1、植物生长生理 1 种子的萌发生理 一 影响种子萌发的外界条件 足够的水分、充足的氧气、适当的温度。有的 种子的萌发还受光的影响。 1. 水分 吸水是种子萌发的第一步，种子只有吸足水后 ，才可以开始其它的生理活动。 注： 在吸水能力方面，蛋白质含量多的种子 脂肪含量多的种子淀粉含量多的种子。 2. 氧气 种子萌发是一个活跃的生长过程，旺盛的物质代谢和 活跃的物质运输需要强烈的有氧呼吸来保证。 3. 温度 种子的萌发需要一定的外界温度，一般北方品种所需 温度低，南方品种所需温度高 4. 光 有些种子的萌发不需光，这些种子称为需暗种子（ dark seed）如西瓜属种子；有的种子的萌发需要光 ，这些
2、种子称需光种子 (light seed),如莴苣、烟草、 拟南芥。 在种子的萌发中，光敏素参与光信号的接收传递 例题 以下哪种说法不正确？ A. 光照可以使种于得到足够的热量，因而有 利于种子的萌发 B. 植物生长发育离不开光合作用，所以种子 萌发的必要条件是需要光照 C. 种子萌发一般不需要光照 D. 某些种子萌发需要光照 二 种子萌发时的生理生化变化 （一）种子吸水的变化 快慢快三个阶段 1. 急剧吸水：纯物理吸涨，衬质势吸水。 2. 吸水变慢或停止 3. 重新快速吸水：胚迅速长大，细胞体积增加，渗 透性吸水。 （二）呼吸变化 在吸水的第 2阶段，主要无氧呼吸 在吸水的第 3阶段，主要有氧
3、呼吸 例题： 在豌豆种子萌发初期，一般 CO2的释放量比 O2的 吸收量大几倍，说明种子此时的呼吸状况是： A只进行有氧呼吸 B只进行无氧呼吸 C主要进行有氧呼吸 D主要进行无氧呼吸 （三）主要有机物的变化 1. 碳水化合物 淀粉 蓝糊精 红糊精 无色糊精 麦芽糖 葡萄糖 兰色 兰 红 无 2. 脂肪 油料作物的种子（如花生）在萌发时 甘油 磷酸甘油 DHAPEMP 途径 脂肪 TCA cycle 脂肪酸 乙酰 CoA 乙醛酸循环 蔗糖 注 ：根据贮藏物质分类， 90%的植物的种子是 油质的！ 淀粉酶 麦芽糖酶 加碘 氧化 3. 蛋白质 贮存蛋白 AA 酰胺 -酮酸 运到新合成的器官 AA 新
4、蛋白质 4. 酶的形成 原来束缚态的酶 游离态的酶，如支链淀粉葡萄糖苷酶 。 新合成，如 -淀粉酶 5. 激素的变化 束缚态 游离态 新合成 左：未发芽种子 右：发芽种子 发芽种子中淀粉分解 产生的大量还原性糖 （葡萄糖）让菲林试 剂还原 : Cu(OH)2Cu 2O 例题 500克黄豆制成 2500克黄豆芽，在这个过程中有机物 总量的变化是： A.不增多 B. 减少 C. 不增也不减 D. 以上都不对 种子萌发形成幼苗的最初阶段不会出现的现象是： A. 细胞数量增加 B胚的呼吸强度增加 C幼苗鲜重大于种子鲜重 D幼苗干重大于种子干重 三 种子的寿命和种子活力 1. 种子寿命：种子从完全成熟到
5、丧失生活力所经 过的时间。柳树： 12h, 莲子： 1000年，农作 物种子： 13年。 2. 种子发芽率 /种子发芽力 =(发芽种子 /全部种子 ) 100% 3. 种子活力：种子一些性状的综合体现 ，它决定 着种子在萌发和幼苗时期的活力及其表现水平 。种子活力指种子的健壮度，它包括迅速、整 齐的发芽潜力，以及生长潜势和生长潜力。 测定种子活力常用的方法 1.利用种子还原力法 (TTC染色法 ) 活的种子有呼吸作用，而呼吸作用可使物质还原，如使兰色 的 TTC(三苯基氯化四唑 )还原成不溶于水的红色物质 TTF （三苯基甲腙） 。 凡活细胞必有呼吸作用，吸收空气中的 O2， 放出 CO2，
