高级植物生理学第一章 植物生理与分子生物学
植物生理与分子生物学及应用研究
植物生理与分子生物学及应用研究植物是地球上最重要的生物资源，它们为人类提供了食物、药物、建材等众多资源。
植物生理和分子生物学是植物科学领域中两个非常重要的学科，对于深入了解植物的生态、遗传、生理等方面至关重要。
一、植物生理学植物生理学主要研究植物生长、发育、衰老、代谢、响应机制等方面的生理学问题。
在植物生长发育过程中，水分、养分、温度、光照等因素不断影响植物的生理过程。
因此，探究这些因素对植物形态和生理功能的作用，是植物生理学的首要任务之一。
植物的生理过程非常复杂，需要借助生化、分子生物学等细胞水平的技术手段。
比如，植物的营养生长是通过许多生物化学反应和代谢途径完成的，分子生物学研究植物生长素合成及其调控、光合作用、呼吸作用、光形成酶的合成及调控等，为显微镜、光谱仪、放射性同位素等技术手段的进步创造了支持条件，同时也推动了生化、细胞学等相关领域的发展。
二、植物分子生物学植物分子生物学则研究植物基因和蛋白质的结构、组成、功能及其调控机制。
这一领域的发展，使我们对植物的表型和基因作用有了更深入的理解。
近年来，植物分子生物学借力先进的分子生物学技术和技术手段，探求了植物的基因表达和功能、植物代谢物的合成和调控、植物的发育和信号传递、植物逆境抗性等等方面的机制和调控模式。
这些研究成果已经成为植物基因工程、农业生物技术等许多应用领域的基础，也对学界和产业界带来了广泛的影响。
三、植物生理与分子生物学在实践中的应用近年来，植物学科的发展推动了植物生产和应用领域的创新。
以植物基因编辑技术和生物农药为例，这些技术的发展正推动着可持续的农业生产和资源的有效利用。
通过将需要调控的基因突变和调整，或者利用基因克隆技术，可以帮助植物改善对逆境因素的适应能力、增加植物产量、改进农作物品质等。
植物生理性状和分子调控技术的优化，也带来了对生物农药的发展和新物质的发掘。
这一领域的研究成果对未来可持续发展的推动有着重要意义。
总之，植物生理学和分子生物学作为植物科学领域中非常重要的学科，其研究成果为解决当前全球性问题、提供科学和经济资源和发展推进等领域带来了广泛的应用和持续性的支持。
植物生理与分子生物学课件-9[1].14
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植物生理学与分子生物学Plant Physiology and Molecular Biology植物生理与分子生物学课程安排第一篇分子与细胞生物学基础第二篇光合作用第三篇营养与水分第四篇呼吸与代谢第五篇生长发育第六篇植物信号与信号转导第七篇植物与环境第一篇分子与细胞生物学基础内容植物基因组的研究方法： 主要研究目标：基因组学概述基因组（genome）:单倍体全部基因组研究内容：基因组学基因组学(Genomics)(Genomics)(Genomics)：：基因组学的分类：结构基因组学（structural genomics）：意义：功能基因组学（functional genomics）：主要研究内容::主要研究内容基因的识别、鉴定和克隆。
基因结构与功能及其相互关系的研究。
基因表达调控的研究。
目标：：目标静态动态任务：： 任务比较基因组学（comparative genomics）概念的含义：比较基因组学的应用：目前从模式生物基因组研究中得出一些规律：研究意义：药物基因组学(Medical Genomics) ：营养基因组学(Nutritional Genomics)： 次级代谢生物信息学(Bioinformatics)：仅仅从基因的角度来研究是远远不够的。
蛋白质组学蛋白质组学(proteomics)(proteomics)最终目标：： 最终目标生物基因组大小基因组大小（（bp ）T4噬菌体T4 phage2.0×105大肠杆菌Escherichia coli 4.2×106酵母Sccharomyces cereviside 1.5×107拟南芥Arabidopsis thaliana 1.0×108线虫Caenorhbditis elegans 1.0×108果蝇Drosophila melanogaste r 1.65×108水稻Oryza sativa 4.3×108小鼠Mus musculus3.0×109人类Homo sapiens 3.3×109玉米Zea mays5.4×109小麦Triticum aestivum1.6×1010不同生物基因组大小基因组学的发展1. 人类基因组计划弹计划阿波罗登月计划《癌症研究的转折点：测序人类基因组》基因组计划？四张图四张图——————遗传图遗传图遗传图、、物理图物理图、、转录图转录图、、序列图基因组研究大事年表。
植物生理学和分子生物学
植物生理学和分子生物学植物生理学和分子生物学是分别从细胞与分子水平入手，探讨植物生长、发育和适应环境的科学。
虽然两者从不同层面展开讨论，但它们的研究成果对于农业、医学等领域有着巨大的推动作用。
植物生理学植物生理学是研究植物生长、发育、代谢和适应环境的学科。
植物生理学的研究广泛涉及植物体各个层次，从尺度的物质交换到细胞之间的信号传递、细胞内代谢途径和基因表达调控等方面。
植物生长和发育是植物生理学中重要的研究方向。
植物生长是指植物体积和质量的增长，因此，植物生长的调节与植物的养分吸收及分配、激素合成和信号通路、环境识别和适应、基因表达和表型塑形等因素密切相关。
植物发育则更多关注形态和功能结构的建立，比如花和叶片的形状、根、茎、叶等器官的组织分化和调控等。
植物发育的研究理解了植物整个生命周期中各个时期所表现的形态，为育种改良提供了理论基础。
植物代谢是植物生理学的另一个重要方向，因为植物的代谢直接影响着植物的发育和适应环境的能力。
