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植 物 生 理 学

植 物 生 理 学. 北郊中学 姜文波. Welcome!. 第一章：植物的水分代谢 研究内容 ：植物与水分的关系（作用、存在状况）、水分代谢（吸收、运输、排出）. 第一节：植物对水分的需要 一、植物的含水量 ： 与种类、器官、组织、代谢强度、环境条件有关 生命活动旺盛，水分含量较多：如种子萌发 二、植物体内水分存在状态 自由水→代谢强度→亲水胶体的两种状态：溶胶与凝胶 结合水→抗性（干旱等） 三、水在生命活动中的作用 ：

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  1. 植 物 生 理 学 北郊中学 姜文波 Welcome!

  2. 第一章：植物的水分代谢 研究内容：植物与水分的关系（作用、存在状况）、水分代谢（吸收、运输、排出）

  3. 第一节：植物对水分的需要 一、植物的含水量： 与种类、器官、组织、代谢强度、环境条件有关 生命活动旺盛，水分含量较多：如种子萌发 二、植物体内水分存在状态 自由水→代谢强度→亲水胶体的两种状态：溶胶与凝胶 结合水→抗性（干旱等） 三、水在生命活动中的作用： 1.成分 2. 反应物质 3. 吸收与运输的溶剂 4. 维持固有姿态——光、气

  4. 第二节：植物细胞对水分的吸收 三种方式：渗透、代谢、吸胀 一、细胞的渗透性吸水 ㈠、自由能与水势 自由能、束缚能、化学势、 水势：每偏摩尔体水化学势 是相对值，是建立在化学势概念的基础上的，任何引起化学势改 变的因素均可引起水势改变 纯水：0，溶液：<0 如：海水：-25bar， 1MKCl：-44.6bar 1M蔗糖：-26.9bar 不同环境下叶片的范围：完全膨胀的叶片：0 生长迅速、水分供应充足：-2~-8bar 生长缓慢、土壤干旱：-8~-15bar 　水往低处流（水势）

  5. ㈠、渗透作用： 　　渗透作用 渗透势 ㈡、植物细胞是一个渗透系统 1.为什么？ 2.渗透膜？ 3.实验验证：质壁分离与质壁分离复原 　　㈢、细胞的水势

  6. ㈠、细胞的水势 ψw=ψπ+ψP+ψM ψw： ψπ： ψP：一般>0，何时=0？何时<0？ ψM：<0 正常细胞中以上三者之间的关系： p11图1-2（具液胞） 1.处于液相中： 2.处于纯水中： 3.质壁分离临界状态时： 4.处于气相中：（剧烈蒸腾）

  7. ㈤、细胞间水分的移动 水势高低影响水分移动的方向与速度 水势梯度：通常：土壤>根系>茎>叶 雨水充足时：土壤<根系<茎<叶（暂时） 特殊：土壤溶液浓度过高—>？

  8. 二、细胞的吸涨作用 亲水胶体吸水膨胀。 蛋白质、淀粉、纤维素 ——————————>降低 三、细胞的 代谢性吸水：能量，通过质膜 机理尚无可靠的解释

  9. 四 、水分进入细胞的途径 水分子怎样通过膜系统进出细胞？ 1.单个水分子 膜脂双分子层间隙 2. 水集流（bulk flow) 水孔蛋白的水通道 膜内在蛋白，存在于动物细胞与植物细胞质膜、液胞膜

  10. 第三节 植物根系对水分的吸收 主要器官：根的根毛区 一     根系吸水的动力 根压和蒸腾拉力 ㈠、        根压 证明：1.伤流：伤流液 2.吐水： 根系活力强弱的指标

  11. （二）、蒸腾拉力 根部被动吸水， 实验证明：麻醉的、死亡的、或无根的枝条吸水 插花

  12. 第四节蒸腾作用 一、        生理意义与作用部位 ㈠、        生理意义： 1.     水分运输与吸收的动力 2.     矿物质、有机质 3.     降温 速度与生长速度无关，而与环境有关

