植物生理学总复习

植物生理学总复习Chapter1植物的水分代谢自由水：不与细胞的组分紧密结合易自由移动的水分。束缚水：与细胞的组分紧密结合不易自由移动的水分。★水势：就是水的化学势，指同温同压同一系统中，一偏摩尔体积（V）水（含溶质的水）的自由能(μw）与一摩尔体积（V）纯水的自由能(μ0w)的差值(Δμw)。渗透作用：是扩散的一种特殊形式，渗透是指溶剂分子通过半透膜的扩散作用。共质体：是指活细胞内的原生质体通过胞间连丝及质膜本身互相连结成的一个连续的整体。质外体：是指原生质以外的包括细胞壁、细胞间隙和木质部的导管等无生活物质互相连结成的一个连续的整体。蒸腾拉力：是由于植物的蒸腾作用而产生一系列水势梯度，使导管中的水分上升的一种力量。蒸腾作用(transpiration)是指植物地上部分以气体状态的水向外界散失水分的过程。1、植物的含水量及（植物种类和部位差异）水分在植物体内的存在状态：束缚水和自由水两种状态存在。★束缚水/自由水比值对生命活动和代谢的影响？当自由水比率增加时，植物细胞原生质体处于溶胶(sol)状态，代谢活动旺盛，但抗逆性减弱；反之束缚水比率高时，植物细胞原生质常趋于凝胶(gel)状态，代谢活动减弱，但抗逆性却增强，如休眠种子、休眠芽等能抵抗低温或干旱等环境。3．植物吸水的方式：(1)渗透性吸水；(2)吸胀作用吸水；(3)代谢性吸水。其中以渗透性吸水为主。细胞的渗透性吸水★水势纯水的水势为零Ψw0=0。溶液的水势就小于0，为负值。溶液越浓，其水势的负值越大。质壁分离(plasmolysis)和质壁分离复原(deplasmolysis)说明：①原生质层具有选择透性②判断细胞死活。③测定细胞液的溶质势，进行农作物品种抗旱性鉴定。④测定物质进入原生质体的速度和难易程度。吸胀作用(imbibition)是亲水胶体吸水膨胀的现象。代谢性吸水，利用细胞呼吸释放出的能量，使水分通过质膜而进入细胞的过程。(2)植物细胞的水势植物细胞水势主要是由上述3个成分组成的。Ψw=Ψs+Ψp+Ψm……。各种情况下的变化和外界之间的水分交换：Ψw=Ψs+Ψp细胞吸水充分膨胀(Ⅱ)体积最大，Ψw=0，Ψp=-Ψs；初始质壁分离时(Ⅲ)，Ψp=0，Ψw=Ψs负压力下。★(二)水分移动,取决于水势。两细胞之间的水势差越大，水分移动越快，反之则慢。当有多个细胞连在一起，如果一端的细胞水势高，另一端水势较低，顺次下降，形成一个水势梯度(waterpotentialgradient)，水分便从水势高的流向水势低的。植物器官、组织之间水分流动也符合这一规律。二、植物根系对水分的吸收（根毛区是吸水的主要部位，栽植物时要带土）。(一)主动吸水与根系的呼吸作用有密切关系。(二)被动吸水——蒸腾拉力。主动吸水和被动吸水在根系吸水过程所占比重。★气孔开闭机制气孔一般在白天开放，晚上关闭。引起气孔开关运动的原因主要是保卫细胞(guardcells)的吸水膨胀和失水收缩。保卫细胞的运动不仅仅依赖自身膨压的变化，而且还受其周围细胞的紧张状况所影响。即气孔开张程度是保卫细胞与其毗连的细胞之间的膨压不平衡的结果。关于气孔运动的机理，目前仍存在三种学说:1、淀粉--糖转化学说(starch-sugarconversiontheory)。认为保卫细胞的叶绿体在光照下进行光合作用，消耗CO2，使细胞内pH值升高，淀粉磷酸化酶(starchphosphorylase)便水解淀粉为葡萄糖-1-磷酸，细胞内葡萄糖浓度提高，水势下降，副卫细胞(或邻近细胞)的水分进入保卫细胞，使保卫细胞膨胀气孔便张开。黑暗则相反。2、无机离子吸收学说(inorganicionuptaketheory)又叫钾离子学说。孔运动与保卫细胞积累K+有着非常密切的关系。由于保卫细胞的质膜上具有光活化的H+泵ATP酶(light-activatedH+-pumpingATPase)，分解氧化磷酸化或光合磷酸化产生的ATP，在分泌H+到细胞壁的同时，把外边的K+吸收到细胞中来，保卫细胞水势下降，副卫细胞(或邻近细胞)的水分进入保卫细胞，使保卫细胞膨胀气孔便张开。