植物衰老
一、植物衰老
植物衰老是植物生命科学研究领域的核心问题之一。无论是在器官水平上还是在个体水平上，衰老都是一个高度有序的被调控的过程。植物叶片衰老是一种程序性的细胞死亡(Programmed cell death , PCD)，是叶片发育的最终阶段。它除了代表生命周期的终结之外,在发育生物学上也有着重要的意义。在这段时期内，植物在成熟叶片中积累的物质，将被分解并运送至植物其他生长旺盛的部位。
叶片衰老是一种受遗传和外界因子(如日照、病害、遮荫、高温、干旱和水涝等逆境) 影响的高度程序化过程(Thomashe Stoddarj，1982)。
对于产生种子的作物，包括绝大多数农作物,衰老引起的叶片同化功能的减退极大程度地限制了作物产量潜力的发挥；对蔬菜作物亦会造成采后损失，叶片和根系早衰是造成结实率偏低、空秕率较高的现象的主要原因，水稻品种存在理论上推算水稻如果推迟1天衰老，可是水稻增产2％左右。
二、植物叶片衰老的指标
最明显的外观标志是叶色由绿变黄、脱落，而在细胞水平上表现为叶绿素含量下降，蛋白质含量下降，光合磷酸化能力降低，膜脂过氧化加剧，游离氨基酸积累，腐胺含量上升而精胺含量下降，细胞分裂素含量下降，脱落酸含量上升,多种酶活性改变等等。许多大分子物质如蛋白质、膜脂、RNA等降解形成的N素等营养物质被转运至幼嫩的叶片、发育中的种子，加以重新利用和储存。
叶片衰老最明显的表现就是叶绿素逐渐消失，并伴随着黄化以及叶片的最终脱落（Leshem，1981）。叶绿素a比叶绿素b下降得快，叶绿素含量以及叶绿素a/b 比值可作为衰老的1个指标。聂先舟等（1989）报道水稻离体叶片随着离体天数的增加，叶绿素含量下降，衰老加深。从衰老过程中叶绿体超微结构的变化也可以看出叶绿体随年龄而逐渐解体。因而有人提出叶绿素分解是衰老的原发过程及衰老的真正标志。
随着小麦叶片的衰老，叶绿素的破坏加强，且叶绿素a破坏率高于叶绿素b，衰老过程中积累的超氧阴离子(O-2)能直接引发叶绿素的破坏及特异性地破坏叶
绿素a，致使叶绿素分解破坏和叶绿素a/b值下降。叶绿素a对O-2的反应较叶绿素b 敏感。另外还发现：随着叶绿体中O-2大量产生，Car先于Chl而被破坏，Chl/Car 比值明显增大（伍泽堂，1991）。
叶绿素降解的意义：Chl 是植物中最重要的收集、转换光能的光受体色素。Chl在O2、强光条件下易产生活性氧，往往导致Chl漂白、膜脂过氧化、膜损伤等,在完整叶绿体内类胡萝卜素可使其猝灭。叶绿体衰老时,Chl 降解成为无光化学特性的FCC（Fluorescent Chlorophyll Catabolite) ,然后被修饰后转运到液泡中以NCC （N onfluorescent Chlorophyll Catabolite)形式贮藏，因此在某种程度上讲,Chl降解是衰老叶肉细胞的一种解毒方式(Matile等，1996)。叶片叶绿素荧光参数用作衰老指标。
光合能力下降是衰老叶片的一大特征。膜脂过氧化引起叶绿体超微结构的损伤，叶绿素降解和光合酶(Rubisco和PEPC)活性下降，是植物光合能力下降的主要原因。
蛋白质在成熟组织中是处于相对恒定的周转中，因此细胞组织的稳定状态是由一种合成和分解的平衡系统所维持。但随着植物叶片的衰老, 这种平衡被打破, 表现为蛋白质的降解, 并且降解的蛋白主要是可溶蛋白中的部分,也就是RuBP羧化酶。蛋白质合成和降解是叶片生长和衰老的基本特征。蛋白质丧失是叶片衰老的另一早期表现, 与叶绿素和RNA相比, 蛋白质的丧失要早得多。
在植物衰老进程中，蛋白质逐渐降解成氨基酸。例如在深度衰老的叶片提取液中加入茚三酮试剂检验表明，确实有氨基酸的存在。丁文明等（1995）用黄瓜子叶做材料研究报道，伴随着黄瓜子叶的衰老，子叶的可溶性蛋白含量下降，子叶的主要几种游离氨基酸累积明显增高，尤以谷氨酸和精氨酸等最为明显。因为叶片衰老过程中蛋白质是逐渐稳定地下降, 所以现在许多人都以蛋白质含
量表示衰老的程度。
在叶片衰老过程中,其总DNA水平变化较小，而总RNA水平尤其是rRNA水平则剧烈下降（Beta等，1991）
随叶片衰老植物体内SOD活性，CAT活性降低及MDA含量升高的变化已被许多实验所证实。Patka 等(1979)发现衰老的水稻、高梁、玉米叶片中POD活性升高。张丽欣和淙汝静（1987）报道，白菜、甘蓝、生菜、菠菜等叶片均随成熟衰老POD 活性增强。许长成（1991）在大豆叶片旱促衰老的研究中指出POD的作用具有双重性, 一方面它可以清除H2O2, 为保护酶系统的成员之一，另一方面它参与叶绿素的降解，活性氧的产生，并能引发膜脂过氧化，表现为伤害效应。林植芳（1988）提出：POD活性因植物器官不同的发育和衰老程度而表现不同的变化格式, 与植物种类有关。
