1、绪论,植物生理学,plant physiology,一、植物生理学的定义和研究内容 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。 植物的生命活动是在水分代谢、矿质营养、光合作用、呼吸作用、物质的运输与分配、以及信息传递和信号转导等代谢基础上表现出的种子萌发、生长、运动、开花、结实等生长发育过程。,物质与能量代谢,信息传递和信号转导,生长发育与形态建成,生命活动,(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
2、、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。 这四个部分内容相互联系，构成了植物生理学的整体。,2、植物生理学的基本内容：,植物生理活动特性： “自养性” 营固定式生活 再生或更新能力强 体细胞具全能性,二、植物生理学的产生和发展,从植物学这门古老的科学中分化而来。 随着化学和物理学的发展产生和发展起来。 我国劳动人民积累了丰富的关于植物生命活动的知识。 科学植物生理学发展。,农政全书 齐民要术,陈旉农书,王祯农书,科学植物
3、生理学发展的三个阶段： 第一阶段：植物生理学的孕育阶段 1627年荷兰人范海尔蒙（J.B.van Helmont）柳树实验标志着科学的植物生理学的开端。,当时古希腊哲学家亚里士多德 （Aristotle）的植物营养“腐殖质学说”占主流地位，认为植物也象动物一样通过胃、肠吸收营养，植物的根通过从土壤中吸收腐殖质来构成其躯体。,1771年，氧的发现者英国人普里斯特利(J.Priestley)发现绿色植物有净化空气的作用，他把小鼠放在密闭的玻璃钟罩里，小鼠不久便窒息而死，其中的空气也失去了助燃能力；但若在钟罩里放入绿色植物，经过几天，钟罩里的空气能重新恢复助燃能力并支持小鼠和生存。,有人重复了这一实
4、验而得出了相反的结果。 荷兰学者英根浩兹(Jan Ingenhousz)于1779年指出：植物只有在光下才有净化空气的作用，并且只有植物的绿色部分才具备这种能力；在黑暗中，植物与动物一样，也能使空气变坏。,1782年，法国化学家拉瓦锡(A.l.lavoisier)认为这种能净化空气的气体是氧气，而动植物在黑暗中释放出来的有害气体则是二氧化碳。,19世纪初，瑞士植物生理学家索苏尔(De Saussure)利用定量化学试验证明，植物在光下吸收二氧化碳与放出的氧气有等体积关系，其质量差异来源于水。,W. Pfeffer,JULIUS v. SACHS (1832-1897),第二阶段 诞生与成长的阶
5、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 3040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。,194
6、9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。,三、植物生理学与农业生产,植物生理学是合理农业的基础 植物激素的发现导致了植物生长调节剂和除草剂的普遍应用 “绿色革命”，使稻麦产量获得了新的突破,植物细胞全能性理论的确立，组织培养技术迅猛发展为植物基因工程的开展和新种质的创造提供了条件。,组织培养,以下几方面可能成为今后与农业生产相结合的重要研究领域：,（一）作物产量形成与高产理论 （二）环境生理与作物抗逆性 （三）设施农业中的作物生理 （四）植物生理学与育种学相结合 作物生理育种,工厂化育苗,世界上最大的人工气候室-Monsanto生命科学研究中心
7、,植物生理学的孕育阶段,这一阶段从1627年荷兰人范海尔蒙（J.B.van Helmont）做柳枝实验开始，直到19世纪40年代德国化学家李比希（J.von Liebig）创立植物矿质营养（mineral nutrition）学说为止，共经历了200多年有时间。 植物生理学的孕育阶段是从探讨植物营养和植物体内汁液流动问题开始的。 那时，古希腊哲学家亚里斯多德（Aristotle）关于植物营养的“腐殖质学说”还统治着学术界，他用动物的营养方式来理解植物，认为：正像动物通过胃、肠吸收营养一样，植物的根是通过从土壤中吸收腐殖质来构成其躯体的。医生兼炼金术士范海尔蒙第一个用实验否定了这种学说。实验目的
