植物营养物质的运输分配和积累课件.ppt
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1、第七章 营养物质运输、分配和积累药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院第七章第七章 植物营养物质的运输、分配和积累植物营养物质的运输、分配和积累7.17.1 同化物运输的途径同化物运输的途径7.27.2 同化物运输的形式、方向与速率同化物运输的形式、方向与速率7.37.3 同化物在源端的装载和在库端的卸出同化物在源端的装载和在库端的卸出7.47.4 同化物在韧皮部运输的机制同化物在韧皮部运输的机制7.57.5 同化物的分配同化物的分配7.67.6 同化物的分配与产量的关系同化物的分配与产量的关系7.77.7 同化物运输与分配的调控同化物运输与分配的调控7.87.8 药用植物有效成分积累和运输
2、的特点药用植物有效成分积累和运输的特点第七章 营养物质运输、分配和积累药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院7.17.1同化物运输的途径同化物运输的途径 7.1.17.1.1短距离运输短距离运输(1 1)胞内运输)胞内运输 胞内运输指细胞内、细胞内运输指细胞内、细胞器之间的物质交换。胞器之间的物质交换。主要方式:主要方式:扩散作用、原生质环流、细扩散作用、原生质环流、细胞器膜内外的物质交换、囊胞器膜内外的物质交换、囊泡的形成泡的形成以及以及内含物的释放内含物的释放等。等。第七章 营养物质运输、分配和积累药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院 (2 2)胞间运输)胞间运输 胞间运输有胞间运输
3、有共质体运输、质外体运输及共质体与质外体之间共质体运输、质外体运输及共质体与质外体之间的交替运输。的交替运输。a.共质体运输共质体运输 主要通过主要通过胞间连丝胞间连丝(细胞间物质与信息的通道)。(细胞间物质与信息的通道)。无机离子、糖类、氨基酸、蛋白质、内源激素及核酸等均可无机离子、糖类、氨基酸、蛋白质、内源激素及核酸等均可通过胞间连丝进行转移。通过胞间连丝进行转移。b.质外体运输质外体运输 自由扩散的被动过程,速度很快。自由扩散的被动过程,速度很快。c.交替运输交替运输 物质在共质体与质外体间交替进行的运输形式。物质在共质体与质外体间交替进行的运输形式。第七章 营养物质运输、分配和积累药用
4、植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院7.1.27.1.2 长距离运输长距离运输 环割实验证明,有机物质的长距离运输通过韧皮环割实验证明,有机物质的长距离运输通过韧皮部的筛管。部的筛管。“树怕剥皮树怕剥皮”如果环割较宽,时间久了,根系如果环割较宽,时间久了,根系长期得不到有机营养,就会饥饿而死。长期得不到有机营养,就会饥饿而死。环割的利用:环割的利用:a.增加花芽分化和座果率。增加花芽分化和座果率。b.促进生根:促进生根:高空压条时进行高空压条时进行环割可以使养分集中环割可以使养分集中在切口处,有利于发根。在切口处,有利于发根。(a a)开始环割的树干)开始环割的树干 (b b)经过一段时间的)
5、经过一段时间的树干树干第七章 营养物质运输、分配和积累药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院7.27.2同化物运输的形式同化物运输的形式 、方向与速率、方向与速率(1 1)同化物运输的形式)同化物运输的形式利用利用蚜虫吻刺法和同位素示踪法蚜虫吻刺法和同位素示踪法证明:证明:蔗糖蔗糖占筛管汁液干重的占筛管汁液干重的73%以上,是有机物质的主要运输形式:以上,是有机物质的主要运输形式:优点:优点:a.蔗糖是非还原性糖,具有蔗糖是非还原性糖,具有很高的稳定性很高的稳定性,糖苷键水解需要很,糖苷键水解需要很高的能量。高的能量。b.蔗糖的蔗糖的溶解度很高溶解度很高,在,在0时时,100 ml水中可溶解
6、蔗糖水中可溶解蔗糖179g,100 时时溶解溶解487gc.蔗糖的蔗糖的运输速率很高运输速率很高。第七章 营养物质运输、分配和积累药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院 筛管筛管汁汁液中还含有微量的氨基酸,酰胺、植物激素、有机液中还含有微量的氨基酸,酰胺、植物激素、有机酸、多种矿质元素(酸、多种矿质元素(k+最多,最多,p其次)等。其次)等。少数植物除蔗糖以外,韧皮部汁液还含有棉子糖、水苏糖、少数植物除蔗糖以外,韧皮部汁液还含有棉子糖、水苏糖、毛蕊花糖等,它们都是蔗糖的衍生物。毛蕊花糖等,它们都是蔗糖的衍生物。有些植物含有山梨醇、甘露醇。有些植物含有山梨醇、甘露醇。(2 2)同化物运输的方向
