植物生理学 第7版 潘瑞炽编 知识要点资料讲解

绪论1.植物生理学：是研究植物生命活动规律的学科（内容分为生长发育与形态建成、物质与能量转化、信息传递和信号转导）2.植物生理学的任务：研究和了解植物在各种环境条件下进行生命活动的规律和机制，并将这些研究成果应用于植物生产实践中3.Sachs被称为植物生理学的奠基人（1882年编写了《植物生理学讲义》），Sachs和他的弟子Pfeffer被称为植物生理学的两大先驱4.植物生理学的研究层次越来越宽广：1)从生物大分子复杂生命活动2)代谢调节3)信号转导4)植物与环境协同进化第一章植物的水分生理1.水分在植物细胞内通常分为束缚水和自由水两种状态束缚水：靠近胶粒而被胶粒吸附束缚不易自由流动的水分自由水：距离胶粒较远而可以自由流动的水分2.水分在植物生命活动中的作用1)水分是细胞质的主要成分2)水分是代谢作用过程的反应物质3)水分是植物对物质吸收和运输的溶剂4)水分能保持植物的固有姿态3.水通道由水孔蛋白组成（水孔蛋白是膜整合蛋白），水通过水通道选择性跨膜运输4.水分移动需要能量做功，即动力化学势（浓度差）——扩散动力集流（压力）渗透作用：水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象5.水势：是每偏摩尔体积水的化学势差（水分子从体系中逃逸的能力）注：纯水的水势定为零，溶液的水势就成负值，溶液越浓，水势越低6.相邻两细胞的水分移动方向，取决于两细胞间的水势差异，水势高的细胞中的水分向水势低的细胞流动7.土壤中的水分分为3种：重力水、毛细管水、束缚水重力水：是指在重力作用下通过土壤颗粒间的孔隙下降的水分毛细管水：是指存在于土壤颗粒间毛细管内的水分（植物吸收的水分主要是毛细管水）束缚水：是土壤颗粒或土壤胶体的亲水表面所吸附的水合层，植物一般不能利用（分为吸湿水和薄膜水）8.根系吸水的途径有3条：质外体途径、跨膜途径、共质体途径质外体途径——水分通过细胞壁、细胞间隙等没有细胞质的部分移动，阻力小，速率快跨膜途径——水分从一个细胞移动到另一个细胞，要两次通过质膜，还要通过液泡膜共质体途径——水分从一个细胞的细胞质经过胞间连丝，移动到另一个细胞的细胞质，速率慢9.根系吸水的动力根压：靠根部水势梯度使水沿导管上升的动力（包括伤流和吐水）蒸腾拉力：叶片蒸腾时，气孔下腔附近的叶肉细胞因蒸腾失水而水势下降，所以从旁边细胞取得水分。

同理，旁边细胞又从另一个细胞取得水分，如此下去，便从导管要水，最后根部就从环境吸收水分，这种吸水的能力完全是由蒸腾拉力所引起的10.影响根系吸水的土壤条件1)土壤中可用水分2)土壤通气状况3)土壤温度4)土壤溶液浓度11.内聚力学说——以水分具有较大的内聚力足以抵抗张力，保证由叶至根水柱不断来解释水分上升原因的学说12.蒸腾作用：是指水分以气体状态，通过植物体的表面（主要是叶片），从体内散失到体外的过程（分为角质膜蒸腾和气孔蒸腾）13.蒸腾作用的生理意义1)蒸腾作用是植物对水分吸收和运输的主要动力2)蒸腾作用对矿物质和有机物的吸收，以及这两类物质在植物体内的运输都是有帮助的3)蒸腾作用能够降低叶片的温度14.气孔——蒸腾过程中水蒸气从体内排到体外的主要出口，也是光合作用和呼吸作用与外界气体交换的大门影响气孔开放的渗透物质代谢有三条途径1)伴随着K+的进入，苹果酸和Cl—也不断地进入，以维持电中性2)淀粉水解或通过卡尔文循环形成的中间产物转变为蔗糖3)叶肉细胞产生的蔗糖，从质外体进入保卫细胞15.