叶片衰老最终表现为脱落。对于叶片的脱落, 传统的解剖学观点认为在叶片的特定组织部位产生了“离区”。脱落前, 离层细胞衰退, 变得中空与脆弱，果胶酶(pectinase)和纤维素酶(cellulase) 活性增强, 导致纤维素与果胶物质解体, 细胞彼此分离（郑少清和曾广文，1999）。以后叶片受机械拉力和风的作用脱落。
三、植物叶片衰老机理的几种假说
植物衰老是指一个器官或整个植物生命功能逐渐地衰退过程。自1928年Molisch提出营养亏缺学说以来, 国内外已提出衰老原因的植物激素、死亡因子说、生物自由基伤害、光周期、差误理论及衰老基因等假说。
营养胁迫说认为: 叶片的衰老, 特别旗叶的衰老主要是个体发育进入生殖阶段, 生殖器官对同化物的大量需求, 对于同化源（不单单是旗叶叶片的同化物）实行强行征调造成同化源叶片营养胁迫而导致功能衰退。于营养胁迫说的明显证据是去穗或削弱库的强度可显著推迟叶片的衰老衰老的激素假说生长素、细胞分裂素和赤霉素可明显地推迟离体叶片的衰老; ABA、乙烯可加速离体叶片衰老。基因的时、空调控假说中认为: 核基因在叶片发育的时间和细胞内空间上, 对衰老进行控制, 它控制着质体的衰老程度或者控制着与叶片衰老的启动有重要关
系的某一物质的表达、合成, 而引发、诱导叶片衰老的起始。
光碳失衡说由张荣铣(1996 , 1997) 提出重点在于解释衰老进程中的光合机
构衰退的变化由光碳失衡产生于电子传递和能量传递过程中的活性氧对植物细
胞的伤害是多方位不同层次水平上的全面伤害, 是植物体诱发衰老的主要内因。
四、自由基和活性氧伤害学说
Harman最早(1956)提出，他认为衰老过程是细胞和组织中不断进行着的自由基损伤反应的总和。但直到McCord和Fridovich(1969)从牛红血细胞中发现超氧化物歧化酶(SOD)并证明其功能是清除超氧阴离子(O2ˉ)以来，活性氧代谢才成为一个活跃的研究领域，进而Harman(1981)提出衰老过程就是活性氧代谢失调的过程。
自由基和活性氧的区别：植物体在正常代谢过程中可通过多种途径产生O-·2、·OH、H2O2、ROOH和′Ｏ2，统称为活性氧。
活性氧的产生。“电子漏”，（1）由于光合反应组分的丧失，Rubisco活性的下降以及由NADPH再生NADP不足均会导致电子传递链的失衡，从而将电子泄露给氧，使Ｏ－·2等活性氧的产生增加。（2）呼吸作用电子传递链，植物在进行旺盛的有氧呼吸和叶绿体进行光合电子传递过程中, 会产生超氧阴离子自由基部分典型反应：
活性氧对细胞的伤害（1）与酶的巯基或色氨酸残基反应，导致酶的失活；（2）破坏核酸结构，攻击核酸碱基，使嘌呤碱和嘧啶碱结构变化,导致变异的出现或变异的积累；（3）对DNA复制造成损伤,从而妨碍蛋白质的合成；（4）启动膜脂过氧化连锁反应，使维持细胞区域化的膜系统受损或瓦解。
自由基、活性氧对植物产生伤害的一个重要机制是直接或间接启动膜脂的过氧化作用，导致膜的损伤和破坏, 严重时会导致植物细胞死亡。膜脂过氧化的中间产物自由基和最终产物丙二醛(MDA ) 都会严重地损伤生物膜。MDA能与蛋白质结合, 引起蛋白质分子内和分子间的交联及生物膜中结构蛋白和酶的聚合和
交联, 使它们的结构功能和催化功能发生变化受到破坏。人们常以MDA作为判断膜脂过氧化的一种主要指标。
活性氧的清除：植物可通过多种途径产生等活性氧, 同时细胞内也存在清除这些活性氧的多种途径。植物在长期的系统进化过程中, 细胞内形成了防御活性氧、自由基毒害的保护机制。（1）酶促清除系统主要包括SOD、过氧化氢酶CAT、抗坏血酸过氧化物酶(AP)、谷胱甘肽还原酶(GR)、谷胱苷肽过氧化物酶（GPX）等。它们能有效地阻止高浓度氧的积累，防止膜脂的过氧化作用，延缓植物的衰老，使植物维持正常的生长和发育。（2）非酶促清除系统主要包括抗坏血酸（AsA）、GSH、α-生育酚(VE)、类胡萝卜素（CAR）、Pro以及一些含巯基的低分子化合物等。某些激素或激素类物质也可清除活性氧。细胞分裂素一方面可清除或猝灭已存在的活性氧，另一方面，CTK可早期抑制活性氧的形成；GA3、6-BA、2,4-D、二胺和多胺、epiBR等。
