植物生理学总结

植物生理学

植物生理学是研究植物生命活动规律及与环境之间关系的科学。

植物的生命活动十分复杂，但大致可分为生长发育与形态建成、物质代谢与能量转化、信息传递与信号传导3个方面。

生长发育是植物生命活动的外在表现，它主要反映在两个方面，一是由细胞数目的增加、细胞体积的扩大而导致的植物体积和重量的增加；二是由于新器官的不断出现带来的一系列可见的形态变化，即形态建成。包括从种子萌发，根茎叶的生长，到开花、结实，衰老、死亡的全过程。

在植物形态变化的背后，是肉眼难以观察到的物质代谢和能量转化，而物质代谢与能量转化又紧密联系，统称为代谢。

绿色植物代谢活动与动物的别是自养性。

信息传递和信号传导是植物生命活动的另一个重要方面。

除病毒、类病毒外已知的生命体几乎都由细胞构成。细胞尽管种类繁多，形态结构与生理功能各异，但有许多共同点：细胞表面均有由磷脂双分子与镶嵌蛋白质构成的细胞膜；除特化细胞外，都含有合成蛋白质的细胞器——核糖体

根据细胞的进化地位、结构的复杂程度、基因表达的方式和生命活动的特点，可以将其分成两大类型：原核生物和真核生物。

细菌和蓝藻是原核生物的典型代表，此外支原体、衣原体、立克次体、放线菌等也是原核细胞。由真核细胞构成的有机体称为真核生

物。多细胞生物和绝大多数单细胞生物都是真核生物。

真核细胞是构成高等植物体的基本单位，但同一种绿色植物不同部位的细胞，其大小、形态及细胞器的种类、数目等都存在差别。

成熟的叶肉细胞，中央往往有一个大液泡，在其周围有透明的浆状物，叫做细胞质。

细胞之中悬着一个球状的细胞核、十至数百个椭圆形的叶绿体，还有数目更多、体积更小的线粒体以及其他多种细胞器。

细胞器、细胞质基质以及其外围的细胞膜合称为原生质体。

原生质是构成原生质体的所有生活物质的总称。

细胞由多糖、脂类、蛋白质、核酸等生物大分子和其他小分子等成分所组成。原生质的物理特性、胶体性质和液晶性质与细胞的生命活动密切相关。

细胞壁由胞间层、初生壁和次生壁构成，其化学成分主要是纤维素、半纤维素、果胶、蛋白质以及其他物质。细胞壁不仅是细胞的骨架与屏障，而且还在抗病抗逆、细胞识别、分化方面起积极作用。胞间连丝充当了细胞间物质与信息传递的通道。

生物膜的基本结构是磷脂双分子层，其中镶嵌着具有生理功能的多种膜蛋白。流动镶嵌模型是最流行的生物膜结构模型。生物膜为细胞的区域化分工和有序的酶促反应提供屏障和场所。生命活动中的物质代谢、能量转换、细胞识别和信息传递等都与生物膜结构和功能有

关。

细胞核是遗传的调控中心，它由核膜、染色质、核基质和核仁组成。染色质和染色体的主要成分是蛋白质和核酸，它们是核内最重要的结构物质。染色质和染色体在细胞周期的不同阶段可以相互转变。

微膜系统包括细胞的外周膜（质膜）和内膜系统。叶绿体和线粒体是植物细胞内能量转换的细胞器，并有环状DNA及转录RNA与翻译蛋白质的体系，它们与细胞核一样都具有双层膜。

微梁系统包括微管、微丝、中间纤维等，构成了细胞骨架，是植物细胞的蛋白质纤维网架体系，它们维持细胞质的形态和内部结构，推动细胞器的运动，促进物质与信息的交流。

微球系统包括细胞核内的核粒与细胞质中的核糖体，它们承担并控制着遗传信息的储存、传递与表达等功能。

细胞的3个系统互相作用，使细胞的结构和功能协调和统一，成为生命体的基本单位。

水势是判断水分移动方向和限度的物理量。

纯水的水势：所谓纯水的水势是指在不以任何物理的或化学的方式与任何物质结合的水，完全是自由水，

重力势：是指由于重力的存在使体系水势增加的数值。

集流：指液体中成群的原子或分子在压力梯度的作用下共同移动的现象。

扩散：是指物质分子从高化学势区域向低化学势区域转移，直到均匀分布的现象。

渗透作用：是指溶液中的溶剂分子通过半透膜的扩散现象。半透膜也称为选择性透膜，是允许溶剂通过，而不允许某些溶质通过的膜，例如羊皮纸、火棉胶膜、蚕豆种皮、膀胱等。对于水溶液而言，渗透作用就是指水分子从水势高处通过半透膜向水势低处扩散的现象。