影响气孔运动的因素1)在供水充足的条件下，光照是调节气孔运动的主要环境信号2)除了光照之外，水是影响气孔运动最大的外界因素3)温度影响气孔运动（气孔开度一般随温度的上升而增大；35℃以上的高温会使气孔开度变小）4)CO2对气孔运动的影响显著（低CO2促进气孔张开）5)脱落酸（ABA）促使气孔关闭16.影响蒸腾作用的因素：1)外界条件a)光照——光照促使气孔开放，蒸腾作用增强b)空气相对湿度——空气相对湿度增大，蒸腾作用减弱c)温度——大气温度增高，蒸腾作用增强d)风——微风促进蒸腾；强风抑制蒸腾2)内部因素a)气孔频度（每平方厘米叶片的气孔数）b)气孔大小c)叶片内部面积大小（内部面积指细胞间隙的面积）17.水分临界期：是植物对水分不足特别敏感的时期18.节水灌溉的方法1)喷灌2)滴灌3)调亏灌溉4)控制性分根交替灌溉第二章植物的矿质营养1.矿质元素以氧化物的形式存在于灰分中2.必需元素1)完成植物整个生长周期不可缺少的2)在植物体内的功能是不能被其他元素代替的3)这种元素对植物体内所起的作用是直接的3.水培法：是在含有全部或部分营养元素的溶液中栽培植物的方法气培法：将根系置于营养液气雾中栽培植物的方法4.植物必须矿质元素的缺乏病征1)氮——缺氮时，植株矮小，叶小色淡或发红2)硫——缺硫的症状似缺氮，植株矮小3)磷——缺磷时，生长缓慢，叶小，叶色暗绿，抗性减弱4)硅——缺硅时，蒸腾加快，生长受阻，易受病菌感染，易倒伏5)钾——缺钾时，易倒伏，抗旱性和抗寒性均差，叶色变黄，逐渐坏死6)钙——缺钙时，生长受阻，严重时，幼嫩器官溃烂坏死7)铁——缺铁时，叶片叶脉间缺绿5.离子或分子跨膜运输的方式1)简单扩散2)离子通道运输3)载体运输4)离子泵运输5)胞饮作用6.植物吸收矿质主要通过根部特点1)对盐分和水分的吸收是相对的，既有关（盐分要溶解在水中）又无关（吸水是被动过程，吸盐则以消耗能量的主动吸收为主）2)植物对同一溶液中不同离子吸收比例不同3)单盐毒害——溶液中只有一种金属离子时，对植物起有害作用的现象4)离子颉颃——在发生单盐毒害的溶液里，加入其他离子，能减弱或消除单盐毒害的现象7.根部吸收溶液中矿物质的过程1)离子吸附在根部细胞表面2)离子进入根的内部（质外体途径和共质体途径）3)离子进入导管或管胞8.影响根部吸收矿质元素的条件1)氢离子浓度2)通气状况3)温度4)溶液浓度9.矿质元素运输的途径1)木质部运输——由上而下运输2)韧皮部运输——双向运输10.氮的同化1)硝酸盐还原为亚硝酸盐a)还原型NADH氧化为NAD+，并放出H+和e—，使FAD还原为FADH2b)FADH2放出H+和e—，氧化为FAD，把电子传到Cyt b557，使Fe3+还原为Fe2+c)Fe2+将电子交给MoCo（钼辅因子）的Mo6+，使之还原为Mo4+d)Mo4+释放电子，连同H+将NO3—还原为NO2—，并生成水2)亚硝酸盐还原成铵a)由光合作用提供e—经过Fd还原b)提供电子给NiR（亚硝酸还原酶），最后将电子传给NO2—而还原为NH4+3)当植物吸收铵盐的氨后，氨立即被同化，包括a)铵与谷氨酸合成谷氨酰胺，谷氨酰胺与α—酮戊二酸反应形成谷氨酸（NH4+从谷氨酰胺到谷氨酸上去了），或者b)铵与α—酮戊二酸直接反应形成谷氨酸（NH4+到谷氨酸上去了），或者c)谷氨酸与谷氨酰胺进行氨基交换作用，形成其他氨基酸，如天冬氨酸（NH4+从谷氨酸到天冬氨酸上去了）第三章植物的光合作用1.高等植物的光合色素有2类：叶绿素（叶绿素a——蓝绿色；叶绿色b——黄绿色），具有收集和传递光能的作用类胡萝卜素（胡萝卜素——橙黄色；叶黄素——黄色），具有收集和传递光能的作用2.叶绿素分子含有4个吡咯环，它们和4个甲烯基（＝CH—）连接成1个大环，叫做卟啉环，镁原子居于卟啉环的中央，如图3.