  13. ㈡、部位： 幼小的植株： 长大的植株：1.气孔 2. 皮孔（0.1%）3.角质：果胶、孔隙 但对于一些特殊的生态类型，角质蒸腾也占相当的比例。

  14. 一、气孔蒸腾 气孔：水、氧气、CO2—>蒸腾、光合、呼吸 ㈠、小孔扩散原理： 气孔符合小孔扩散原理 ㈡、气孔运动 保卫细胞：肾形（稻、麦等哑铃形）….. 1.体积小 2.含叶绿体， 原因：吸水膨胀与失水收缩

  15. ㈣、影响气孔运动的因素 1.光强….光补偿点下光强气孔关闭 　　光质：蓝、红光最好 2.温：适度范围内：↑气孔开度↑；30℃最高；↓气孔开度↓；低温不能很好开启 3.气：CO2：低浓度张开；高浓度关闭 4.湿：叶片含水量正常： 蒸腾剧烈时：失水　关闭 久雨后：饱和，被表皮挤压，关闭 5.化学物质：改变膜透性、阻止光合作用

  16. 第五节植物体内水分的运输 土壤→根→茎、叶等→代谢、蒸腾、吐水等→空气 水分运输的途径 水分在植物体内的运输途径： 质外体、共质体 水分在茎、叶细胞内的运输途径： 1.经过死细胞：长距离 速度快 扩散 2.经过活细胞：短距离 速度慢 　 渗透

  17. 　第二章           植物的矿质营养 1.   如何确定植物必需的矿质元素？ 必须元素必须具备的三个条件： 1. 如缺乏… 2.特异的，不能替代… 3.直接效果，不是间接或相互作用的效果

  18. 2.必需元素、大量元素与微量元素 大量：10:C、 H、 O、N、 P 、S、 K 、Ca、 Mg、Si 微量：9： Fe、 Mn、 Bb、 Zn、 Cu、 Mo、 Cl、 Na、 Ni

  19. 一、植物必需矿质元素的生理作用 1 组成 2.调节（酶） 3电化学 ㈠大量元素 1.N：a.来源： b.生命元素？（1-2%） c.过多或过少会如何？ 2.P：ATP　磷脂等 　　　过少（生长、颜色（暗绿、红or紫）、成熟延迟..） 3.K： 4.S： 5.Ca： 6.Mg：a.来源、存在形式： b.生理作用？（叶绿素等）

  20. 7. Si: a. 来源：H4SiO4 b. 存在形式:主以非结晶水化物形式（SiO2.nH2O)沉积于内质网、细胞壁、和细胞间隙中，也可以与多酚类物质形成复合物称为细胞壁加厚的物质，以增加细胞壁的刚性和弹性。 c. 生理作用？抗性 ㈡、微量元素（略）

  21. 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收 一、生物膜 1.稳定的内环境 2. 物质转运、信号传递、细胞识别等 3. 多种酶结合位点，使酶促反应高效、有序的进行 4. 形成具有不同功能的细胞表面特化结构 流动性 不对称性 ㈠膜的特性和化学成分 1.选择透性：水易过；易溶于脂的易过→亲水性与亲脂性 光合、呼吸、蛋白质合成等

  22. 二、细胞吸收溶质的方式和机理 方式：简单扩散　杜南平衡、载体运输、离子泵运输、胞饮作用 ㈠简单扩散： ㈡杜南平衡：前提：细胞内存在不扩散离子

  23. ㈡、载体运输 载体运输学说： 载体蛋白类型： 1.单向运输载体：如Fe2+、Zn2+、Mn2+、Cu2+等 2.同向运输器：H++其他离子or 分子， 如Cl-、NO3-、NH4+、PO43-、Aa、Sugar等 3.反向运输器： H++其他离子or 分子，

