植物生理学学习笔记

植物生理学其目的在于认识植物的物质代谢、能量转化和生长发育等的规律与机理、调节与控制以及植物体内外环境条件对其生命活动的影响。下图讲述了植物生理学的定义和研究内容、产生和发展、植物生理学与农业生产、学习植物生理学的要求和方法、植物细胞的结构和组成、细胞壁的结构及功能。

植物生理学

• 绪论
  • 植物生理学的定义和研究内容
    • 什么是植物生理学
      • 研究植物生命活动规律，揭示植物生命现象本质
      • 是植物学的分支
    • 植物生理学的研究对象
      • 植物，主要是高等绿色植物，以揭示自养生物的生命现象本质及其与外界条件的相互关系，以为生产实际服务作为主要任务
    • 植物生理学的研究内容
      • 物质代谢
        • 植物体内各种物质的合成、分解及其相互转换
      • 能量代谢
        • 植物体内的能量吸收、转换、贮藏
      • 物质转化和能量转化紧密联系，构成一个整体，称为代谢
        • 内容
          • 水分的吸收、运输、散失
          • 矿质营养的吸收、同化、利用
          • 光合作用
          • 呼吸作用
          • 有机物的转化、运输、分配
        • 实质
          • 运行于植物体内的一系列生物化学和生物物理的变化
        • 是生命的基础，没有代谢作用就没有生命
        • 某些代谢作用的环节缺失、异常，会影响整个生命体的生长、发育，严重的还可能导致死亡
      • 生长发育和形态建成
        • 植物个体的产生、发展、生殖、衰老、死亡
        • 植物生命的外在表现
          • 细胞数目的增加、体积扩大导致植物体积、重量的增大
          • 新器官的不断出现带来的肉眼可见的形态变化，即形态建成
            • 种子萌发
            • 根茎叶的生长
            • 开花、结果、衰老、死亡
      • 信息传递
        • 植物感受外界信息
        • 是植物生命活动的另一个重要方面
        • 分为物理信号和化学信号
        • 感应部位与发生反应的部位往往不是同一个器官
    • 植物生理学的基本任务
      • 探索生命活动的基本规律，进行理论研究
      • 应用理论服务于农业生产，为栽培植物、改良和培育植物品种提供理论依据，并不断提出控制植物生长的有效方法，从而改造自然，利用自然，造福人类
  • 植物生理学的产生和发展
    • 植物生理学的孕育阶段
      • 1627年-19世纪40年代
      • 柳枝实验-植物矿质营养学说的建立
    • 植物生理学的诞生与成长阶段
      • 19世纪40年代-19世纪末
      • 矿质营养学说的建立-Sachs和Pfeffer所著的两本植物生理学著作面世
    • 植物生理学发展、分化与壮大阶段
      • 20世纪至今
      • 微观
        • 细胞膜的流动镶嵌模型
        • 光合作用种的卡尔文循环、光呼吸、
        • 电子显微镜、X-射线衍射使人们的视野从细胞阶段深入到亚细胞阶段
        • 弄清了许多光合膜上许多功能性色素蛋白复合体的三维立体结构
      • 植物生长发育生理
        • 植物组织、细胞、原生质体的离体培养成完整个体，证明了植物细胞的全能型
        • 发现了植物光周期现象和控制光周期现象的色素蛋白复合体
        • 确定了5种植物激素和10余种内源生长物质
  • 植物生理学与农业生产
    • 作物产量形成与高产理论
    • 环境生理与作物抗逆性
    • 设施农业中的植物生理学
    • 植物生理学与育种学相结合---作物生理育种
  • 学习植物生理学的要求和方法
    • 建立历史的观点和发展的观点
    • 坚持理论联系实际
    • “兴趣是最好的老师”
• 植物细胞的结构和功能
  • 植物细胞的结构和组成
    • 细胞的概述
      • 共同点
        • 细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的生物膜，即细胞膜
        • 都含有DNA和RNA两种核算，作为遗传信息复制和转录的载体
        • 除个别特化细胞外，都具有核糖体
        • 细胞增殖以一分为二的方式进行分裂，遗传物质在分裂前期复制加倍，均匀的分配到两个子细胞种
      • 原核细胞和真核细胞的比较
      • 高等植物细胞的特点
        • 由真核细胞构成
        • 形态上由根茎叶的分化
        • 由细胞壁和原生质体构成
          • 细胞壁
            • 胞间层
            • 初生壁
            • 次生壁
            • 纹控
            • 胞间连丝
          • 原生质体
            • 质膜
            • 细胞核
            • 细胞质
              • 细胞质基质
              • 细胞器
                • 双层膜细胞器
                  • 线粒体
                  • 质体
                    • 淀粉体
                    • 叶绿体
                    • 杂色体
                • 单层膜细胞器
                  • 溶酶体
                  • 微体
                    • 过氧化物体
                    • 乙醛酸体
                  • 液泡
                  • 蛋白体
                  • 内质网
                    • 光滑内质网
                      • 固醇类激素的合成相关
                      • 在不同的组织中有不同的功能
                    • 粗糙内质网
                      • 蛋白质的合成相关
                  • 高尔基体和高尔基体小泡
                • 无膜细胞器
                  • 核糖体
                  • 微丝
                  • 微管
                  • 中间纤维