8、：了解植物生长的物质来源。他在一个大木桶中装入90kg土壤，栽植了一株2.27kg重的柳枝，以后只浇灌雨水，而且防止灰尘进入土壤中。5 年后，长成的柳树重达76.7kg，而土壤重量只减少了几十克。范海尔蒙由此认为：植物是靠水来构成躯体的。可以说，范海尔蒙是第一个通过科学实验来探讨植物营养本质的人，他的实验结果虽然动摇了亚里斯多德的学说，但由于当时的化学知识尚处在比较原始的“炼金术”阶段，并不知道空气的组成和化学成分，更不知道水是由什么构成的。因此，范海尔蒙不可能从他的实验结果中得出正确的结论。,1771年，氧气的发现者英国 的普里斯特利（J.Priestley）才发现绿色植物有净化空气的作用。
9、他把老鼠放在密闭的玻璃钟罩里，不久老鼠便窒息而亡，其中的空气也失去助燃能力；但若在钟罩里放入绿色植物，经过几天，钟罩里的空气能重新恢复助燃能力并支持老鼠的生存。后来，有人重复普里斯特利的实验而得到了相反的结果，即植物也能把空气变坏。荷兰科学家英根浩兹（Jan Ingenhousz）就这些矛盾的结果进行了一系列的实验，于1779年指出：植物只有在光下才有净化空气的作用，并且只有植物的绿色部分才具备这种能力；在黑暗中，植物与动物一样，也能使空气变坏。,那时，关于燃烧的理论还被燃素学说所统治，认为植物的燃烧是脱去其中燃素的过程，普里斯特利把空气中能够助燃并维持动物生命的成分称为dephlogistc
10、ated air(可译为“脱燃素的气”，也就是以后所说的氧气)； 直到1782年法国化学家拉瓦锡（A.L.Lavoisier）才推翻了燃素学说，首次拟定了化合物的合理命名法，将dephlogistcated air命名为氧（oxygen）,而动植物在黑暗中释放出的有害气体(noxious gas)则是二氧化碳。 以后，随着化学和物理学知识的不断丰富和实验技术的不断发展，对植物生命活动的研究也逐渐走向定量化和精确化。,19世纪初，瑞士植物生理学家索苏尔（de Saussure）利用定量化学实验证明，植物在光下吸收的二氧化碳与放出的氧有等体积关系，但在此期间所增加的重量加上释放出的氧气重量，超过了
11、所吸收的二氧化碳重量，索苏尔认为，多余的重量是由水提供的。 此外，这一时期还明确了二氧化碳同化的产物是糖和淀粉；光是推动此过程的动力；将叶片中的绿色色素命名为叶绿素（chlorophyll）;,光合作用的发现彻底动摇了植物营养的腐殖质理论，促使科学家以新的观念探究植物土壤营养的秘密。由于18世纪末19世纪初化学分析的技术已有了明显的进展，因而促进了对植物和土壤化学万分的研究。 1804年，索苏尔在他有著作对于植物的化学分析中就指出：植物体内的碳素是从空气中得来，而氮素则是以无机盐的形式从土壤中吸收来的。 1840年，德国化学家李比希以植物灰分分析的多年实验结果为依据，在他在著作化学在农业及生理
12、学中的应用中明确提出，植物只需要无机物作为营养，便可维持其正常生活； 除了碳素来自于空气以外，植物体内所有的矿物质都是从土壤中取得的。这些结论宣布了植物营养学说的诞生，确立了植物区别于动物的“自养”特性。使争论了二个世纪的植物营养来源问题终于有一了个正确的结论。,四怎样学好植物生理学 1掌握与其有联系的学科的知识 2注重实验 3结合生产实践,五.主要参考资料 潘瑞炽主编植物生理学.第四版.高教出版社 曾广文 蒋德安.植物生理学 成都科技大学出版社 王 忠主编 ，植物生理学复习思考题答案，中国农业出版社 武维华主编 植物生理学科学出版社, 植物生理学通讯中国植物生理学学会主办 科学出版社 Plant Physiology美国2002年出版的教材,六、复习思考题 1.什么是植物生理学? 主要研究哪些内容? 结合本教材内容谈谈章节的安排。 2.植物生理学的发展大致经历了哪三个阶段? 3.植物生理学对农业生产的指导作用可表现在哪些方面?,
