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植物细胞的全能性、细胞的分化、脱分化、再分化、植物的再生、极性、、生长协调最适温度、温周期现象、光形态建成、光受体、顶端优势、根冠比、生长大周期、生物钟及其特点;
细胞发育三个时期的生理特点;
种子萌发的条件及生理生化变化;
植物生长相关性;
影响植物生长的因素;
光敏色素及其生理功能。
简单了解组织培养和应用。
第10章植物的生殖生长:
春化作用和春化处理、光周期现象、光周期诱导、春化解除、再春化现象、临界日长、临界夜长、识别蛋白、群体效应、花熟状态、花发端、C/N比学说;
春化作用与光周期理论及其农业应用;
授粉受精需要的条件及生理生化变化;
光敏素在开花中的作用。
同源异型
第11章植物的成熟和衰老生理:
深沉休眠、单性结实、生长素梯度学说、生物自由基(biologicalradicals)和活性氧、呼吸跃变和呼吸高峰;
保护酶及抗氧化剂。
种子果实成熟时的生理生化变化;
种子的休眠原因及破除方法;
衰老时的生理生化变化及激素调节;
器官脱落与离层的形成及激素调控。
第12章植物的抗性生理:
抗寒锻炼、渗透调节;
冷害生理冻害生理及抗寒性;
干旱对植物生理过程的影响;
严重干旱致死的原因植物的抗旱性;
交叉适应现象;
逆境条件下植物激素水平的变化与抗逆性的关系
第一章植物细胞的结构与功能
1.植物细胞的结构特点:
与动物细胞相比,植物细胞的突出特征是:
植物细胞有细胞壁、质体和大液胞。
胞间层(果胶酸、果胶酯酸和原果胶)
细胞壁(纤维素---骨架;
果胶质、半纤维素、糖蛋白、酶类及次生物---填充物)初生壁(纤维素、半纤维素、木质素和少量果胶质、伸展蛋白)
次生壁(纤维素、半纤维素、木质素和少量果胶质)
植物细胞
质膜(细胞质的外表层)注:
质膜以内、功能上连续统一的膜结构统称为内膜系统,不包括叶绿体和线粒体的膜
细胞浆---胞质溶胶核膜
原生质细胞核(真核细胞所特有的、最大的细胞器)核仁
双层膜细胞器线粒体核液叶绿体
质体(是一类与碳水化合物合成与贮藏有关的细胞器,植物特有,按含色素分、有色体)
细胞质白色体
(胞间连丝----细胞间物质、能量和信息交换通道)
溶酶体----来源于内质网和高尔基体,具有溶解和消化功能的颗粒状小体。
微体过氧物酶体----常与叶绿体和线粒体一起参与光呼吸
细胞器单层膜细胞器乙醛酸循环小体----
液泡
内质网光滑内质网----合成脂类、固醇,运输蛋白质
粗糙内质网----合成蛋白质、脂类、固醇
高尔基体-----细胞内的运输系统
核蛋白体
无膜细胞器微梁系统----微丝、微管
中间纤维
2.细胞壁结构与功能的关系。
纤维素交织而成,坚固----维持细胞稳定形状;
弹性----维持渗透性,调节水分进出;
亲水但不溶于水----维持细胞水环境;
含水解酶、伸展蛋白—参与活动。
3.质膜的生理功能:
参与物质运输、细胞信号转导、细胞识别。
(注:
生物膜或叫细胞膜,是指构成细胞的所有膜的总称,可粗分为质膜和内膜系统。
主要万分是蛋白质、脂类和少量糖。
其中脂类主要是磷脂,其次为胆固醇和其它脂类。
膜上的蛋白可分外围蛋白或外在蛋白,及整体蛋白也中内在蛋白)
原生质胶体特性及其在生命活动中的重要作用及实例。
①胶体颗粒可形成双电层,并有水化作用,可稳定胶体系统;
②分散度高,内界面大,活性强,有利于生化反应进行;
③存在可逆的溶胶与凝胶两种状态,有利于适应环境变化;
④实例:
种子萌发时大量吸水,使凝胶态的贮存物水解而提高生命活性,此时的原生质胶体呈溶胶态,酶被激活或诱导,物质运输增强,萌发。
第二章水分生理
§
1.植物体内的水
1.水的生理作用:
①原生质组成成分;
②维持细胞及组织的紧张度(吸足水的细胞称之为“紧张”状态),提供生长动力;
③代谢活动的最好介质;
④作为原料参与代谢反应;