光是运动着的粒子流，这些粒子称为光子，光子所带有的能量称为光量子（亦称量子）4.叶绿素吸收光谱的最强吸收区有两个：红光部分和蓝紫光部分类胡萝卜素光谱的最强吸收区：蓝紫光部分5.叶绿素合成：1)谷氨酸转化ALA，2分子ALA合成胆色素原（PBG）2)4个PBG聚合成原卟啉IX，导入镁原子，形成Mg原卟啉，再生成原脱植基叶绿素a3)原脱植基叶绿素a与蛋白质结合，吸收光能，被还原成脱植基叶绿素a（关键需光反应）4)植醇（叶绿醇）与脱植基叶绿素a的第四个环的丙酸酯化，形成叶绿素a注：叶绿素b则是由叶绿素a氧化形成的6.影响叶绿素生成的因素1)光2)温度（温度低时，叶绿素解体慢，这也是低温保鲜的原因之一）3)矿质元素4)遗传7.光合作用包括原初反应：是指光合色素分子从被光激发至第一个光化学反应为止的过程光反应光合作用电子传递及光合磷酸化（光合磷酸化：由光照所引起的电子传递与磷酸化作用相耦联而生成ATP的过程）暗反应——碳同化：是利用光反应形成的同化力（A TP和NADPH）将CO2还原形成糖类物质的过程8.光反应：1)水光解后，把电子传递给Mn（放氧复合体），再传递给Z（原初电子供体），再传递给P680，P680接受能量后，由基态变为激发态（P680*），然后将电子传递给ph（原初电子受体）2)ph将电子传递给PQ（质体醌），质体醌将电子传给细胞色素bf（同时将质子由基质转移到类囊体腔），电子接着传递给质体蓝(PC)，再传递给光系统Ⅰ3)光系统Ⅰ被光能激发后，释放出高能电子，沿着A0→A1→4Fe-4S的方向依次传递，由类囊体腔一侧传向叶绿体基质一侧的铁氧还蛋白（FD）。

最后在铁氧还蛋白-NADP 还原酶的作用下，将电子传给NADP+，形成NADPH4)类囊体腔内有较高的H+，形成质子动力势，H+经ATP合酶，由类囊体腔进入基质，推动ADP和Pi结合形成A TP附：光合电子传递途径有下列3种：1)非环式电子传递2)环式电子传递3)假环式电子传递光合磷酸化分为3种类型（由于光合磷酸化与光合电子传递是耦联在一起的）：1)非环式光合磷酸化2)环式光合磷酸化3)假环式光合磷酸化9.抑制电子传递链和光合磷酸化的因素：1) 光照少了2) 敌草隆（DCMU ）阻止P S ⅡPQ B 的还原；百草枯抑制P S ⅠFd 的还原3) 膜的流动性降低10.碳同化○1C 3途径 1) 羧化RuBP + CO 2中间产物中间产物 PGA （3—磷酸甘油酸）2) 还原PGA + ATP DPGA （1，3—二磷酸甘油酸）DPGA + NADPH + H+ 3—磷酸甘油醛3) 更新是3—磷酸甘油醛经过一系列的转变，再形成的RuBP 过程○2C 4途径PEP ：磷酸烯醇式丙酮酸1，5—二磷酸核酮糖羧化酶H 2O3—磷酸甘油酸激酶3—磷酸甘油酸脱氢酶11.光呼吸：植物的绿色细胞依赖光照，吸收O2和放出CO2的过程12.影响光合作用的因素1)光照光补偿点：光合过程中吸收的CO2与光呼吸和呼吸作用中放出的CO2等量时的光照强度光饱和点：如光辐射继续加强超过一定范围之后，光合速率的增加转慢；当达到某一光照强度时，光合速率就不再增加，这一光强称为光饱和点2)CO2CO2补偿点：当光合吸收的CO2量等于呼吸放出的CO2量，这个时候外界的CO2含量就叫做CO2补偿点3)温度4)矿质元素5)水分第四章植物的呼吸作用1.有氧呼吸：指生活细胞在氧气的参与下，把某些有机物彻底氧化分解，放出二氧化碳并形成水，同时释放能量的过程无氧呼吸：一般指在无氧条件下，细胞把某些有机物分解为不彻底的氧化产物，同时释放能能量的过程2.呼吸作用的生理意义1)提供植物需要的能量2)为其他化合物合成提供原料3)呼吸作用可增强植物的抗病能力3.