植物以阳光、水、二氧化碳和氮、磷、钾等无机物为原料合成各种有机物，如碳水化合物、脂肪酸、氨基酸和蛋白质等，以及含有生物活性的激素、抗氧化物和次生代谢物。
植物代谢为植物正常的生长和发育提供能量和物质来源，同时对于植物的适应能力和环境响应、品质和营养等因素至关重要。
植物适应环境的生理特性研究也是植物生理学热门的研究方向。
植物在自然环境下承受各种环境刺激，如盐碱、寒冷、干旱、光照等，为此，植物逐步演化成特定的形态、结构和表型，以适应各种极端或变幻无常的情况。
研究植物的适应特性可以更好地追溯植物极端环境下的适应过程和机制，同时为农业生产和生态环保提供理论支撑。
分子生物学分子生物学是研究生命系统的分子基础的科学，特别关注分子在细胞内的合成、功能和相互作用的过程。
分子生物学主要研究各种分子如DNA、RNA、蛋白质、酶和代谢物等在细胞和分子水平的交互作用。
植物分子生物学则是从分子层面对植物遗传、表达、基因调控和代谢等方面加以探究。
植物生理学全课程讲义(修正版)
植物生理学全课程讲义(修正版)编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（植物生理学全课程讲义(修正版)）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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植物生理学绪论一植物生理学的定义和内容研究植物生命活动规律和机理及其与环境相互关系的科学.植物生命活动：从种子开始到形成种子的过程中所进行的一切生理活动。
植物生命活动形式:代谢过程、生长发育过程、植物对环境的反应植物生命活动的实质：物质转化、能量转化、信息转化、形态建成、类型变异1 物质转化体外无机物[H2O、CO2、矿质（根叶）]→体内有机物［蛋白质核酸脂肪、碳水化合物］→体外无机物［CO2 H2O]→植物再利用2 能量转化光能（光子）→电能(高能电子)→不稳定化学能（ATP,NADPH）→稳定化学能（有机物)→热能、渗透能、机械能、电能3 信息转化[1]物理信息:环境因子光、温、水、气［2]化学信息:内源激素、某些特异蛋白（钙调蛋白、光敏色素、膜结合酶）[3］遗传信息:核酸4 形态建成种子→ 营养体（根茎叶) → 开花→ 结果→种子5 类型变异植物对复杂生态条件和特殊环境变化的综合反应植物生命活动的“三性”v植物的整体性v植物和环境的统一性v植物的变化发展性Ø植物生命活动的特殊性1 有无限生长的特性2 生活的自养性3 植物细胞的全能性和植株的再生能力强4 具有较强的抗性和适应性5 植物对无机物的固定能力强6植物具有发达的维管束植物生理学的内容1、植物细胞结构及功能生理﹕2、代谢生理：水分代谢、矿质营养、光合作用、呼吸作用等3、生长发育生理：种子萌发、营养生长生理、生殖生理、成熟衰老4、环境生理（抗性生理）以上的基本关系光合、呼吸作用→ 生长、分化水分、矿物质运输发育、成熟（功能代谢生理） (发育生理）↖ ↗环境因子(抗性生理)(温、光、水、气）二植物生理学的产生与发展(一）萌芽阶段（16以前世纪）＊甲骨文:作物、水分与太阳的关系*战国时期：多粪肥田*西汉：施肥方式*西周：土壤分三等九级*齐民要术：植物对矿物质及水分的要求轮作法、“七九闷麦法”（1）科学植物生理学阶段1.科学植物生理学的开端（17～18世纪）1627年，荷兰 Van Helmont ，水与植物的关系1699年，英国Wood Ward，营养来自土壤和水18世纪，Hales，植物从大气获得营养1771年，英国Priestley发现植物绿色部分可放氧2年，瑞士 De Saussure，灰分与生长的关系2.植物生理学的奠基与成长阶段（19世纪）Ø1840年,德国Liebig建立矿质营养说。
高级植物生理学课件第一章细胞及细胞壁
细胞膜和细胞壁协同作用，通过调节细胞内外物质的交换和信号传递，控制细胞的生长和分裂。
影响因素及调控机制
环境因素
温度、光照、水分等环境因素会影响细胞膜和细胞壁的结 构和功能，进而影响细胞生理活动。
激素调节
植物激素如生长素、细胞分裂素等通过调节细胞膜和细胞 壁相关基因的表达，影响细胞膜和细胞壁的结构和功能。
实验结果比较
将不同实验条件下的观察结果进行比较，分 析处理条件对细胞壁结构的影响。
实验问题讨论
针对实验过程中出现的问题进行讨论，提出 可能的解决方案和改进措施。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
扫描和透射模式选择
根据观察目的选择合适的扫描或透射模式，以获取细胞壁的超微结构信息。
图像记录和分析
使用数字成像系统记录电子图像，并进行定性和定量分析。
特异性染色技术应用
荧光染色
利用荧光染料对细胞壁进行染色，通过荧光显微镜观察 细胞壁的结构和组成。
酶细胞化学染色
利用酶对细胞壁进行特异性染色，以显示细胞壁中不同 成分的空间分布。
镜头选择
根据观察需求选择合适的物镜和目镜，以获 得清晰的视野。
调焦技巧
使用粗准焦螺旋和细准焦螺旋进行调焦，避 免压碎样品或损坏镜头。
视野调整
通过移动载物台和调节光阑，使样品位于视 野中央并保持清晰。
电子显微镜观察方法
样品制备
将植物细胞切成薄片或进行染色处理，以便在电子显微镜下观察。
加速电压调整
根据样品厚度和观察需求调整加速电压，以获得清晰的电子图像。
木质素合成过多或过少
分别导致细胞壁过于坚硬或松软，影响植物体的正常生理功能和对环 境的适应性。
植物生理学教案第一章细胞信号转导
第一章细胞信号转导（signal transdution）教学时数：4学时左右。
教学目的与要求：使学生了解细胞信号转导的定义和内容；掌握受体和和跨膜信号转换的过程，植物细胞第二信使的种类及重要作用。
教学重点：细胞信号转导的定义、研究内容；受体和跨膜信号转换；细胞内的第二信使系统。
