植物生理学—植物的生长生理(上课版)

单侧 蓝光
向光素激酶 导致 向光素磷酸化呈 诱发 胚芽鞘尖端的IAA 部分磷酸化 向背光一侧移动 侧向梯度分布 背光一侧 生长快过 芽鞘就向 光弯曲
植物生理学
第十章 植物的生长生理
有收无收在于水
第一节
种子萌发:种子吸水到胚
种子萌发生理
根突破种皮（或播种到幼 苗出土）之间所发生的一
系列生理生化变化过程。
一、影响种子萌发的外界条件
(一) 足够的水分
(二) 充足的氧气 — 有氧呼吸 （三）适宜的温度—酶促反应
无水脱脂棉上绿豆的萌发
含水脱脂棉上绿豆的萌发

顶端优势现象产生的原因 （2）激素抑制假说：蒂曼和斯科格指出，顶端优势是由于生长素
对侧芽的抑制作用而产生的。顶芽合成生长素并极性运输到侧芽， 超过芽生长的最适浓度，抑制侧芽生长。 IAA维持顶端优势，GA加强顶端优势，CTK破坏顶端优势。 有人认为侧芽生长不是决定于生长素绝对水平而是取决于生长素 与细胞分裂素的比例。
形成不同细胞
细胞周期:从一次细胞分裂结束形成子细胞到下一次分裂结束形成 新的子细胞所经历的时期称细胞周期。
分裂间期 细胞分裂 周期 分裂期（M期）
G1期(DNA合成前期) S期 (DNA合成期) G2期(DNA合成后期)
前期 中期 后期 末期
2、细胞周期的控制 控制细胞周期的关键酶是：依赖于细胞周期蛋白（cyclin）的蛋白 激酶(CDK)。
第六节 植物的运动
植物的运动:植物体的器官在空间产生位置移动的现象。
一、向性运动
向性运动：指植物的某些器官由于受到外界环境的单向刺激而产
生的运动。是生长引起的不可逆的运动 感受 转导 反应 依外界因素的不同，分为：向光性、向重力性、向化性和向水性 （一）向光性 1、概念：指植物随光的方 向而弯曲的反应。 正向光性：如茎叶。
（二）光 1、光强对植物生长的影响 （1）间接作用 光是为光合作用提供能量，加速蒸腾促进有机物运输。 （2）直接作用： ①光抑制茎的生长 原因：a、光照使自由IAA转变为结合态IAA。 b、光照提高IAA氧化酶活性，加速IAA的分解。 ②光抑制多种作物根的生长：因为光促进根内形成ABA。 ③光形态建成 (光控制植物生长、发育与分化的过程) 如光促进需光种子的萌发、幼叶的展开、叶芽与花芽的分化等。光 形态建成对光的需要是一种“低能反应。
三、细胞分化生理
细胞分化：在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，
在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。
现代生物学的观点认为:发育的过程表现为DNA链上不同基因按一
定的时间和空间顺序选择性地活化或阻遏。 1、细胞全能性
（1）细胞全能性：是指植物体的每个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。
3、影响细胞分化的因素 （1）糖浓度 低糖浓度（< 2.5%），有利于木质部形成； 高糖浓度（> 3.5%），有利于韧皮部形成； 中糖浓度(2.5%～3.5%)，木质部、韧皮部都形成，中间有形成层。 （2）光照： 黄花幼苗的组织分化很差，薄壁组织较多，输导组织和纤维组织 等机械组织很不发达，植物柔嫩多汁 （3）植物激素 CTK/IAA比值：高， 芽；低，根；中等，不 分化。 乙烯：促进根的形成。
第三节 植物营养器官生长
一、营养器官的生长特性 （一）茎生长特性
1、茎的生长点： （1）顶端分生组织和近顶端分生组织——控制生长最重要的组织。 前者控制后者的活性，后者的细胞分裂和伸长决定茎的生长速度。 （2）居间分生组织： 2、茎生长的规律性：
生长大周期：植物器官或整株植物的生长速度会表现出“慢-快-
2、光质对植物生长的影响 蓝紫光抑制植物生长，紫外光抑制作用更明显。 原因：蓝光能使植物幼苗自由态IAA、GA、玉米素和二氢玉米素 含量下降，ABA和乙烯含量增加。
高山上的树木与平地生长关系比较
（三）水分 （四）矿质营养
（五）植物激素 GA3显著促进茎 的生长。水稻生 长时，GA3高峰 分别出现在分蘖 期和抽穗期。
二、主茎和侧枝的相关性 顶端优势：顶芽优先生长，而侧芽生长受抑制的现象。 顶端优势十分明显的植物 如向日葵、玉米、高梁、黄麻等的顶端 优势很强，一般不分枝； 顶端优势较为明显的植物 如雪松、桧柏、水杉等，越靠近顶端的 侧枝，生长受抑越强，从而形成宝塔形树冠； 没有顶端优势的植物 如小麦、水稻、芹菜等没有顶端优势。
慢”的基本规律，即开始时生长缓慢，以后逐渐加快，然后又减慢 以至停止。这一生长全过程称为生长大周期 。