糖酵解：细胞质基质中的己糖经过一系列酶促反应步骤分解成丙酮酸的过程（看之前总结）糖酵解的生理意义1)糖酵解普遍存在于动、植物中，是有氧呼吸和无氧呼吸的共同途径2)糖酵解释放一些能量，供生物体需要，尤其是对厌氧生物发酵作用：糖酵解形成丙酮酸后，在缺氧条件下，会产生乙醇（酵母菌）或乳酸（乳酸菌）4.三羧酸循环：糖酵解进行到丙酮酸后，在有氧条件下，通过一个包括三羧酸和二羧酸的循环而逐步氧化分解，直到形成水和二氧化碳为止的过程（看之前总结）三羧酸循环的意义1)是提供生命活动所需能量的主要来源2)既是糖、脂肪和氨基酸等彻底分解的共同途径，其中间产物又是合成糖、脂肪和氨基酸的原料5.磷酸戊糖途径：在高等植物中，还发现细胞内糖类的氧化可以不经过糖酵解的途径，即由6—磷酸葡萄糖转变为5—磷酸核酮糖和CO2，就是磷酸戊糖途径（PPP）（看之前总结）磷酸戊糖途径的意义1)产生大量NADPH，为细胞各种合成反应提供主要的还原力2)中间产物为许多重要化合物合成提供原料6.电子传递链（呼吸链）：在线粒体内膜上存在传递电子的一组酶的复合体，由一系列能可逆地接受和释放电子或H+的化学物质所组成，在内膜上相互关联地有序排列成的传递链注：复合物Ⅰ: (NADH-CoQ-还原酶) (FMN→[Fe-S]n) （FMN——黄素单核苷酸）复合物Ⅱ: (琥珀酸-CoQ-还原酶) (FAD→[Fe-S]（Fe-S——铁硫蛋白；FAD——黄素腺嘌呤二核苷酸）)复合物Ⅲ: (CoQ-细胞色素c还原酶) (b→Fe-S→c1)复合物Ⅳ: (细胞色素c氧化酶) (aa3-Cu2+ →1/2 O2 )7. 电子传递——电子传递链（呼吸链）；磷酸化水平——ATP合成酶复合物电子传递水平相互密切耦联——氧化磷酸化磷酸化水平8.末端氧化酶：是把底物的电子传递到电子传递系统的最后一步，将电子传递给分子氧并形成水或过氧化氢的酶10.内部因素对呼吸速率的影响：p146外部因素对呼吸速率的影响1)温度2)氧3)二氧化碳4)机械损伤第五章 植物同化物的运输1.短距离运输系统包括胞内运输和胞间运输胞内运输：是指细胞内细胞器间的物质交换，包括分子扩散、微丝推动原生质环流等胞间运输：指细胞之间短距离的质外体、共质体及质外体与共质体间的运输，包括质外体运输、共质体运输、交替运输2.长距离运输系统——有机物长距离运输通过韧皮部3.韧皮部是由筛管、伴胞和薄壁细胞组成的4.伴胞的功能1) 为筛管细胞提供结构物质——蛋白质 2) 提供信使RNA3) 维持筛管分子间渗透平衡5.源：指产生或提供同化物的器官或组织 库：指消耗或积累同化物的器官或组织（有机物的运输方向是从源器官向库器官运输）6.韧皮部装载：是指同化物从韧皮部周围的叶肉细胞装到筛分子—伴胞复合体的整个过程7.韧皮部装载过程存在两条途径质外体途径：是指水分和溶质的运输只经过胞壁而不经过任何膜的途径（图中细箭头） 共质体途径：是指胞间连丝把木质部和韧皮部的汁液从一个细胞运送到另一个细胞的途径（图中粗箭头）伴胞源叶中韧皮部装载途径叶肉细胞质膜胞间连丝筛管分子韧皮部薄壁细胞维管束鞘细胞共质体最小的叶脉细胞壁CO 2CO 28.韧皮部卸出：是指装载在韧皮部的同化物输出到库的接受细胞的过程9.韧皮部卸出过程同样存在两条途径共质体途径：是指同化物通过胞间连丝沿浓度梯度从筛分子—伴胞复合体释放到库细胞（○1）质外体途径：同化物从筛分子—伴胞复合体通过扩散被动地或在运输载体的帮助下，主动地运至质外体，再由质外体进入库细胞（○2、○3）10.韧皮部运输机理1)压力流学说：源细胞（叶肉细胞）将蔗糖装载入筛分子—伴胞复合体，降低源端筛管内的水势，于是筛分子从邻近木质部吸收水分，由此产生高的膨压。