6、CO2溶于水成为 H2CO3。 H2CO3解离为 H+ 和 HCO3-，使得种胚周围环境的酸度增加。用 溴麝香草酚兰（ BTB）来测定酸度的改变。 BTB的变色范围为 pH6.0-7.6，酸性呈黄色，碱 性呈蓝色中间经过绿色（变色点为 pH7.1）。 色泽差异显著，易于观察。 2.利用种子的呼吸作用法（ BTB法） 3. 利用原生质着色能力 活种子细胞膜具有选择透性，细胞不易着色，而死种子质膜 无选择透性，细胞易着色。常用玉米半种子 +0.1%靛兰洋 红 (或红墨水 ) 活种子 死种子 2 细胞的生长与分化 生长 growth：指植物体体积、重量、长度等方 面不可逆的增加，它是通过细胞分裂和伸
7、长而 实现的。 发育 development：指伴随生长发生的量变，是 植物体在结构和功能上由简单到 复杂的过程， 它是通过细胞分化而实现的 一 细胞的分裂生理 ( 一 )细胞分裂周期： G1、 S、 G2、 M (二 )影响植物细胞分裂的因素 激素影响： IAA影响 S期 DNA的合成 GB影响 G1到 S期，并缩短 S期 CTK细胞质分裂 维生素影响： VB1、 VB2、烟酸促进细胞分裂 二 细胞伸长生理 细胞要伸长，首先必须 CW伸长，同时伴随原生质的合 成 CW的结构： 细胞壁的基本结构物质是纤维素 140010000个 D-葡萄糖 殘基由 1,4糖苷键联成 纤维素 、 100个 纤维
8、素聚合成束状形成 微团 、 20个微团聚合成束形成 微纤丝 、微纤丝有时构成 大纤丝 。 CW以微纤丝为骨架，交织成网状，网眼中充满水、半纤维素 和果胶质 当细胞伸长时， CW的微纤丝连结的交织点断开，使 CW松驰，塑性增加，同时新的纤维素分子加入其间， 导致伸长。 三 细胞分化生理 细胞分化 cell differentiation : 指分生细胞发育 成在结构和功能上特化的细胞的过程。 分化：植物体各部分在结构和功能上的表现 的异质性。 四 植物的组织培养 tissue culture (一 )组织培养的概念和理论依据 1. 概念：指在无菌条件下，在含有营养物质及植物 生长物质的培养基中培
9、养离体植物组织 (器官或细 胞 )的技术。 2. 理论基础 细胞全能性 (totipotency):指植物体的 每一个细胞者携带着一套完整的基因组，并具有 发育成完整植株的能力。细胞全能性由 Haberlandt 在 1902年提出，并于 1958年由 Steward通过对胡萝 卜韧皮部细胞成功地培养出完整植株而证实。 (二 )组织培养的条件 1. 培养基的配制： 1) 成分： A. 无机物： C H O N P S K Ca Mg Fe Mo Zn Cu B B. 碳源：一般用蔗糖，浓度 24% C. 维生素：硫胺素必需，可加烟酸、 VB6、肌醇 起调节作用 。 D. 有机辅加物：氨基酸、椰
10、子乳、酵母汁 E. 生长调节物质： 2,4-D、 NAA、 KT、 ZT、 BA等 2) 类型： A：液体： B：固体：在高压灭菌时加入 0.60.8的琼脂，冷却后即成固 体培养基。 3) 常用培养基： MS、 B5 N6等 2. 材料选择： 一般认为，植物的任何部分都可进行组织培养，但对于 不同的植物取材最好因植物而异：如兰科用茎尖、 旋花科用根、秋海棠及茄科用叶、侧柏、冬青作子 叶。 用于进行组织培养的组织或细胞团叫作外植体 explant。 3. 组织培养的要求： 无菌 适当温度： 2527 适当光照 3 植物的生长 一 植物生长规律：植物生长大周期 指植物体 (地上部分、地下部他、各器
