就会呈现不正常状态，最后整株死亡，的现象离子拮抗：在单盐溶液中若加入少量其他盐类，单盐毒害现象就能减弱或消除，离子间能够相互消除毒害的现象二、植物吸收矿质元素的部位根冠和分生区根毛区三、根系吸收矿质元素的过程1、离子被吸附在根系细胞的表面2、离子进入根部（共质体途径、质外体途径）3、离子进入导管四、影响根吸收矿质元素的土壤因素1、土壤温度2、土壤通气状况3、土壤溶液浓度4、土壤PH5、土壤微生物活动第四节矿质元素在植物体内的运输和分配一、矿质元素在植物体内的运输1、运输形式离子状态、有机化合物2、矿质元素运输的途径（主要通过木质部向地上部运输，也可以横向运输到韧皮部）二、矿质元素在植物体内的分配可利用元素可以转移到其他部位被植物利用（氮、磷）、有些则不可被利用以钙为主第五节植物对氮、磷、硫的同化作用氮的同化硝态氮的还原一、硝酸盐还原为亚硝酸盐（细胞质中完成）亚硝酸盐还原为氨（质外体中完成）二、氨态氮的同化（需要有氧呼吸提供能量）三、磷的同化主要同化过程：光合磷酸化、底物水平磷酸化、氧化磷酸化、ADP形成ATP四、硫的同化1、活化阶段2、还原阶段第四章植物的呼吸作用第一节植物呼吸作用概述（异化作用）植物呼吸作用的概念：1、呼吸作用：植物生活细胞内的有机物，在酶的参与下，逐步氧化分解并释放能量的过程。（1）有氧呼吸：生活细胞在氧气的参与下，把有机物彻底氧化分解，放出二氧化碳和水，同时释放能量的过程。（2）无氧呼吸：在无氧的条件下，生活细胞把有机物分解为不彻底的氧化产物，同时释放能量的过程。产物是乳酸或酒精2、植物呼吸作用的生理意义：（1）提供植物生命活动所需要的大部分能量（2）提供其他有机物合成的原料（3）提供还原力（4）提高抗病免疫能力第二节呼吸代谢途径糖酵解途径1、糖酵解：淀粉、葡萄糖或果糖在细胞质内在一系列酶参与下，转变为丙酮酸的过程。2、糖酵解过程：（细胞质中进行）（1）葡萄糖——6-磷酸葡萄糖（2）6-磷酸葡萄糖——6-磷酸果糖（3）6-磷酸果糖——1、6-二磷酸果糖（4）1、6-二磷酸果糖——磷酸二羟丙酮+3-磷酸甘油醛（5）磷酸二羟丙酮——3-磷酸甘油醛（6）3-磷酸甘油醛——1,3-二磷酸甘油酸（7）1,3-二磷酸甘油酸——3-磷酸甘油酸（8）3-磷酸甘油酸——2-磷酸甘油酸（9）2-磷酸甘油酸——磷酸烯醇式丙酮酸（10）磷酸烯醇式丙酮酸——丙酮酸（1）、（3）、（10）过程不可逆，三个调节位点（7）、（10）步各有一次底物水平磷酸化生成ATP3、糖酵解的作用：（1）为三羧酸循环提供丙酮酸（2）为其他物质合成提供原料（3）为物质循环提供还原力（4）为反应提供能量三羧酸循环（线粒体中进行）1、在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体完全氧化分解，形成二氧化碳和水的过程。2、草酰乙酸——乙酰CoA——柠檬酸——异柠檬酸——阿拉法酮戊二酸——琥珀酰CoA——琥珀酸——延胡索酸——苹果酸——草酰乙酸3、从葡萄糖——2分子丙酮酸（8ATP）——15*2=30个（ATP）总共：38个ATP4、琥珀酰CoA——琥珀酸进行底物水平磷酸化生成一个ATP3、磷酸戊糖途径1、过程：（1）葡萄糖的氧化脱羧过程：（2）葡糖糖再生阶段：2、作用：（1）为物质的合成提供还原剂（2）为物质合成提供原料（3）提高植物的抗病力和适应力三、电子传递链和氧化磷酸化（一）电子传递链：是指呼吸底物氧化降解中脱下的氢离子或电子按一定顺序排列的传递体传递到分子氧的总轨道。1、NADH和FADH呼吸链：氢传递体、电子传递体(详见生化笔记)2、抗氢呼吸链：当用氰化物CN-做抑制剂可以阻断NADH和FADH呼吸链的电子传递（1）生理作用：放热：有利于传粉、种子萌发增加乙烯生成，促进果实成熟对防御真菌感染起作用氧化磷酸化1、呼吸链上的磷酸化作用，也就是底物脱下的氢，经呼吸链电子传递，氧化放能并伴随ADP磷酸化生成ATP的过程。2、化学渗透学说3、磷氧比：呼吸链每消耗1个氧原子所用去的无机磷的分子数或有几个分子的ADP生成ATP。4、末端氧化酶（一）线粒体内的末端氧化酶1、细胞色素氧化酶：幼嫩组