生长大周期：
S生长曲线：分成四个时期： ① 停滞期：(0～18d) ② 对数生长时期:(18～45d) ③ 直线生长期:(45～55d) ④ 衰退期：(55～90d )


（二）根生长特性 生长部位：顶端分生组织； 生长的规律性：具生长大周期。 根也有顶端优势：蔬菜育苗移栽时切除主根，可促进侧根的生长。 （三）叶生长特性 一般来说，双子叶植物 的叶子是全叶均匀生长； 单子叶植物叶片基部保 持生长能力。例如稻、 麦、韭、葱等叶被切断 后，叶片很快就能生长 起来。
向性运动包括三个步骤:
负向光性：如根。 横向光性：器官生长与光垂直，如叶片。
向光性是植物的一种生态反应，如茎叶的向光性，能使叶子尽
量处于吸收光能的最适位置进行光合作用。
2、感受部位：茎尖、胚芽鞘尖端、根尖、 某些叶片或生长中的茎等 3、有效光谱：对向光性反应最有效的光是短 波光（420～480nm的蓝光和360～380nm紫 外光），红光无效。 4、光受体：蓝光光受体是向光素；存在于表 皮细胞、叶肉细胞和保卫细胞的质膜上； 化学本质是黄素蛋白，表现出丝氨酸/苏氨 酸激酶活性。
4、有机物的转变
蛋白质 新的器官 细胞壁物质 膜 贮藏物质 脂肪 种子 脂类 运输 乙醛酸循环 分解 co2 酰胺、其它含氮 化合物 新的氨基酸 co2 N 有机酸 糖类 酰胺等 重新合成
淀粉
糖类
蔗糖 有机酸Leabharlann BaiduN
蛋白质
氨基酸
三、种子寿命 1、种子寿命：从种子成熟到失去生命力所经历的时间。 在自然条件下，种子的寿命可以由几个星期到很多年。 如柳树种子，成熟后只在12h内有发芽能力。 大多数农作物种子的寿命，也是比较短的，约1～3年。少 数有较长的，如蚕豆、绿豆能达6～11年。 种子寿命长的可达百年以上。我国辽宁省普兰店的泥炭土 层中，发现莲的瘦果（莲子），至少120年，也可能达 200～400年之久，但仍能发芽和正常开花结果。
顶端优势的应用 • 利用和保持顶端优势：如麻类、向日葵、烟草、玉米、高梁等作 物以及用材树木，需控制其侧枝生长，而使主茎强壮，挺直。 • 消除顶端优势，以促进分枝生长：如：棉花打顶和整枝、瓜类摘 蔓、果树修剪等可调节营养生长，合理分配养分；花卉打顶去蕾， 可控制花的数量和大小；绿篱修剪可促进侧芽生长，而形成密集 灌丛状；苗木移栽时的伤根或断根，则可促进侧根生长；使用三 碘苯甲酸可抑制大豆顶端优势，促进腋芽成花，提高结荚率。
2、呼吸作用的变化
急剧上升：种子吸涨后，生化反应加强。 滞缓不变：因为种皮限制氧气供应，进行无氧呼吸。 再急剧上升：胚根突破种皮，增加氧气供应，进行有氧呼吸。 显著下降：随着贮存物质的消耗，呼吸作用逐渐降低。
3、酶系统的形成：萌发种子酶的形成有两种来源： ①原存在的束缚态酶释放和活化而来。如：β-淀粉酶，种子吸胀 后立即出现。 ②重新合成：通过核酸诱导下合成的蛋白质，形成新的酶，如α淀粉酶
第四节 植物生长的相关性
相关性：植物各部分间的相互制约与协调的现象。
一、根和地上部的相关性 地上部分与地下部分的关系表现在： 相互促进：地上部分供给根糖分和维生素B1；根供给地上部 分水分、矿物质、 CTK和生物碱等。 相互抑制：从根冠比反映。土壤水分不足或缺N，根冠比增 大；反则反之。当然，低温，光照也可以使根冠比增加。 根冠比（R/T）:是指植物地下部分与地上部分干重或鲜重的 比值。 水稻栽培“旱长根，水长苗”和玉米蹲苗经验
（四）光 — 有的种子萌发需光
需光种子：光下才能萌发的种子,
如莴苣、烟草、多数杂草种子。 需暗(喜暗或嫌光)种子：光抑制种子萌发，如葱、韭菜、苋菜、 番茄、茄子、瓜类种子。 对光不敏感种子：有光无光都可萌发，如大多数农作物种子。
二、种子萌发的生理生化变化
1、种子吸水 种子的吸水分为三个阶段： 急剧吸水阶段 — 吸胀性吸水 吸水停滞阶段 胚根出现，重新迅速吸水阶段 — 渗透性吸水
3、细胞分裂与植物激素
生长素和细胞分裂素
刺激G1 cyclin(CycD)的 积累，因此支持进入新 的细胞周期。
细胞分裂素通过活化
磷酸酶,削弱CDK酪氨 酸磷酸化的抑制作用 （CDK/CYCB），促进 进入M期。
脱落酸浓度增加，CDK-cyclin复合物抑制剂（ICK）表达，于是抑
制CDK/CycA，阻止进入S期。

