I物质生产和光能利用
水分生理
细胞吸水
扩散
集流
水孔蛋白
渗透作用
定义: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,就称为渗透作用(Osmosis)
水势:每偏摩尔体积水的化学势。也就是,水溶液的化学势(μw)与同温、同压、同一系统中的纯水的化学势(μw0)之差(△μw),除以水的偏摩尔体积(Vw)所得的商,称为水势。
纯水的自由能最大,水势也最高。
纯水的水势为零
细胞水势: Ψw = Ψπ+ Ψp + Ψg +Ψm 细胞水势=渗透势+压力势+重力势+衬质势 Ψw = Ψπ+ Ψp
渗透势
压力势
水状态
束缚水:靠近胶粒而被胶粒吸附束缚不易自由流动的水分,称为束缚水。
自由水:距离胶粒较远而可以自由流动的水分,称为自由水
溶胶状态:水含量较多,大多数情况下细胞质呈溶胶状态;
凝胶状态:含水量较少,休眠种子的细胞质呈凝胶状态。
作用
水分是细胞质的主要成分
水分是代谢作用过程的反应物质
水分是植物对物质吸收和运输地溶剂
水分能保持植物地固有姿态
根系吸水
动力
根压: 由于水势梯度引起水分进入中柱后产生的压力
三条途径
跨膜途径
共质体途径
质外体途径
细胞途径
蒸腾作用
.生理意义
蒸腾作用是植物水分吸收和运输的主要动力;
矿质盐类要溶于水中才能被植物吸收和在体内运转,而蒸腾作用又是矿质吸收和流动的动力;
能够降低叶片的温度
指标
蒸腾速率 (transpiration rate): 植物在一定时间内单位叶面面积蒸腾的水量。
蒸腾比率 (transpiration ratio,TR): 植物每消耗1kg水时所形成的干物质质量(g)。
水分利用效率(water use efficiency,WUE)或蒸腾系数(transpiration efficient): 植物制造1g干物质所需水分(g)。
合理灌溉
矿质营养:植物对矿物质的吸收、运转和同化,通称为矿质营养。
必须的矿质元素
灰分元素
无土
氮在植物生命活动中占有首要的地位,故又称为生命元素
马铃薯缺磷植株矮小,僵直,暗绿,叶片上卷
马铃薯缺硫植株黄化,生长缓慢,但叶片并不
提早干枯脱落,严重时叶片出现褐色斑块
吸收
生物膜:
膜片钳
运输
施肥
光合作用 CO2+H2O 光 能 (CH2O)+O2 绿色细胞
光合作用过程
机理
碳反应 (在暗处或光下,叶绿体基质中)
光反应(在光下,类囊体膜上)
形成的产物:O2、ATP、NADPH
NADPH和ATP合称同化力(assimilatory power)
光合作用
3大步骤
(1)原初反应: 光能的吸收、传递和转换过程
光合单位(photosynthetic unit)
聚光色素系统(light harvesting pigment system)
反应中心(reaction centre)
高等植物最终电子供体是水,最终电子受体是NADP。
(2)电子传递和光合磷酸化: 电能转变为活跃的化学能的过程
光合链: 根据氧化还原电势高低排列,的一系列相互衔接的电子传递体,称为光合链。
光合电子传递抑制剂
敌草隆(DCMU):阻止PSII QB的还原
百草枯(paraquat):抑制PSI Fd还原
DBMIB:与PQ竞争,阻止电子传至Cytb6f
希尔反应:
(3)碳素同化: 活跃的化学能转变为稳定的化学能过程,
能量:将活跃的化学能(ATP及NADPH中)转换为贮存于糖类中稳定的化学能;
物质:植物体干重的90%以上,是通过碳同化及转化而形成的;
部位:碳同化是在叶绿体基质中进行的;
生化途径
C3(卡尔文循环)
羧化阶段
还原阶段
更新阶段
同化3个CO2分子成碳水化合物,需要6个NADPH分子和9个ATP分子,形成一个分子的PGAld。
C4途径
景天科酸代谢途径
光呼吸
定义:植物绿色细胞依赖光照,吸收氧和放出二氧化碳的过程。
影响光合作用的因素
光
光补偿:
光抑制:光能超过光合系统所能利用的数量时,光合功能下降。
co2
CO2补偿:
光合速率(photosynthetic rate)
表观光合速率
真正光合速率
净光合速率
因而在基质中能进行多种多样复杂的生化反应。
类囊体
基质类囊体(stroma thylakoid)
基粒类囊体(grana thlylakoid)
类囊体膜上的蛋白复合体
光系统Ⅰ(PSI)、
光系统Ⅱ(PSⅡ)、
Cytb6/f复合体
ATP酶复合体(ATPase)
类囊体膜为光合膜(photosynthetic membrane)
II物质能量转变
呼吸作用
呼吸作用的概念
有氧呼吸
C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+能量
△G’=2870KJ
无氧呼吸
C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量
△G’=100KJ
乳酸
无氧到有氧的环境转变,与生物的适应。
呼吸代谢途径
糖酵解(EMP)
淀粉、葡萄糖或其他六碳糖在无氧状态下分解成丙酮酸的过程,通称为糖酵解
三羧酸循环(TCA)
戊糖磷酸途径(PPP、HMP)
电子传递
生物氧化(biological oxidation)
