植物生理学
一、植物生理学概述
(一)植物生理学的研究内容
1.植物生理学（plant physiology）：以学习和研究构成植物的各个部分乃至整体的功能及其调控机制为主要内容，通过了解其功能实现过程及其调控的机制来不断深入地阐明植物生命活动的规律和本质.
人为将植物的生命活动分为物质与能量代谢，信息传递和信号转导，生长发育与形态建成。
植物的生长发育是植物生命过程的外在表现。生长指由于细胞数目的增加/细胞体积的扩大而导致的植物个体体积和重量的增加。发育指由于细胞的分化所导致的新组织/新器官的出现所造成的一系列形态变化（或称形态建成），包括从种子萌发到死亡的全过程。植物生长发育的基础是植物体内物质和能量代谢过程。
2、植物生理学的基本内容：
(1)细胞结构与功能：它是各种生理活动与代谢过程的组织基础；生命现象是细胞存在的运动方色。
(2)代谢生理：即水分生理、矿质与氮素营养、光合作用、呼吸作用、同化物的运输分配、以及信息传递和信号转导等；
(3)发育生理：它是各种功能与代谢活动的综合反应，包含植物的生长物质、植物的生长、分化、发育、生殖与衰老等；
(4)环境生理：主要介绍影响植物生理代谢的环境因素以及植物对不良环境的反应。
(二)植物生理学的发展简史
1.植物生理学的孕育阶段（16~17世纪）
研究植物营养问题的试验
（1） 柳树枝条试验(Van Helment)
在一个大木桶中装入90kg土壤，栽植了一株2.27kg的柳枝，以后只浇灌雨水，而防止灰尘进入土壤中。5年后柳树重达76.7kg，而土壤重量只减少了几十克。范·海尔蒙特由此认为植物是从环境中摄取水分来构成其躯体的。是第一个用科学实验来探讨植物营养本质的人，否定了亚里士多德的植物营养的腐殖质学说（植物通过类似于动物经胃肠吸收营养的方式以植物的根从土壤中吸收腐殖质来构成其躯体）。
1771年，氧的发现者英国普里斯特利发现绿色植物有一定的净化空气的作用。
1779年，荷兰英格豪斯-----植物只有在光下才有净化空气的作用，并且只有植物的绿色部分才具备这种能力。
瑞士，索苏尔利用定量化学实验证明，植物在光下吸收的二氧化碳与放出的氧气有等体积关系，但植物体所增加的质量与放出的氧气质量超过了所吸收二氧化碳的质量，认为多余的质量是由水提供的。
法国布森高建立的植物无土栽培试验方法为植物矿质营养的研究奠定了技术基础。
⑵灰分分析试验(李比希,1840)
气体(CO2 H2O NO2…) 植物(燃烧) 灰分(P K Ca…)
矿质营养学说: 土壤提供了矿质营养，确立了植物区别于动物的“自养”特性。
著作：《化学在农学及生理学中的应用》，成为利用化学肥料理论的创始人 。李比希矿质营养学说的建立也标志着植物生理学作为一门学科的诞生。
2、 植物生理学诞生、成长阶段）
（1）自然科学三大发现： 细胞学说，能量守恒定律和生物进化论
（2）费弗尔和范特霍夫研究了细胞渗透现象，提出细胞渗透学说，科学地解释了水分进出细胞的现象。
俄国-季米里亚捷夫证明光合作用所利用的光就是叶绿素所能吸收的光。
（3）萨克斯《植物生理学讲义>> ，费弗尔《 植物生理学》两部著作的问世标志着植物生理学已经成为一门新兴的独立学科。从植物学和农学中分离出来。
3、现代植物生理学发展阶段
卡尔文和本森及同事利用放射性示踪（14C示踪）技术和纸层析技术揭示了光合作用中CO2同化的生化反应步骤，提出了著名的卡尔文循环代谢途径，即C3途径。
1965，美国-科思谢克等人发现了光合作用C4 途径。
随后人们又发现景天酸代谢途径(CAM).
美国-斯图尔德证实单个植物细胞在适当的条件下能够发育成为完整的植物个体。
植物光周期现象和光敏素的发现 ，生长素分子结构 ， 抗逆生理
20世纪20年代开始，钱崇澍、李继侗、罗宗洛、汤佩松讲授植物生理学、建立了植物生理实验室。
21世纪的植物生理学发展前景1、研究层次越来越深入 2、学科之间相互渗透3、理论联系实际4、研究手段现代化
二、植物细胞生理
(一)植物细胞概述
Ø 1665年英国学者胡克(Hooke)首次描述植物细胞
Ø 1838年和1839年德国植物学家施莱登(Schleiden)和动物学家施旺(Schwann)创立细胞学说(cell theory) (19世纪自然科学三大发现之一） 。
1.细胞的共性
1）所有的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；
2）所有细胞都有两种核酸，即DNA和RNA，它们作为遗传信息复制与转录的载体；
3）除个别特化细胞外，作为合成蛋白质的细胞器——核糖体，毫无例外地存在于一切细胞内；
4）细胞的增殖一般以一分为二的方式进行分裂，遗传物质在分裂前复制加倍，在分裂时均匀地分配到两个子细胞内，这是生命繁衍的基础和保证。
2.高等植物细胞特点
原核细胞(prokaryotic cell)：一般体积很小，直径为0.2～10μm不等，没有典型的细胞核，即没有核膜将它的遗传物质与细胞质分开，只有一个由裸露的环状DNA分子构成的拟核体(nucleoid)。除核糖体、类囊体外，一般不存在其它细胞器，原核细胞以无丝分裂(amitosis)方式进行繁殖。由原核细胞构成的有机体称为原核生物(prokaryote)
真核细胞(eukaryotic cell)：体积较大，直径约10～100μm，其主要特征是细胞结构的区域化，即核质被膜包裹，有细胞核和结构与功能不同的细胞器(cell organelle)；多种细胞器之间通过膜的联络形成了一个复杂的内膜系统。真核细胞的染色体由线状DNA与蛋白质组成，细胞分裂以有丝分裂(reduction mitosis)为主。由真核细胞构成的有机体称为真核生物(eukaryote)包括了绝大多数单细胞生物与全部的多细胞生物。
原核细胞与真核细胞的区别
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区别 |
原核细胞 |
真核细胞 |
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大小 |
1~10μm |
10~100μm |
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细胞核 |
无核膜 |
有双层的核膜 |
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染 色 体 |
形状 |
环状DNA分子 |
线性DNA分子 |
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数目 |
一个基因连锁群 |
2个以上基因连锁群 |
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组成 |
DNA裸露或结合少量蛋白质 |
DNA同组蛋白和非组蛋白结合 |
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DNA序列 |
无或很少有重复序列 |
有重复序列 |
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基因表达 |
RNA和蛋白质在同一区间合成 |
RNA核中合成和加工；蛋白质细胞质合成 |
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细胞分裂 |
二分或出芽 |
有丝分裂和减数分裂， |
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内膜 |
无独立的内膜 |
有，分化成各种细胞器 |
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鞭毛构成 |
鞭毛蛋白 |
微管蛋白 |
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光合与呼 吸酶分布 |
质膜 |
线粒体和叶绿体 |
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核糖体 |
70S（50S+30S） |
80S（60S+40S） |
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营养方式 |
吸收，有的行光合作用 |
吸收，光合作用，内吞 |
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细胞壁 |
肽聚糖、蛋白质、脂多糖、脂蛋白 |
纤维素（植物细胞） |
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