SOD是一种含金属离子(Cu/Zn, Fe或Mn)的保护酶。已证明它普遍存在于动植物体内。高等植物中主要是Cu/Zn·SOD。在绿色植物细胞内, 超氧化物歧化酶主要存在于叶绿体中, 细胞溶质和线粒体中也有分布。SOD 的主要功能是催化超氧物阴离子自由基发生的歧化反应, 又有H2O2的形成, H2O2的积累对植物也是非常有害的。H2O2主要作为氧化剂对植物组织产生毒害作用它可以产生氧化能力极强的羟自由基(OH·) 和单线态分子氧(′O2) , 对细胞造成很大的伤害。H2O2的伤害机制为2个方面。一方面可能与其本身的毒害有关，H2O2可以抑制Calvin循环中的酶, 降低叶绿体中的AsA 含量, 氧化铁氧还素，另一方面H2O2的伤害机制也有可能是它与O-·2相互反应形成致命的OH·。OH·是活性最强的活性氧, 可直接引发脂质过氧化，严重时导致植物细胞死亡。
五、植物衰老的调控
叶片的衰老虽然是植物适应外界环境和自身繁殖需要而进化的自然现象，但农作物生产中，早衰现象削弱了作物的增产潜力。因此，调控植物叶片的衰老，使衰老期延迟对提高农作物的产量、质量有重大的意义。植物叶片衰老主要受遗传基因的支配，但是环境条件也有一定的调节作用。衰老与植物体内多种激素的综合作用密切相关，自由基代谢失调并在体内积累也是植物叶片衰老的原因。
目前延缓衰老的手段主要有两种：一是体外处理，外施适当的植物生长调节物质或一些自由基清除剂, 结合合理的肥水管理（如在作物结实期适当追加氮肥）可有效地延缓衰老。另一种是分子遗传调控。通过基因重组，获得抗衰老的转基因植物,也为从本质上解决衰老的调节问题展示了新的前景。
促进生根和提高根系活力往往延缓叶片衰老。根系生长受到限制或处于逆境中时，往往加速叶片的衰老（根系淹水、干旱、高温、营养胁迫等不良条件下，叶片衰老提早和加快是常见现象。原理？）。残茬覆盖和深松耕作的玉米叶片SOD 和POD活性提高、MAD含量降低、叶绿素和可溶性蛋白质含量高、降解速度慢，维持了叶片后期较高的生理功能。
植物激素中的乙烯、脱落酸对衰老有促进作用，而生长素、赤霉素、细胞分裂素可抑制衰老。衰老叶片中细胞分裂素水平明显下降，自从1957年Richmond 和Lang发现激动素可延缓苍耳离体叶片衰老之后，人们已发现凡具有细胞分裂素活性的物质，均可作为叶片衰老延缓剂。它具有促进细胞分裂和扩大、诱导芽分化、延缓叶片衰老、消除顶端优势、促进芽生长等功能. 之所以能延缓衰老主要
是因为细胞分裂素能抑制核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、蛋白酶等的活性，从而延缓了核酸、蛋白质、叶绿体等的降解。（问题：细胞分裂素合成部位？）发育的果实和种子中合成的ABA能诱导叶片衰老,去除果实引起叶片活性下降和衰老，韧皮部汁液中ABA含量下降，阻断ABA从叶中输出，胁迫诱导叶片ABA积累和外施ABA 均促进叶片的衰老。
多胺(Polyamine, PA)是一种生理活性物质，在植物细胞主要有腐胺(Putrescine, Put)、精胺(Spermine, Spm ) 和亚精胺(Spermidine, Spd)。PA具有促进细胞生长、分化、增殖和延缓衰老的作用，并与植物的抗逆关系密切。
20世纪80年代以前，一氧化氮(NO)被认为是一种对环境和人有害的气体。1992年一氧化氮被美国Science杂志评为年度的“明星分子”。美国科学家Ignarro、Murad和Furchgott由于对“一氧化氮作为心血管系统的信号分子”的杰出研究, 荣获了1998年度的诺贝尔医学奖。植物在成熟和衰老过程中, 内源NO含量降低, 乙烯含量升高。外源NO 处理可以延缓植物组织的成熟和衰老。NO可以通过调控乙烯的生物合成，调节植物内源环化核苷酸的水平，两种途径参与植物组织的成熟和衰老调控。
植物叶片抗衰老基因工程：科学家们已成功地分离、克隆出40多个与叶片衰老相关的基因，并对其表达、调控进行了初步的研究,运用遗传手段来延缓植物叶片的衰老。
细胞分裂素在控制叶片衰老进程中具有重要的作用。与细胞分裂素生物合成有关的基因被认为在利用基因工程手段控制叶片衰老、提高作物产量的研究中最具有利用价值和潜力。目前,用于植物叶片抗衰老基因工程研究的基因主要有两大类,即编码细胞分裂素生物合成过程中最重要的一步限速酶基因ipt（异戊烯基转移酶）基因和homeobox 基因家族基因，它们都直接或间接参与了细胞分裂素的生物合成。