  24. ㈢、离子泵运输： • 离子泵运输学说:ATP酶—降解ATP—驱动离子运输 • 主：质子泵 • 质子泵： • l质子泵运输学说： • 生电质子泵：多数资料表明是H+-ATP酶 • 内容 1.分解ATP→H+外运 • 质子浓度梯度与膜电位梯度 • 2.通道蛋白（运输蛋白）将H+运进；并伴随协同运输阳离子： • 同向运输，初级主动运输与次级主动运输

  25. ㈣、 胞饮作用 定义： 1. 需能 2.非选择性 3. 吸收大分子 甚至病毒、细菌.. 4. 不是主要吸收过程，特殊时才发生 5. 吸收物质的两个去向：囊泡溶解；液胞 类似于溶酶体

  26. 第三节 植物对矿质元素的吸收 ＼ 一、特点： ㈠、对盐分和水分的相对吸收 1.有关：溶解；随水流一起进入根部自由空间；盐吸收促进水吸收；水充足，有利于肥料的吸收 2.无关：机理不同→量上不依赖

  27. 　　（二）、离子的选择吸收 1.对同一溶液中的不同离子：载体，如番茄：Ca、Mg；水稻Si eg：p46，图2-13 2.对同一盐分的阴阳离子：生理酸性盐、生理中性盐、生理碱性盐 如何区分？ 另外：同一植物不同生长阶段对离子也有选择性吸收

  28. （三）、单盐毒害和离子对抗 1.单盐毒害：定义；阳离子较明显 具体表现：根停止生长；生长区细胞壁黏液化，细胞破坏，最后变成一团没有结构的东西 2.离子对抗：定义；Ca-K；Ba-Na； 但Na、K之间、Ca、Ba之间不拮抗（同族之间） 3.平衡溶液：定义；合适比例的多盐溶液，各种离子的毒害作用已基本消除

  29. 二、根部对溶液中矿质元素的吸收 　　㈠吸收区域：？？ ㈡吸收过程： 1.把离子吸附到根部细胞表面： a：交换吸附， b：不需能量，（非代谢性） c：与温度无关 2.离子由自由空间进入皮层内部： ３．遇到凯氏带，进入细胞，通过胞间连丝运输，最终到达导管 三、根外施肥

  30. 四、影响根部吸收矿物质的条件： 交换吸附 主动吸收 内部、外部条件 ㈠温度：1.单峰曲线 2. 高温：酶　透性 3.低温：代谢弱　粘性 ㈡通气： 氧气　二氧化碳   ㈢溶液浓度：

  31. ㈣[H+]即pH值 1.pro. 两性电解质 2.离子的溶解状态：eg：Fe、PO4 、etc 为什么酸性土壤一般会缺少PO4 、K、Ca、Mg等4元素？ 咸酸田，pH2.5~5.0, Al,Fe,Mn等溶解度加大，植物受害 3.微生物活动： pH低：根瘤菌死亡、固氮能力丧失 pH高：反硝化细菌发育良好 NH3 硝化作用 反硝化作用） NO3 NO2中间物 N2 硝酸还原作用 （土壤细菌） 一般植物：最佳生育pH6~7 ㈤、离子间的相互作用：载体的竞争效应：

  32. 第四节：无机养料的同化 主 N、P、S 一、N素同化 （一）植物的N源 l21C的重点科研课题：合理利用氮肥及提高N素的利用率 l中国土壤耕作层含N量：0.06~0.1%，有效N：1% l土壤中含N化合物：有机~、铵盐、硝酸盐 有机~：缓效N 1.不易或不能被直接利用 2.Aa及酰胺类可直接进入细胞（如细胞与组织 培养），但源有限 3.尿素：可直接~，但土壤中尿酶将之→NH3 无机：速效N ： 营养效应相似，但吸收利用上有差异

  33. NO3--N NH4+-N 1. 氧化态 还原态 2. 生理碱性盐 生理酸性盐 3.最适pH ↑↓ ↑↑ 4.能量消耗 多 少 5.离子组分 促进阳离子吸收 减少阳离子吸收 及平衡效应 6.物种差异 黄瓜、甜菜 水稻、茶树 NR活性高 玉米：两者均需