教学难点：细胞受体和跨膜信号转换。
本章主要阅读文献资料：1.翟中和编：《细胞生物学》，高等教育出版社。
2.王镜岩主编：《生物化学》（第三版），高等教育出版社。
3.宋叔文、汤章城主编：《植物生理与分子生物学》（第二版），科学出版社。
4.王宝山主编：《植物生理学》(20XX年版)，科学出版社。
本章讲授内容：生长发育是基因在一定时间、空间上顺序表达的过程，而基因表达除受遗传信息支配外，还受环境的调控。
植物在整个生长发育过程中，受到各种内外因素的影响，这就需要植物体正确地辨别各种信息并作出相应的反应，以确保正常的生长和发育。
例如植物的向光性能促使植物向光线充足的方向生长，在这个过程中，首先植物体要能感受到光线，然后把相关的信息传递到有关的靶细胞，并诱发胞内信号转导，调节基因的表达或改变酶的活性例如：光质→光受体→信号转导组分→光调节基因→向光性反应对于植物来讲，在生命活动的各个阶段都受到周围环境中各种因素的影响，例如温度、湿度、光、重力、病原微生物等等。
有来自相邻细胞的刺激、细胞壁的刺激、激素等等刺激，连接环境刺激到植物反应的分子途径就是信号转导途径，细胞接受信号并整合、放大信号，最终引起细胞反应，这种信息在胞间传递和胞内转导过程称为植物体内的信号传导。
植物细胞信号转导（signal transdution）主要研究植物感受、传导环境刺激的分子途径及其在植物发育过程中调控基因的表达和生理生化反应，即细胞耦联各种（内部或外源）刺激信号与其引起的特定的细胞生理效应之间的一系列反应机制。
植物细胞信号转导的模式生物体在不同的生长发育阶段，自身也不断产生各种信号，以调节其本身的生命进程，如激素、营养物质等。
植物生理学
确立植物区别于动物的“自养”特性。
第二阶段 诞生与成长的阶段：从1840年李比希（J.von Liebig）创立 矿质营养学说——19世纪末德国植物生理学家萨克斯(J.Sachs)和他的学生费 弗尔（W.Pfeffer）所著的两部植物生理学专著问世为止，经过了约半个世 纪的时间。 [19世纪三大发现— 细胞学说、能量守恒定律和生物进化论推动了植物生理学的发展 （1）1859年诺普（Knop）和（Pfeffer）溶液培养实验成功，对营养理论 的发展做出了重大贡献。
（6）1882年萨克斯Sachs的《植物生理学讲义》和1897年 费弗尔的《植物生理学》这两部著作的问世，意味着植 物生理学独立成为一门新兴的学科。
JULIUS v. SACHS (1832-1897)
W. Pfeffer
第三阶段
发展、分化与壮大阶段
20世纪科学技术突飞猛进，使植物生理学在微观和宏观的各个层次上都取得了长足的进展和重大突破。
命现象本质的一门科学。
生长发育（growth and development）：植物代谢的综合表现和最终结果 包括：∣植物体积和重量的增加：细胞数目增加、体积扩大。 ∣形态建成（morphogenesis）：种子萌发、根茎叶的生长、运动、
生
开花、结实、衰老、死亡。图 代谢(metabolism)：一系列生物化学和生物物理的变化。植物生长发育基础 包括：∣物质代谢：水分代谢、矿质营养、光合作用、呼吸作用、 有机物的转化运输和分配。 ∣能量代谢：太阳能→电能→活跃化学能→稳定化学能（ATP）。
自由水/束缚水比例：
高：细胞原生质溶胶状，代谢旺盛，生长较快，抗逆性弱。
低：细胞原生质凝胶状，代谢缓慢，生长迟缓，抗逆性强。
第二节
植物生理学第一章 课后习题 含答案
第一章植物的水分生理一、英译中(Translate)1.water metabolism ( ) 26.bleeding ( )2.colloidal system ( ) 27.guttation ( )3.bound energy ( ) 28.transpirational pull ( )4.free energy ( ) 29.transpiration ( )5.chemical potential ( ) 30.lenticular transpiration ( )6.water potential ( ) 31.cuticular transpiration ( )7.semipermeable membrane ( ) 32.stomatal transpiration ( )8. osmosis ( ) 33.stomatal movement ( )9. plasmolysis ( ) 34.starch-sugar conversion theory ( )10. deplasmolysis ( ) 35.inorganic ion uptake theory ( )11. osmotic potential ( ) 36.malate production theory ( )12. pressure potential ( ) 37.light-activated H+-pumping ATPase ( )13. matric potential ( ) 38.stomatal frequency ( )14.solute potential ( ) 39.transpiration rate ( )15.water potential gradient ( ) 40.transpiration ratio ( )16.imbibition ( ) 41.transpiration coefficient ( )17.aquaporin ( ) 42.cohesive force ( )18.tonoplast-intrinsic protein7 ( ) 43.cohesion theory ( )19.plasma membrane-intrinsic protein ( ) 44.transpiration-cohesion-tension theory ( )20.apoplast pathway ( ) 45.critical period of water ( )21.transmembrane pathway ( ) 46.sprinkling irrigation ( )22.symplast pathway ( ) 47.drip irrigation ( )23.cellular pathway ( ) 48. diffusion ( )24.casparian strip ( ) 49. mass flow ( )25.root pressure ( ) ( )二、中译英(Translate)1．