《植物生理学》十植物的生长生理U课件.ppt
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- 植物生理学 植物 生理学 生长 生理 课件
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1、第十章第十章 植物的生长生理植物的生长生理本章主要内容本章主要内容:种子的萌发(重点)种子的萌发(重点)植物细胞的生长和分化(了解)植物细胞的生长和分化(了解)植物组织培养(重点)植物组织培养(重点)植物生长的周期性植物生长的周期性(重点)(重点)植物的运动植物的运动(了解)(了解)v学习植物的生长生理意义学习植物的生长生理意义v植物生长与产量之间的关系植物生长与产量之间的关系v 营养器官与产量:营养器官与产量:v 生殖器官与产量:生殖器官与产量:v 种子与产量:种子与产量:v壮苗壮苗高产的基础高产的基础v 需要掌握植物生长生理及规律需要掌握植物生长生理及规律v植物的植物的个体发育是从形成合子
2、个体发育是从形成合子开始,但由于开始,但由于农业生产往往是从播种开始,因此,一般将农业生产往往是从播种开始,因此,一般将植物从种子萌发到形成新种子的整个过程称植物从种子萌发到形成新种子的整个过程称为植物的发育周期。为植物的发育周期。第一节种子的萌发第一节种子的萌发一、种子萌发概念一、种子萌发概念 生理学生理学:干种子从吸水到胚根(或胚:干种子从吸水到胚根(或胚芽)突破种皮期间所发生的一系列生理芽)突破种皮期间所发生的一系列生理生化变化过程。生化变化过程。农业生产上农业生产上:从播种到幼苗出土:从播种到幼苗出土(“突破地皮突破地皮”)之间所发生的一系列)之间所发生的一系列生理生化变化过程。生理生
3、化变化过程。种子萌发生理生化变化的实质种子萌发生理生化变化的实质:完成:完成植物由异养到自养的转变。植物由异养到自养的转变。二、种子的生活力二、种子的生活力 种子的生活力种子的生活力(seed viability)从本质)从本质上讲就是种子的生活能力或活力上讲就是种子的生活能力或活力(vigor),它直接通过种子的发芽力而),它直接通过种子的发芽力而得到体现。得到体现。个体个体:种子的生活力或发芽力有两层含义:种子的生活力或发芽力有两层含义:种子种子能否正常发芽能否正常发芽 芽的长势芽的长势强弱程度和发芽速度强弱程度和发芽速度 群体:群体:种子的生活力或发芽力也包含上述两层种子的生活力或发芽力
4、也包含上述两层含义外,还可通过含义外,还可通过幼苗的整齐度及壮苗所占比幼苗的整齐度及壮苗所占比率率等来衡量。等来衡量。v三、种子寿命三、种子寿命v种子寿命种子寿命(seed longevity):种子从发育成熟):种子从发育成熟到丧失生活力所经历的时间。到丧失生活力所经历的时间。v根据种子寿命的长短种子分类:根据种子寿命的长短种子分类:v 正常性种子正常性种子(orthodox seed):可耐脱水和):可耐脱水和低温、寿命一般较长的种子。低温、寿命一般较长的种子。v 顽拗性种子顽拗性种子(recalcitrant seed):不耐脱水):不耐脱水和低温、寿命往往很短的种子。和低温、寿命往往很
5、短的种子。v影响种子寿命的因素影响种子寿命的因素:湿度、温度、生物污染:湿度、温度、生物污染v种子生活力的快速鉴定种子生活力的快速鉴定v 发芽试验发芽试验:v 理化手段理化手段:如:如:TTC(2,3,5-三苯基氯化四三苯基氯化四唑)法、染料法、荧光法等。唑)法、染料法、荧光法等。v方法:省时、生料,准确、可靠。方法:省时、生料,准确、可靠。四、影响种子萌发的外界条件四、影响种子萌发的外界条件(一)水分(一)水分 干种子要能够正常萌发,首先要吸收足够的水干种子要能够正常萌发,首先要吸收足够的水分。分。水分进入种子体内,有两方面的重要性:水分进入种子体内,有两方面的重要性:1)、促使)、促使原生