11、官 )在生长上所 表现出的慢、快、慢的三个阶段，称之为植物生长 大周期 Grand period of growth. I：缓慢生长的延迟期 II：快速生长的对数期 或线性期 III：停止生长的静止期 二 影响植物生长的因素 (一 )光： 一方面光促进光合作用，促进生长，促进细胞分裂。 另一方面，光抑制生长：光活化吲哚乙酸氧化酶，破 坏生长素。在暗处生长的黄化苗生长很快，照光后 生长变慢。 就光质而言，远红光作用与黑暗相似，使植物幼苗黄 化，而兰紫光抑制生长，促进分化，促进机械组织 的分化。紫外线对生长的抑制更显著，故高山上植 物特别矮小。 (二 )温度 1. 植物生长温度有三个基点：最高点、
12、最低点和最 适点。植物生长最快时的温度称为最适点。但这 时由于植物生长很快，造成有机物消耗过多，苗 很弱，因此在生产上要求温度略低于最适温度， 以得到较壮的植株， 这一温度称为 协调的最适温 度 ，此时生长较快，且植株健壮。 2. 温周期现象 thermoperiodicity of growth 白天和晚上存在一定的温差，而植物的正常生长 也需要一定的昼夜温度变化，这一现象称作温周 期现象。 例题 西藏高原的白菜与萝卜比生长在我国其他地区的 要大的原因是： 昼夜温差大 阳光辐射强烈 白天温度高 降水多 更有利于种子的萌发。 A高温 B低温 C恒温 D变温 三 植物生长的相关性 植物体各部分间
13、的相互协调与制约的现象称为 相关性（ correlation） 。 植物生长的相关性包括地下部与地上部的相关 、主茎与侧枝的相关、营养生长与生殖生长的 相关等。 1 地下部与地上部的相关 根部的活动和生长有赖于地上部分所提供的光合 产物、生长素（ IAA）和维生素 B1等； 而地上部分的生长和活动则需要根系提供水分、 矿质盐、部分氨基酸以及根中合成的植物激素 （ CTK、 GA、 ABA）等。 一般而言，植物根系发达，地上部分才能很好地 生长。 “壮苗必须先壮根 ”、 “根深叶茂 ”、 “本 固枝荣 ” 外界因素对根冠比的影响 土壤水分 ：缺水使根冠比增大，水多根冠比减小。 “旱 长根、水长苗
14、 ” 温度 ：低温可使根冠比增大 ，高温根冠比下降。 光照 ：在一定的范围内光照加强，根冠比增大；光照 不足，根冠比降低。 矿质元素 ：当土壤中氮素缺乏时，地上部比地下部更 缺氮，因而地上部的生长受到抑制，根冠比增大；当 土壤中氮肥充足时，根冠比降低。磷、钾肥有调节碳 水化合物转化和运输的作用，可促进光合产物向根和 贮藏器官的转移，通常能使根冠比增大。 例题 玉米种植中常采用 “蹲苗 ”措施，它可使根 / 冠 。 A.减小 B.增大 C.不变 2 主茎与侧枝的相关 植物的顶芽生长占优势而抑制侧芽生长 顶端优势 顶端优势产生的原因： K. Goebel于 1900年提出的 “营养假说 ”，认为顶
15、端构成营养库 , 垄断了大部分营养物质。 1934年 K. V. Thimann 和 F. Skoog提出的 “生长素假说 ”，认为 顶端优势是由于生长素对侧芽的抑制作用而产生的。 1936年 Went提出 “营养物质定向转移假说 ”，认为生长素既 能调节生长又能影响营养物质的运输方向。植物顶端是生长 素的合成部位，高浓度的 IAA使顶端成为生长活动中心和物 质交换中心，并能将营养物质调运至茎端，因而不利于侧芽 的生长。 3 营养生长与生殖生长的相关 相互依赖 ： 营养生长 为生殖生长奠定了物质基础。生 殖器官生长所需要的养料，大部分是由营养器官所 供给的。 生殖器官 会产生一些激素类物质，反
16、过来 影响营养器官的生长。 相互制约 ：营养器官生长过旺，会消耗过多的养分， 影响生殖器官的生长发育。生殖器官的生长也会抑 制营养器官的生长，引起植物的衰老。 例题 农书 总结出水稻田由于早期过度施肥造成 “ 苗茂而果不坚 ”的恶果，主要反映了如下生理 规律：（ ） A营养生长过旺，会导致生殖生长失调 B过度施肥造成了植物吸水困难 C顶端优势过强，影响了侧枝生长，导致结实 率下降 D地上部分和地下部分生长相矛盾，导致结实 率下降 某一温室植物由于生长条件不当导致生长出现 “ 头重脚轻 ”的现象 -地上部分生长过旺，以 下哪些处理方式可缓解这种现象？（ ） A适当减少水分的供给 B适当多施 N肥
