第六章-植物的生长生理

植物的生长生理第六章1.植物生长第一节生长，分化和发育的概念植物在体积和重量上的不可逆增加过程。是由细胞分裂、细胞伸长以及原生质体、细胞壁的增长引起的。2.植物分化细胞分化---指分生细胞形成不同形态和不同功能细胞的过程。分生细胞可分化成薄壁组织、输导组织、机械组织、保护组织和分泌组织，进而形成营养器官和生殖器官。3.发育生物组织、器官或整体形态结构和功能上的有序变化过程--在形态学上常叫形态发生。包括胚胎建成、营养体建成，生殖体建成三个阶段。特点①时间上的严格顺序②空间上的协调4.生长、分化和发育的关系三者关系密切，有时交叉或重叠。生长---量变，基础；分化---质变；发育---器官或整体有序的量变和质变第二节植物细胞的全能性一细胞全能性指植物体的每个细胞携带着一套完整的基因组，并具有发育成完整植株的潜在能力。克隆羊多利二组织培养（一）组织培养的概念指在无菌条件下，将离体的植物器官、组织、细胞以及原生质体和花药等，在人工控制的培养基上培养，使其生长、分化以及形成完整植株的技术。理论基础：细胞的全能性（二）相关概念脱分化---已分化细胞失去原有的形态和机能，形成没有分化的无组织的细胞团或愈伤组织的过程。再分化---脱分化状态的细胞再度分化形成另一种或几种类型有组织结构的细胞的过程。脱分化再分化（三）培养基基本成分无机营养物：包括大量元素与微量元素等。碳源：蔗糖，还可以维持渗透势的作用。维生素：硫胺素，烟酸、维生素B6、和肌醇。生长调节物质：2,4－D、NAA、激动素等。有机附加物：氨基酸、水解蛋白、酵母汁、椰子乳等。比较普遍使用的MS培养基。pH5-6;0.6-1.0%琼脂（四）组织培养程序选取外植体（消毒）配培养基配制接种（无菌操作）在控制光、温、湿的条件下培养。愈伤组织组织器官脱分化再分化培养基灭菌121℃，压力0.105MPa,15-20分钟1000-3000Lx24-28℃从植物体上分离下来的被培养的植物器官、组织、细胞团等（五）组织培养的形式和培养条件1.胚胎培养（胚乳，胚珠，子房）2.器官培养（根，茎，叶）3.组织培养（分生，愈伤，形成层）4.细胞培养（单，多）5.花药培养6.原生质体培养等2培养过程不同:初代培养、继代培养；3培养基物理状态不同：固体培养、液体培养；组织培养条件因外植体与培养条件而异。控制光、温、湿度。1外植体不同意义：1.可以研究外植体在不受其它部分干扰的情况下的生长和分化规律；2.可用各种培养条件影响外植体的生长和分化，解决理论和生产问题。优点：1、取材少2、人为控制条件3、周期短4、管理方便，利于自动化。（六）组培的意义与优点（七）组织培养的应用1、植物体的无性快速繁殖及脱毒2、药用植物的工厂化生产传统的繁殖方法为播种或分株繁殖，但非洲菊种子寿命短、发芽率低，而且播种繁殖变异率很高，难以得到性状一致的种苗，因而不能用于规模生产；而分株繁殖则存在繁殖慢，易退化和传播病害，也不适于现代的大规模生产，因而目前国外一般都采用组织培养的方法来生产种苗。草莓的组织培养龙牙百合组织培养技术鳞茎继代培养生根培养驯化移栽大田培植大田培植原代培养形成愈伤组织原代培养形成再生芽植物细胞培养及次生产物代谢生产紫杉醇：二萜类化合物广泛用于治疗卵巢癌、乳腺癌、非小细胞肺癌等十几种癌症最早由太平洋红豆杉的树皮中分离目前主要来源于红豆杉属植物国家一级保护野生植物，全球十大濒危物种之一.生长缓慢,分布有限.植物细胞培养•红豆杉主要原料植物国家一级保护野生植物，全球十大濒危物种之一•生长缓慢分布有限第三节种子的萌发种子吸水到胚根突破种皮之间所发生的一系列生理生化变化过程。一、概念指标：发芽率2、种子生活力指种子能够萌发的潜在能力或种胚具有的生命力。3、种子寿命从种子成熟到失去发芽力的时间。顽拗性种子：不耐脱水和低温，寿命很短，如：热带的可可、芒果种子正常性种子：耐脱水和低温，寿命较长，如：水稻、花生含水量（%）温度（℃）发芽率（%）70.685以上721.1707021.10贮藏条件对棉籽寿命的影响(15年)种子寿命与种子含水量和贮藏温度有关。