根是陆生植物吸收水分的主要器官。根系吸水的部位主要在根的尖端，包括根冠、分生区、伸长区和根毛区，其中以根毛区的吸水能力最强。

根部吸收的水分通过根毛、皮层、内皮层、中柱薄壁细胞进入导管。水分在根内的径向转运有质外体途径、共质体途径和跨膜途径。

蒸腾作用的生理意义：

1 蒸腾作用产生的蒸腾拉力是植物吸收和运转水分的主要动力。

2 蒸腾作用促进木质部汁液中物质的运输。

3蒸腾作用能降低植物体的温度。

4 蒸腾作用的正常进行有利于CO2的同化。

幼小植物暴露在地上部分的全部表面都能蒸腾。长大后，茎枝表面形成木栓，未未木栓化的部位有皮孔，可进行皮孔蒸腾。

叶的蒸腾作用方式有两种，意识通过角质层的蒸腾，称为角质层蒸腾；二是通过气孔的蒸腾，称为气孔蒸腾。

影响气孔运动的外界因素有：光、二氧化碳、温度、水分、植物激素。

影响蒸腾作用的外部因素：光照、温度、湿度、风速、土壤状况。

降低蒸腾的途径和措施：减少蒸腾面积、降低蒸腾速率、使用抗蒸腾剂。

水分的运输途径是：土壤——根毛——跟皮层——内皮层——中柱鞘——根导管或管胞——茎导管——叶柄导管——叶脉导管——叶肉细胞——气孔下腔——气孔——大气。

必需矿质元素的生理功能：1作为细胞结构物质的组成成分；2作为生命活动的调节者；3起电化学作用；4 作为细胞信使物质。

根部吸收的矿质向运输主要通过木质部，叶片吸收的离子在茎内运输主要通过韧皮部，木质部与韧皮部之间存在横向运输。可重复利用的元素如氮、磷等多分布于代谢旺盛的幼嫩部分，不能重复利用的元素日钙、铁多分布于老组织中。

根系吸收的氮素主要是硝酸铵和铵盐，前者被根系吸收后，要还原为氨。硝酸盐还原在根部和地上部都可进行。氨的同化先形成谷氨酰胺及谷氨酸，然后再形成其他谷氨酸及蛋白质。植物吸收的硫酸根离子经过活化，形成活化硫酸盐，参与含硫氨酸的合成。磷酸盐被吸收后大部分被同化为有机物如磷脂等。

光合作用是指光养生物利用光能把无机物合成有机物的过程。根

据电子供体的种类或反应是否放氧，把光合作用分为无氧光合作用和放氧光合作用两种类型。植物的光合作用能氧化水而释放氧气，它在光能转化、有机物制造和环境保护等方面都有巨大的作用。

叶绿体是进行光合作用的细胞器。类囊体是进行类囊体反应的场所，其膜上存在PSⅠ、PSⅡ、Cyt b6f和ATP合酶4类蛋白复合体。叶绿体基质也是碳同化的场所，内含同化二氧化碳的全部酶类。

高等植物的光合色素有两类：1叶绿体，主要是叶绿体a和叶绿体b；2类胡萝卜素，其中有胡萝卜素和也黄素。叶绿体生物合成的起始物是5-氨基酮戊酸，该合成过程要有光照，并受温度和矿质元素等的影响。

光合作用的实质是将光能转化成化学能。根据能量转化的性质，将光合作用全过程大分为3各阶段，阶段1,为原初反应，将光能转化成电能；阶段2为电子传递和光合磷酸化，将电能转化为活跃的化学能；阶段3为碳同化，将活跃的化学能转化为稳定的化学能。根据反应部位，光合作用又可分为类囊体反应和基质反应，阶段1和阶段2的反应属类囊体反应，阶段3的反应属基质反应。

发酵作用：糖酵解形成丙酮酸后，在缺氧条件下，产生乙醇或乳酸。三羧酸循环（TCA）：糖酵解进行到丙酮酸后，在有氧条件下，经三羧酸和二羧酸的循环，逐步氧化分解，最后生成二氧化碳和水的过程。戊糖磷酸途径（PPP、HMP）：也为有氧呼吸途径。即葡萄糖直接氧化成二氧化碳和水。