17、，少施磷钾肥 C提高所处环境的光照强度 D适当提高所处环境的温度 4 植物的运动 v 植物的运动不同于动物的运动，它只会因外界环境的 影响而发生空间上位置的很小变化。植物的运动可分 为：向性运动、感性运动和近似昼夜节律运动。 一 向性运动 tropical movement: 由于外界因素单方向刺激 而引起的定向生长运动。如向光性、向地性、向化性 、向水性等。 1. 向光性 phototropism: 植物随光的方向而弯曲生长的现象 1) 向光性可分为： A. 正向光性：胚芽鞘、幼茎 B. 负向光性：某些十字花科植物的根 C. 横向光性：向日葵、棉花的叶 2) 在向光性运动中、兰光最有效、红光
18、无效 3) 向光性机理： 最传统的观点，是认为光引起器官两侧 IAA分布的不均。 另一种观点认为是光引起背光侧抑制剂分布的增多： 在向日葵中是黄质醛、萝卜下胚轴是萝卜宁、萝卜酰胺 2. 向地性 /向重力性 geotropism or gravitropism 1) 向地性分为 A. 正向地性：初生根 B. 负向地性：茎 C. 横向地性：一些地下茎、次生根 2) 向重力性的感受器是平衡石 statolith,它实质上是植物细 胞内的淀粉体，淀粉体由 18个淀粉粒组成，每个细胞 内含有 412个淀粉体。 在根中平衡石存在于冠中，在茎中分布在维管束周围 的 12层细胞内。 图：淀粉体的电镜照片、内含
19、 淀粉粒 S。 3) 向重力性机理： IAA的不对称分布 生长素导致根的正向重力性 例题 花粉管向珠孔方向生长，属于 运动。 A向心性 B向重性 C向化性 D感性 二 感性运动 (nastic movement )： 由没有一定方向的外界刺激所引起的运动。可分为生 长运动 (不可逆的细胞伸长、如偏上性、偏下性生 长 )、紧张性运动 (又称为膨压运动，是由叶枕膨压 变化产生的可逆性运动 ) 1. 偏上性 (epinasty)和偏下性 (hyponasty) 叶片、花瓣或其它器官向下弯曲生长，称为偏上性 epinasty ；向上弯曲生长，则称为偏下性 hyponasty。偏上生长和 偏下生长与激素
20、有关。 IAA、 eth可引起偏上生长、 GB引 起偏下生长。 1. 感夜性 (nyctinasty) 许多植物 (如大豆、花生、含羞草、合欢 )的叶子或小叶白天 张开，晚上合拢或下垂，称为感夜性。某些植物的花 (如 烟草、紫茉莉、夜来香 )晚上开放、白天关闭，也属于感 夜性。 Ethylene induced epinasty in tomato 3. 感震性 (Seismonasty) 含羞草的小叶在 遭受震动时，小叶成对合拢，叶柄下垂，称 为感震性 seismonasty。 The sensitive plant (Mimosa pudica) have special structures (pulvinus) at the bases of petioles and leaflets that allow the leaf parts to close up when touched (arrow). (pulvinus)叶枕的形状 菜豆叶的昼夜运动，即使在不变化的环境条件中 ，在一定天数内，仍显示着周期性和节奏性的 变化，每一周期接近 。 A 16 h B 20 h C 24 h D 36 h
