植物生理学之绪论

欢迎学习植物生理学植物生理学PlantPhysiology电话：66279239(office)13907591801（mobile)E-mail：[e-mail]主讲教师：黄绵佳绪论Chaper1Introduction1.植物生理学的定义、研究对象和研究内容2.植物生理学的产生与发展3.植物生理学研究展望1植物生理学的定义、研究对象和研究内容（1）定义植物生理学（PlantPhysiology)是研究植物生命活动规律及其与外界环境关系的科学。它是植物学的一个分支。形态建成（morphogenesis)：种子萌发营养生长生殖生长衰老与死亡植物生命活动物质与能量代谢：水分代谢(materialandenergy矿质营养transformation)光合作用呼吸作用信息传递与信号传导：植物感受外界信息(messagetransportationandsignaltransduction)（2）研究对象•高等植物是主要研究对象•有些低等植物也成为目前的研究热点（3）研究内容•细胞生理Cellphysiology•营养与代谢生理Nutrientandmetabolismphysiology•生长与发育生理Growthanddevelopmentphysiology•胁迫生理Stressphysiology（4）植物生理学的研究目的探索植物生命活动的基本规律，进行理论研究为栽培、改良和培育植物品种提供理论依据，并开展应用研究，为农业生产服务•第一阶段：植物生理学的孕育阶段(16-17世纪）•第二阶段：植物生理学诞生与成长阶段（18-19世纪）•第三阶段：植物生理学发展、分化与壮大阶段（20世纪—)-现代植物生理学2植物生理学的产生和发展第一阶段：植物生理学的孕育阶段(16-17世纪）比利时的vanHelmont最早进行植物生理学实验的学者英国的S.Hales从理论上解释水分吸收与运转的道理英国的J.Priestley发现老鼠与绿色植物一起放在钟罩内则不死荷兰的J.Ingenhousz初步建立起空气营养的观念范.海尔蒙特（Jan.Baptist.Van.Helmont，1577-1644）的柳条实验“植物生长完全依靠土壤”Plantgrowthisdependentonlyonsoil.1）将一棵2.5kg的柳树苗种在一个大木桶内（木桶内土壤称过干重）2）每天给柳树浇适量的雨水，并用桶盖防止灰尘进入桶内。3）5年后取出柳树，将柳树和土壤分别称重。最终发现，柳树干重增加82.5kg而土壤只减少了0.1kg。如何解释这一问题呢?“建造植物体的原料是水”。Waterisonlynutrientmatterofplant----waternutritiontheory忽略了空气对柳树生长的影响。海尔蒙特的实验是正确的，可惜结论是错误的那又是谁首先想到植物生长与空气有关的呢？1771年英国科学家普利斯特利的实验对此进行了订正。1771年，英国化学家、生物学家普利斯特利（J.Priestley）通过植物和动物之间进行气体交换的实验，发现老鼠与绿色植物一起放在钟罩内则不死，第一次成功地应用化学的方法研究植物的生长，得知植物生长需要吸收CO2，同时释放出O2。1727年英国海尔斯（S．Hales）通过环剥实验证明只有木质部才有输水作用所进行的方法。即把树干形成层外侧的部分作环状剥下，而只留下木质部，来自根水分的上升未被阻碍，因而也未发生萎蔫。环剥第二阶段：植物生理学诞生与成长阶段（18-19世纪）法国的布森高（G.Boussingault，1850s）建立砂培试验法Thefirstpersontoestablishexperimentstationanddofieldtrails(1834).