⑤调节体温;
⑥改善小环境。
2.植物体内的水分状态:
束缚水:
被原生质胶体颗粒吸附或存在于大分子结构空间的水,不易流动,不起溶剂作用。
自由水:
不被原生质胶体颗粒吸附、能自由移动并起溶剂作用的水。
二者没有明显界线。
束缚水/自由水----这一比值高,表明植物代谢弱,而抗逆性强;
比值低,代谢旺,而抗性弱。
2.植物细胞的吸水
1.细胞的渗透吸水:
1.1.渗透现象:
在有水势差存在条件下,水分子通过半透性膜的扩散。
(植物细胞即为一个渗透系统)
1.2.扩散:
分子由高浓度向低浓度自发运动的趋势,并最后达到均匀的系统的现象。
1.3.水势(ψw):
每偏摩尔体积水的化学势。
即水液与同温同压一系统中纯水的化学势的差。
单位是:
帕,Pa;
或兆帕,MPa(常用)=106Pa=10bar(巴),1标准大气压(atm)=1.013╳105Pa=1.013bar
1.4.典型植物细胞水势:
ψw=ψs+ψp+ψm(分生区细胞,未形成中心液泡以前的细胞水势)
ψs:
渗透势又称溶质势,由于溶质的存在而使细胞水势降低的值,是负值;
ψp:
压力势,由于细胞壁存在而使细胞水势增加的值,是正值;
ψm:
衬质势,细胞内胶体物质对水分的吸附作用而使细胞水势降低的值,是负值;
具有液泡的成熟细胞水势:
ψw=ψs+ψp
相邻细胞(或组织)间水流动方向决定于水势的高低,总是“由高向低”。
细胞为水所饱各时,水势最大,是“0”,ψs=-ψp
细胞脱水,质壁分离后,ψw=ψs,ψp=0,细胞具有最大吸水潜力。
2.细胞的吸涨吸水:
吸涨作用是指亲水皎体的吸水膨胀现象。
干种子ψw=ψm,衬质势是其吸水动力。
豆类种子吸水能力大于淀粉种子。
3.植物根系吸水
1.根系吸水的主要部位是根毛区,有两种吸水方式:
1.1.主动吸水:
动力是根压(由于根代谢活动使液流上升的压力),证明现象是伤流(液滴自伤口处流的现象)和吐水(液滴自叶尖或叶缘向外溢出的现象)。
早春叶未展开时或夜间,以主动吸水为主。
1.2.被动吸水:
动力是蒸腾拉力。
2.影响根系吸水的环境因素
2.1.土壤可用水:
植物只能利用土壤中吸湿水与重力水之间的毛管水。
毛管水是由于毛细管作用存留在土壤颗粒孔隙之间的水。
土壤水不足时,植物会萎蔫:
植物因水分亏缺,细胞失去紧张状态,叶片和幼嫩茎下垂的现象。
又可分为暂时萎蔫(减少蒸腾或补充水分后,可以恢复正常状态)和永久萎蔫(减少蒸腾或补充水分后,无法恢复正常状态)。
土壤水过多,超过田间持水量,通气不良,根呼吸受阻,吸水不利。
土壤施肥过多或盐分过多,浓度高,水势低于根系水势,根无法吸水,会造成烧苗现象。
2.2.土壤温度:
因影响根系生理活动和生长而影响吸水。
温度降低:
呼吸下降,生长减弱,吸水慢;
水分和原生质的粘滞性增加,移动慢,吸水慢。
温度高:
酶钝化,根衰老,吸水慢。
高温时,冷水浇灌,会因植物根系不适应,呼吸迅速下降,吸水不利,萎蔫、落花落果。
2.3.土壤通气:
正常呼吸是根吸水的保障,水过多,通气不良,根进行无氧呼吸产生酒精,同时厌氧微生物产生有毒物质,使根中毒。
因此,在管理上除灌溉补充土壤水,还应注意排水。
2.4.土壤溶液浓度:
土壤施肥过多或盐分过多,浓度高,水势低于根系水势,根无法吸水,甚至失水,会造成烧苗现象。
4。
蒸腾作用
1.蒸腾作用的意义:
①是植物吸水和运输水分的重要动力;
②降低植物体温和叶温;
③引起上升液流,有助于无机离子及根合成的物质的运输。
2.蒸腾指标:
①蒸腾强度---蒸腾速率、蒸腾率,植物单位时间,通过单位面积散失水量。
g•m-2•h-1
②蒸腾效率---蒸腾比率,植物蒸腾散失1000g水,所形成的干物质的克数。
g•kg-1
③蒸腾系数---需水量,是蒸腾效率的倒数,即植物形成1g干物质所消耗的水的克数。
通常为125~1000之间,值越小,植物利用水分的效率越高。
3.