6、质从凝胶态转变为溶胶态原生质从凝胶态转变为溶胶态,从,从而使代谢加强;而使代谢加强;2)、使)、使种皮软化,并使之透气性增强种皮软化,并使之透气性增强,因而,因而利于呼吸增强及胚根突破种皮。利于呼吸增强及胚根突破种皮。干种子吸水主要是干种子吸水主要是物理性的吸胀吸水物理性的吸胀吸水。(二)氧气(二)氧气 种子要能够正常萌发,还要保证正常的有氧种子要能够正常萌发,还要保证正常的有氧呼吸。因为萌发期间种子内部有机物的分解、合呼吸。因为萌发期间种子内部有机物的分解、合成与转变以及营养物质的运输等都需要有氧呼吸成与转变以及营养物质的运输等都需要有氧呼吸提供能量。提供能量。种子萌发所需氧气的含量通常应在
7、种子萌发所需氧气的含量通常应在10%以上。以上。(三)温度(三)温度 种子萌发所需温度也有种子萌发所需温度也有“三基点三基点”。其高低。其高低与植物原产地有关。与植物原产地有关。变温处理有利于种子萌发,且有利于提高种变温处理有利于种子萌发,且有利于提高种子的抗逆性。子的抗逆性。(四)光(四)光 需光种子(需光种子(light seed):):少数种子少数种子。如莴苣、烟草、拟南芥等如莴苣、烟草、拟南芥等 需暗种子(需暗种子(dark seed):):少数种子少数种子。如西瓜属、黑种草属等如西瓜属、黑种草属等 绝大多数植物的种子绝大多数植物的种子萌发对光照没有萌发对光照没有要求,有光无光均可萌发
8、。要求,有光无光均可萌发。四、种子萌发的生理生化变化四、种子萌发的生理生化变化(一)种子的吸水(一)种子的吸水 种子的吸水可分为种子的吸水可分为3个阶段:个阶段:急剧的吸水阶段急剧的吸水阶段:由吸胀作用引起,所有干种子都有这种吸水过程。:由吸胀作用引起,所有干种子都有这种吸水过程。吸水的停止阶段吸水的停止阶段:细胞吸水达饱和,体内各种代谢开始旺盛进行。:细胞吸水达饱和,体内各种代谢开始旺盛进行。重新迅速吸水阶段重新迅速吸水阶段:胚根已突破种皮,胚根长出后的再次大量吸水。:胚根已突破种皮,胚根长出后的再次大量吸水。死种子不能进行该过程死种子不能进行该过程。v(二)、种子的呼吸作用(二)、种子的呼
9、吸作用v种子萌发时的呼吸作用与吸水过程相似,也可分为三个阶段:种子萌发时的呼吸作用与吸水过程相似,也可分为三个阶段:v 种子吸胀吸水阶段种子吸胀吸水阶段,呼吸作用也迅速增强。此时的呼吸由已存在于种子细胞中而在吸水后活化的酶所催化的。,呼吸作用也迅速增强。此时的呼吸由已存在于种子细胞中而在吸水后活化的酶所催化的。v 吸水停滞阶段呼吸也停滞吸水停滞阶段呼吸也停滞(此时胚根尚未突破种皮,呼吸需氧受限;有些酶尚未大量合成)。(此时胚根尚未突破种皮,呼吸需氧受限;有些酶尚未大量合成)。v 再次大量吸水阶段呼吸作用又迅速增强再次大量吸水阶段呼吸作用又迅速增强。v 初期的呼吸主要是无氧呼吸,而随后是有氧呼吸
10、初期的呼吸主要是无氧呼吸,而随后是有氧呼吸v(三)、酶的活化与合成(三)、酶的活化与合成v种子萌发时酶的来源有:种子萌发时酶的来源有:v 已经存在于种子中、吸水后被活化的酶,如已经存在于种子中、吸水后被活化的酶,如-淀粉酶等;淀粉酶等;v 种子吸水后新合成的酶,如种子吸水后新合成的酶,如-淀粉酶等。其中有些酶合成所需的淀粉酶等。其中有些酶合成所需的mRNAmRNA是在种子形成过程中就已产生的。这样的是在种子形成过程中就已产生的。这样的mRNAmRNA被称为长命被称为长命mRNAmRNA。(三)有机物的转变(三)有机物的转变 种子分类:淀粉种子、油料种子和豆类种子种子分类:淀粉种子、油料种子和豆
11、类种子 1.淀粉的转变淀粉的转变:被淀粉酶水解为麦芽糖,再由麦芽糖酶分解为葡萄糖,供细胞代谢所利用,或转化为蔗糖。被淀粉酶水解为麦芽糖,再由麦芽糖酶分解为葡萄糖,供细胞代谢所利用,或转化为蔗糖。2.脂肪的转变脂肪的转变:脂肪酶的作用下水解为甘油和脂肪酸。甘油在酶的催化下变成磷酸甘油,再转变成磷酸二羟丙酮参加糖酵解脂肪酶的作用下水解为甘油和脂肪酸。甘油在酶的催化下变成磷酸甘油,再转变成磷酸二羟丙酮参加糖酵解反应,或转变为葡萄糖等。脂肪酸氧化分解为乙酰辅酶反应,或转变为葡萄糖等。脂肪酸氧化分解为乙酰辅酶A,通过乙酸酸循环变为蔗糖。,通过乙酸酸循环变为蔗糖。3.蛋白质的转变:蛋白质的转变:种子萌发经
