植物生理学大纲整理版

植物生理学plant physiology

一、植物生理学概述

（一）植物生理学的研究内容

1、定义：植物生理学（plant physiology）是研究植物生命活动规律、揭示植物生命现象本质的科学。

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）植物生理学发展的发展简史： 第一阶段：植物生理学的孕育阶段

1627年荷兰人凡·海尔蒙（J.B.van Helmont）柳树实验标志着科学的植物生理学的开端。 第二阶段 诞生与成长的阶段

从1840年李比希（J.von Liebig）创立矿质营养学说到19世纪末德国植物生理学家萨克斯和他的学生费弗尔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。 第三阶段 发展、分化与壮大阶段

20世纪科学技术突飞猛进，植物生理学也快速壮大发展；30～40年代进入细胞器水平；50年代以后，跨入分子或亚分子水平；80年代阐明光合细菌反应中心三维空间结构；研究时间缩短到微秒（10-6秒）级、纳秒（10-9秒）级甚至皮秒（10-12秒）级；对植物生理活动的数学模拟。 我国的植物生理学的发展

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。 1949年以后，植物生理的研究和教学工作发展很快,在有关植物生理学的各个领域里,都取得重要进展。

二、植物细胞生理 （一）植物细胞的概述　

1．细胞的共性：尽管细胞种类繁多，形态、结构与功能各异，却有基本的共同点： 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

区别 原核细胞

真核细胞

大小 1~10μm 10~100μm 细胞核 无核膜 有双层的核膜 形状 环状DNA 分子 线性DNA 分子 数目 一个基因连锁群

2个以上基因连锁群 染 色 体

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 DNA 序列 无或很少有重复序列 有重复序列

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

细胞分裂 二分或出芽 有丝分裂和减数分裂，

内膜 无独立的内膜 有，分化成各种细胞器

鞭毛构成 鞭毛蛋白 微管蛋白

质膜 线粒体和叶绿体

光合与呼

吸酶分布

核糖体 70S（50S+30S） 80S（60S+40S）

营养方式 吸收，有的行光合作用 吸收，光合作用，内吞

细胞壁 肽聚糖、蛋白质、脂多糖、脂蛋白 纤维素（植物细胞）

2．高等植物细胞的主要结构

大液泡、叶绿体和细胞壁是植物细胞区别于动物细胞的三大结构特征。

（二）细胞的亚显微结构与功能

1．植物细胞壁的组成、结构和生理功能

1)细胞壁的化学组成：构成细胞壁的成分中，90%左右是多糖，10%左右是蛋白质、酶类以及脂肪酸等。细胞壁中的多糖

主要是纤维素、半纤维素和果胶类，它们是由葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖醛酸等聚合而成。次生细胞壁中还有大量木质素。　

●纤维素（cellulose）：植物细胞壁的主要成分， 纤维素内葡萄糖残基间形成大量氢键，而相邻分子间氢键使带状分子

彼此平行地连在一起，这些纤维素分子链都具有相同的极性，排列成立体晶格状，可称为分子团，又叫微团(micellae)。

微团组合成微纤丝(microfibril)，微纤丝又组成大纤丝(macrofibril)，因而纤维素的这种结构非常牢固，使细胞壁具有高强度和抗化学降解的能力。　存在于细胞壁中的纤维素是自然界中最丰富的多糖。

●半纤维素(hemicellulose)：往往是指除纤维素和果胶物质以外的，溶于碱的细胞壁多糖类的总称。它们覆盖在微纤丝

之外并通过氢键将微纤丝交联成复杂的网格，形成细胞壁内高层次上的结构。　

●果胶类：胞间层基本上是由果胶物质组成的，果胶使相邻的细胞粘合在一起。果胶物质是由半乳糖醛酸组成的多聚体。

根据其结合情况及理化性质，可分为三类：即果胶酸、果胶和原果胶。

●木质素(lignin)：不是多糖，是由苯基丙烷衍生物的单体所构成的聚合物，主要分布于纤维、导管和管胞中。可以增

加细胞壁的抗压强度，正是细胞壁木质化的导管和管胞构成了木本植物坚硬的茎干，并作为水和无机盐运输的输导组织。　

●蛋白质与酶：细胞壁中最早被发现的蛋白质是伸展蛋白(extensin)，它是一类富含羟脯氨酸的糖蛋白(hydroxyproline

　rich glycoprotein,HRGP)，大约由300个氨基酸残基组成，这类蛋白质中羟脯氨酸(Hyp)含量特别高。

●矿质：细胞壁的矿质元素中最重要的是钙。细胞壁为植物细胞最大的钙库。钙调素(calmodulin,CaM)在细胞壁中也被

发现，如在小麦细胞壁中已检测出水溶性及盐溶性两种钙调素。

2)细胞壁的结构：典型的细胞壁是由胞间层(intercellular layer)、初生壁(primary wall)以及次生壁(secondary wall)