植物生理学1-绪论

2020年，人口总量控制在14.5亿人；
到本世纪中叶，人口峰值将控制在15亿人左右。这意味 着我们需要为新增的两亿人口准备粮食产能。
另一方面:
国土资源部2008年的报告显示：我国耕地面积1995年是 19.51亿亩，到2006年减少到18.26亿亩，11年时间耕地面 积减少了1.2亿亩，占耕地总面积的6.6%。
（三）植物生理学的任务
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 的规律和机理，从而将这些成果应用于植物生产实践 中。
目的： 1、提高植物的生产力 2、保护环境
举例：人类对植 物生长规律的观 察和描述等认知。
二、植物生理学的产生和发展
●植物生理学的孕育时期 ●植物生理学的诞生与成长
生 命 活 动
物质与能量代谢
信息传递和信号转导
1、生长发育
生长发育：生命活动的外在表现
生长：指增加细胞数目和扩大细胞体积而导致植物体
积和重量的增加。
发育：指细胞不断分化，形成新的组织、器官，既形态建
成，具体表现为种子萌发、根、茎、叶生长、开花、结果、
衰老、死亡等过程。
2、物质与能量代谢
3、创办了一批主要刊登植物分子生物学的刊物：
例如： 《Plant Molecular Biology》（1986年创刊）； （2003年影响因子为3.795）
《The Plant Cell》（1989年创刊）。
4、高等学校的专业、学科和课程设置发生了变化：
撤消植物生理学本科专业；
植物生理学硕士、博士学位点合并到植物学专业中；
植物生理学
张万方
绪
（一）植物生理学的定义：
论
一、植物生理学的定义、内容和任务
植物生理学(plant physiology)
是研究植物生命活动规律的科学。
植物生命活动有哪些规律？ 植物生理学研究的内容是什么？
(二) 植物生理学的内容
植物的生命活动：
外在：种子萌发、生长、开花、结果等生长发育过程。 内在：水分代谢、矿质营养、光合作用和呼吸作用等 基本代谢 生长发育与形态建成
感知环境变化的部位与发生反应的部位可能是不同的。
信息感受部位
发生反应部位
信息传递：环境的物理和化学信号在组织、器官上的传递。
例如：土壤干旱导致气孔关闭。
信号转导：环境的物理和化学信号在细胞水平上的传递。
单个细胞水平上，信号与受体结合后，通过信号转导系统，
产生生理反应 。 例如：赤霉素诱导大麦种子糊粉层细胞产生ａ-淀粉酶。
植物激素研究
瘦果
植物激素研究应用
4.研究手段现代化
实验技术越来越精细，仪器设备的精密度和自动化水平越
来越高。 分析仪器与计算机配合，自动检测物质含量和序列（紫外 可见分光光度计、 原子吸收光谱仪、 电子显微镜、气相 色谱仪、液相色谱仪、质谱仪） 研究手段现代化使研究数据更精确可靠，速度更快，大大 促进了植物生理学的发展
6、国外：西欧的古罗马人也知道使用动物的排泄物、矿 物质（灰分，石膏，石灰等）和绿肥。
植物生理学的诞生与成长
研究开始时期（16-17世纪）
（1）荷兰医生凡.海蒙（1577-1644）的柳树枝条实 验，研究探索植物长大的物质来源，否定了当时的腐 植质学说。
结论： 柳树是靠水来 构成躯体的。
当前，粮食、能源、资源、环境、人口5大问
题已成为阻碍经济和社会发展的重大制约因素，
其中每一个问题都同植物生理学息息相关。解决
这5大问题的客观要求向植物生理学提出了一系列
迫切需要解决的研究课题，为植物生理学的发展
注入了强大的生命力。
一方面： 2007年《国家人口发展战略研究报告》指出： 2010年，人口总量控制在13.6亿人；
物质与能量转化：是生长发育的基础，而物质代
谢与能量转化又紧密联系，构成统一的整体，统称
代谢。（代谢生理：第一，二篇）
▲水分代谢 ▲呼吸作用 ▲植物体内物质运输分配
▲矿质营养
▲光合作用
▲植物激素与生长调节剂
3、信息传递和信号转导
是植物适应环境的重要环节。 植物生长在复杂的多变的环境中，必须适应环境 有规律的变化或抵抗逆境的变化作出响应（感知）。