德国的李比希（J.vonLiebig）利用化学肥料理论的创始人Liebig(1840)“Organicchemistryinitsapplicationtoagricultureandphysiology”德国植物学家萨克斯（J.vonSachs，1832-1897）促使植物生理学形成一个完整的体系植物生理学的奠基人（1）研究工作几乎涉及了植物生理的所有领域种子发芽时贮存物质的转化植物在纯营养中的培养和对矿物质的吸收温度对植物的营养及冻害光效应及植物的黄花花、茎、根系的形成，根的生长植物的向光性、向地性、向水性等（2）主要成果有：•证明叶绿素仅存在于叶绿体中，光合作用在叶绿体中进行并形成淀粉•发现植物的生长主要是由于植物细胞的增大而不是由于细胞的分裂（3）主要理论观点：•环境对植物生理活动均显示3个基点（最低、最适、最高）•花、茎、根的分化是由“专性器官形成的物质”所控制•碘染色测定淀粉数气泡法测定光合作用•自动记录的生长记录仪•观察根生长的玻璃箱•简便的分光镜•研究向地性的回转器•恒温箱等（4）实验技术创新（5）实验仪器的发明•《植物实验生理学手册》（1865）•《植物学教科书》（1868）•《植物学史》（1875）•《植物生理学讲义》（1882）等•费弗尔（W.Pfeffer），著《植物生理学》（三卷，1897）•H·弗里斯（HugodeVries），细胞生理学和遗传学、突变论•F.达尔文（FrancisDarwin），刺激生理学和研究蒸腾作用•K.格贝尔（KarlGobel），在器官学和实验形态学等等（6）研究成果的理论升化（7）在大学从事植物生理学教学工作，培养许多有名的植物生理学家1880年，德国生物学家恩吉尔曼（C.Engelmann）利用丝状绿藻巧妙地了下面的实验，获得了叶绿素作用的光谱。1）三个重要时期：（1）初期的植物生理学着重外界条件的影响和外表的变化。（2）30至40年代生物化学的发展对植物生理学的冲击很大，促使植物生理研究大大地深入到植物内部的机理。（3）60年代中期分子生物学成为一个学科，使植物生理学的范畴更广阔，分析也更深入。反映这种趋势的突出例子是：国际著名的学术期刊《植物生理学年鉴评论》（AnnualReviewofPlantPhysiology），于1985年改名为《植物生理学及植物分子生物学年鉴评论》（AnnualReviewofPlantPhysiologyandPlantMolecularBiology），这表明在植物生理学领域的研究中分子生物学的比例加大了。第三阶段：植物生理学发展、分化与壮大阶段（20世纪—）——现代植物生理学（ModernPlantPhysiology）1902年，德国哈伯兰特（G.Haberlandt)首先提出细胞全能性理论。1937年，法国高特里特（R.J.Gautheret）等人离体培养了胡萝卜组织，并使细胞增殖。这是首次成功进行的植物细胞与组织培养。1958年,美国斯图尔德（F.C.Steward）等利用胡萝卜根的组织培养首次证明了植物细胞的全能性。1972年，美国卡尔逊（P.S.Carlson）等人用硝酸钠作为促融合因子，成功地将2个不同种的烟草细胞原生质体进行融合，获得了世界上第一个体细胞杂交植株。这意味着以植物细胞克隆为代表的植物细胞工程诞生。（1）发现植物细胞的全能性，细胞培养和组织培养技术的形成2）重要的研究成果植物组织培养(planttissueculture)过程植物细胞培养PLANTCELLCULTURE（2）用精确的实验方法揭开光合作用之秘（3）生长发育过程中的光周期和光敏色素的发现；（4）钙和钙调素的深入研究，了解细胞内功能的调节机理；（5）各种植物生长物质的发现和合成。1928年，美国植物生理学家温特首次发现生长素，1937年他与蒂曼合著《植物激素》，1949年在加州理工大学建立了第一个植物人工气候室。培养了许多著名植物生理学家（如我国的植物生理学家殷宏章就是他的研究生）我国植物生理学的产生与发展我国植物生理学起步较晚，解放以前发展又缓慢，解放后发展迅速。