指有机物质在生物体内进行氧化分解和放出能量的过程。
呼吸链:
就是呼吸代谢中间产物的电子和质子,沿着一系列有顺序的电子传递体组成的电子传递途径,传递到分子氧的总过程。
氢传递体
(1)NAD(即辅酶Ⅰ)
(2)NADP(即辅酶Ⅱ)
(3)黄素单核苷酸(FMN)
(4)黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)
电子传递体
复合体Ⅰ
NADH脱氢酶
FMN
3个Fe-S蛋白
复合体Ⅱ
复合体Ⅲ
Cytb560
Cytb565
Cytc1
Fe-S
复合体Ⅳ(细胞色素氧化酶)
CuA
CuB
Cyta
Cyta3
氧化磷酸化:
氧化过程伴随着ATP的合成,即氧化作用与磷酸化作用同时进行,这一过程称为氧化磷酸化作用(oxidative phosphorylation)。
抗氰呼吸
影响呼吸作用因素
呼吸商:
有机物运输
途径
P蛋白:
蚜虫吻针
韧皮部装载:指光合产物从叶肉细胞到筛分子- 伴胞复合体的整个过程
Topic
韧皮部卸出:
指装载的同化产物输出到库的接受细胞(receiver cell)的过程。
任何成熟的韧皮部都可进行卸出。
蔗糖为主要卸出物
韧皮部运输的机理
1.压力流动学说
III生长发育
植物生长物质:指一些能够调节植物生长发育的物质。
信号
对于植物而言,环境变化就是刺激,就是信号
信号分物理信号和化学信号,
化学信号也称之为配体 (ligand)
胞内信号被称为第二信使(secondary signal).
激素:在植物体内合成,并从产生之处运送到别处,对生长发育产生显著作用的微量有机物
激素受体
生长素(Auxin)
赤霉素(Gibberellin,GA)
抽台
单性结实
细胞分裂素(Cytokinins,CTK)
脱落酸(Abscisic Acid,ABA)
乙烯(Ethylene,Eth)
偏上生长
三重反应:
生长调节剂:具有植物激素活性的人工合成的物质。
生长延缓剂
外施GA可以逆转其效应。
2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)
作用
较低浓度:0.5~1.0mg/L,培养基;
中等浓度:1~25mg/L,防止落花落果、诱导无籽果实和果实保鲜、插条生根等;
更高浓度:1000mg/L,作为除草剂可以杀死多种阔叶类杂草。
植物激素和生长调节剂在农业上的应用
光形态建成:依赖光控制细胞的分化、结构和功能的改变,最终汇集成组织和器官的建成
光敏色素:
生长生理
细胞
分裂
细胞周期:
分化
去分化:原已分化的细胞,失去原有的形态和机能,又恢复到没有分化的无组织的细胞团或愈伤组织,这个过程称为脱分化。
再分化:由脱分化的细胞再度分化形成另一种或几种类型细胞的过程。
组织培养:植物的离体器官、组织或细胞在人工控制的环境下增殖、发育或再生成完整植株的技术
种子的萌发
影响种子萌发的外界条件
水分
氧气
温度
光照
生长
运动
生殖生理
春化作用(vernalization):低温促使植物开花的作用。
去春化:一些植物的春化作用,可因高温、或短日处理而消失,这种由另一条件消除春化的现象,称为脱春化作用
光周期现象:植物对白天和黑夜的相对长度的反应
光周期诱导(photoperiodic induction)
植物接受光周期刺激后,即使处于不适宜的光周期下,仍然可以长期保持刺激的效果,这种现象称为光周期诱导。
临界日长
长日植物(lang-day plant,LDP)
在日照长度长于临界日长才能正常开花的植物。
短日植物(short-day plant,SDP)
日照长度短于临界日长才能正常开花的植物
日中性植物(day-neutral plant)
在任何日照条件下都可以开花的植物。
中日性植物(intermediate-day plant)
只能在一定的日照长度下开花的植物。
(5)长短日植物
(6)短长日植物
一天之中白天和黑夜的相对长度,称为光周期。
成熟衰老生理
种子成熟
果实成熟
呼吸跃变:果实成熟达一定程度时呼吸速率首先稍降低然后突然升高,最后下降,然后果实完全成熟
单性结实:指不经受精作用而形成不含有种子的果实的现象。
衰老(senescence):是指一个器官或整个植株生命功能逐渐恶化,最终自然死亡的过程。
生理生化变化
1.蛋白质显著下降
2. 核酸含量降低
3.光合速率下降
4.呼吸速率下降
影响衰老的外界条件
①光
②温度 低温高温都会促进衰老。
③水分
④营养
⑤细胞分裂素 延缓衰老
衰老的三个时期
1)起始时期
2)退化时期
3)终止时期
程序性死亡:programmed cell death,PCD
脱落
抗性生理
逆境(stress): 对植物产生伤害的环境称为逆境,又称胁迫。
抗逆性:抗性( Resistance ) 植物对不良环境的适应性和抵抗力
adaptation(适应性)
avoidance(避逆性)
tolerance(耐逆性)
渗透调节(osmoregulation)
植物通过提高渗调物质含量来提高细胞液浓度,降低其渗透势,从而适应水分胁迫环境的现象。
萎蔫(wilting)
植物在水分亏缺严重时,则细胞失去紧张度,叶片和茎的幼嫩部分下垂的现象。