Annual
《植物生理学报》 1964年创刊 2002年改为《植物生 理与分子生物学学报》
澳大利亚植物生理学报 《Australian Journal of Plant Physiology》1974年 创刊 2002年改名为： 《Functional Plant Biology》
部分综合性大学不再开设植物生理学课程，代之以 “植物生物学”
5、一些国家的植物生理学会已经或正在酝酿改名 美国植物生理学会（ASPP）已改名为“美国植物 生物学学会（ASPB）”；
中国植物生理学会也讨论过改名的问题，但面临一 些阻力。
W. Pfeffer
植物生理学的迅速发展
植物生理学飞跃发展时期（20世纪至今）
科学技术突飞猛进，植物生理学发展迅速，具体表现在： （1）研究仪器和方法的改进，使结果更加精细和准确。 例如：同位素技术、电子显微镜、X-射线、色层分析、 电泳技术、计算机和图象处理技术、膜片钳技术等。
（2）随着细胞生物学、分子生物学、遗传学、生物化学与生
如1950年开始创刊的权威性的植物生理学评论刊物《 Annual Review of Plant Physiology》从1988年第39卷起改为《Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology》；从 2002年第53卷起又改名为《Annual Review of Plant Biology》。 该刊SCI统计的Impact factor （影响因子） 2003年为15.615。
我国的杂交水稻是第一次绿色革命时期的杰出代表 世界上一些国家科技对农业增长的贡献率一般都在70％以上，
像以色列这样一个极度缺水的国家，它的科技对农业的贡献 率达到90％以上。
2.大力开展应用基础研究和应用研究，
促使农业现代化。
科学种田、改善品质、西部干旱、沙漠化治理等。
植物组织培养
无土栽培技术
●植物生理学的迅速发展
植物生理学的孕育时期
1、战国荀况《荀子、富国篇》 “多粪肥田” 。
2、战国韩非子《韩非子》 “积力于田畴，必且粪灌” 。
3、西汉汜（si）胜之《汜胜之书》记载有：
（1）施肥方式：基肥、种肥和追肥之分。 （2）使用绿肥：杂草压青做绿肥。 （3）种子安全贮藏：“种伤湿、郁，热则生虫”，“曝使极燥”，
结论正 确吗? 木桶 + 90kg土壤 + 柳2.27kg + 浇水
五年后，土壤减少几十克，柳树重76.7kg增加74kg。
（2）英国普里斯特利小鼠实验（1771年） 小白鼠放入密闭钟罩 死亡
小白鼠放入密闭钟罩+绿色植物
存活
J. Priestley (1733-1804)
发现：绿色植物能净化空气。
能更有效地控制植物的生长发育，提高产量。 （3）植物生理学研究还与生态学和环境相结合，为可持续 发展提供依据。
（三）我国植物生理发展情况
起步晚，发展慢，仅有100多年的历史。
我国植物生理学创始人：钱崇澍（shu ）1917年在国际 公开刊物发表“钡、锶、铈对水绵的作用”论文。 20世纪30年代是我国植物生理教学和研究的起始期。 我国植物生理学奠基人：李继侗、罗宗洛、汤佩松先后
2. 学科之间相互渗透
植物生理学与生物学各个学科相互渗透、相互补充；
以光合作用为例：
用生物化学手段 提纯光合作用的酶，在试管中研究它们的特性； 用生物物理的方法 分离光合膜，在比色杯中研究它们的作用光谱；
用分子生物学方法
克隆编码光合蛋白的基因，研究它们在发育过程 中的调节。
3.理论联系实际
“热进仓”贮麦法：“日爆令干，及热埋之”。
4、北魏贾思勰（xie）《齐民要术》记载：
种枣篇：“正月一日日出时，反斧斑驳椎之。”名曰：“嫁枣”
5、明末宋应星《天工开物》
分别记载了农、果树和野生植物的利用；植物的嫁接技术；豆科 植物的肥田作用；豆类和禾谷类轮作可以增产；以及植物的性别、 种子的处理、繁殖和贮藏、生长发育等植物生理学知识。
感应性研究的新领域。