7、与速率)同化物运输的方向与速率 运输的方向:运输的方向:由源到库。双向运输由源到库。双向运输 ,以纵向运输为主,以纵向运输为主,可横向运输。可横向运输。运输速度:运输速度:100cm.h-1。第七章 营养物质运输、分配和积累药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院不同植物同化物的运输不同植物同化物的运输速率速率:大豆:大豆:84 100cm.h-1 南瓜:南瓜:40 60cm.h-1生育期不同,运输速率也不同:生育期不同,运输速率也不同:南瓜幼苗时为南瓜幼苗时为72 cmh-1,较老时为,较老时为3050cmh-1。运输速率还受环境条件的影响:运输速率还受环境条件的影响:如白天温度高,运输速率
8、快,夜间温度低,运输速率慢。如白天温度高,运输速率快,夜间温度低,运输速率慢。成分不同,运输速率也有差异:成分不同,运输速率也有差异:如丙氨酸、丝氨酸、天冬氨酸较快;而甘氨酸、谷氨酰胺、如丙氨酸、丝氨酸、天冬氨酸较快;而甘氨酸、谷氨酰胺、天冬酰胺较慢天冬酰胺较慢 第七章 营养物质运输、分配和积累药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院 有机物质在单位时间内通过单位韧皮部横截面积运输的数有机物质在单位时间内通过单位韧皮部横截面积运输的数量,量,即比集转运速率(即比集转运速率(specific mass transfer rate,SMTR),单位:,单位:gcm-2h-1。SMTR=V.C V:
9、流速(流速(cm.h-1););C:浓度(浓度(g.cm-1)大多数植物的比集转运速率为大多数植物的比集转运速率为113gcm-2h-1,最高的可最高的可达达200gcm-2h-1 单位时间内转运物质的量单位时间内转运物质的量(g.h-1)韧皮部的横截面积韧皮部的横截面积(cm2)第七章 营养物质运输、分配和积累药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院7.37.3同化物在源端的装载和在库端的卸出同化物在源端的装载和在库端的卸出 7.3.17.3.1同化物在同化物在源源端的装载端的装载(1 1)装载途径)装载途径 一是一是共质体途径,共质体途径,同化物通过胞间连丝进入伴胞,最后进同化物通过胞间连
10、丝进入伴胞,最后进入筛管;入筛管;二是二是交替途径,交替途径,同化物由叶肉细胞,先进入质外体,然后同化物由叶肉细胞,先进入质外体,然后逆浓度梯度进入伴胞,最后进入筛管分子,即逆浓度梯度进入伴胞,最后进入筛管分子,即“共质体共质体-质外体质外体-共质体共质体”途径。途径。第七章 营养物质运输、分配和积累药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院第七章 营养物质运输、分配和积累药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院第七章 营养物质运输、分配和积累药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院(2 2)装载机制)装载机制 装载是一个高流速、逆浓度梯度的装载是一个高流速、逆浓度梯度的主动分泌主动分泌过程,过
11、程,受受载体调节载体调节。其其依据依据是:是:a.对被装载物质有选择性。对被装载物质有选择性。b.需要能量需要能量(ATP)供应。供应。c.具有饱和效应。具有饱和效应。第七章 营养物质运输、分配和积累药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院7.3.27.3.2同化物在库端的卸出同化物在库端的卸出(1 1)卸出途径)卸出途径 一条是一条是质外体途径质外体途径,如卸出到,如卸出到储藏器官或生殖器官,储藏器官或生殖器官,大多大多是这种情况。是这种情况。二是通过二是通过共质体途径共质体途径,通过,通过胞间连丝胞间连丝达到受体细胞,在细达到受体细胞,在细胞溶质或液泡中进行代谢。如卸到营养库(根和嫩叶),
12、就是胞溶质或液泡中进行代谢。如卸到营养库(根和嫩叶),就是通过这一条途径。通过这一条途径。第七章 营养物质运输、分配和积累药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院(2 2)卸出机制)卸出机制 一是通过一是通过质外体途径质外体途径的蔗糖,同的蔗糖,同质子协同运转质子协同运转,机理,机理与装载一样,是个与装载一样,是个主动运输的过程。主动运输的过程。二是通过二是通过共质体途径共质体途径的蔗糖,借助筛管的蔗糖,借助筛管分子分子与与库库细胞的细胞的糖浓度差糖浓度差将同化物卸出,是一个将同化物卸出,是一个被动过程。被动过程。第七章 营养物质运输、分配和积累药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院7.47
