研究生高级植物生理学课件整理

蕨类植物的生活史
种子植物 种子植物包括裸子植物和被子植物，其共同特点是产生种子。种子内具有胚(幼小的植物体)，并受到较好的保 护，对于度过不良环境以及传播、繁衍后代均有极大的作用。 裸子植物（Gymnospermae) 裸子植物的一般特征 裸子植物是介于蕨类植物和被子植物之间，仍保留着颈卵器，具有维管束，能产生种子的一类高等植物。 一、裸子植物的一般特征 ①孢子体特别发达：多年生的木本植物，大多数为单轴分枝的高大乔木，枝条有长枝和短枝之分。具有形成层 和次生结构。除买麻藤纲外，木质部有管胞而无导管和纤维，韧皮部有筛胞而无筛管和伴胞。 ②胚珠裸露：孢子叶大多数聚生成球果状，称孢子叶球。孢子叶球通常单性，同株或异株；小孢子叶聚生成小 孢子叶球；每个小孢子叶的下面生有贮满小孢子的小孢子囊。大孢子叶丛生或聚生成大孢子叶球，胚珠裸露。
生命起源的独特性？ 所有现存生物体似乎都从单一起源衍生，这种单起源性反映在细菌、真菌、和真核生物在基本分子生物学和生 物机制上的明显相似性：如一样的遗传密码子。 如果实验和计算机模拟是正确的，多起源是可能的，那现代生物这套独特的生化系统什么时候开始占主导？ 最可能发生的情形是：这种系统先发展出合成蛋白酶，因而最先使用DNA基因组，这种“DNA-RNA-蛋白”系统
一、蕨类植物野外识别特点和主要特征 1、绝大部分为草本，茎多呈根状长在地下，地面上长的是丛生的叶子，叶柄较长，叶片多分裂如羊齿。 2、幼叶拳卷如提琴头。 3、成熟叶背长有虫卵般的孢子囊群。
生境：陆生，淡水生，附生。多生于林下、潮湿的环境中。 植物体：在生活史中有两种植物体，即孢子体和配子体，孢子体发达，配子体退化，两者都能独立生活。
（二）植物的系统进化
(1) 植物进化的证据：化石证据；比较解剖学证据；个体发育中重演现象的证据；生理生化的证据；分子生物 学的证据
(2) 植物进化的趋势和进化方式
上升式进化：结构与功能由简单到复杂的进化方式 细胞结构：原核→真核，原核→间核→真核 形态结构：单细胞→群体或丝状体→多细胞体；无分化→有分化，简单分化→复杂分化；原植体→拟茎叶体→ 根茎叶植物体；无维管组织→有维管组织 生殖器官：单细胞结构→多细胞结构→具不育细胞层的多细胞结构，无花→无花被花→具花被花 生殖方式：营养繁殖→无性生殖→有性生殖(同配→异配→卵配)；受精需水→花粉管→双受精 生活史：营养繁殖→无性生殖→核相交替(合子或配子减数分裂)→世代交替(孢子减数分裂)（同形世代交替→异 形世代交替→孢子体发达的异形世代交替，配子体独立生活→寄生在孢子体上） 种子：无(仅具孢子)→裸露种子→具包被种子 生境：水生→陆生；狭幅→广幅 趋同进化：亲缘关系远的类群因生境相同，而在形态结构和生理机能上形成相似特征的进化方式 趋异进化：来源于共同祖先的植物类群因生境不同，而在形态结构和生理机能上形成相异特征的进化方式 适应辐射：一个物种适应多种不同的环境而分化成多个在形态、生理上各不相同的种的进化方式 平行进化：来源于共同祖先的植物类群，由于后来又生活在类似的生境中，形成了相似的适应特征称平行进化
孢子大体多无蒴轴，蒴盖和朔齿，有弹丝，寄生在 配子体上面
藓纲
原丝不体发达，顶端细胞分裂发育成发一达个，配具子单体列细胞的假根，可发生多个芽体形成多 个配子体
生态要习求性较高的湿温条件
适应较低的温、湿条件
蕨类植物（Pteridophyta） 蕨类植物（fern）, 又称羊齿植物，是植物界中的一个重要的门类。
的细胞能够繁殖的更快，使它们在与ＲＮＡ细胞对营养的竞争中胜出。
（一）新基因的获得：1.基因组基因部分或全部基因的倍增；2.从其他物种中获得基因