12、历从异养到自养的过程种子萌发经历从异养到自养的过程。第二节细胞的生长和分化(略讲第二节细胞的生长和分化(略讲)植物的组织和器官,以至整体的生长,是以细胞的植物的组织和器官,以至整体的生长,是以细胞的生长为基础的,即通过细胞分裂增加细胞数目和生长为基础的,即通过细胞分裂增加细胞数目和通过细胞伸长增加体积来实现的。通过细胞伸长增加体积来实现的。v一、细胞分裂的生理一、细胞分裂的生理v(一)(一)细胞周期细胞周期:具有分裂能力的植物细胞由母具有分裂能力的植物细胞由母细胞分裂后形成的子细胞到下次分裂为新的子细细胞分裂后形成的子细胞到下次分裂为新的子细胞之间的过程。胞之间的过程。一个完整的细胞周期包括分
13、裂期一个完整的细胞周期包括分裂期(M期)和分裂间期。期)和分裂间期。v分裂期分裂期(M期)期):前、中、后、末期;前、中、后、末期;v分裂间期:分裂间期:G1、S和和G2期。期。v(二)细胞的伸长:细胞分裂后形成的子细(二)细胞的伸长:细胞分裂后形成的子细胞除最靠近生长点顶部的一些细胞保留分裂胞除最靠近生长点顶部的一些细胞保留分裂能力外,大部分子细胞进入伸长生长阶段。能力外,大部分子细胞进入伸长生长阶段。v细胞伸长阶段的特征细胞伸长阶段的特征是:是:v细胞体积显著增加;细胞体积显著增加;v细胞质及细胞壁物质增加;细胞质及细胞壁物质增加;v液泡出现等。液泡出现等。v植物生长物质及环境因素对细胞伸
14、长生长有植物生长物质及环境因素对细胞伸长生长有重要影响。重要影响。v(三)细胞的分化(三)细胞的分化:v细胞的分化:由分生组织细胞转变为形态结细胞的分化:由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。构和生理功能不同的细胞群的过程。细胞分细胞分化是化是植物基因在时间和空间上顺序表达植物基因在时间和空间上顺序表达的结的结果。果。v 植物基因表达的确切机制尚不十分清晰。已植物基因表达的确切机制尚不十分清晰。已知植物激素(如知植物激素(如CTK/IAA)及某些有机物)及某些有机物(如蔗糖)以及环境因素对植物基因表达具(如蔗糖)以及环境因素对植物基因表达具有调节作用。有调节作用。v二、细胞
15、伸长的生理二、细胞伸长的生理v细胞壁疏松、加大的两种方式:细胞壁疏松、加大的两种方式:v(1)化学滑行()化学滑行(chemical creep););v(2)水解。)水解。v赤霉素和生长素促进细胞伸长,脱落酸抑制赤霉素和生长素促进细胞伸长,脱落酸抑制细胞伸长,细胞分裂素和乙烯则促进细胞扩细胞伸长,细胞分裂素和乙烯则促进细胞扩大。大。v三、细胞分化的生理三、细胞分化的生理v细胞分化细胞分化是指形成不同形态和不同功能细胞的过程。是指形成不同形态和不同功能细胞的过程。v(一)细胞全能性(一)细胞全能性v1.细胞全能性细胞全能性(totipotency):):是指植物体的每个是指植物体的每个细胞携带
16、着一套完整的基因组,并具有发育成完整细胞携带着一套完整的基因组,并具有发育成完整植株的潜在能力。植株的潜在能力。v2.细胞全能性是细胞分化的理论基础,而细胞分化细胞全能性是细胞分化的理论基础,而细胞分化是细胞全能性的具体表现。是细胞全能性的具体表现。v(二)极性(二)极性v1.极性(极性(Polarity):指在器官、组织甚至细胞中):指在器官、组织甚至细胞中在不同轴向上存在某种形态结构和生理生化上的梯在不同轴向上存在某种形态结构和生理生化上的梯度差异。度差异。v2.极性造成了细胞内物质(如代谢物、蛋白质、激极性造成了细胞内物质(如代谢物、蛋白质、激素等)分布不均匀,建立起轴向,两极分化,因此
17、素等)分布不均匀,建立起轴向,两极分化,因此细胞不均等分裂(不是指染色体,而是指细胞质的细胞不均等分裂(不是指染色体,而是指细胞质的构造和物质)。构造和物质)。v(三)(三).木质部和韧皮部的分化与糖浓度有关木质部和韧皮部的分化与糖浓度有关。低木。低木高韧,中均有。高韧,中均有。v(四)(四).光对植物组织的分化也有影响光对植物组织的分化也有影响v(五)(五).植物激素在细胞分化中也起着重要的作用植物激素在细胞分化中也起着重要的作用。四、组织培养四、组织培养1.组织培养(组织培养(Tissue culture):指在无菌条):指在无菌条件下,分离并在培养基中培养离体植物组织件下,分离并在培养基