1995年, Gan 等利用来自拟南芥的叶片衰老特异表达启动子P SAG12和ipt基因成功构建了叶片细胞分裂素生物合成自动调控系统,即P SAG12-ipt 嵌合基因转基
因植株叶片具有自动调控叶片内细胞分裂素的能力。转基因实验表明,当植株叶片开始衰老时(植株体内细胞分裂素含量下降) ,P SAG12驱动ipt 基因表达,细胞分裂素含量增加,叶片衰老延缓;叶片细胞分裂素的增加又可以反馈抑制启动子的活性,使ipt基因关闭,从而起到自我调控作用，P SAG12-ipt 嵌合基因转基因烟草叶片比未转化的对照植株推迟约40d衰老。
Homeobox 基因家族基因广泛存在于高等植物、动物和低等生物基因中。它们在高等植物茎顶端分生组织的分化和维持中发挥着重要的作用。
利用根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens) 介导法将嵌合基因P SAG12-ipt 导入双低油菜( Brassica napus) 品种H165 ,经双重PCR 检测和基因组总DNA共获
余9 株叶片衰老时间明显延迟,主茎有柄叶衰老延迟15～20 d ,无柄薹叶延迟20～30d，长势较旺。进行衰老生理指标测定的结果表明,转基因植株主茎基本定型叶上部叶片,叶绿素含量、细胞分裂素含量、SOD 活性和MDA 积累量与对照基本一致,下部第5 片叶叶绿素含量、细胞分裂素含量和SOD 酶活性约为对照的2～4 倍、3～5倍和3倍，MDA积累量仅为对照的40%和70%。
（生产上是否需要促进衰老？棉花，烟草）
六、植物衰老与细胞程序性死亡（PCD）
植物在长期进化和适应环境的基础上有选择性地使某些细胞、组织和器官有序死亡，是其生长发育生存的一个主要特征。PCD 的定义最早由Gluchsman于1951 年提出。它指生物体生长发育过程中，由自身基因编码的、主动和有序的进程，是生物体与环境及自身的新陈代谢过程中正常的生理反应。
植物衰老是涉及PCD的生理过程，二者在发生机制和信号传导上存在较多的共性：
1) 植物衰老和PCD 一样，都是由基因控制的主动的过程，它们的发生都要靠新基因的转录和蛋白质的合成，实验证实，蛋白质合成抑制剂可抑制新蛋白质的合成，从而抑制植物衰老和PCD的发生(Smart, 1994)。
2) PCD是一程序性事件，同样，植物衰老发生的时间、部位和方式也是按照特定的程序专一而有序的发生的(Smart,1994; Gan and Amasino,1997)。如在叶片的衰老中，首先是叶绿体的变化，然后胞质收缩，核糖体数目减少，线粒体结构和核膜破坏，最后液泡膜破裂，大量水解酶进入细胞质，细胞死亡。
3)植物衰老虽然随着年龄的增加而推进，但并非只是简单的被动的衰退过程，它可以受许多内部发育信号和外部环境信号的影响，从而调节进程的快慢，且大部分信号对于PCD 有同样的促进或抑制作用(Nooden et al.,1997; Gan and Amasino,1997)。如：乙烯、活性氧、盐胁迫、水胁迫和病虫害等均可诱导植物衰老和PCD 的发生；抗氧化酶类物质和适宜的环境可抑制植物衰老和PCD的发生；
4)植物衰老和PCD 过程中都存在物质的运转，这在衰老器官中表现为维管束周围组织最后衰老植物衰老是生命的自然衰退和死亡，而PCD 则是细胞的一种主动的程序化的死亡方式，PCD只是植物在衰老后期为使衰老顺利进行而采取的一种必要手段。
植物衰老和PCD二者发生的不同步性是它们的主要区别所在：
1)细胞质的泡状化或出芽是PCD 的主要特征之一，而在衰老器官中胞质并不泡状化或出芽(Nooden et al.,1997) 。在整个衰老过程中，膜系统的完整性和细胞分室一直保持到衰老后期，胞质很少或几乎不外渗；
2)植物衰老中细胞核的变化较晚，而PCD 中核的变化较早；
3)植物衰老时衰老细胞常经历一系列亚细胞水平上的修饰或改变，如叶绿体向老化叶绿体转变，过氧化物体向乙醛酸体转变，然而迄今为止，在动物PCD 和植物PCD 中未发现类似的细胞器转变(Gan and Amasino,1997);
4)植物衰老的前期是可逆的，衰老早期的黄化叶可通过CTK的作用重新返绿(Nooden et al.,1997)。而PCD一般是不可逆的。植物衰老开始时，核小体间DNA 降解前，染色质发生固缩，且这种固缩前期可逆，后期不可逆，认为二者之间的转换点是PCD级联反应的关键点，由于固缩的不可逆导致凋亡的不可逆(Nooden et al.,1997);
