植物生理学重点整理

1植物生理学1绪论1.1定义Definition：植物生理学是研究植物生命活动规律的科学。1.2研究内容：物质和能量转化代谢&信息传递和信号转导&生长和发育：形态建成1.3植物生理学的任务：研究植物生命活动的规律和机制&将植物产品应用到社会生活。第一章植物的水分生理1.植物对水分的需求•1.1植物中的水分含量•1.2植物中水分的状态：自由水、结合水•1.3水分在植物生命活动中的作用：•细胞质的主要成分：70%~90%的细胞质是水，保持细胞质的溶胶状态和代谢活性•参与代谢反应：光合作用、呼吸作用、有机物的同化和异化作用•物质吸收和运输的溶剂•保持植物坚挺2．植物细胞对水分的吸收2.1扩散Diffusion2.2集流Massflow2.3渗透Osmosis水分跨膜途径：通过脂质双分子层水分跨膜途径：水通道水分跨膜运输的原理：渗透作用ü植物细胞组成一个渗透系统细胞壁是全透的；细胞膜和液泡膜是半透膜；细胞质是半透的，构成了一个渗透系统证据：质壁分离和质壁分离复原ü植物细胞的水势：ψw＝ψs（溶质势／渗透势）＋ψp（压力势）＋ψg（重力势，通常忽略不计）＋ψm（衬质势，一般恒定，干种子的ψm大，其他的可以忽略）3水分移动ü方向：受相邻两个细胞间水势梯度的指引，水分总是从水势高的地方流向水势低的地方ü根系对水分的吸收l土壤中的水分：重力水&毛细管水（主要被吸收）&束缚水l土壤水势：渗透势+重力势，普通土壤水势高，盐碱地低l根毛区吸水能力昀大是因为：Ø根毛扩大吸收面积Ø粘粘的果胶覆盖细胞壁，更易与土壤胶体颗粒结合Ø发育的输导组织很快地运输水分l根系吸收水分的途径：2外质体途径：细胞壁、细胞间隙。。。。。。跨膜途径：。。。。。。，经过两次通过质膜、液泡膜。。。。。共质体途径：定义：水分从一个细胞的细胞质经过胞间连丝，移动到另一个细胞的细胞质。慢。根尖附近如果木栓化（凯氏带），水分则通过共质体进入木质部l根系吸水的动力•根压：•伤流bleeding:由于根压作用，从植物伤口或折断的部位流出液体的现象•吐水guttation：从叶尖或叶边缘的水孔流出液滴的现象，也是受根压作用•蒸腾拉力：水分从叶以水蒸气的形式散发出来，进入大气的过程l影响根系吸水的土壤因素：土壤中可利用的水分：（可利用水分下降）粗砂细沙砂壤壤土黏土土壤空气土壤温度：低温、高温使根系使吸水困难土壤溶液浓度：一般来说，土壤溶液浓度低，水势高，根系更易吸收水分ü水分向上运输1.水分在木质部的运输速率2.通过导管或筛管向上运输的动力：根压、蒸腾拉力内聚力假说：蒸腾-附着力-张力学说4蒸腾作用：水分从叶片以水蒸气形式散失到大气ü蒸腾作用的生理意义•蒸腾作用是植物吸收和运输水分的主要动力•有利于植物吸收矿质元素和有机物质•降低叶面温度（在夏天，绿地温度比非绿地温度低3-5℃）ü蒸腾部位：Ø幼嫩植物，植物整个地上部分的表皮都可以进行蒸腾作用Ø植物长大后，茎杆部位可进行角质蒸腾，占整个蒸腾比率的0.1%Ø叶片蒸腾：角质蒸腾，气孔蒸腾（主导作用）ü蒸腾速率：单位叶面积在单位时间内通过蒸腾作用所丧失的水分ü蒸腾比率：光合作用生产的干物质与蒸腾丧失水分的比值ü蒸腾系数：蒸腾比率的倒数，生产1g干物质所消耗的水分3n影响气孔运动的因素：气孔运动通过保卫细胞的水势调节ü光照Lightü温度TemperatureüCO2üABAü影响蒸腾作用的因素•外部：光照、大气相对湿度、大气温度、风•内部：气孔（气孔密度、气孔大小、气孔下腔体积）叶内部面积：细胞内部空间ü灌溉节水措施：•喷灌、滴灌•调亏灌溉：在作物的非临界期减少灌水（亏缺），处于干旱胁迫状态，而把有限的水量集中供给作物的需水临界期•控制性分根交替灌溉第二章矿质元素植物对矿质元素的吸收、运输和同化1.