4种子的老化（种子劣变）种子成熟后在贮藏过程中，活力逐渐降低。二、影响种子萌发的外界条件（一）水分1.种皮软化：氧，胚易于突破种皮；2.凝胶转变为溶胶状态：代谢，酶活性，可溶性物质3.促进可溶性物质运输到幼芽、幼根，供呼吸需要或形成新细胞结构有机物；4.促使束缚态植物激素转化为自由态，调节胚的生长；5.胚细胞的分裂与伸长离不开水。不同作物种子吸水量不同蛋白质种子淀粉种子2氧气3温度氧浓度低于5％，大多数种子不能萌发。保证有氧呼吸，为种子萌发提供能量。萌发温度，与作物种子原产地有关。影响酶活性，呼吸代谢。4光需暗种子（嫌光种子）：西瓜、甜瓜、番茄、洋葱、茄子、苋菜等。需光种子（喜光种子）：烟草、莴苣、胡萝卜、桑和拟南芥的种子。种子萌发对光的需求是一种保护作用。三、种子萌发的生理生化变化（一）种子的吸水三个阶段急剧吸水停止吸水重新迅速吸水物理过程，以吸胀作用为主胚根突破种皮，与代谢作用紧密相关的渗透性吸水活种子代谢旺盛，细胞分裂加速（二）呼吸作用的变化和酶的形成初期呼吸主要是无氧呼吸，而随后是有氧呼吸。吸水CO2O2萌发种子酶的来源有两种：（1）束缚态酶释放或活化；如支链淀粉葡萄糖苷酶，出现早。（2）诱导合成的蛋白质形成新的酶。如α－淀粉酶，出现晚。新的器官新的氨基酸NH3酰胺等CO2有机酸糖细胞壁组成膜脂肪种子脂肪乙醛酸循环淀粉糖蔗糖有机酸CO2酰胺、其它含N化合物NH3氨基酸蛋白质运输蛋白质（三）有机物的转变（四）植物激素的变化ABA等抑制剂下降，IAA、GA、CTK含量上升。第四节植物的生长（一）植物生长大周期无论是细胞、组织、器官，还是个体乃至群体，在其整个生长进程中，生长速率均表现出“慢－快－慢”的节奏性变化。通常，把生长的这三个阶段总和起来，叫做生长大周期假若以时间为横座标，以生长量为纵座标，就可以给出一条曲线，叫生长曲线.生长大周期的曲线为S形曲线；生长曲线：1停滞期：0-18天：细胞分裂，生长缓慢2对数生长期：18-45天细胞分裂，细胞伸长3直线生长期：45-55天生长达到最高速率4衰老期：55-99天生长速率下降并开始衰老（二）植物生长的相关性植物各部分之间相互联系、相互制约、协调发展的现象，叫做生长的相关性。（一）地上部分与地下部分的相关性1.相互协调2.相互制约物质竞争物质供应：原因：由于两者在营养上的相互依赖与供求矛盾造成的。根供给地上部水分、矿物质、CK地上部供给根碳水化合物指植物地下部与地上部的重量比。（1）土壤水分状况（2）土壤通气状况---良好透气，增加根冠比根冠比（R/T）P，K多P，K少R/T（3）土壤营养状况N多，R/TN少，R/T降低,根冠比值增高稍多,根冠比值降低在农业生产上，可用水肥措施、修剪、生长调节剂等来调控作物的根冠比，促进收获器官的生长。（二）主茎与侧枝生长的相关性1.顶端优势植物主茎的顶芽抑制侧芽或侧枝生长的现象。2、顶端优势产生的原因营养学说顶芽构成了“营养库”，垄断了大部分营养物质。激素学说植物的顶端优势与IAA有关。主茎顶端合成的IAA向下极性运输，在侧芽积累，而侧芽对IAA的敏感性比茎强，因此侧芽生长受到抑制。3.顶端优势在农业生产中的应用利用和保持顶端优势如用材树木、麻类、烟草、向日葵、玉米、高粱等；消除顶端优势，以促进分枝生长。如果树去顶，棉花摘心，移栽断根。（三）营养生长与生殖生长的相关性1、依存关系营养生长是生殖生长的基础，生殖生长是营养生长的必然趋势和结果。2、制约关系营养生长能制约生殖生长。生殖器官的形成与生长往往对营养器官的生长产生抑制作用，并加速营养器官的衰老与死亡营养生长：根、茎、叶等营养器官的生长生殖生长：花、果实、种子的生长（四）外界条件对植物生长的影响1温度对植物生长的影响作物最低温度最适温度最高温度水稻10~1220~3040~44小麦0~525~3131~37南瓜10~1537~4444~50温度三基点与植物的原产地有关。