5)传导信号的差别。完整的植物衰老过程应包括两个阶段。第一阶段为可逆衰老阶段，细胞以活体状态存在；第二阶段为不可逆衰老阶段，细胞器裂解，细胞衰退，PCD 发生，其中液泡的裂解和染色质降解形成的DNA片段是PCD开始发生的标志(植物适时衰老有利于作物产量和品质的提高及花卉果蔬的保鲜，但不正常衰老特别是早衰则是限制经济性状发挥的重要因子，所以如何延缓植物的
衰老就成为许多植物生理学家和育种家梦寐以求的事情。因此认识植物衰老的本质，了解其PCD 机制，将为植物衰老开拓一个新的研究领域。
在衰老的植物组织中, 由于光合反应组分的丧失,Rubisco 活性的下降以及由NADPH 再生NADP+的不足均会导致电子传递链的失衡，从而将电子泄露给氧,使活性氧的产生增加。
2014 高级植物生理学专题复习题 一、将下列英文名词翻译成中文并用中文简要解释 phytochrome polyamines calmodulin Rubisico elicitor phytoalexin lectins systemin oligosaccharinaquaporin Phosphotidylinositol Osmotin 二、问答题 1. 举例说明突变体在植物生理学研究中的应用。2. 简述由茉莉酸介导的植物伤信号转导过程。3. 植物体内产生NO 形成途径主要有哪些？NO 在植物体内的生理作用怎样？4. 简述由水杨酸介导的植物抗病信号转导过程。5. 试论述在逆境中，植物体内积累脯氨酸的作用。6. 简述激光扫描共聚焦显微术在生物学领域的应用7. 什么是活性氧？简述植物体内活性氧的产生和消除机制。8. 植物抗旱的生理基础有哪些？植物如何感受干旱信号？9.盐胁迫的生理学基础有哪些？如何提高植物的抗盐性？ 10.说明干旱引起气孔关闭的信号转导机制。 11.为什么在植物生理分子研究中选拟南芥、蚕豆、番茄作为模式植物？ 12.试述植物对逆境的反应和适应机理(阐述1－2 种逆境即可) 13.简述高等植物乙烯生物合成途径与调节 (文字详述与详细图解均可14.以乙烯为例说明激素的信号转导过程。 15.什么是光呼吸与光抑制？简要阐明光合作用的限制因素(包括外界环境因素与植物本身 calcium messenger systym late embryogenesis abundent protein hypersensitive response pathogenesis-related protein induced systemic resistance heat shock protein calcium-dependent protein kinases mitogen-activated protein kinase laser scanning confocal microscopy Partial rootzone irrigation Original fluorescence yield Maximal fluoreseence yield photoihibition photooxidation photoinactivation photodamage photobleaching solarization
《植物生理学实验》课程大纲 一、课程概述 课程名称（中文）：植物生理学实验 （英文）：Plant Physiology Experiments 课程编号：18241054 课程学分：0.8 课程总学时：24 课程性质：专业基础课 前修课程：植物学、生物化学、植物生理学 二、课程内容简介 植物生理学是农林院校各相关专业的重要学科基础课，是学习相关后续课程的必要前提，也是进行农业科学研究和指导农业生产的重要手段和依据。本实验课程紧密结合理论课学习内容，加深学生对理论知识的理解。掌握植物生理学的实验技术、基本原理以及研究过程对了解植物生理学的基本理论是非常重要的。本大纲体现了植物生理学最实用的技术方法。实验内容上和农业生产实践相结合，加强学生服务三农的能力。实验手段和方法上，注重传统、经典技术理论与现代新兴技术的结合，提高学生对新技术、新知识的理解和应用能力。 三、实验目标与要求 植物生理学实验的基本目标旨在培养各专业、各层次学生有关植物生理学方面的基本研究方法和技能，包括基本操作技能的训练、独立工作能力的培养、实事求是的科学工作态度和严谨的工作作风的建立。