  34. （二）硝酸盐的代谢还原 总反应式：NO3-+8e+NAD(P)H+9H+→NH4++3H2O+NAD(P)+ 反应场所：根、叶 所需酶：NR、NiR 还原过程：NO3-→NO2-→[H2N2O2]→[NH2OH]→NH3 1.NR：a：存在于细胞质中 b：钼黄素蛋白：FAD、 Cytb557、 MoCo电子传递体（p44) c：诱导酶 d: 还原剂：NADH，NADPH （实验取材时注意事项） 2.NiR： a：chlo中 b：含西罗血红素的复合蛋白， 活性中心具Fe4-S4簇结构 p44 c：e供体：叶中还原性Fd（来自于光合作用） 细胞质中

  35. （三）氨的同化： 植物体内的NH3必须立即被同化，多余NH3抑制呼吸电子传递链 1.还原氨基化：消耗NADH NH3+α-酮酸+NADH+H+氨基酸 2.氨基交换作用：体内形成Aa的主要方式之一 须有转氨酶和磷酸吡哆醛参与 3.直接转化为氨甲酰磷酸： NH3+CO2+ATP NH2COOPi+ADP 4.与氨基酸直接结合形成酰胺：消耗ATP主谷氨酰胺 可以用以检测N肥是否充足

  36. （四）生物固氮 固氮作用、工业固氮、自然固氮（闪电固氮、生物固氮） 1 3 （ 1 9） 1.固氮生物的类型 豆科根瘤菌 共生 非豆科的放线菌：如与松、云杉、葡萄等… 与满江红共生的蓝藻 厌氧、自养的巴氏梭菌 非共生 需氧、自养的固氮杆菌 光合细菌 化能自养细菌 蓝绿藻 固氮直接产物：NH3? 实验证明：同位素示踪法 15N2、 15NH3培养基 谷氨酸

  37. 2.固氮作用的生物化学：均需固氮酶 固氮酶：1.铁蛋白+钼铁蛋白 两组分需同时存在 2亚基 4 豆科植物与根瘤菌共生时还需Co→VB12→ 与形成豆血红蛋白有关 2.固氮酶循环一次：传递1e，消耗2ATP 但需8e、8ATP：其中2e 1H2 25%浪费 3.固氮发生在Mo-Fe.Pro上；ATP结合在Fe-蛋白上 4.Fd ：e供体 5.最终产物：NH3 6.严格的无氧环境 7.质子来源于水

  38. 8.固氮酶可使 ：C2H2 C2H4可用气相色谱法测定 9.H2 H++e 还原 Fd 氢化酶 10. H2 生物产能的一种方式 11. 固定1分子N2需16分子ATP 固定1gN2需12g有机物 如何减少能量损耗

  39. 活化硫酸盐 二、硫酸盐同化 SO42-+ATP→APS PAPS→Cys、Met、 ATP 三、磷酸盐同化 1.氧化磷酸化：ADP+Pi ATP 2.转磷酸作用：ADP+1，3-二磷酸甘油酸 ATP

  40. 第五节、矿物质在植物体内的运输及分布 一、运输： inc：向上、向下运输以及地上部分的分布及以后的再次分配等等 1.形式：eg：N：Aa、酰胺 P：H3PO4及少量有机磷化合物（根内合成） S：SO42-、少量Met及GSH 金属：离子（从根部随蒸腾流上升or按浓度扩散） 2.途径：应用放射性同位素实验 1.42K柳茎实验：根p49 结论： 2.32P棉花茎实验： 叶 结论： 3.速度：30-100cm/hr

  41. 二、矿物质在植物体内的分布： 与是否参与循环有关！ 1.参与循环的元素：eg：N、P、K、Mg、Zn.. 以离子或不稳定的化合物存在 a：代谢旺盛的部位： b：正在发育的果实、种子或贮藏器官 c：落叶之前 d：排出体外：雨、雪、雾等损失、根部排出 2. 不参与循环的元素：eg：Ca、Fe、S、Mn…不可被重复利用 难溶解的化合物 可被重复利用