1. 基因的倍增 全基因组倍增 基因组倍增的证据：现存基因组中留下进化史中发生的基因倍增痕迹；得到基因倍增的证据很难，因为基因组 是不断地进化的；要标记基因组倍增，就必须发现两个基因排列顺序相同或相似的基因组合；酵母上发现了基 因组倍增的证据。
基因组进化包括已有基因的重排；结构域倍增（domain duplication）和混排（domain shuffling）；分子钟：20世 纪60年代首次提出，认为核苷酸或氨基酸的取代是以恒定的速度进行的。这意味着两个序列的差异程度能用于 确定它们祖先序列趋异的时间。校正分子中通常是参考化石记录，计算出每一百万年多少个核苷酸被取代。； 组织血纤维蛋白溶酶原激活蛋白
1. 蓝藻门：最主要的特征是原核，不具载色体，色素主要为叶绿素a，贮藏物质主要为蓝藻淀粉，细胞壁成分 主要为粘肽。 2、绿藻门：具载色体主要含叶绿素a和b，贮藏物质为淀粉，细胞壁由纤维素构成，鞭毛常二根等长。 3. 轮藻门：外形有类似根、茎、叶的分化，有节与节间。色素、细胞壁的成分和贮遗物质，都与绿藻相同，鞭 毛两根等长顶生。 4. 硅藻门（Bacillariophyta）：细胞壁由两个半边套合而成，色素主要为叶绿素a、叶绿c和藻黄素，贮藏物质为 脂肪及金藻昆布糖，细胞壁富含硅质，硅质壁上具有排列规则花纹。 5.褐藻门：褐藻载色体中含叶绿素a和c，贮藏物质为海带多糖和甘露醇，细胞壁含纤维素、褐藻胶，鞭毛两根 不等长侧生。
藓纲 一、藓纲的一般特征 植物体（配子体）多为有茎、叶且辐射对称的茎叶体，茎具中轴，叶具中肋，孢子体中孢蒴有蒴齿，无弹丝。 原丝体发达。 二、藓纲的代表植物
葫芦藓(Funariahygrometrica)
苔纲与藓纲的比较
苔纲
配子通体常是两侧对称，有背腹之分通，常假直根立单，细辐胞射对称， 假根为单列细胞
从生物大分子到原始生命
生物大分子如何从随机组合到有序组装，抑制显示与生命相关的生化特性，目前还无法用实验重 现，只能通过推测和计算机来模拟。 生命进化的最大门槛：多核苷酸和多肽必须协调作用，以形成自身复制的生化系统。 蛋白质合成需要多核苷酸指导，多核苷酸自身复制需要蛋白酶催化，那么是现有核酸还是先有蛋 白？两种互相互补的大分子随机形成的可能性存在吗？
被子植物
被子植物的生活史
裸子植物和被子植物的基本区别
裸子植物
被子植物
1
种子裸露，没有果皮包被
种子不裸露，包被在果皮之内
Fra Baidu bibliotek
2
种子的胚具有2至多个子叶
种子的胚具有1或2个子叶
3
有孢子叶球，而无真正的花
具有真正的花
4 有管胞，无导管（买麻藤纲除外）
有导管、管胞
5
都是木本，多乔木
有草本也有木本
6 主要是风媒传粉，传粉时有传粉滴 有风媒、水媒、虫媒和鸟媒传粉，传粉时无传粉滴
裸 子 植 物 生 活 史
二、裸子植物的分类 裸子植物是一个自然的分类群，裸子植物门通常分为苏铁纲、银杏纲、松柏纲、红豆杉纲、买麻藤纲。 现代裸子植物有5纲，9目，12科，71属，约800种。我国是裸子植物种类最多、资源最丰富的国家，有5纲，8 目，11科，41属，236种。有许多为孑遗植物，或“活化石”植物。我国的裸子植物是重要的造林树种。
藻类 藻类的生活史有三种基本类型：只有单相植物体，唯有合子才是双相的，如水绵、轮藻；只有双相植物体，唯 有配子才是单相的，如硅藻、鹿角荣；有单相植物体也有双相植物体的，如刚毛藻、石克海带。 在具有单、双相植物体的藻类生活史中，出现单相植物体与双相植物体轮替发生的现象，出现有性世代与无性 世代轮替发生的现象此为世代交替。异形世代交替比同形世代交替进化。所有高等植物都是异形世代交替。根 据各种特征，藻类分成十一个门和一个类。