呼吸代谢的多样性，表现在呼吸途径的多样性、呼吸链电子传递系统多样性、末端氧化系统多样性。这些多样性是植物在长期进化过程中对不断变化的外界环境的一种适应性表现，以不同方式为植物提供新的物质和能量。

呼吸过程中能量的贮存和利用

贮存能量：腺甘三磷酸（ATP）中的高能磷酸键。

生成ATP的方式：氧化磷酸化、底物磷酸化

利用能量：绿色植物有氧呼吸过程蔗糖分解时，能量利用率约为52%，其余能量以热的形式散失了。

光合作用和呼吸作用的关系:是相互对立、相互依赖的辨证统一关系。主要表现：1、碳循环与戊糖磷酸途径基本上是正反反应关系。2、物质通用：ATP、ADP、NADP、NADPH2

呼吸作用的指标：呼吸率

不同种类植物的呼吸率不同；不同组织器官的呼吸率也不同；不同的生长过程中呼吸率不同

呼吸作用最适温度是25℃—35℃，最高温度是35℃—45℃，呼吸作用最低温度则依植物种类不同有较大差异。

长时间的无氧呼吸对植物的伤害：1无氧呼吸产生酒精，酒精使细胞质的蛋白质变性；2无氧呼吸利用葡萄糖产生的能量很少，植物要维持正常的生理需要就要消耗更多的有机物；3没有丙酮酸氧化过程，缺乏新物质合成的原料。

呼吸作用在贮藏时的危害：1产生热量使温度上升；2产生水，利

于细菌繁殖；3消耗有机物降低品质；4无氧呼吸使口味下降，果蔬、粮食变质

减少呼吸作用：方法：风干、干燥、通风、降温、减氧第五章生长物质

植物生长物质:指调节植物生长发育的生理活性物质，包括植物激素和植物生长调节剂。

植物激素：植物体内产生的、能移动的、对生长发育起显著作用的微量有机物。

植物生长调节剂：人工合成的具有植物激素生理活性的化合物。包括生长促进剂、生长抑制剂和生长延缓剂。

激素种类—五大类：生长素类、赤霉素类、细胞分裂素类、脱落酸、乙烯。

生长素在植物体内的分布和运输：1合成：具有分生能力的组织，尤其是顶端分生组织。2存在状态：A：束缚状态的生长素：无活性；B：游离状态的生长素：有活性。3运输方式（两种）：A：极性运输。特点：从形态学上端向下端运输；主动运输；TIBA、NPA 能抑制极性运输。B：非极性运输：通过韧皮部运输。4分布：集中在生长旺盛部分。

生长素的生物合成和降解：合成前体:生长素生物合成的前体是色氨酸。合成途径：吲哚丙酮酸途径、色胺途径、吲哚、乙腈途径、吲哚乙酰胺途径。

生长素对生长的作用有三个特点：1.双重作用。生长素在较低浓度下

促进生长，高浓度时则抑制生长。2.不同器官对生长素的敏感程度不同。3.生长素对离体器官的生长具有明显的促进作用，而对整株植株效果不太好。

生长素的生理功能：1促进营养器官生长。2促进插条不定根的形成3维持顶端优势4促进侧根、不定根和根瘤的形成5促进瓜类多开雌花，促进单性结实、种子和果实的生长。6低浓度的IAA促进韧皮部的分化，高浓度的IAA促进木质部的分化7抑制花朵脱落、侧枝生长、块根形成、叶片衰老。

人工合成的生长素类在生产上的应用：1、促进插枝生根2、阻止器官脱落3、促进单性结实4、促进菠萝开花5、促进雌花形成

赤霉素的生理效应:1促进茎的伸长生长。2 诱导开花：3打破休眠4促进细胞分裂、分化。

细胞分裂素的生理效应：1促进细胞分裂。2促进芽的分化3促进细胞扩大 4促进侧芽发育，消除顶端优势5延迟叶片衰老6打破种子休眠。

分布：植物体的各部位均可以产生和分布乙烯合成部位：成熟或老化的器官或组织

乙烯的生理作用：1改变生长习性 2催熟果实 3促进脱落

4促进开花和增多雌花;