蒸腾部位:
皮孔蒸腾----非常少,只占蒸腾总量的0.1%,常忽略不计。
叶片蒸腾-----角质蒸腾:
通过叶表皮角质层蒸腾(幼叶多,成叶少)
气孔蒸腾:
通过叶表皮气孔蒸腾--植物蒸腾的主要形式
(幼小时地上全部表面均可进行蒸腾。
)
4.气孔扩散的小孔律:
水蒸气通过气孔扩散的速率,不与小孔面积成正比,而是与小孔的周长成正比。
5.气孔运动机理参见课本中的图示。
6.影响蒸腾的环境因素:
6.1.光照----光照是蒸腾的主要能源,提高大气及植物体温,增加叶内蒸气压差,引起气孔开放。
6.2.气温----温度升高,增加胞间饱和蒸气压,促进蒸腾,温度过高,叶过度失水,气也会关闭。
6.3.大气湿度----影响大气与气孔下腔的蒸气压差,差值越大,蒸腾越快。
所以晴天蒸腾快。
6.4.风---微风促进蒸腾,强风蒸腾减弱。
7.
植物水分平衡的维持:
增加吸水----如移栽时保护根系,带土移栽,及时灌水
(提高移栽成活率)减少失水----减少蒸腾,选阴天或傍晚移栽,适当剪部分叶,及时遮荫,用腾抑制剂
5.植物体内水分运输
土壤--植物—大气三者之间的水分构成一个连续体系(SPAC)。
1.植物体内水分运输的途径:
土壤→根毛→根皮层→中柱→根部导管(或管胞)→茎的导管(或管胞)→叶的导管(或管胞)→叶肉细胞→叶细胞间隙→气孔腔→气孔→大气。
由土壤至大气水势逐渐降低,各级水势差或蒸气压差,是运输动力。
这一途径可分为两大类:
质外体----植物体中的死细胞(导管或管胞)、细胞壁、细胞间隙组成,运输阻力小,适于长距离运输。
共质体----细胞原生质,是细胞中所有活的部分,运输阻力大,适合短距离运输
2.水分在根中运输阻力大于叶。
因为,根中活细胞多;
皮层有凯氏带,而叶无有;
叶中输导组织多,且末端临近气孔下腔,水易散失;
因此根吸水不及叶失水快时,常发生萎蔫。
3.水分沿导管上升动力:
根压---下端原动力;
蒸腾拉力---上端原动力。
4.蒸腾流—内聚力—张力学说:
导管中有水分子的内聚力、蒸腾拉力和导管水柱受重力影响英明产生水柱张力,同时水分子与导管壁的纤维素分子间还附着力,因而维持了输导组织维持水柱的连续性。
6.植物对水分的需求
1.水分临界期:
作物对水分不足最敏感的时期,一旦缺水,产量明显下降。
(不是需水量最大的时期)
小麦(水稻等禾本科)的第一个水分临界期:
孕穗期(从四分体到花粉粒形成阶段);
第二个水分临界期:
开始灌浆到乳熟末期
棉花是花铃期和劢花期;
大豆是花芽分化至开花期;
果树是开花和果实生长初期。
根据水分临界期,水源充足,及时灌溉,水源不足,应在水分临界期灌溉。
2.耗水量:
作物一生(或某一生长时期、或某一天内)消耗水的总量称为该作物该时期的耗水量。
3.合理用水意义与根据。
3.1.合理灌溉:
根据气候特点、土壤墒情和作物长势来科学地制定灌溉量和灌溉时期的合理方案。
3.2.意义:
①促进生理活动旺盛进行;
②促进根系生长,扩大吸收面积;
③促进茎叶生长,增加光合面积,生产更多有机物;
④促进有机物运输;
⑤适当降低呼吸消耗,有利于光合产物积累。
所以可以增产。
3.3.根据:
土壤墒情;
形态指标(幼叶萎蔫、叶色暗绿或变红、生长速率下降);
生理指标(叶水势、细胞渗透势、气孔开度)。
除此之外,在满足生理需水(直接影响生理活动所需的水)的同时,还应考虑生态需水(通过改善环境、间接对作物发生影响的水)。
第三章矿质营养
1.植物必需元素及其生理功能
1.必需元素:
①植物生长发育所必需,缺少生长发育不正常甚至不能完成生活史,②除去该元素,表现专一缺素症,加入该元素可以预防或恢复;
③该元素的生理作用是直接的。
常用溶液培养法(水培与砂培)来确定。
2.