我国古代人民在农业生产中总结出很多有关植物生理学的知识，公元533～544年，北魏农学家贾思勰著《齐民要术》，全面地总结了秦汉以来中国黄河中下游的农业生产经验，其中含有丰富的生物学知识，该书中记载的“闷麦法”，就是把萌动的冬小麦种子放入瓦罐中进行0度至5℃的低温春化处理，比前苏联李森科院士提出的“春化发育阶段学说”约早1400年。1596年，明朝药物学家李时珍的《本草纲目》记述了丰富的动植物知识以及药用价值，最早利用草药（主要是利用植物有效化学成分）治病。钱崇澍（1883-1965）1917年在国际刊物上公开发表“钡，锶及铈对水绵的特殊作用”论文，又在各大学讲授植物生理学，他是我国植物生理学的启业人。20世纪30年代初是我国植物生理学教学和研究的起始期。李继侗（1892-1961）、罗宗洛（1899-1978）和汤佩松（1903-2001）等先后回国，在大学任教，建立实验室，进行科学研究，为我国的植物生理学奠定了基础,他们三人是我国植物生理学的奠基人。解放后，植物生理学有较大的发展。研究和教学机构剧增队伍迅速扩大研究成果众多突出的有：•殷宏章等的作物群体生理研究•汤佩松等首先提出呼吸的多条途径的论证•娄成后等深入研究细胞原生质的胞间运转•沈允钢等证明光合磷酸化中高能态存在的研究•等等。海南大学园艺园林学院植物生理生化教研室吴岚芳制2002年8月第一版3、植物生理学展望（1）研究层次越来越广•（2）学科之间相互渗透•（3）理论联系实际•（4）研究手段现代化海南大学园艺园林学院植物生理生化教研室吴岚芳制2002年8月第一版《植物生理学年评》(AnnReviewofplantphysiology)在1988年改名为《植物生理与植物分子生物学年评》(AnnReviewofplantphysiologyandplantMolecularBiology)，在1999年又改为《植物生物学年评》(AnnualReviewofPlantBiology)海南大学园艺园林学院植物生理生化教研室吴岚芳制2002年8月第一版在宏观方面：现代的植物生理学与环境、生态等学科结合，朝更综合的方向发展。海南大学园艺园林学院植物生理生化教研室吴岚芳制2002年8月第一版微观方面：现在植物生理学朝个体到器官、组织、细胞、细胞器再到分子水平的发展海南大学园艺园林学院植物生理生化教研室吴岚芳制2002年8月第一版国际植物分子生物学协会在1981和1983年分别创立了《植物分子生物学》(plantMolecularBiology)和《植物分子生物学通讯》(plantMolecularBiologyReporter)等。海南大学园艺园林学院植物生理生化教研室吴岚芳制2002年8月第一版美国植物生理学会于1989年创立了《植物细胞》(Theplantcell)，并且其出版的《植物生理学》(plantphysiology)的面貌也有了很大改变，刊登的论文栏目并为八大栏，即1、代谢和酶学；2、环境和胁迫生理；3、发育和生长调节；4、分子生物学和基因调节；5、膜和生物能学；6、微生物棗植物相互作用；7、细胞和结构生物学；8、植物基因登记。海南大学园艺园林学院植物生理生化教研室吴岚芳制2002年8月第一版有关植物生理学的杂志：国内专门刊登植物生理的杂志为《植物生理学报》和《植物生理学通讯》；国外的有《TheCell》《AnnReviewofplantphysiologyandplantMolecularBiology》《PlantPhysiology》《PlantCellandPhysiology》《Science》《Nature》《Planta》海南大学园艺园林学院植物生理生化教研室吴岚芳制2002年8月第一版3、植物生理学展望（1）研究层次越来越广•（2）学科之间相互渗透•（3）理论联系实际•（4）研究手段现代化海南大学园艺园林学院植物生理生化教研室吴岚芳制2002年8月第一版随着时代的前进，其他学科（如遗传学、生物化学、植物学、细胞生物学、分子生物学）的发展与交叉渗透，植物生理学引入相关学科的新概念、新方法，迅速发展，解决理论问题和实际