黑暗则相反。3、苹果酸生成学说(malateproductiontheory)。糖、苹果酸和K+、Cl-等进入液泡，使保卫细胞的水势下降，吸水膨胀，气孔就开放。Chapter2必需元素：植物生长发育必不可少的元素。大量元素：是指植物需要量较大的元素,在植物体内含量较高,占干重的0.1%以上。它们是C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S。微量元素(traceelement或microelement)是指植物需要量较少的元素,在植物体中含量较低,常占干重的0.01%以下,它们是Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl、Ni。可再利用元素：元素在一个部位使用后分解,移动到另一部位再次使用的现象，称元素再利用,能被再利用的元素称再利用元素。养分临界期：植物对缺乏矿质元素最敏感,缺乏后最易受害的时期有益元素：对植物生长有促进作用，但并非植物所必需，或者只为某些植物所必需，而不是所有植物所必需的元素。（如钠和硅）生理功能缺乏症状★N，过多时导致茎叶徒长,易受病虫危害和倒伏,贪青迟熟；不足时,植物细胞分裂及伸长受阻,发育停滞,植株矮小,分枝或分蘖少或无,根系老化细长,叶、果实、种子少而小,开花、结实提早。老叶失绿发黄,易早衰、脱落，导致全株色较淡，叶或茎部发红(或紫红)。★P过多，出现中毒症状,表现为丛生,成熟延迟，导致缺Zn和Fe等元素；过少，植株幼芽和根部生长缓慢,叶小,分枝或分蘖少,根系发育不良,植株特别矮小(发僵)。发育受阻,花、果实、种子都减少。开花结实延迟,产量低,抗性减弱。新叶色暗绿,老叶叶片、叶鞘、茎等部位有时呈(紫)红色。玉米“秃顶”。由于磷也易在植物体内移动,症状首先出现在老叶。Ca——生长点坏死，大白菜“干心病”，苹果“疮痂病”。Mg——老叶脉间失绿,网状脉(双子叶植物)和条状脉(单子叶植物)。S——新叶均一失绿。(二)各元素作用1、Fe——幼叶脉间失绿——黄白——灰白。2、Cu——蚕豆花瓣上黑色“豆眼”退色。3、Zn——果树小叶病。4、Mn——新叶脉间缺绿,有坏死小斑点(褐或黄)。5、硼——油菜“花而不实”;甜菜“心腐病”,萝卜“黑心病”，黄瓜开裂。棉花叶柄有褐色或暗绿色环带。6、Mo——豆科植物不结或少结根瘤。二、Activeabsorptionofmineralelementsbyplantcell方式一、根系吸收的特征★(一)吸收水分和养分在吸收区域,吸收机理和吸收量上都有相对独立性。植物吸收离子（吸肥）的主要区域是根毛形成区,不同于吸收水分的主要区域根毛区。根毛形成区呼吸代谢旺盛,紧靠输导组织发育完善的根毛区,吸收的离子易于运输,加之有根毛正在形成,吸收的表面积巨大。这些特性都有利根系从外界溶液吸收矿质离子。不象植物细胞的渗透吸水,主要以被动为主,根吸收矿质离子则以主动为主。根系不仅可以逆浓度吸收矿质离子,而且对离子的吸收还具有选择性。即根系吸收离子的数量不与溶液中离子浓度成正比。二、Transportpathwaysofmineralnutrition(一)矿质在根内的径向运输质外体和共质体途径。(二)离子在植物体内的纵向运输根系吸收的通过木质部为主，叶片吸收的韧皮部占主导。（三）叶片吸收的矿质元素在茎部向上、下运输以韧皮部占主导，也可通过木质部运输。三、Distributionandreutilizationofmineralelementsinplant再利用的元素缺素症从老叶开始——N、P、K、Mg、Zn。不能再利用元素缺乏时幼嫩部位先出现病症——S、Ca、Fe、Mn、B、Cu、Mo等,其中以Ca最难再利用。(一)作物一生的需肥特点及施肥营养临界期和营养最大效率期——“麦浇芽”和“菜浇花”。(二)根据不同作物收获对象施肥叶菜类、桑、茶、麻——多施氮肥，块根,块茎类——多施磷、钾、硼。