18、中培养离体植物组织(器官或细胞)的技术。(器官或细胞)的技术。2.组织培养的理论依据:植物细胞具有全能性。组织培养的理论依据:植物细胞具有全能性。3.分类:分类:(1)根据培养对象根据培养对象,分为器官培养、组织培,分为器官培养、组织培养、胚胎培养、细胞培养和原生质体培养等。养、胚胎培养、细胞培养和原生质体培养等。(2)根据培养过程,分为初代培养、继代培)根据培养过程,分为初代培养、继代培养(养(subculture)等。)等。(3)根据培养基物理状态根据培养基物理状态,分为固体培养、,分为固体培养、液体培养。液体培养。4.组织培养的优点组织培养的优点:可以研究被培养部分在不:可以研究被培养部
19、分在不受植物体其他部分干扰下的生长和分化的规受植物体其他部分干扰下的生长和分化的规律,并且可以用各种培养条件影响它们的生律,并且可以用各种培养条件影响它们的生长和分化,以解决理论上和生产上的问题。长和分化,以解决理论上和生产上的问题。5.组织培养的特点组织培养的特点是:是:(1)取材少,培养材料经济;)取材少,培养材料经济;(2)人为控制培养条件,不受自然条件影响;)人为控制培养条件,不受自然条件影响;(3)生长周期短,繁殖率高;)生长周期短,繁殖率高;(4)管理方便,利于自动化控制。)管理方便,利于自动化控制。6.常用消毒剂常用消毒剂:次氯酸钙、过氧化氢、氯化汞:次氯酸钙、过氧化氢、氯化汞7
20、.培养基的组成培养基的组成:无机营养物、碳源、维生素、:无机营养物、碳源、维生素、生长调节物质和有机附加物等生长调节物质和有机附加物等 8.组织培养所需的条件:组织培养所需的条件:(1)温度:一般是)温度:一般是2527;最好有昼夜温差;最好有昼夜温差。(2)光照:也因组织不同而异。)光照:也因组织不同而异。茎尖、叶片组织培养要光照,以便进行光合作茎尖、叶片组织培养要光照,以便进行光合作用,用,.花果培养要避免直射光,以散射光或暗中培花果培养要避免直射光,以散射光或暗中培养较宜,根组织培养通常在暗处进行。养较宜,根组织培养通常在暗处进行。9.在组织培养中的几个阶段在组织培养中的几个阶段:v植物
21、体植物体外植体外植体愈伤组织愈伤组织生长点生长点植株植株v名词:脱分化(名词:脱分化(dedifferentiation)、愈伤组织、)、愈伤组织、再分化(再分化(rededifferentiation)第三节第三节 植物的生长植物的生长v1.植物的生长植物的生长实际上就是细胞数目的增多和体积的实际上就是细胞数目的增多和体积的增大,因此,植物的生长是一个体积或重量的不可增大,因此,植物的生长是一个体积或重量的不可逆的增加过程。逆的增加过程。v2.植物生长的性质和动物的有本质上的区别植物生长的性质和动物的有本质上的区别。v脊椎动物在出生后已具备了成年动物的一切主要器脊椎动物在出生后已具备了成年动
22、物的一切主要器官,它的生长不过是各部分(头、躯干和四肢)体官,它的生长不过是各部分(头、躯干和四肢)体积的同时增大而已,并且动物的生长迟早总会达到积的同时增大而已,并且动物的生长迟早总会达到一定的限度。一定的限度。v种子植物的生长则不同。植物出生后,在整个生活种子植物的生长则不同。植物出生后,在整个生活过程中,都在继续不断地产生新的器官,而且,由过程中,都在继续不断地产生新的器官,而且,由于茎和根尖端的组织始终保持胚胎状态,茎和根中于茎和根尖端的组织始终保持胚胎状态,茎和根中又有形成层,所以,可以不断的生长。又有形成层,所以,可以不断的生长。一、营养器官的生长一、营养器官的生长v (一)茎生长
23、特性(一)茎生长特性v控制茎生长最重要的组织控制茎生长最重要的组织是顶端分生组织和近顶端是顶端分生组织和近顶端分生组织、居间分生组织分生组织、居间分生组织。v1、生长大周期:、生长大周期:茎的生长速率都表现出茎的生长速率都表现出“慢慢快快慢慢”的基本规律,即开始时生长缓慢,以后逐的基本规律,即开始时生长缓慢,以后逐渐加快,达到最高点,然后生长速率又减慢以至停渐加快,达到最高点,然后生长速率又减慢以至停止,这三个阶段总合起来叫做止,这三个阶段总合起来叫做生长大周期生长大周期(grand Period of growth)。)。v2、生长曲线、生长曲线:植物的生长量(体积、干重、:植物的生长量(体
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