水分代谢2．胶体系统3．束缚能4．自由能5．化学能6．水势7．半透膜8．渗透作用9．质壁分离10．质壁分离复原11．渗透势12．压力势13．衬质势14．溶质势15．水势梯度16．吸涨作用17．水孔蛋白18．液泡膜内在蛋白19．质膜内在蛋白20．质外体途径21．跨膜途径22．共质体途径23．细胞途径24．凯氏带25．根压26．伤流27．吐水28．蒸腾拉力29．蒸腾作用30．皮孔蒸腾31．角质蒸腾32．气孔蒸腾33．气孔运动34．淀粉-糖转化学说35．无机离子吸收学说36．苹果酸生成学说37．光活化H+泵ATP酶38．气孔频度39．蒸腾速率40．蒸腾比率41．蒸腾系数42．内聚力43．内聚力学说44．蒸腾-内聚力-张力学说45．水分临界期46．喷灌技术47．滴灌技术48．植物的水分生理、三、名词解释(Explain the glossary)1．半透膜2．衬质势3．压力势4．水势5．渗透势6．自由水7．束缚水8．质外体途径9．渗透作用10．根压11．共质体途径12．吸涨作用13．跨膜途径14．水的偏摩尔体积15．化学势16．内聚力学说17．皮孔蒸腾18．气孔蒸腾19．气孔频度20．水分代谢21．蒸腾拉力22．蒸腾作用23．蒸腾速率24．蒸腾系数25．水分临界期26. 水分子内聚力27．水孔蛋白28．吐水29．伤流30．生理干旱31．萎蔫32．质壁分离33．质壁分离复原34．喷灌技术35．滴灌技术36．Osmosis37. plasmolysis38. water potential39. pressure potential40. gravity potential41. free energy42. solute potential43. transpiration ratio四、是非题（True or False）( ) 1．当细胞内的ψw等于0时，该细胞的吸水能力很强。
《植物生理学》第一章 细胞生理ppt课件
第二节 细胞壁的结构与功能
细胞壁—是植物细胞外围的一层壁，具一定弹性 和硬度，界定细胞形状和大小。
一、细胞壁的组成
典型的细胞壁的组成： 胞间层(intercellular layer)、 初生壁(primary wall) 次生壁(secondary wall)
细胞壁的亚显微结构图解
细胞在初生壁内产生次生壁
有明显的膜包裹，形成 界限分明的细胞核 高度分化，形成多种细 胞器
有丝分裂
A模式图
B显微结构
大液泡 叶绿体 细胞壁 是植物细胞 区别于动物 细胞的三大 结构特征。
二、原生质的性质
• 原生质(protoplasm)是构成细胞的生活物质， 是细胞生命活动的物质基础。
组成原生质的各类物质的相对数量
1.带电性与亲水性 2.扩大界面 3.凝胶作用 4.吸胀作用
在植物细胞中，有不少分子如磷脂、蛋白质、核 酸、叶绿素、类胡萝卜素及多糖等在一定温度范围内 都可以形成液晶态。一些较大的颗粒像核仁、染色体 和核糖体也具有液晶结构。
液晶态与生命活动息息相关比如膜的流动性是生 物膜具有液晶特性的缘故。当温度过高时，膜会从液 晶态转变为液态，其流动性增大，膜透性加大，导致 细胞内葡萄糖和无机离子等大量流失。温度过低也会 使膜的液晶性质发生改变。
物质 水
蛋白质 DNA RNA 脂类 其他有机物 无机物
含量（%） 85 10 0.4 0.7 2 0.4 1.5
平均分子量
18ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ36000
107 4.0 ×105
700 250 55
由于原生质含有大量的水分，使它具有液体的某些性质， 如有很大的表面张力(surface tension)，因而裸露的原生 质体呈球形。
《植物生理学》课件
内源调节
植物通过激素等内源调节物质来调控自身的生长和发育。
要点二
外源调节
环境因素如光照、温度、水分、养分等对植物生长具有重 要影响。
植物的生殖生理与发育过程
植物的生殖生理
植物通过生殖过程产生种子，实现繁殖。
植物的发育过程
植物从种子萌发到开花结果的整个过程，包 括营养生长和生殖生长两个阶段。
THANKS FOR WATCHING
氧气释放
在光合作用的光反应阶段，水 分子被分解为氧气和质子，氧 气被释放到大气中。
能量利用
植物通过光合作用将太阳能转 化为化学能，这些能量被用于 植物的生长、发育和繁殖等生
命活动。
04
植物的呼吸作用
呼吸作用的基本概念
01
呼吸作用
指植物在有氧条件下，将稳定的 化学能转化为ATP和NADPH的 过程。
详细描述
植物生理学主要研究植物如何获取养 分、水分，如何进行光合作用、呼吸 作用等生理过程，以及植物如何适应 环境变化等方面的内容。
植物生理学的学科地位与意义
总结词
植物生理学是生物学的重要分支，对于理解植物生长发育、 适应环境等过程具有重要意义，也为农业、林业等实践领域 提供了理论基础。
详细描述
植物生理学是生物学的基础学科之一，对于理解植物生命活 动的本质和机制具有重要作用。同时，植物生理学的研究成 果也为农业、林业等实践领域提供了重要的理论支持和实践 指导。
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光合细胞