必需元素共16种大量元素9种:
C、H、O(来源于空气和水)
N、P、K、Ca、Mg、S源于土壤,矿质元素(植物体灰分微量元素7种:
Fe、B、Cu、Zn、Mn、Cl、Mo中的元素),其中N不是矿质元素。
3.氮的生理功能及缺素症:
被称为生命元素,①蛋白质、核酸、磷脂的组成元素;
②是酶及许多辅酶和辅基的组分;
③维生素B1、B2及生长素等的组分;
④叶绿素的组分。
缺氮:
植株矮小、分枝分蘖少,叶小而黄,老叶先黄,花果少而易落。
氮过多,叶大而肥厚,深绿,贪青徒长抗性差,虫害多。
4.磷的生理功能及缺素症:
①磷脂、核酸、核蛋白的组成元素;
②核苷酸的组分;
③与细胞分裂、有机物合成、转化、运输和呼吸关系密切;
④调节氮代谢;
⑤增强抗寒与抗旱性。
磷不足:
叶小、分枝分蘖少,花果少,叶发红或紫,症状先出现在老叶。
P过多,叶上有小焦斑(磷酸钙沉淀)。
5.钾的生理功能及缺素症:
钾主要以离子态存在于植物体内。
是筛管中含量最高的离子。
生理功能:
①是许多酶的激活剂;
②促进蛋白质合成;
③促进糖的合成与运输;
④构成渗透势的重要成分,维持细胞膨压;
⑤增强原生质保水能力;
⑥参与气孔运动。
缺钾:
机械组织不发达,易倒伏,叶片边缘黄化、焦枯、叶脉间有坏死斑点。
6.钙:
①果胶酸钙的组成成分;
②稳定膜结构;
③一些酶的活化剂;
④参与细胞信号转导;
⑤诱导花粉管定向生长;
⑥与草酸结合成草酸钙消除草酸毒害;
⑦增强植物抗病性。
缺钙顶芽淡绿,进而叶尖呈钩状,最后坏死。
7.镁是叶绿素的成分,酶的激活剂,参与碳水化合物及氮代谢;
8.硫是辅酶A(CoA)、(半)胱氨酸、蛋氨酸、固氮酶的成分;
9.铁是合成叶绿素所必需的,细胞色素、细胞色素氧化酶、POD、CAT等的成分;
光合链中铁硫蛋白、铁氧还蛋白成分;
是血红蛋白的成分,与固氮有关;
缺铁幼叶发黄,果树黄叶病;
10.铜是呼吸中多酚氧化酶、抗坏血酸氧化酶、细胞色素氧化酶、光合链中质蓝素(PC)的成分;
11.硼的生理功能及缺素症:
①促进花粉粒萌发和花粉管生长;
②促进碳水化合物运输。
缺硼:
油菜花而不实;
萝卜黑心;
花椰菜干心;
甜菜心腐;
影响固氮。
12.锌的生理功能及缺素症:
①是生长素全成前体—色氨酸合成(酶成分)所必需的;
②是碳酸酐酶(存在于叶绿体中)、多肽酶组成成分。
缺锌:
生长素合成受阻,果树“小叶病”、丛枝症。
13.钼是硝酸还原酶、固氮酸的金属成分;
14.锰、氯参与水的光解和氧的释放。
Mn还是酶的活剂,与硝酸还原有关。
15.作物缺素诊断:
①调查研究分析病症:
判断是生理病害还是病虫害,若是生理病害,则根缺素检索表结合土壤理化性状及施肥情况加以分析;
②作物组织及土壤成分进行测定;
③在初步确定缺乏的元素后,补充某一元素,如缺素症消失,即可确定缺乏该元素。
16.氮、磷、镁等可再利用,钾可移动性非常强,所这些元素缺时先从老叶出现病症;
钙、铁、锰、钼、硫、硼、锌等难再利用,缺时先从幼叶或幼嫩茎尖出现病症。
17.植物缺绿的可能原因:
叶片失绿的可能原因有生理的、病理的、遗传的以及环境条件不适等因素都影响叶绿素合成与分解,导致叶绿素含量的降低或消失,引起叶片失绿。
1.缺乏矿质元素:
N、Mg、Fe、Cu、Mn、Zn等元素都参与叶绿素的生物合成,因而缺乏这些元素时不能形成叶绿素而表现缺绿的症状。
其中,N、Mg是叶绿素分子的成分,N也是色素蛋白复合体的成分;
Fe、Mn、Cu、Zn等可能是叶绿素合成过程中某些酶的激活剂,起催化作用或其它间接作用;
Mg、K还与类囊体垛叠有关,缺乏时不能形成基粒。
2.光照不足、温度过低或过高都会使原叶绿素酸酯无法还原为叶绿素酸酯,影响叶绿素的生物合成;
但类胡萝卜素的合成不受光的影响,叶色则变黄。
3.氧气不足叶绿素合成受阻,叶片变黄。
4.缺水会影响叶绿素合成速度,且促进已形成的叶绿素分解导致叶片变黄。
5.秋天和叶片衰老叶绿素的合成减慢(或停止),分解加快叶子呈黄色。
6.病虫害能破坏叶绿体、叶绿素或抑制叶绿素合成,导致植物出现缺绿症。
7.遗传因素:
一些遗传因素的变异而也会使叶绿素的合成受阻,叶片失绿。
总之,叶绿素在植物体内与其他物质一样处于不断更新状态。
在正常情况下总是合成过程占优势,使叶片保持绿色。
当叶片衰老或遇干旱、低温等逆境时,其合成减慢,分解加速,数量减少,使原来被叶绿素掩盖的类胡萝卜素、花色素的颜色逐渐显露出来,因而叶色变黄。
2.植物对矿质元素的吸收
1.植物根细胞吸收矿质元素的方式有:
1.1.主动吸收(主要方式)---也称为代谢吸收,利用呼吸作用产生能量而作功,逆浓度差吸收。
1.2.被动吸收:
---也称为非代谢吸收,无需能量,顺浓度差而进行。
主要有扩散和道南平衡(细胞内可扩散离子的积与细胞外可扩散离子的积相等的平衡关系)
1.3.细胞吸收溶质的方式和机理:
1.3.1.离子通道运输:
细胞质膜上有内在蛋白构成的孔道,横跨膜的两侧,离子通道可由化学方式及电化学方式激活,控制离子顺着浓度梯度和膜电位差,即电化学势梯度,被动和单方向地跨质膜运输。
这是一种简单的扩散方式,是一种被动运输(passivetrasport).目前质膜上已知的离子通道有K+、Cl+、Ca2+、NO
离子通道。
一个表面积为4000um2的保卫细胞质膜上约有250个K+离子通道。
1.3.2.载体运输:
这一学说认为,质膜上的载体蛋白属于内在蛋白,它有选择地与质膜一侧的分子或离子结合,形成载体—物质复合体,通过载体蛋白构象的变化,透过质膜,把分子或离子释放至另一侧。
有离子竞争和饱和效应。
载体蛋白有3类:
单向运输载体(Fe2+、Zn2+、Mn2+、Cu2+)、同向运输载体(在与H+结合的同时又与Cl+、NO
、NH
、PO
、SO
、氨基酸、肽、蔗糖结合进行同一方向运输)和反向运输载体(在与H+结合的同时又与其它阳离子结合,进行反向运输)。
载体运输即可以顺电化学势梯度跨膜运输(被动运输)也可以逆电化学势梯度跨膜运输(主动运输)。
1.3.3.离子泵运输:
ionpumptransport主要有质子泵和钙泵;
形成H+梯度,再在传递体(porter,有共向传递体symport,反向传递体antiport、单向传递体uniport三种.