2、影响种子寿命的因素： 顽拗性种子：不耐脱水和低温，寿命很短，如：热带的可 可、荔枝、龙眼、 芒果种子。 正常性种子：耐脱水和低温，寿命较长，如：水稻、花生。
第二节
细胞生长生理
细胞生长是植物整体生长的基础。
细胞分裂 细胞伸长
增加细胞数目 增大细胞体积 植物生长
细胞分化
一、细胞分裂期的生理 1、细胞周期

三、营养生长和生殖生长的相关 1.依赖关系 营养器官供给生殖器官养料，是生殖生长的基础。 2.对立关系 (1) 营养器官生长过旺，消耗较多养分，影响生殖器官的生长。 如小麦前期肥水过多，造成茎叶徒长，延缓幼穗分化，增加空瘪 粒；后期水肥过多，造成贪青晚熟。 (2) 生殖器官的生长抑制营养器官的生长。如:一次性开花植物 — 水稻、竹子、果树的大小年现象。

根系也具有顶端优势： • 侧根距离根尖一定距离的部位才能发生，且受主根生长的抑制， 即为根的顶端优势。 • 如棉花幼苗的根系：在侧根原基大量发生的主根中上部，IAA含 量高，CTK含量低，[IAA]/[CTK]=2～3之间；在根尖附近不发生 侧根的区域，[IAA]/[CTK]低于2或高于3，可见侧根发生需要适 宜的IAA和CTK比例。 • 根顶端优势的应用：蔬菜育苗移栽切除主根、棉花育苗移栽时常 要“搬钵”。
（2）组织培养：是指在无菌条件下，分离并在培养基中培养离体
植物组织（器官或细胞）的技术。 组织培养的理论依据是：植物细胞具有全能性。
2、极性
极性：是指在器官、组织甚至细胞中在不同的轴向上存在某种形
态结构和生理生化上的梯度差异。 如：合子在第一次分裂形成基细胞及顶端细胞就是极性现象。极 性一旦建立，即难于逆转。 根在柳 树枝条 的形态 学下端 发生
5、植物产生向光性反应的原因：
（1）生长素分布不均匀 在20世纪20年代温特 (Cholodny-Went,1928) 认为:植 物的向光弯曲与生长素在向 光面与背光面的不均匀分布 有关。 主要依据：温特(1928)用生物 测定法显示生长素活性的分 布比率为向光面35%，背光面 65%。
向光素
二、细胞伸长的生理
葡萄糖 分子
纤维素 分子
微团
微纤丝
粗纤丝
细胞壁
生长素的酸一生长假说
IAA
IAA
4、细胞伸长与赤霉素 （1）GA促进细胞伸长，也促进细胞分裂，且诱发细胞伸长是在诱 发细胞分裂之前。但GA没有刺激质子排除的现象。GA影响细胞伸 长可能依赖于IAA诱发细胞壁酸化。但GA刺激伸长的滞后期比IAA 长。可见GA和IAA刺激细胞生长机制是不同的，反而有相加机制。 （2）GA对根的伸长无促进作用。
二、影响营养器官生长的条件
（一）温度 1、温度三基点： 原产热带或亚热带的植物，温度三基点较高，分别为10℃、30～ 35℃和45℃左右； 原产温带的植物，生长温度三基点稍低，分别为5℃、25～30℃、 35～40℃左右； 原产寒带的植物，生长温度三基点更低，如北极的植物在0℃以 下仍能生长，最适温度一般不超过10℃。 2、生长的最适温度：一般是指生长最快时的温度，而不是生长最 健壮的温度。 3、协调最适温度：能使植株生长最健壮的温度，叫协调最适温度。 4、生长温周期现象：植物这种对昼夜温度周期性变化的反应，称 为生长温周期现象。