进行光合作用的细胞主要是叶绿体中的叶肉细胞 。
光合色素
叶绿体中的色素，包括叶绿素a、叶绿素b、胡萝 卜素和叶黄素等，主要吸收光能。
光合作用的机理与过程
光能吸收 电子传递
高级植物生理学第一章 植物生理与分子生物学(共111张PPT)
基因组研究包括两方面的内容： 以全基因组测序为目标的结构基因组学（structural genomics）
以基因功能鉴定为目标的功能基因组学（functional genomics)
2.1 植物基因组的复杂性
（1）植物除了细胞核基因组外，还有细胞质基因组；
（2）植物基因组的长度差异是整个生物界最大的； 拟南芥单倍体基因组：6.3×107 bp；
编码一个完整mRNA的一段DNA序列。
基因是遗传的物质基础，是DNA分子上具有遗传信息的特 定核苷酸序列的总称，是具有遗传效应的DNA分子片段。基因通过
复制把遗传信息传递给下一代，使后代出现与亲代相似的性状。
基因有两个特点： 一、忠实复制自己：以保持生物的基本特征； 二、基因能够突变：为自然选择贮备了材料；
杂交。
探针是一段与目的基因有互补序列的用放射性同位素（32P
）标记的 DNA 或 RNA分子。
探针杂交
电泳分离
转膜
放射显影
核酸分子杂交
核酸分子杂交操作程序
② 根据蛋白质测序结果，合成一对 或数对PCR
⑥ 真核基因的表达——转录和翻译存在着时间和空间 间隔。
⑦ 真核基因表达的调控可从染色体结构至翻译后加 工多个层次（水平）上进行。
原核生物基因表达
真核细胞基因表达
2、植物的基因组
基 因 （gene）？ 基因组 （genபைடு நூலகம்me）？ 基因组学 （genomics）？
遗传物质单元，在染色体上占据特定位置、具有某种特定 遗传功能的 DNA 序列。
串联重复序列（tandemly repeated sequences）： 重复序列以各自的核心序列（重复单元）首尾相连多次重复
，重复序列间被间隔序列分开。
植物生理学中的分子生物学研究
植物生理学中的分子生物学研究植物生理学旨在研究植物如何响应内外环境的变化，以及对其进行适应的生理、生化、分子和细胞机制。
近年来，随着分子生物学技术的不断发展和完善，分子生物学在植物生理学中的研究也愈加重要。
分子生物学为研究植物生理学提供了更为精确的工具和方法，通过研究植物分子水平上的信息，进一步深入了解植物适应各种环境变化的机制。
植物中的基因网络植物在其整个生命周期中，需要不断地响应外部环境的变化，如光照、水分、气候等，同时也需要对内部环境的变化进行调节。
植物中的基因网络在这个过程中扮演着重要的角色。
基因网络是由相互作用的基因和蛋白质组成的复杂系统，能够在植物对环境变化的响应过程中发挥调节作用。
基因网络能够将植物中的基因在时间和空间上进行不同层次的调控。
例如，当植物缺水时，其基因网络能够将水分亏缺这一信息传递给植物细胞，从而调节细胞的膜通透性、水分运输和水分利用。
基因网络中的转录因子起着重要的作用，它们能够促进或抑制转录，从而控制了哪些基因会被表达，并进一步控制了植物的生长和发育。
通过分子遗传学技术，我们可以研究和识别这些在基因网络中扮演着重要角色的基因，进而阐明基因网络在植物适应外界环境的机制。
植物中的信号转导通路植物对外部环境的响应，常常涉及到信号传递的过程。
这些信号可以是内源性的，如激素调节，也可以是外源性的，如光照、大气压力等。
这些信号需要被感受器接收，并通过复杂的信号转导通路传递到细胞中引发一系列的反应。
植物中的信号转导通路包括许多分子水平的事件，如受体激活、蛋白激酶和磷酸酶的激活和失活、信号转导蛋白的磷酸化等等。
这些分子事件的研究，有助于我们更好地理解植物对外界刺激的反应机制。
利用分子遗传学和生化技术，我们可以更深入地研究植物信号转导通路中的分子机制。
例如，利用基因敲除技术或RNAi技术，我们可以构建出不同基因缺失或过量表达的植株，对比其在外界环境变化下的响应变化。
这样的方法可以帮助我们进一步识别植物信号转导通路中的重要基因和蛋白质，并推导出信号通道中的分子机理。
植物生理学第一章-第六章
植物生理学：研究植物生命活动规律的科学。
第一章：自由水：距离胶粒较远而可以自由流动的水分。
束缚水：靠近胶粒而被胶粒吸附束缚不易自由流动的水分。
水势Ψw：每偏摩尔体积水的化学势，单位Pa。
即水溶液的化学势与纯水的化学势之差，除以水的偏摩尔体积所得的商。
渗透势Ψs：由于溶质颗粒的存在而使水势降低的值。
压力势Ψp：细胞壁阻止原生质体吸水膨胀的力量，是增加水势的值。
重力势Ψg：水分因重力下移而增加水势的值。
衬质势Ψm：细胞内胶体物质的亲水性而引起水势降低的值。
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。
此途径速度快。
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：水分通过胞间连丝的吸收。
移动速度较慢。
根压：靠根部水势梯度使水沿导管上升的动力。
伤流：从受伤或折断的植物组织溢出液体的现象。
吐水：从未受伤叶片尖端或边缘向外溢出液滴的现象。
蒸腾拉力：植物因蒸腾失水而产生的吸水动力，内聚力学说：这种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，称为内聚力学说。
蒸腾作用：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现象。
蒸腾速率：植物在一定时间内单位叶面积蒸腾的水量，用g/m2*h表示。
蒸腾比率：植物光合作用产生的干物质与蒸腾失水量的比值，用g.kg-1表示。
蒸腾系数：植物制造1 g干物质所需水分的克数，用g.g-1表示。
水分临界期：植物对水分不足最敏感的时期。