1.3.4.胞饮作用:
pinocytosis
2.矿质元素吸收特点;
①与水分吸收是两个相对独立的生理过程:
二者都主要是根毛区吸收,水分吸收以蒸腾为主,被动吸收,而矿质吸收以主动吸收为主。
矿质溶解才能被吸收,但吸收的多少与吸水不成比例。
②植物对矿质吸收有选择性:
对同一溶液中不同离子或同一盐阴、阳离子吸收比例不同。
因此产生了生理酸性盐:
因植物对施入盐的选择吸收,而造成土壤溶液呈酸性的盐,如(NH4)2SO4;
生理碱性盐:
施入后,因植物的选择吸收,而造成土壤溶液呈碱性的盐,如NaNO3;
生理中性盐:
施入后对土壤pH值不改变的盐,如NH4NO3。
③存在单盐毒害和离子拮抗现象:
单盐毒害----用只含一种盐的溶液培养植物,即使这盐对植物生活是必需的,也会引起植物生长不正常,产生毒害作用。
离子拮抗----在发生单盐毒害的溶液中加少量其它盐类,毒害现象消失,这种离子间能够相互消除毒害的现象。
植物只有处于具有一定浓度、一定比例的多种盐混合液中才正常生长,(平衡溶液)。
3.植物地上部也可对溶解的物质吸收---根外营养,经过外连丝、气孔或角质层裂隙吸收。
4.土壤条件对根系吸收矿质元素的影响:
4.1.土壤温度:
影响呼吸及根生长而影响对矿质的吸收。
低:
根生长慢,呼吸放能少,土壤溶液流动慢,矿质溶解性低,影响吸收;
高:
原生质、膜被破坏,根老化,酶钝化,吸收受阻。
4.2.土壤通气:
影响呼吸而影响吸收。
4.3.土壤水:
影响通气,矿质溶解、土壤溶液浓度而影响矿质吸收。
4.4.土壤溶液浓度:
过高,土壤水势低,根细胞脱水,影响吸收。
4.5.土壤pH值:
影响根细胞原生质的选择吸收及无机盐的溶解度。
§
3.氮代谢
植物主要利用土壤中的含氮化合物(尿素、氨基酸;
铵盐;
硝酸盐),其中硝酸盐是主要的氮源。
硝酸盐吸后由硝酸还原酶(一种诱导酶,可存在于叶细胞质中)还原为亚硝酸盐(这一过程主要在叶中进行),再由亚硝酸还原酶(叶绿体中)还原为氨。
氨在谷氨酸脱氢酶(根、叶线粒体中)、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶(叶绿体中)三种主要酶的催化下形成氨基酸。
多余的氨以谷氨酰胺形式暂时贮存。
4.施肥生理基础
1.合理施肥增产的原因(意义)施肥增产原因是间接的,主要是改善了作物的有机营养,表现:
1.1促进光合作用,增加作物积累:
扩大叶面积,延长叶片寿命,增加叶绿素含量,因此增加了光合面积,延长光合时间,提高光合效率,增加光合产物积累;
促进有机物运输,改善再分配。
1.2调节代谢,控制生长发育:
不同肥料配施调节控制生长发育。
1.3改良土壤状况,如有机肥可改良土壤结构,促进根生长和吸收。
2.需肥规律:
不同作物,需肥特性不同:
禾谷类多施磷钾肥以利籽粒饱满;
叶菜类多施氮肥以利叶片肥大;
根茎类多施钾肥以利淀粉积累。
不同发育期需肥不同
3.施肥生理依据:
形态指标----叶色、茎色、生长速率、株型与叶型;
生理指标---叶片元素含量、叶绿素含量、酰胺含量、酶活性。
第四章光合作用
1.