（6）德国的萨克斯对植物的生长、光合作用和矿质营养做 了很多的实验，使植物生理学成为完整的体系。于1882 年编写了《植物生理学讲义》。
（7）萨克斯的弟子费弗尔、全面总结了植物生理学以往的
研究成果于1904年出版了三卷本专著《植物生理学》， 植物生理学作为一门学科诞生了。
JULIUS v. SACHS
◆ 矿质营养研究导致化肥应用，使作物产量较之传统农业 极大提高； ◆ 植物激素研究推动了植物生长调节剂和除草剂的人工合 成，在控制生长发育和提高产量、质量等方面起了很大 作用； ◆ 作物群体光能利用和有机物质分配的原理 可指导农业 生产上间作套种、合理密植及高光效育种的推广应用； ◆组织培养技术的发展为作物育种、快速繁殖、脱除病毒 和植物性药物的工业化生产提供了可靠的途径。
五、植物生理学正面临新的挑战
自进入20世纪80年代以来，植物生理学的发展出
现了新的趋势。最显著的特点是分子生物学异军
突起，以其强大的生命力迅速渗透到生命科学的
各个领域，而植物生理学则是首当其冲。
这种趋势主要反映在以下几方面：
1、植物生理学研究工作者纷纷从传统的植物生理学研究领 域转向分子生物学领域； 2、国际和国内的权威性植物生理学刊物纷纷改名。
回国，在大学任教，建立了实验室，进行科学研究，为 我国的植物生理学的发展奠定了基础。
三、近年来植物生理学发展特点与展望
1.研究层次越来越广 微观——把植物整体的各种生理活动，物质、能量、信 息的转化还原到细胞水平、分子水平。
微观水平：个体－－器官－－组织－－细胞－－细胞器－－分子水平
宏观——由植物个体进入到群体、群落，研究植物间相 互影响，植物与环境相互作用，自然生态系统和农业生 态系统中所出现的生理学问题 宏观水平：个体－－群体－－群落－－环境
复习思考题
1、什么叫植物生理学？植物生理学的研究内容 和任务是什么？ 2、植物生理学是如何产生和发展的？我们从中 可以得到哪些启示？ 3、21世纪植物生理学发展的趋势如何？ 4、如何才能学好植物生理学？
参考书
1、<<植物生理学>> 潘瑞炽 主编 高等教育出版社（第六版2008年） 2、<<植物生理学>> 王忠主编 中国农业出版社 2000年 3、<<现代植物生理学>> 李合生 高等教育出版社 2000年
物生理等学科的交叉渗透，植物生理各方面的研究都有突破
性进展。
例如：细胞全能性、组织培养、DNA双螺旋结构及遗传密码的破解、 关于光合作用， 有7项研究成果 光合途径的研究、生长发育与光周期和光敏素的发现、植物激素的发 获得了诺贝尔奖！ 现和合成、抗逆性研究等。
各种植物生长物质的发现、合成途径与作用机制的阐明，
四、我国植生研究的主要任务
1.深入进行基础理论的研究，探索生命活动的
本质。理论研究的突破，会给农业生产带来 革命性的变化。 例如： “绿色革命” 重点：能量转化
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
例如：“第一次绿色革命”：发生在上世纪50年代初，其主 要特征是把水稻的高秆变矮秆，另外辅助于农药和农业机械， 从而解决了19个发展中国家粮食自给问题。
（1）法国学者布森格：以石英沙和木炭为基质利用矿物 盐实现了植物的沙培培养。 （2）法国学者费弗尔：开展植物原生质特性的研究，提 出了渗透学说，科学的解释了水分的进出。
（3）俄国著名植物生理学家季米里亚捷夫证明光合作用 所利用的光就是叶绿素所吸收的光。 （4）俄国的科学家巴赫、巴拉金和科斯梯切夫确认呼吸 作用就是一种“生物燃烧”。 （5）达尔文关于植物运动的详细观察与实验开辟了植物
（3）荷兰英根浩特 在1779年验证：只有在光下植物绿色部分才具备净化空 气的作用，并且能产生一种助燃的气体；黑暗中与动物 一样同样使空气变坏。 — 空气营养 （4）法国拉瓦锡 在1782年将这种光下产生的助燃的气体命名为氧，黑暗 中植物释放的气体为二氧化碳。
植物生理奠基与成长时期（18-19世纪）