    • 原生质体的性质
      • 定义
        • 细胞除细胞壁之外的部分叫做原生质体
        • 是构成细胞的生活物质，是细胞生命活动的物质基础
        • 含有大量水分和蛋白质、核糖、碳水化合物和脂类等有机物质
      • 性质
        • 物理性质构成
          • 张力
            • 含有大量的水分
          • 粘性和弹性
            • 粘性大，代谢少，抗逆性强
            • 弹性大，对压力的忍耐力也大，对环境的是影响也强
          • 流动性
            • 原生质体中复杂的生命现象
            • 在一定温度范围内随温度升高而加快
        • 胶体特性
          • 带电性、亲水性
            • 原生质体中蛋白质里氨基和羧基的电离产生的带电性
          • 扩大界面
            • 具有表面能，随着膜面积的增大而增强
            • 表面能具有吸附作用
          • 凝胶作用
            • 溶胶
              • 半流动状态，近似流体的性质
              • 粘性小，代谢旺盛，生长活跃，抗逆性差
            • 凝胶
              • 具有一定结构和弹性的半固体状态
              • 细胞生理活性低，抗逆性强
          • 吸胀作用
            • 凝胶具有很强的吸水能力，凝胶吸水膨胀的现象称为吸胀作用
        • 液晶性质
          • 液晶态
            • 介于固态和液态之间，既有固体结构的规则性，又有液体的流动性
            • 光学性质上像晶体，力学性质上像液体
            • 微观上来说，液晶态是某些特定分子在溶剂中有序排列而成的聚集态
          • 与生命活动的关系
            • 温度过高会使液晶态变为液态，增大其流动性，导致葡萄糖和无机离子大量流失
            • 温度过低也会是液晶态的性质发生改变
  • 细胞壁的结构及功能
    • 细胞壁的组成
      • 细胞壁的结构
        • 由胞间层、初生壁、次生壁组成
        • 细胞分裂时最初形成细胞板分开两个子细胞，这就是胞间层
        • 细胞生长时原生质体释放纤维素，纤维素定向交织成网状，中间填充半纤维素、果胶质、结构蛋白，形成初生壁
        • 某些特化细胞在生长接近定型时在初生壁内侧沉积次生壁物质，且层与层之间经纬j交错
        • 次生壁可以分化成不同细胞
      • 细胞壁的化学成分
        • 多糖
          • 纤维素
            • 细胞壁的主要成分
            • 纤维素分子链形成微团
            • 微团组合成微纤丝
          • 半纤维素
            • 纤维素和果胶物质之外的溶于碱的细胞壁多糖类物质
            • 来源不同，成分也不同
            • 覆盖在微纤丝之上并通过氢键与微纤丝相连
          • 果胶
            • 果胶酸
              • 水溶性
              • 容易与钙反应生成果胶酸钙
              • 主要存在于中层
            • 果胶
              • 溶于水
              • 主要存在于中层和初生壁中，也有部分在细胞质和液泡中
            • 原果胶
          • 90%
        • 蛋白质
        • 酶类
        • 脂肪酸
        • 10%
        • 木质素
          • 分布于纤维、导管、管胞中
          • 增加细胞壁的抗压程度
        • 矿质
          • 主要是钙
      • 细胞壁的形成
        • 开始于细胞分裂的晚后期和早期
        • 高尔基体和内质网分泌的小囊泡不规则的汇聚在母细胞的赤道板上
        • 小囊泡中富含形成细胞壁所需的各种糖类，借助垂直于赤道板的微管整齐的排列成片，组成 成膜体
        • 成膜体中的囊泡膜相互融合与连接，形成细胞的质膜，其中的内含物连成一体构成细胞板，这是雏形的中层结构
        • 细胞版形成后，高尔基体小泡运输造壁物质释放到质膜外，充实新形成的壁
        • 细胞板中填充果胶和少量纤维，构成中层
        • 中层两侧陆续沉积纤维素和半纤维素，形成初生壁
        • p.s.
          • 纤维素分子的定向分层沉积与微管的活动有关，秋水仙素可抑制
          • 微管参与胞间连丝的形成，使原生质在两个子细胞中保持联系
          • 细胞壁形成的过程中需要高尔基体、内质网、微管、生长素和多种酶类参与，线粒体提供能量
      • 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
          • 阻止大分子物质、微生物进入，允许离子、多糖小分子、低分子量的蛋白质进入
          • 参与物质运输、降低蒸腾作用、防止水分损失、植物水势调节
          • 细胞壁上纹孔和胞间连丝的大小受细胞生理年龄和代谢的影响，对细胞间物质运输有调节作用
          • 也是物理信号、化学信号传递的介质和通路
        • 防御于抗性
          • 含有寡糖素，诱导植保素的形成，还可以调节其他生理过程
        • 其他功能
          • 酶类参与细胞壁高分子的合成、转移、水解、细胞外物质输送到细胞内以及防御作用
          • 参与根瘤菌的固氮作用（使植物与根瘤菌相互识别）
          • 特殊的结构决定特殊的功能
    • 胞间连丝
      • 胞间连丝的结构
        • 穿越细胞壁、连接相邻细胞原生质体的管状通道被称为胞间连丝
        • 把由胞间连丝连接成一体的原生质体体系称为共质体
        • 将细胞壁、质膜与细胞壁的间隙以及细胞间隙的空间称为质外体
        • 植物体内物质和信息传递的通路
        • 胞间连丝的数量和分布与细胞的类型、所处位置、生理功能有关
      • 胞间连丝的功能
        • 物质交换
          • 使可溶性物质、生物大分子物质甚至细胞核发生胞间运输
        • 信号传导
          • 可传递体内信息
          • 物理、化学信号通过共质体传递