开设植物生理学实验课程，不仅可以使学生加深对植物生理学基本原理、基础知识的理解，而且对培养学生分析问题、解决问题的能力和严谨的科学态度以及提高科研能力等都具有十分重要的作用。 要求学生实验前必须预习实验指导和有关理论，明确实验目的、原理、预期结果，操作关键步骤及注意事项；实验时要严肃认真专心操作，注意观察实验过程中出现的现象和结果；及时将实验结果如实记录下来；实验结束后，根据实验结果进行科学分析，完成实验报告。 四、学时分配 植物生理学实验课学时分配 实验项目名称学时实验类别备注 植物组织水势的测定3学时验证性 叶绿体色素的提取及定量测定3学时验证性 植物的溶液培养及缺素症状观察3学时验证性 植物呼吸强度的测定3学时设计性 红外CO2分析仪法测定植物呼吸速率3学时设计性选修 植物生长物质生理效应的测定3学时验证性 植物种子生活力的快速测定3学时验证性
1、共振传递：一个色素分子吸收光能被激发后，其中高能电子的振动会引起附近另一个分子中某个电子的振动（共振）。 2、激子传递：激子通常是指非金属晶体中由电子激发的量子，它能转移能量，但不能转移电荷。在由相同分子组成的聚光色素系统中，其中一个色素分子受光激发后，高能电子在返回原来轨道时也能释放出激子，此激子同样能使相邻色素分子激发，即把激发能传递给相邻色素分子。激发的电子可以相同的方式再放出激子，依次传递激发能。 3、受体：狭义概念：是细胞表面或亚细胞组分中的一种天然分子，可以识别并特异地与有生物活性的化学信号—配基结合，从而激活或启动一系列生物化学反应。广义概念：是指能够接受任何刺激（包括生物和非生物环境刺激等），并能产生一定细胞反应的生物大分子物质均称为受体。 4、它感作用：植物群生在一起，相互之间存在对环境生长因素，如光照、水肥的竞争和通过向周围环境释放有机化学物质，影响周围植物称为它感作用，也成为相生相克或异株克生作用。 5、它感化合物：也称克生物质，它感作用中把生物体产生的、能影响其它植物生长、健康、行为或群系关系的所有非营养物质统称为它感化合物。 6、量子产额：吸收一个光量子后所所释放的O 2的分子数或固定CO 2 的分子数，或光化学产物数。 7、花熟状态：当植物营养生长达到一定程度，即体内一些特殊物质积累达到一定量时，即产生对开花诱导条件能够发生反应状态，即为花熟状态。 8、光周期诱导：一定适宜的日照条件（光周期）诱导花熟状态的植物启动开花反应的现象。 9、光周期反应：植物能够接受一定适宜的日照条件（光周期）后体内进行花反应的生理现象。 10、开花：成花反应完成（叶原基转向花原茎），植物开花的现象。 11、临界夜长：昼夜周期中短日植物能开花的最小暗期长度或长日照植物能够开花的最大暗期长度。 12、临界日长：指昼夜周期中能诱导植物开花所需的最低或最高的极限日照长度。 13、根系提水作用：是指土壤表层干旱的条件下，当植物蒸腾作用降低时，处于深层湿润土壤中的根系吸收水分，并通过输导组织运至浅层根系进而释放到周围干燥土壤中的现象。 14、被动吸水：常称为“蒸腾拉力吸水”，是指叶片因蒸腾失水而造成与维管束系统一个连续的水势差而产生的使导管中水分上升的一种吸水形式，是植物水分吸收的主要形式。 15、协助扩散：是小分子物质经膜转运蛋白，顺浓度梯度或电化势梯度跨膜的转运，不需要细胞提供代谢能量。 16、空化现象：虽然水分子之间存在内聚力，但木质部中的水柱也有可能被其间的气泡所阻塞，导致水流中断的现象。 17、源：指制造营养并向其它器官提供营养的部位或器官，主要是指成熟的叶片。 18、库：指消耗养料和贮藏养料的器官，如生殖器官、干物质贮藏器官等。 19、活性氧：是指氧在还原过程中产生的、氧化性极强的一类中间产物的统称。 20、呼吸链电子漏：当电子由呼吸链的辅酶Q裂解出来，在细胞色素系统进行传递过程中，部分电子也会发生“泄露”现象，泄露的电子并使氧的单价还原的形式生成超氧阴离子自由基，这种现象称为呼吸链电子漏。 21、伤呼吸：植物在受伤后，伤处细胞呼吸均明显的增强，把这种呼吸习惯称为伤呼吸。 22、信号转导：植物细胞通过膜上的受体细胞感受和接受外界的各种刺激，并将这种刺激通过胞内各种转导
植物生理学实验 希尔反应的观察和反应速率的测定