二、Indexofeffectiveapplicationofnutrition(二)追肥的生理指标——叶绿素，酶类活性，营养元素含量，酰胺与淀粉含量。Chaper3同化力:通过电子传递和光合磷酸化,形成活跃的化学能ATP和NADPH,两者将用于CO2同化。因此,人们把ATP与NADPH两者合称为“同化力”。Hill反应:是指在光照条件下，绿色植物的叶绿体裂解水，释放氧气并还原电子受体的反应假环式电子传递:该电子传递的路径与非环式十分相似,由H2O光解而来的电子不是被NADP+接收,而是传给分子态氧形成超氧自由基(O2),后经一系列反应再形成H2O,看似电子从H2O到H2O的循环。非环式光合电子传递:需2个光系统都受光激发，该电子传递途径是水光解产生的电子经PSⅡ、PSⅠ两个作用中心和一系列的电子传递体最终把电子传给NADP+,形成NADPH。环式电子传递:通常指PSⅠ中电子由经Fd经PQ，Cytb6/fPC等传递体返回到PSⅠ而构成的循环电子传递途径。★光合磷酸化:在光下叶绿体把光合电子传递与磷酸化作用相偶联，使ADP与Pi形成ATP的过程，称为光合磷酸化.红降现象:指水中的电子经PSⅠ与PSⅡ传给Fd后再传给O２的电子传递途径，这也叫做梅勒反应C3途径:C3途径是指光合作用中CO2固定后的最初产物是三碳化合物的CO2同化途径。光呼吸（C2途径）:指高等植物的绿色细胞在光下吸收O2放出CO2的过程。CO2补偿点:当光合作用吸收的CO2与呼吸作用释放的CO2达到动态平衡时,即净光合率等于0时的环境CO2浓度称CO2补偿点。CO2饱和点:在一定范围内,植物净光合速率随CO2浓度增加而增加,但到达一定程度时再增加CO2浓度,光合速率也不再增加,这时的环境CO2浓度称为CO2饱和点。光补偿点:在一定范围内光合速率随光强增加几乎呈线性增加,但光强超过一定范围后,光合速率的增加转慢;当达到某一光强时,光合速率不再增加,这种现象叫光饱和现象,开始达到光饱现象时的光强,即净光合速率达到最大时的光强,叫光饱和点光饱和点:把植物总光合作用吸收的CO2等于呼吸作用放出的CO2,即净光合速率等于零时的光强,叫做光补偿点爱默生效应:在这种长波红光照射的同时,补以短波红光照射,则其量子效率比单一的短波红光和长波红光单独照射时的总和还要高(图3-12曲线b)。这一现象称爱默生效应或双光增益效应。二、光合色素及其性质叶绿素类：a,b,c,d,e和细菌叶绿素a,b等光合色素可分三大类:类胡萝卜素类：包括胡萝卜素和叶黄素;藻胆素:有藻蓝素和藻红素(一)叶绿体色素的化学性质1、叶绿素：高等植物叶绿体中只含叶绿素a和叶绿素b两种。2、类胡萝卜素——四萜化合物，都不溶于水,而溶于有机溶剂。胡萝卜素呈橙黄色,叶黄素呈鲜黄色。一般叶绿素：类胡萝卜素约为3:1,Chla:Chlb也约为3:1左右。(二)叶绿体色素的光学特性1、Absorptionspectrum(吸收光谱)。叶绿素a和b吸收红光和蓝紫光区。类胡萝卜素吸收蓝紫光。2、荧光和磷光★光合机理分为三个主要阶段:①原初反应;②电子传递和光合磷酸化;③碳同化。一、Pimaryreaction原初反应原初反应是光合作用的序幕,它包括光能的吸收,传递和光化学反应。（一）Absorptionoflightenergy光子的能量与其波长成反比。（二）光化学反应是指反应中心色素分子受光激发引起的氧化还原反应——光能变电能。光合单位(photosyntheticunit)DPADPADPADPAhv*二、电子传递和光合磷酸化——电能变为活跃的化学能（ATP和NADPH）。(一)两个光系统爱默生效应或双光增益效应。1、photosystemⅠ(PSI,光系统Ⅰ)——原初电子受体和供体。最终推动NADPH形成。2、photosystemⅡ(PSⅡ，光系统Ⅱ)——原初电子受体和供体——常与放O2相联系。(二)光合电子传递1、Photosyntheticchain(光合链)。H2O是最终的电子供体;在“Z”链的终点,NADP+是电子的最终受体。P6