必需元素ü标准•完成植物生长周期必不可少•不能被其它元素代替•直接参与代谢作用ü判断必需元素的方法溶液培养或水培砂培ü大量元素（0.1%）；微量元素（0.01%）ü必需元素在植物体内的生理效应Ø植物的吸收形式Ø在植物体中的作用Ø施用充足时的表现Ø施用过多的表现Ø施用缺乏时的表现第一组：N、S为碳化合物的组成部分第二组：P、Si、B能量贮存和维持结构整体性第三组以离子形式存在，K\Ca\Mg\Cl\Mn第四组：参与电子传递Fe、Zn、Cu、Moü必需矿质元素在植物体内的生理作用a)细胞结构物质的组成成分4b)植物生命活动的调节者，参与酶的活动c)起电化学作用d)作为细胞信号转导的第二信使2.植物细胞对矿质元素的吸收ü2.1Diffusion扩散ü2.2Ionchannel离子通道ü2.3Carrier载体：单向载体、同向载体、反向载体ü2.4Ionpump离子泵ü2.5Pinocytosis胞饮3．植物对矿质元素的吸收ü对盐分和水分的相对吸收ü离子的选择吸收生理酸性盐:(NH4)2SO4生理碱性盐:NaNO3生理中性盐:NH4NO3ü单盐毒害和离子拮抗4.根部对土壤中矿质元素的吸收（一）土壤中养分的迁移：根系截获、集流、扩散5（二）根对溶液中矿质元素的吸收植物地上部分对矿质元素的吸收（根外施肥）土壤颗粒一般带负电荷，可以吸附带正电荷的营养离子阳离子交换量是指土壤吸附离子的能力5.影响根部吸收矿质元素的条件温度、空气、溶液浓度、pH6.运输途径木质部：由下而上的运输韧皮部：双向运输7植物对氮、硫、磷的同化ü硝酸盐的代谢还原硝酸盐经硝酸还原酶还原为亚硝酸盐；再经亚硝酸还原酶还原成氨诱导酶：植物本来不存在的酶，在特定外来物质的诱导下，可以生成的。ü氨同化•谷氨酰胺合成酶途径•谷氨酸合酶途径：只有NH3浓度比较高时起作用•谷氨酸脱氢酶途径•氨基交换作用ü生物固氮：生物固氮是在固氮酶的催化作用下将分子氮还原成氨的过程•原核生物：生物固氮可以直接利用空气中的惰性气体氮，固氮酶能在常温常压下将其还原成NH3，固氮酶只存在于原核生物细胞中•绿色植物：非共生固氮微生物：好气性细菌；嫌气性细菌；蓝藻共生固氮微生物：根瘤菌、放射菌菌类固氮方式•通过在不同的细胞分别进行光合作用和生物固氮•通过形成特殊的结构进行生物固氮：异形胞•通过形成微氧环境进行生物固氮：蓝藻形成防氧进入的糖脂组成的外膜，从而避免氧对固氮酶的伤害68合理施肥的生理基础•作物对肥料的需求：根据作物的收获对象；根据生育期（麦浇苗，菜浇花）•合理追肥的指标：形态指标（相貌、叶色）；生理指标（营养元素、临界浓度、测土配方施肥）•发挥肥效的措施：适当灌溉、适当深耕、改善施肥方式：深层施肥第三章光合作用•细菌光合作用photosynthesisbybacteria•绿色植物光合作用photosynthesisbygreenplants•化能合成作用1.定义：光合作用：绿色植物利用所吸收的光能将CO2转化为有机物，并释放出氧的过程。意义：(1)把无机物变为有机物-有机物和成的绿色工厂(2)贮存太阳能-煤、天然气、木材，巨大的能量转化方式(3)保护环境–放出氧气2.叶绿体和叶绿体色素2.1叶绿体的结构和成分：类囊体（光合作用）、基质（固定CO2）2.2光合色素的化学特性：ü叶绿素（叶绿素a：蓝绿色、叶绿素b：黄绿色）不溶于水，溶于有机溶剂（醇、丙酮、汽油等）结构：四个吡咯环和四个甲烯基形成大环卟ling环参与过程：不参与氢传递，而通过电子传递（氧化还原）、共振传递（直接传递能量）ü类胡萝卜素不溶于水，溶于有机溶剂，胡萝卜素：橙色,α-,β-,γ-叶黄素：黄色功能：1.收集和传递光能2.防护叶绿素免受多余光照伤害2.3光合色素的光学特性(1)吸收光谱：•叶绿素：红光和蓝紫光；•类胡萝卜素:蓝紫光(2)荧光现象和磷光现象：ü荧光现象：叶绿体色素溶液在透射光时呈绿色，反射光下呈红色的现象ü磷光现象：去掉光源后，叶绿素溶液还能继续辐射出微弱的红光。(3)叶片颜色•绿色：叶绿素多•黄色（秧苗变白）：气温下降（衰老；矿质元素），叶绿素合成抑制，故类胡萝卜素多。•红色：花色素苷（红色）74.光合作用阶段小结：第一二阶段属于光反应，在类囊体薄膜上进行，第三阶段碳反应开始于叶绿体基质，结束于细胞质。