  42. 第三节合理施肥的生理基础 据：元素作用、需肥规律 来适时施肥 一、需肥规律： 1.不同作物要求不一、人们对作物的食用部分的不同要求不一 P：种子 N：叶菜 K：根茎类 2.不同生育期不一 3.不同生育期施肥，增产效果不一 △最高生产效率期（植物营养最大效率期） 一般在生殖生长时 ：菜浇花

  43. 二、合理施肥的指标： 1.形态指标：相貌、叶色…. 2.生理指标： ①、营养元素的分析诊断 ▲需肥临界期 ▲临界浓度 ②、chl含量 ①、酰胺类物质 ②、酶活：判断微量元素时有很大价值 NH3、NO3-不足 NR↓、谷氨酸脱氢酶↓

  44. 三、施肥增产的原因 1.增大光合面积（N） 2.提高光合性能（N、P） 3.延长光合时间（N） 4.促进光合产物运输（K、P） 5.减少光合产物的积累（K） 一、发挥肥效的措施 除合理施肥外还需 1.适当灌溉 2.适当深耕 3.改善光照 4.控制反硝化 5.改善施肥方式

  45. 1.名词解释：离子通道运输、载体运输、离子泵运输、生理中（酸、碱）性盐、单盐毒害与离子对抗、平衡溶液、生物固氮1.名词解释：离子通道运输、载体运输、离子泵运输、生理中（酸、碱）性盐、单盐毒害与离子对抗、平衡溶液、生物固氮 2.结合固氮酶的生化特性，简要阐述生物固氮的过程。 3.植物细胞主动吸收矿质元素的特征和步骤。 4.植物是如何吸收和利用硝酸盐的？ 5.植物必需矿质元素必须具备的三个条件？必需的矿质元素在植物体内的主要生理作用？ 2思考题

  46. 第二章植物的光合作用 C素营养是植物的生命基础： 1.组成（90%—45%） 2.骨架 “万物生长靠太阳” 光合作用 碳素营养自养与异养 某些微生物和少数高等植物如：无茎草属植物

  47. 第一节光合作用的重要性、特点与历史 一、重要性 1988年Nobel奖金委员会在宣布三位德国光合作用研究者得奖的评语时称“光合作用是地球上最重要的化学反应 ” 6CO2+6H2O C6H6O6+6O2 △G=686.000千卡 1.将无机物 有机物 2×1011吨C素（40%浮游植物、60%陆生植物） 2.Q：a：2×1011×686/6×106/12≈1020焦耳 b：光和放氢：重要燃料 3.O2：p56图3-1 a：维持大气中O2/CO2平衡 b：O2 O3

  48. 其他：生产实践中、国防工业 如：1. 农林的耕作、栽培 2. 西部：退耕还林、退耕还草 3. 模拟光合作用人工合成食物 4. 军事上鉴别掩体 ………..

  49. 二、特点 1.根据C、O的价位判断：氧还反应 2. H2O O2； CO2 （CH2O）n 3.光合作用整个过程并不完全需要光

  50. 三、历史 1. 1771 ， J.Priestly 发现光合作用的时代 2.几年后，Ingenhousz 绿色植物在光下才能清洁空气 3.1782， Jean Senebier（瑞士牧师）植物需CO2作为养料 4.1804，de Saussure 植物同化CO2时消耗水 5.1817，Pelletier Caventou（法）分离出chlo 6.1845，Robert Mayer（医生）：植物将光能转化为化学能 7.1864，J.Sachs：发现有淀粉粒的形成 8.1880，Eegelmann：水绵实验： O2的释放与chlo的关系 叶绿体的吸收光谱与光合作用光谱的一致性 本c初：nCO2 +nH2O nO2+淀粉+化学能

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