脱落酸的生物合成场所：叶绿体和质体

脱落酸的生理效应：1促进休眠 2促进气孔关闭，增强抗逆性3抑制生长4促进脱落

生长素对乙烯的促进作用：生长素和所有人工合成生长素都能提高乙烯的产量。

乙烯对生长素的抑制作用：（1）抑制IAA合成（2）乙烯影响生长素运输的效应

种子萌发：种子吸水到胚根突破种皮（或播种到幼苗出土）之间所发生的一系列生理生化变化过程。

种子活力：种子在田间状态下迅速而整齐地萌发并形成健壮幼苗的能力。包括种子萌发成苗的能力和对不良环境的忍受力两个方面。种子活力与种子的大小、成熟度和贮藏条件有关。种子寿命与种子含水量和贮藏温度有关。

细胞的生长和分化分三个时期：细胞分裂期、细胞伸长期、细胞分化期。

细胞分裂期：特点：细胞体积小，排列紧密，细胞质浓厚，无液泡，DNA大量增加。

细胞伸长期：形态上：细胞体积显著增加；细胞壁物质合成。生理上：干物质积累；呼吸速率和酶活性增加；蛋白质含量增加

细胞分化：指分生组织细胞转变为形态结构和生理功能不同的细胞群的过程。分生组织细胞分化成不同的组织，是植物基因在时间和空间顺序表达的结果。细胞分化的前提—极性

极性通常是指在器官、组织甚至细胞中在不同的轴向上存在某种形态结构和生理生化上的梯度差异。

影响细胞分化的因素（1）糖浓度（2）植物激素（3）光照。

组织培养：指在无菌条件下，在培养基中培养外植体(组织、器官或细胞)成植株的技术。

意义：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；可用各种培养条件影响外植体的生长和分化，以解决理论上和生产上的问题。

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。

植物生长：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

植物生长的周期性

生长大周期：植物在不同生育时期的生长速率表现出慢—快—慢的变化规律，呈现“S”型的生长曲线。

温周期性（或昼夜周期性）：植物的生长按温度的昼夜周期性发生有规律的变化。夏季：植物的生长速率白天慢，夜晚快；冬季：则相反。

季节周期性：植物的生长在一年四季中发生规律性的变化。

原因：植物生长受外界因素（光、温、水等）的影响不同。如年轮的形成。

植物生长的季节周期性是植物对环境周期性变化的适应。

顶端优势：植物顶端在生长上占优势的现象

1、营养学说:顶芽构成营养库，垄断了大部分营养物质，而侧芽因缺乏营养物质而受抑制。

2、生长素学说

顶芽合成生长素并极性运输到侧芽，超过芽生长的最适浓度，抑制侧芽生长。

IAA维持顶端优势，GA加强顶端优势，CTK破坏顶端优势。

植物向性运动: 感受（感受感受外界刺激）传导（将感受到的信息传导到向性发生的细胞）反应（接受信息后，弯曲生长）。

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。

近似昼夜节奏的生物钟运动: 指植物内生节奏调节的近似24小时的周期性变化节律。

生理钟是植体内的一种测时机制，植物借助生理钟准确地进行测时过程，以保证一些生理活动按时进行。

植物产生向光性反应的原因：1生长素分布不均匀2抑制物质分布不均匀。

花粉粒是由小孢子发育而成的雄配子体，内含内含营养细胞和生殖细胞，外有两层壁壁中富含蛋白质。

受精后的合子经原胚、球形胚、心形胚、鱼雷形胚最后发育为成熟胚。

休眠时生理或环境因素引起植物生长暂时停止的现象。种子休眠主要由胚未成熟、种子未完成后熟、种（果）皮的限制以及萌发抑制物的存在引起的。接触种子休眠的方法有：机械破损、浸泡冲洗、层

积、药剂、激素、光照和X射线等处理。

寒害包括冷害和冻害。低温冷害使植物膜透性增加，膜相由液晶变为凝胶态，原生质流动缓慢，代谢紊乱。冻害则因结冰引起细胞质过度脱水，蛋白质空间结构破坏而使织物受害。

盐害主要是造成渗透胁迫，同时也伴随营养胁迫和有毒物质胁迫。

逆境蛋白与抗逆相关基因的表达，使植物在代谢和结构上发生改变，进而增强抵抗外界不良环境的能力。植物在经历一种胁迫后，往往可提高对其他胁迫的抵抗力，即交叉适应，其原理有助于认识许多种胁迫对植物影响的共同特点及植物抗逆性提高的本质。