第二章：矿质营养：植物对矿物质的吸收、转运和同化灰分元素：指以氧化物形式存在于灰分中的元素，又叫矿质元素。
大量元素：植物对其需要量相对较大的元素，碳、氢、氧、氮、钾、钙、镁、磷、硫九种。
微量元素：植物需要量极微，稍多即发生毒害的元素，氯、铁、锰、硼、锌、铜、镍、钼八种。
通道运输理论：细胞质膜上有内在蛋白构成的通道，横跨膜的两侧，离子顺着跨膜的电化学势梯度进入细胞。
植物生理学第01章植物的水分代谢
植物⽣理学第01章植物的⽔分代谢第⼀章植物的⽔分代谢本章内容提要⽔是植物⽣命的基础。
植物⽔分代谢包括⽔的吸收、运输和散失过程。
植物细胞吸⽔有三种⽅式：渗透吸⽔、吸胀吸⽔和代谢性吸⽔，以渗透吸⽔为主。
根系是植物吸⽔的主要器官，吸⽔的主要区域为根⽑区，吸⽔的⽅式有主动吸⽔和被动吸⽔，其吸⽔动⼒分别为根压和蒸腾拉⼒。
蒸腾拉⼒是植物主要的吸⽔动⼒。
⽔分在植物体内连续不断地运输是蒸腾拉⼒—内聚⼒克服⽔柱张⼒的结果。
植物主要通过叶⽚蒸腾散失⽔分，具有重要⽣理意义。
⽓孔蒸腾是植物叶⽚蒸腾的主要形式。
蒸腾速率与⽓孔的开闭关系很⼤。
⽓孔开闭可能是通过保卫细胞内K+的积累学说和苹果酸代谢来调节的。
许多外界因⼦能调节⽓孔开闭。
作物需⽔因作物种类不同⽽异，⼀般⽽论，植物的⽔分临界期是花粉母细胞四分体形成期，合理灌溉要综合考虑⼟壤含⽔量、作物形态指标及⽣理指标。
灌溉的⽣理指标能即使反映植物体内的⽔分状况，是较为科学的。
第⼀节⽔分在植物⽣命活动中的作⽤⼀、植物体内的含⽔量不同植物的含⽔量不同；同⼀种植物⽣长在不同的环境中含⽔量也有差异；在同⼀植株中不同器官和不同组织的含⽔量也不同。
⼆、⽔对植物的⽣理作⽤1、原⽣质的主要组分。
原⽣质⼀般含⽔量在70%～90%以上，这样才可使原⽣质保持溶胶状态，以保证各种⽣理⽣化过程的进⾏。
如果含⽔量减少，原⽣质由溶胶变成凝胶状态，细胞⽣命活动⼤⼤减缓（例如休眠种⼦）。
2、接参与植物体内重要的代谢过程。
在光合作⽤、呼吸作⽤、有机物质合成和分解的过程中均有⽔的参与。
3、多⽣化反应和物质吸收、运输的良好介质。
植物体内绝⼤多数⽣化过程都是在⽔介质中进⾏的。
⽔分⼦是极性分⼦，参与⽣化过程的反应物都溶于⽔，控制这些反应的酶类也是亲⽔性的。
各种物质在细胞内的合成、转化和运输分配，以及⽆机离⼦的吸收和运输在⽔介质中完成的。
4、使植物保持固有的姿态。
细胞含有⼤量的⽔分，维持细胞的紧张度，因⽽使植物枝叶挺⽴、花朵开放等。
植物生理学理论（第一章到第三章）
植物生理学理论（第一章到第三章）植物生理学理论总结归纳第一篇植物的物质产生和光能利用第一章植物的水分生理水分生理包括水分的吸收、水分在植物体内的运输和水分的排出等3个过程。
第一节植物对水分的需要一、植物的含水量1、不同植物的含水量不同；2、同一种植物生长在不同环境中，含水量也不同；3、在同一植株种，不同器官和不同组织的含水量的差异也甚大。
二、植物体内水分存在的状态1、水分在植物细胞内通常呈束缚水和自由水两种状态（1）束缚水：靠近胶粒而被胶粒吸附束缚不易自由流动的水分（不参与代谢作用，但与植物抗性大小有密切关系）（2）距离胶粒较远而可以自由流动的水分（参与各种代谢作用，自由水占总含水量的百分比越大，则植物代谢越旺盛）①由于自由水含量多少不同，所以细胞质亲水胶体有两种不同的状态：一种是含水较多的溶胶（sol）;另一种含水较少的凝胶（gel）2、水分子距离胶粒越近，吸附力越强；相反，则吸附力越弱。
3、自由水/束缚水低→凝胶耐旱自由水/束缚水高→溶胶三、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中的反应物质3、水分的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第二节植物细胞对水分的吸收植物细胞吸水主要有3中方式：扩散、集流、和渗透作用一、扩散：这是一种自发过程，指由于分子的随机热运动所造成的物质从浓度高的区域向浓度低的区域移动，扩散是物质顺着浓度梯度进行的。
二、集流：是指液体中成群的原子或分子在压力梯度下共同移动。
水分集流与溶质浓度梯度无关。
●水孔蛋白的作用：水分在细胞内的运输；水分长距离运输；调整细胞内的渗透压。
三、渗透作用：指溶剂分子通过半透膜而移动的现象。
渗透作用水势梯度儿移动。
1、水势的公式：ΨW=μW-μ0W/V W=△μW/V W2、水势=水的化学势/水的偏摩尔体积=N·m·mol-1/m3·mol-1=N·m-2=Pa3、溶液越浓，水势越低。
植物生理学
三.植物生理学的 发展趋势
当前世界面临着
食物、 能源、 资源、 环境 和人口五大问题，
这些问题都与生物学有关。
在21世纪，作为自养生物的绿色植物 在增加食物、
增加资源、 保护环境
和改善环境中
发挥着重要的、不可取代的作用。
植物生理学
围绕如何解决食物、 能源、资源等全球性问题
向宏观和微观方向深入发展。
目前的研究是 先分析逆境蛋白氨基酸顺序， 然后合成探针， 再分离基因， 反过来对蛋白的生理功能 进行研究。
植物生理学的
学习
1．“各得其所”
合理安排，学好计划内各门课程。
2．课堂精神集中，手脑并用；
课后及时复习；
3．要不耻下问，多问为什么。
钻进去，跳出来. 不仅学习知识， 更应培养自己提出问题、分析问题、 解决问题的创造性思维能力。
宏观上，
它与环境生物学、生态生理学等 更广泛地结合， 从群体、群落着眼研究 植物间的相互影响， 植物与环境的相互作用， v 自然生态系统 和农业生态系统中 所出现的生理问题。
微观上，
它在细胞和分子水平上 研究植物体内的物质代谢、 能量转化、 信息转导、 形态建成 和植物抗逆性 及其他生理活动 的机理。
植物生理学特点:
具有理论性和综合性强、
涉及基础课专业课知识面广、 与农业生产联系紧密、 与宏观微观学科交叉渗透等.