ü光合作用的第一阶段：原初反应——光的吸收、传递、转化光能吸收单位：光系统——•聚光复合物（吸收传递：共振传递）、光能在色素中传递顺序：类胡萝卜素、叶绿素b、a、特殊叶绿素a对•反应中心复合物（转化，光能变化学能）D（原初电子供体）~P(特殊叶绿素a对)~A（原初电子受体）～电子传递链直至昀终受体NADP+ü光合作用的第二阶段：电子传递和光合磷酸化，形成活跃化学能（ATP\NADPH）•相关定义1.增益效应：当用红光和远红光一起照射时光合效率比两者单独照射时各自量子产额加起来的总和还多。2.量子产额：每吸收一个光量子所释放O2的或固定的CO2分子数目•光系统PS：两个光系统²PSⅡ:•反应中心•光收集复合物•放氧复合体颗粒大，水裂解放氧，质体kun酉昆，²PSⅠ:颗粒小，光合电子传递链：非环式／环式／假环式／电子传递链•光合电子载体和它们的功能•光合磷酸化：化学渗透偶联假说，形成ATP、NADPH能量物质ü光合作用的第三阶段：碳同化，把活跃的化学能转变为稳定的化学能（固定二氧化碳变成糖类）lC3途径（卡尔文循环／还原磷酸戊糖途径）p92•过程：羧化阶段、还原阶段、再生阶段3CO2+5H2O+9ATP+6NADPH→PGAld+9ADP+8Pi+6NADP++3H+•结果：每循环一次，只固定一个CO2,循环三次才能同化为一个三碳分子，消耗9个ATP分子和6个NADPH分子。lC4途径•部位：叶肉细胞：固定CO2•维管束鞘细胞：还原CO2C4植物：适应热带光照强烈、CO2浓度很低环境，产量高，主要集中在禾本科，莎草科、菊科等l景天酸代谢途径CAM：干旱植物，仙人掌菠萝等，白天缺水，气孔关闭，植物遍利用前一个晚上固定的CO2进行光合作用。8ü几种植物的比较p1055光呼吸定义：植物的绿色细胞依赖光照，吸收氧气放出二氧化碳的过程。5.1光呼吸途径（乙醇酸氧化途径）：•以乙醇酸为底物，昀终氧化生成3-磷酸甘油酸参加卡尔文循环的代谢结束。•此过程中：O2的吸收发生在叶绿体和过氧化物酶体，CO2的放出发生于线粒体。•调节：O2促进光呼吸而抑制光合作用，CO2反之；随着光强，温度，pH的增高，光呼吸也增强。•C3植物的光呼吸强，C4反之。5.2光呼吸的生理功能•避免光抑制•回收碳，避免在有O2环境下丢失太多的C6影响光合作用的因子•光合速率酸衡量光合作用的量的指标：指单位时间、单位叶面积吸收CO2的物质等量（或放出氧气的物质的量，或积累干物质的质量，即umolCO2／（m2*s）……•外部因素：光照、CO2、温度、矿质元素、水、（光合速率的）日变化•N,Mg,Fe,Mn——叶绿素成分Chl•Cu,Fe,S,Cl——电子传递链和水裂解•Electrontransportchain&H2Osplitting•K,P碳同化carbohydrate•Pi——ATP•内部因素：植物的不同位置植物的不同生长阶段7提高光能利用率的方法光（光照时间、光合面积）温、水、肥、CO2第四章呼吸作用1.植物呼吸的概念和生理功能•有氧呼吸C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+Energy△Gθ'=-2870kJ/mol•无氧呼吸C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+Energy△Gθ`=-226kJ/molC6H12O6→2CH3CHOHCOOH+Energy△Gθ`=-197kJ/mol•生理功能：(1)提供植物生命活动需要的能量(2)提供植物合成其他化合物所需要的原材料2.呼吸代谢途径（糖类代谢）•2.1糖酵解Glycolysis（EMP途径）9•定义：细胞质基质中的己糖经过一系列酶促反应步骤分解成丙酮酸的过程。•过程：①己糖磷酸化（消耗ATP,将果糖转化为1，6磷酸果糖）；②磷酸己糖裂解；底物水平磷酸化（裂解为两分子磷酸丙糖）；③ATP和丙酮酸的形成发酵三羧酸循环(形成ATP和NADH+H+)•糖酵解的生理功能①是有氧呼吸和无氧呼吸的共同途径②中间产物以及丙