6、红藻门：红藻门分为红毛菜纲(Bangiophyceae)和红藻纲(Rhodophyceae), 约4000余种。绝大 多数水生(淡水与海水)，少数为气生。红藻载色体中含叶绿素a，叶绿素d和藻胆，贮藏物质为红 藻淀粉，细胞壁含纤维素和果胶物质，细胞概无鞭毛。
藻类的世代交替
苔藓植物（bryophyte ） 苔藓植物门(Bryophyta)绿色无种子的绿色植物。至少18,000种，可分为3纲：苔纲(Bryopsida或Musci)、藓纲 (Hepatopsida或Hepaticae)及角藓纲(Anthotopsida或Anthocerotae)。 苔纲 一、苔纲的一般特征 植物体（配子体）多有背腹之分；孢子体简单，无朔齿，多数无蒴轴，有弹丝，原丝体不发达。 二、苔纲的代表植物 地钱属：绿色分叉的叶状体，背面多菱形网纹，中心有1个白点下面有单细胞的假根及紫色鳞片。上表皮、气 室和营养丝、贮藏组织，下表皮、鳞片、假根。（一）地钱属 1、地钱的形态构造 2、地钱的有性生殖 3、孢子体及无性生殖 4、营养繁殖：胞芽 5、生活史：具异形世代交替，配子体发达，孢子体退化，寄生在配子体上面，孢子萌发要经过原丝体阶段， 精子要借助于水游动受精。配子体雌雄异体。
最早的生化系统以RNA为中心 生命起源研究的一项重大突破：20世纪80 年代人们发现具有催化活性的RNA。 目前已知的RNA合酶有三类：1.催化自身切割2.切割其他RNA 3.合成多肽
生命起源最初的可能途径 1. RNA最初以一种缓慢随意的方式复制 2. 互补多聚化过程很不精确，以致产生多种RNA序列，最终导致初期具有核酶特征的RNA。 3. RNA核酶(ribozyme)用于指导自身及其他RNA复制，在自然选择作用下，复制效率最高的系统逐渐处于主导 地位（有实验体系可以证明）。 4. 脂膜的出现，将一个或多个核酸包裹成囊，为RNA提供一个封闭的环境，使生化反应受控进行。
RNA的功能转变 虽然越来越多的核酶催化反应在体外实验实验中被证实，但蛋白酶催化比RNA 催化更有效，蛋白酶催化逐渐 取代RNA核酶催化，基因组功能发生根本变化。 原基因组RNA不再直接负责生化反应，而成为编码分子。但编码分子是由核酶转化来的，还是有核酶催化来的 还不清楚。
最初的DNA基因组 RNA失去酶功能，而作为编码功能显得不合适，因为2-OH基团的引起RNA磷酸二酯键相对不稳定，向功能更 稳定的转化变得不可避免。 RNA转变为DNA只需还原2-OH基团，使核糖核酸变为脱氧核糖核酸，尿嘧啶被其甲基化的衍生物胸腺嘧啶取 代可能使DNA更稳定。 在稳定选择压力下，双链DNA作为编码分子肯定具有优势，其互补链可以作为修复模板。
在，是单倍体
3倍体以上
10 大多数种子内有强烈的多胚现象
种子内通常只有一个胚
11
不形成果实
形成果实
第二章 植物细胞 (1) 原生质膜 细胞通过调节膜脂组成来优化膜的流动性，如在低温时增加不饱和脂肪酸的含量。 磷脂的自由运动：磷脂的侧向扩散、旋转、摆动、上下浮动、上下翻滚等运动。 (2)胞间连丝 （3）赫氏丝 当细胞出现寒冷驯化反应时，赫氏丝的数量增加，表明增强质膜和细胞壁间的互相作用有助于保护原生质体不 受低温引起的脱水反应。 电子显微镜分析发现赫氏丝是与细胞壁保持紧密连接的质膜形成的原生质细管，它们仍旧与质膜保持连续。 (4)核 核仁 核仁负责转录、加工核糖体 RNA 转录本，并将核糖体 RNA 和输入的核糖体蛋白装配成为核糖体蛋白以及转运 到细胞质中。 (5)内质网(ER) 三种型式人：1.粗糙内质网；2.光面内质网；3.核膜 (没有内质网，就没有细胞的内膜系统！) （6）油体 种子中的油类已三酰甘油的形式贮存，为胚胎的萌发和早期生长提供能量。 