摘要： 本实验以新鲜的菠菜叶片为实验材料；以菠菜的离体叶绿体为实验对象，由离体叶绿体悬浮液在光下能还原某些氧化剂，根据2,6 -二氯酚靛酚在光下从蓝色到粉红色再到无色的变化，观察希尔反应。在本实验中观察到，加入叶绿体悬浮液的试管，在光下由蓝色变为绿色（由于叶绿体存在的原因）；暗处的试管仍为蓝色。 一、实验原理与实验目的 实验原理： 希尔发现，离体叶绿体悬浮液在光下能还原某些氧化剂（如2,6 -二氯酚靛酚、高铁氰化钾、苯醌、NADP+、草酸等）2H2O+2A →2AH2+O2 希尔反应的测定的方法是（1）放氧速率；（2）氧化剂被还原的速率。本实验中2,6 -氯酚靛酚还原后，溶液由兰色变为无色。 实验目的： 观察和测定希尔反应，了解叶绿体在光合放氧中的作用。 二、实验材料和方法 实验材料：菠菜 实验器材：离心机、分光光度计、天平、研钵、漏斗、容量瓶、量筒、烧杯、纱布、移液管、台灯等 实验试剂：（1）提取液（0.067M 磷酸缓冲液，pH 6.5 + 0.3M 蔗糖+ 0.01M KCl）；（2）0.1% 2,6 -二氯酚靛酚（溶于0.067M 磷酸缓冲液+0.01%KCl） 三、实验步骤 1.离体叶绿体悬浮液的制备 称取8克叶片,加10ml预冷提取液研磨,在研钵中捣碎30秒钟后,继续加入15ml冷提取液; 经过二层纱布过滤,去残渣,挤出滤液,置于离心管中。 以1000转/分离心3分钟;弃去沉淀。 以3000转/分离心上层液,8分钟,弃去上清液,沉淀为破碎的叶绿体。 用20ml提取液悬浮沉淀,置于冰浴备用。 2.离体叶绿体对2,6 -二氯酚靛酚的还原作用 取2支试管，分别加入5ml叶绿体悬浮液和1ml 0.1%的2,6 -二氯酚靛酚。一试管照光，另一试管置于黑暗。5-10min后观察溶液颜色的变化。 四、实验结果与讨论 实验结果： 黑暗处的试管颜色未发生变化，一直都是蓝绿色； 光照下的试管颜色明显变浅，由较深的蓝绿色变为浅绿色，证明希尔反应的存在，可见离体叶绿体悬浮液在光下能还原某些氧化剂。 实验讨论： 1、离体叶绿体对染料的还原作用实验中,比较两个处理的溶液颜色有何不同,并解释实验结
低温胁迫 低温程度和植物受害情况，可分为冷害（chilling），指作物在它生长所需的适温以下至冰点以上温度范围内所发生的生长停滞或发育障碍现象；冻害(freezing)，指冰点以下低温对植物生长发育的影响。 一、低温的伤害： 膜伤害：目前普遍认为细胞膜（特别是质膜和类囊体膜）系统是植物受低温伤害的初始部位，低温处理后膜相对透性以及膜上各组分的变化, 是衡量植物抗冷性的一个指标。若温度缓慢降至零下，能引起细胞外冰晶积累，造成机械性胁迫和细胞内次生干旱等复杂变化。 膜脂相变：细胞膜系统是低温冷害作用的首要部位, 温度逆境不可逆伤害的原初反应发生在生物膜系统类脂分子的相变上。膜脂从液晶相变成凝胶相,膜脂上的脂肪酸链由无序排列变为有序排列,膜的外形和厚度发生变化,膜上产生皲裂,因而膜的透性增大，离子大量外泻，因而电导率有不同程度的增大。脂脂肪酸的不饱和度或膜流动性与植物抗寒性密切相关。膜脂肪酸成份（饱和和非饱和脂肪）酸和膜透性 膜脂过氧化：植物在低温胁迫下细胞膜系统的损伤可能与自由基和活性氧引起的膜脂过氧化和蛋白质破坏有关。MDA含量可以作为低温伤害程度以及植物抗冷性的一个生理指标。 乙烷。植物在正常条件下几乎不产生乙烷，在逆境条件下细胞遭到破坏时乙烷大量产生。一般认为乙烷是由不饱和脂肪酸(亚麻酸)及其过氧化物通过自由基反应生成的,所以乙烷的产生与膜脂过氧化密切相关，其产量与膜透性呈正相关,可作为膜破坏的指标。 乙烯？？？当植物处于逆境条件时,乙烯生成增加,被称为逆境乙烯或应激乙烯,其量比正常条件下的乙烯量高2～50倍。乙烯主要由受刺激而未死亡的细胞产生,其生物合成也是遵循:蛋氨酸→腺苷蛋氨酸(SAM)→ACC→乙烯途径。也有人报道逆境乙烯也可由亚麻酸过氧化作用产生。但在植物体内很难将各种途径产生的乙烯区分开来,因此乙烯的释放不能作为一种表示膜脂过氧化的指标。 细胞骨架是（植物中主要是指微管和微丝）。与细胞运动、能量转换、信息传递、细胞分裂、基因表达及细胞分化等生命活动都密切相关。低温直接毁坏了细胞骨架，使细胞质基质结构紊乱，进而破坏细胞的代谢系统及其中物质的运输。不同耐寒性植物的微管对低温的反应有着显著差异。不耐寒植物的微管对低温敏感，而抗寒植物其微管具有抗寒性，其冷稳定性与植物种类抗寒性成正相关，抗寒锻炼后，抗寒植物的微管其冷稳定性提高。 光合作用：温胁迫对植物光合色素含量、叶绿体亚显微结构、光合能量代谢及PS活性等一系列重要的生理生化过程都有明显影响。对于亚热带起源的低温敏感植物,当温度稍低于其最适生长温度时,即表现出净光合速率的下降。当温度降至引起冷害的临界温度时,光合作用显示出强烈的抑制。光合机构的光破坏在很多情况下是由过剩光能产生的活性氧引发的(引发光氧化损害的两类活性氧是米勒反应产生的超氧阴离子O和单线态氧’O2。