13、.4同化物在韧皮部运输的机制同化物在韧皮部运输的机制 7.4.17.4.1压力流动学说压力流动学说 (pressure flow theory)德国植物学家明希(德国植物学家明希(E.Munch)于于1930年提出的:年提出的:同化物在同化物在SE-CC复合体内随着液流的流动而移动,而液流复合体内随着液流的流动而移动,而液流的流动是由于源库两端之间的流动是由于源库两端之间SE-CC复合体内渗透作用所产生的复合体内渗透作用所产生的压力势差而引起的。压力势差而引起的。第七章 营养物质运输、分配和积累药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院压力流动学说的有关证据:压力流动学说的有关证据:a.韧皮部汁
14、液中各种糖的浓度随树干距地面的高度的增加而增加(与有机物韧皮部汁液中各种糖的浓度随树干距地面的高度的增加而增加(与有机物向下运输相一致);向下运输相一致);b.秋天落叶后,浓度差消失。有机物运输停止;秋天落叶后,浓度差消失。有机物运输停止;c.蚜虫吻刺法证明筛管汁液存在正压力。蚜虫吻刺法证明筛管汁液存在正压力。压力流动学说不能解释的问题:压力流动学说不能解释的问题:a.筛管内物质的双向运输。筛管内物质的双向运输。b.物质快速流动所需的压力势差远大于筛管两端压力势差。物质快速流动所需的压力势差远大于筛管两端压力势差。c.与有机物质运输的主动过程相矛盾。与有机物质运输的主动过程相矛盾。第七章 营养
15、物质运输、分配和积累药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院第七章 营养物质运输、分配和积累药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院7.4.27.4.2细胞质泵动学说细胞质泵动学说 筛管分子内腔的细胞质呈几条长丝状,形成胞纵连束筛管分子内腔的细胞质呈几条长丝状,形成胞纵连束(transcellular strand),纵跨筛管分子,束内呈环状的蛋白丝利用代,纵跨筛管分子,束内呈环状的蛋白丝利用代谢能,反复地、有节奏地蠕动,把含有糖分的细胞质长距离泵走,在谢能,反复地、有节奏地蠕动,把含有糖分的细胞质长距离泵走,在筛管内流动,被称之为细胞质泵动学说(筛管内流动,被称之为细胞质泵动学说(cytop
16、lasmic pumping theory)。可以解释同化物的双向运输问题可以解释同化物的双向运输问题 因为同一筛管中不同的胞纵连束可以同时进行相反方向的蠕动,因为同一筛管中不同的胞纵连束可以同时进行相反方向的蠕动,使糖分子向相反方向运输。但也有不同观点,认为在筛管中不存在胞使糖分子向相反方向运输。但也有不同观点,认为在筛管中不存在胞纵连束,蔗糖不能在同一筛管内双向运输。纵连束,蔗糖不能在同一筛管内双向运输。第七章 营养物质运输、分配和积累药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院7.4.3 7.4.3 收缩蛋白学说收缩蛋白学说 (1)(1)筛管内的筛管内的P-蛋白是空心的、管状的微纤丝(毛),
17、成蛋白是空心的、管状的微纤丝(毛),成束贯穿于筛孔,一端固定,一端游离于筛管细胞质内,仅鞭束贯穿于筛孔,一端固定,一端游离于筛管细胞质内,仅鞭毛一样颤动,可以推动集流运动。毛一样颤动,可以推动集流运动。(2)(2)筛孔周围的胼胝质的产生与消失对这种蠕动进行生理筛孔周围的胼胝质的产生与消失对这种蠕动进行生理调节。调节。P-蛋白的收缩和伸展需要消耗代谢能量。蛋白的收缩和伸展需要消耗代谢能量。收缩蛋白学说和细胞质泵动学说是对压力流动学说的补收缩蛋白学说和细胞质泵动学说是对压力流动学说的补充和完善充和完善:双向运输和需能的主动运输过程。双向运输和需能的主动运输过程。同化物运输的动力同化物运输的动力:渗
18、透动力、代谢动力。渗透动力、代谢动力。第七章 营养物质运输、分配和积累药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院7.57.5同化物的分配同化物的分配7.5.17.5.1同化物的源和库同化物的源和库(1 1)代谢源()代谢源(metabolic source)指能够制造并输出同化物的指能够制造并输出同化物的组织、器官或部位。组织、器官或部位。如绿色植物的功能叶,种子萌发期间的胚如绿色植物的功能叶,种子萌发期间的胚乳或子叶,春季萌发时二年生或多年生植物的块根、块茎、种乳或子叶,春季萌发时二年生或多年生植物的块根、块茎、种子等。子等。(2 2)代谢库()代谢库(metabolic sink)指消耗或贮
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