植物生理学与农学结合起来， 在农业、 林业、 轻工业等方面 可以发挥重大作用。
四. 植物生理学 和分子生物学 的关系
当今，植物生理学面临着 分子生物学和现代农业的挑战， 这也是更新和发展植物生理学 的极好机遇。 （1） 分子生物学的渗透， 为植物生理学带来了新思想、 新观点、新概念和新方法， 为植物生理学注入了 新的活力。
植物生理学课后习题答案
植物⽣理学课后习题答案植物⽣理学课后习题答案第⼀章植物得⽔分⽣理(重点)⽔势:⽔溶液得化学势与纯⽔得化学势之差,除以⽔得偏摩尔体积所得商。
渗透势:亦称溶质势,就是由于溶质颗粒得存在,降低了⽔得⾃由能,因⽽其⽔势低于纯⽔⽔势得⽔势下降值。
压⼒势:指细胞得原⽣质体吸⽔膨胀,对细胞壁产⽣⼀种作⽤⼒相互作⽤得结果,与引起富有弹性得细胞壁产⽣⼀种限制原⽣质体膨胀得反作⽤⼒。
质外体途径:指⽔分通过细胞壁、细胞间隙等没有细胞质部分得移动,阻⼒⼩,移动速度快。
共质体途径:指⽔分从⼀个细胞得细胞质经过胞间连丝,移动到另⼀个细胞得细胞质,形成⼀个细胞质得连续体,移动速度较慢。
渗透作⽤:⽔分从⽔势⾼得系统通过半透膜向⽔势低得系统移动得现象。
根压:由于⽔势梯度引起⽔分进⼊中柱后产⽣得压⼒。
蒸腾作⽤:指⽔分以⽓体状态,通过植物体得表⾯(主要就是叶⼦),从体内散失到体外得现象、蒸腾速率:植物在⼀定时间内单位叶⾯积蒸腾得⽔量。
内聚⼒学说:以⽔分具有较⼤得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得学说。
⽔分临界期:植物对⽔分不⾜特别敏感得时期。
1.将植物细胞分别放在纯⽔与1mol／Ｌ蔗糖溶液中,细胞得渗透势、压⼒势、⽔势及细胞体积各会发⽣什么变化?答:在纯⽔中,各项指标都增⼤;在蔗糖中,各项指标都降低、2.从植物⽣理学⾓度,分析农谚“有收⽆收在于⽔"得道理。
答:⽔,孕育了⽣命。
陆⽣植物就是由⽔⽣植物进化⽽来得,⽔就是植物得⼀个重要得“先天”环境条件、植物得⼀切正常⽣命活动,只有在⼀定得细胞⽔分含量得状况下才能进⾏,否则,植物得正常⽣命活动就会受阻,甚⾄停⽌。
可以说,没有⽔就没有⽣命、在农业⽣产上,⽔就是决定收成有⽆得重要因素之⼀。
⽔分在植物⽣命活动中得作⽤很⼤,主要表现在４个⽅⾯:⽔分就是细胞质得主要成分、细胞质得含⽔量⼀般在７0~90％,使细胞质呈溶胶状态,保证了旺盛得代谢作⽤正常进⾏,如根尖、茎尖。
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碱基对数目/ （×108 bp/细胞） 1.25
4.3 160 57 23 1000 31 0.042 0.0016 0.0057
物理长度/cm 3.8
13.1 493 173 70 3039 102 0.14 0.006 0.02
基因组的复杂性是指基因组中不同序列的总和，用
DNA变性和复性实验检测；可用参数：Co t1/2 表示；
Abc+指 ABC 基因的表型（野生型）； Abc- 指 abc 基因的表型（突变型）；
ABC1 和 ABC2 是不同的基因；
abc4-1 和 abc4-2为相同基因的不同等位基因；
3
植物基因的结构
克隆植物中编码蛋白质基因的方法：
① 根据蛋白质测序结y DNA)文 库中分别钓出编码该蛋白质的基因与 cDNA克隆。
一些物种细胞核基因组(二倍体)大小
物 种 拟南芥(Arabidopsis thaliana)
栽培稻(Oryza sativm) 普通小麦(Triticum Aestivum) 一粒小麦(Triticum Monococcum) 玉 米(Zea mays) 贝 母（Fritillaria assyriaca） 人 类(Hemo sapiens) 大肠杆菌(E. coli) 玉米叶绿体 玉米线粒体
也有基因从核基因组转移至细胞器基因组: 核糖体L23蛋白质基因。
叶绿体、线粒起源：马古利斯的内共生理论 分子生物学证据：
1、线粒体和叶绿体仅能来自已有的线粒体和叶绿体；
2、基因组结构与原核生物相似； 3、有自已的蛋白质合成体系，且与原核生物相似； 4、能抑制细菌RNA聚合酶的抗生素也能 抑制线粒体 和叶绿体RNA聚合酶。
启动子
上游调节区 RNA-5′ DNA 起点
外显子1
单 顺 反 子
一个结构基因
外显子2 外显子3
终点
例外：C.elegans 有13500个基因，约25%是多顺反子。
多 顺 反 子
启动子
上游调节区 RNA-5′ DNA 起点
基因1
三个结构基因
基因2 基因3
终点
大肠杆菌乳糖操纵子mRNA编码3条多肽 链，色氨酸操纵子mRNA编码5条多肽链
mtDNA有分子内、分子间重组，也可与核、叶绿体 基因组DNA重组。因此mtDNA的重排、序列加倍、与外 源DNA整合的几率很高，由此产生新的嵌合基因。细胞 质雄性不育就是由于新的嵌合基因导致的。
植物细胞内的三类基因组存在着广泛的相互作用。
叶绿体和线粒体的结构蛋白多数由核基因组编码： 细胞器基因 转移至核基因组；
② 真核基因组是以染色体（质）形式存在，小部 分DNA是裸露的。 DNA 核小体 螺线管 超螺线管 染色单体
核小体
③ 真核基因组中存在着重复序列。 高度重复序列；中度重复序列；单一序列。
④ 真核基因属于断裂基因，编码序列中存在有 内含子。 编码区 extron intron
前导区
尾部区
DNA(基因)
基因组学研究的具体内容有： （1）建立以互联网为平台的数据库； （2）组建基因组的物理图谱和遗传图谱； （3）确定基因及基因组的序列；
（4）分析基因组的结构特点；
（5）鉴定基因组中所有基因，并确定其功能； （6）建立基因表达数据库；
（7）建立基因及表型之间的关系（功能基因组学）；
（8）确定DNA的复杂性； （9）为比较不同生物的基因组提供资料；
中度重复序列：几十到上千次，约 300~500 bp相近顺序 ；