生长的最适温度：植物生长最快的温度。协调最适温度：使植株健壮生长的适宜温度。常要求在比生长最适温度略低的温度下进行。生长的温周期现象在自然条件下，植物对日温较高和夜温较低的周期性变化的反应。生长还需要昼夜变温。如番茄，在昼夜温度恒定为25℃下，生长较快，但在昼温26℃，夜温20℃下，则生长更快。2水分直接影响：水分影响细胞的分裂与伸长。间接影响：影响各种代谢过程。3矿质元素4植物激素第五节植物的运动向性运动植物运动感性运动近似昼夜节奏的生物钟运动根据引起运动的原因：生长性运动膨胀性运动一、向性运动指植物的某些器官由于受到外界环境的单向刺激而产生的运动----生长性运动，不可逆感受：感受外界刺激传导：将感受信息传导到向性发生的细胞反应：接受信息后，弯曲生长向性运动包括三个步骤：向光性向重力性向化性正向光性----器官生长方向朝向射来的光（地上部器官）负向光性---器官生长方向与射来光相反（根）横向光性---器官生长方向与射来光垂直（叶片）（一）向光性指植物随光的方向而弯曲的能力。1生长素分布不均匀植物向光弯曲与生长素在向光面与背光面不均匀分布有关。原因：背光侧的IAA多，生长快，植物向光弯曲。植物产生向光性反应原因：2抑制物质分布不均匀原因：生长抑制物：向光侧多于背光侧（二）向重力性正向重力性：根顺着重力方向向下生长负向重力性：茎背离重力方向向上生长横向重力性：地下茎水平方向生长指植物在重力影响下，保持一定方向生长的特性。锦紫苏玉米负向重力性正向重力性平衡石的作用在根冠、胚芽鞘尖和茎的内皮层细胞中有比重较大的淀粉体分布，受重力影响而沉积在细胞底部，起平衡石的作用。它总是移向与重力方向垂直的一边，对细胞质膜产生一种压力，这种压力就是被细胞感受的一种刺激，细胞感知后引起不均衡生长。植物产生向重力性的原因：根横放时，平衡石下沉在细胞底部，引起IAA极性运输到根冠的下侧，使根下侧积累较多的Ca2+和IAA，根冠中的大多数生长素运输到根下侧的皮层，对根下侧细胞的生长起抑制作用，根上、下侧生长速度不一样，产生向重力性。（茎负向重力性---高IAA对茎促进生长，向上弯曲；）由于某些化学物质在植物体内外分布不均匀所引起的向性生长。（三）向化性根---向化现象(朝向肥料较多的土壤生长)。水稻深层施肥目的之一,使稻根向深处生长,分布广,吸收更多养分。根----向水性当土壤中水分分布不均匀时,根趋向较湿的地方生长特性二、感性运动指由没有一定方向性的外界刺激所引起的运动。运动的方向与外界刺激的方向无关。生长性运动：不可逆细胞伸长,感热性，偏上性等紧张性运动：叶枕膨压变化产生(可逆性变化),感震性和感夜性1偏上性和偏下性生长偏上性---叶片、花瓣或其他器官向下弯曲生长特性偏下性---叶片和花瓣向上弯曲生长的现象原因：叶片运到叶柄上下两侧的生长素数量不同,因此引起生长不均匀.2感夜性昼夜光暗变化引起（叶和花）的运动。豆科类植物：如大豆、花生、合欢等的叶子(或小叶)白天高挺张开、晚上合拢或下垂。竹芋的“睡眠运动”原因:白天---叶合成许多生长素,运到叶柄下半侧,K+和CI-也运到生长素浓度高的地方,水分就进入叶枕,细胞膨胀,导致叶片高挺。晚上---生长素运输量减少,进行相反反应,叶片就下垂。3感热性植物对温度起反应的感性运动。如番红花和郁金香从较冷处移动到温暖处,很快开花（温度上升不到1℃）。感热性是永久性的生长运动，是由于IAA分布不均匀引起的。4感震性感受外界震动而引起的植物运动，如含羞草。感震性运动是由细胞膨压的改变造成的，是一种可逆性运动。含羞草叶枕含羞草叶柄基部的一群特殊细胞，具有特殊的解剖结构。小叶叶枕上半部细胞的间隙较大，细胞壁较薄，而下半部细胞则排列紧密，细胞壁较厚。复叶叶枕结构与小叶叶褥的相反，即复叶叶褥的上半部细胞排列紧密，细胞壁较厚，而下半部细胞的间隙较大，细胞壁较薄。含羞草叶子下垂机制:三、生理钟，亦称“生物钟”植物对昼夜适应而产生生理上