三酰甘油进入内质网双层膜的内部聚集，并在油脂蛋白界定的位点上出芽。 (7)蛋白质体 种子中贮存的蛋白是种子萌发是主要的氨基酸来源，禾本科两类贮藏蛋白：水溶性球蛋白（globulin ，贮藏液 泡中） 和醇溶性谷醇溶蛋白（prolamin，贮藏蛋白体中）。 醇溶贮存蛋白在蛋白提内聚集，蛋白替从粗面内质网特定 部 位出芽。 (8)高尔基体 高尔基体在分泌途径占据中心位置，主要功能为：1.Exocytosis（胞吞作用）和 Endocytosis（内吞作用）从内质 网接受新和成的蛋白和脂类，并导向细胞表面或液泡。2. 在植物中参与细胞壁多糖的合成、加工修饰和转运。 (9)液泡 液泡的功能 贮藏：离子、糖类、色素、氨基酸、和蛋白等； 消化：液泡含有蛋白酶、核酸酶、糖苷酶和酯酶；破坏和回收程序性死亡细胞营养成份； 维持 pH 值和渗透压稳定； 积累有毒物质抵御病原菌和草食类动物；将毒素物质累积到液泡也是植物抵御毒害手段之一。 形成色素：吸引传粉者和种子传播者；屏蔽紫外线等有害射线，防止光氧化对植物的损伤。 (10)线粒体 线粒体是细胞的能量工厂，通过与电子传递链象偶联的柠檬酸循环(citric acid cycle)产生 ATP。 线粒体具有许多原核生物重要特征 线粒体的核糖体类似与原核生物核糖体，甚至在 RNA 和核糖体蛋白序列上有许多类似之处。 线粒体与原核生物一样通过分裂增殖。 拥有与原核生物基因组 DNA 类似的环状 DNA。 和原核生物一样，线粒体 DNA 形成一个或多个和磨相关的拟核。 （因此，线粒体被认为是起源于早期入侵真核生物的原核生物。） (11)质体 质体是仅存于植物和藻类细胞中的主要细胞器。质体参与光合作用，贮藏各种产物，以及合成植物细胞基本构 架积功能所需的关键分子。和线粒体一样被摸包裹，具有合成一些自身蛋白所需的遗传机制。 前质体（Proplastid）是合成其他质体的前身。
平行进化与趋同进化的区别： 平行进化：亲缘关系较近的植物种或植物类群，经过平行进化产生相似的特征 趋同进化：亲缘关系较远的的植物种或类群，由于适应相同的生境而形成了相近的特征
世代交替 世代交替广义指的是生物生殖过程中，存在着有性世代（孢子体，双倍体）和无性世代（配子体，单倍体）无 性生殖的交替出现，称为世代交替。
授课内容 1.生命的起源和植物的系统进化；2.植物细胞；3.光敏色素与光调控；4.植物激素（1）；5.植物激素（2）；6.植 物对病原体的应急反应；7.植物的逆境反应；8.衰老与细胞凋亡；9.信号的感应和传递；10.植物的表观遗传。
第一章 生命的起源和植物的系统进化 （一）生命的起源 生命起源的化学基础： 原始大气层主要成分：甲烷和氨气，没有氧气! 对甲烷和氨气混合气体进行放电导致一系列氨基酸的化学合成，它们可以进一步反应说出其他氨基酸、嘌呤、 嘧啶以及少量糖。
配子体7 退化，寄生在孢子体上，雌配子体永远被包配裹子在体胚更退化，只有几个细胞，完全寄生在孢子体上 珠里
雌配子8 体的最初发育阶段的游离核数目很多雌，配时子间体长的。最产初发育阶段的游离核数目少时间短，不产生颈卵器 生颈卵器
胚乳就9 是雌配子体（母本的），很发达，胚受乳精较作发用达前，就是存双受精作用后产生的， 父母本双方特性，是3倍体或
2. 从其他物种获得基因 1.微生物：在进化过程中主要是横向基因转移（lateral gene transfer），包括接合（Conjugation ），转化
（Transformation）。 2. 植物：在进化过程中主要通过种间杂交异源多倍体（Allopolyploidy）。 3. 动物：种间屏障不容易跨越，主流观点认为进化主要通过逆转录病毒和转座元件。