单一序列： 在基因组中只出现一次或少数几次的序列。
串联重复序列（tandemly repeated sequences）：
重复序列以各自的核心序列（重复单元）首尾相连多次重 复 ，重复序列间被间隔序列分开。
散布重复序列（dispersed Repeated Sequence ）：
2002，第一个重要作物，水稻基因组（430Mb）测序完成；
599病毒，205种自然质粒，185种细胞质基因组，31种细菌；
拟南芥：十字花科，拟南芥属； 基因组较简单：染色体n=5 核基因组=1亿bp。 生命周期短，种子产量大：
模式植物
一代的时间为3～5周
单株可产无数粒种子； 之称为植物中的“果蝇” 基因组分析中包含的内容较多， 主要分为三个紧密相连的部分，即 作图、通过突变体研究基因功能和 基因克隆及测序。
线粒体基因组（mitochondrial genome）
植物mtDNA长度变异很大，195~2600kb； 动物mtDNA为15~18kb；真菌在18~78kb；
基因组的大小并不表示基因数量的多少：
拟南芥mtDNA 376kb ，人mtDNA为16.6kb，前者比后 者RNA基因多1个，蛋白质基因27:13。 在同一细胞 中可有不同长度的mtDNA。
基因可分为：
① 结构基因：编码蛋白质的基因。包括编码酶和结构
蛋白的基因；
② 调节基因：编码作用于结构基因的阻遏蛋白或激活 蛋白的基因； ③ 没有翻译产物的基因：RNA基因，转录成为 tRNA和 rRNA基因；
④ 不转录的DNA区段：调控序列，如启动子、操纵子、 增强子等等。 （顺式作用元件）
基因的属性：结构单位，功能单位，突变单位。
mRNA
起始密码
终止密码
⑤ 真核基因转录调控区很大，可远离启动子上千
个碱基。
⑥ 真核基因的表达——转录和翻译存在着时间和 空间间隔。 ⑦ 真核基因表达的调控可从染色体结构至翻译后 加工多个层次（水平）上进行。
原核生物基因表达
真核细胞基因表达
2、植物的基因组
基 因 （gene）？ 基因组 （genome）？ 基因组学 （genomics）？
遗传物质单元，在染色体上占据特定位置、具有某种
特定遗传功能的 DNA 序列。
编码一个完整mRNA的一段DNA序列。
基因是遗传的物质基础，是DNA分子上具有遗传信息 的特定核苷酸序列的总称，是具有遗传效应的DNA分子片 段。基因通过复制把遗传信息传递给下一代，使后代出现 与亲代相似的性状。
基因有两个特点： 一、忠实复制自己：以保持生物的基本特征； 二、基因能够突变：为自然选择贮备了材料； 突变绝大多数会导致疾病，另外的一小部分是非致病 突变。非致病突变给自然选择带来了原始材料，使生物可 以在自然选择中被选择出最适合自然的个体。
高级植物生理学（专题一）
植物生理与分子生物学
二、高等植物基因结构及表达调控
1、真核基因组结构特征 2、植 物 的 基 因 组 3、植 物 基 因 的结构 4、植物基因的表达调控
1、 真核细胞基因结构的特征
① 真核基因是单顺反子（cistron），一条成熟的mRNA 链只能翻译出一条多肽链。原核生物是多基因操纵子。
http//www.ddbj.nig.ac.jp/
基因的命名：
植物基因命名委员会：
Commission on Plant Gene Nomenclature，CPGN
根据基因序列，把植物基因分成不同的家族； CPGN规定：基因符号最多8个： XyzN，核基因组基因； xyzN，细胞质基因组基因
根据突变型的表型命名：基因名称与正常功能相反； 矮化基因——高生长基因 基因符号用三个斜体字母表示，基因产物用正体大写： 突变型基因用小写：abc 野生型基因用大写：ABC ABC是该基因的产物
突变体的研究 拟南芥基因组研究的目标之一，是利用基因突变的 方法研究基因功能。 基因突变的方法包括化学诱变，放 射性照射，T-DNA或转座子插入等。
通过对胚胎及幼苗致死突变体的研究，发现大约有 4000多个基因位点与胚胎及幼苗致死有关； 对叶绿素缺陷型植物的研究又鉴定了500多个新的基 因位点。 若按拟南芥菜的基因组中有25000个单拷贝的转录单 位来算，现在已鉴定了的基因位点约为这些转录单位的 六分之一。
世界上有三大基因序列数据库：
美国“国家生物技术信息中心”（NCBI）主持的Gene Bank：
http///
―欧洲生物信息学研究所”(EBI)主持的 EMBL 数据库；
http///embl/
日本“国家遗传学研究所”(NIG)主持的日本DNA数据库 (DDBJ)
人和chloroplast genome）：
多数 被子植物 cpDNA在120~160kb之间；
含有87~183个已知基因；
拟南芥 烟 草 84170 86684
26264
25339
17780
18482
26264
25339 IRB
LSC
某种生物全部基因的克隆总体——基因组克隆与基因组的构建cD中“钓出”目的基因。
真核生物 rRNA 基因结构 ETS 18S ITS 5.8S
不转录间隔
28S
18S
5.8S
28S
rRNA基因
45S rNA前体
真核rRNA基因是多考贝（中度重复序列）； 三种rRNA基因总是按18S、5.8S、28S 顺序排列； 此基因簇是串联重复的，簇与簇之间由不转录间隔分开；
间期核中rDNA浓缩成核仁，在核仁中被转录、加工。
主要是一些可移位的遗传因子：转座子和逆转录转座子。
rRNA 基因： 串联重复，簇之间由不转录间隔分开；
ETS 18S ITS 5.8S
不转录间隔
28S
18S
5.8S
28S
rRNA基因 45S rNA前体 卫星DNA（satellite DNA）： 动物的卫星DNA富含AT；植物卫星DNA富含GC； 端粒重复序列：真核生物间高度保守；
Co：复性时相同（单链）DNA的浓度；t：复性的时间
Co t1/2：一半DNA复原成双链所用的时间；
基因组越复杂， Co t1/2 值越大。