植物生理学实验指导 主编张立军 参编（按姓氏汉语拚音） 樊金娟郝建军 刘延吉阮燕晔 朱延姝
沈阳农业大学植物生理学教研室 2004年1 月 序 实验课是提高学生动手能力，提高分析问题和解决问题能力的重要途径。植物生理学教研室的全体教师和实验技术人员经过多年的教改探索，认为实验课教学要注意基本实验技能的训练、要有助于提高学生的动手能力，有助于使学生熟悉实验工作；实验内容要有挑战性，能够吸引学生的兴趣。为此，我们在借鉴国外高校和国内其他高校的先进教学经验的基础上，提出了一系列提高实验课教学质量的改革措施，这些措施涉及到实验内容的设置、实验的设计、实验报告的写作，以及实验指导书的编写等多个方面。本学期的实验教学是我们实验教学改革探索的一部分。所有的实验都设计成研究型的，有适当的处理，并尽可能的设置重复。同学们能够通过实验解释一个理论或实际问题。在本次编写的实验指导中我们给出了大量的思考题，有的涉及实验中应注意的问题，有的涉及实验技术的应用，有的涉及实验方法的应用扩展；此外，我们还要求实验报告的形式类似于正式发表的科研报告，并附有写作说明，这有利于培养学生写作科研论文的能力。为了培养良好的科研习惯，对每个实验还都给出相应的记录方式。 本学期是我们教研室首次按这项教学改革研究成果组织教学，希望广大同学配合，也希望相关专业老师、相关部门的领导及广大同学提出宝贵意见、以便使植物生理学实验教学改革更加完善。 张立军 2004 年1月30日 2014年12月29日 1
附：参加教学改革人员： 刘延吉郝建军樊金娟朱延姝阮燕晔康宗利付淑杰于洋 目录 Section 1（1h） 植物生理学实验课简介 1．教学目的 2．教学要求和考核 3．实验内容介绍 4．实验室安全要求 Section 2（6h） 一、植物的光合速率测定-----改良半叶法 二、植物叶绿素素含量测定----丙酮提取法 Section 3（6h） 三、植物组织水势测定----小液流法 四、植物根系活力测定----甲烯蓝法 Section 4（6h） 五、植物抗逆性鉴定----电导率仪法 六、植物组织丙二醛含量测定 Section 5（4h） 七、植物组织硝态氮含量的测定 Section 6（4h） 八、植物呼吸酶活性测定 2
植物生理学实验指导主编胡君艳陈国娟张汝民 浙江农林大学植物学科 2013年8月
实验一植物组织水势的测定 水势与渗透势的测定方法可分为3大类：⑴液相平衡法，包括小液流法、重量法测水势，质壁分离法测渗透势；⑵压力平衡法（压力室法测水势）；⑶气相平衡法，包括热电偶湿度计法、露点法等。 Ⅰ小液流法 【实验目的】 了解采用小液流法测定植物组织水势的方法。 【实验原理】 水势表示水分的化学势，像电流由高电位处流向低电位处一样，水从水势高处流向低处。植物体细胞之间，组织之间以及植物体和环境间的水分移动方向都由水势差决定。 当植物细胞或组织放在外界溶液中时，如果植物的水势小于溶液的渗透势（溶质势），则组织吸水而使溶液浓度变大；反之，则植物细胞内水分外流而使溶液浓度变小；若植物组织的水势与溶液的渗透势相等，则二者水分保持动态平衡，所以外部溶液浓度不变，而溶液的渗透势即等于所测植物的水势。可以利用溶液的浓度不同其比重也不同的原理来测定试验前后溶液的浓度变化，然后根据公式计算渗透势。 【实验器材与试剂】 1.实验材料：八角金盘、大叶黄杨等。 2.实验试剂：0.05、0.10、0.15、0.20、0.30mol·L-1蔗糖溶液、甲烯蓝溶液。 3.实验仪器：试管10支、微量注射器、镊子、打孔器、垫板。 【实验步骤】 1.取干燥洁净的试管5支为甲组，标记1~5，各支中分别加入0.05~0.30mol·L-1蔗糖溶液5mL。另取5支干燥洁净的试管为乙组，标记1'~5'，各试管中分别加入0.05~0.30mol·L-1蔗糖溶液2ml。 2.取待测样品的功能叶数片，用打孔器打取小圆片约50片（避开叶脉），混合均匀。用镊子分别夹入10个小圆片到乙组试管中。并使叶圆片全部浸没于溶液中。放置约30~60min，为加速水分平衡，应经常摇动试管。 3.到时间后，在乙组试管中加入甲烯蓝溶液1~2滴，并用微量注射器取各试管糖液少许，将注射器插入对应浓度甲组试管溶液中部，小心地放出一滴蓝色溶液，并观察蓝色小液流的
盐胁迫 全世界约有1/3的盐渍化土壤，我国约有250 多万公顷的各种盐渍土壤，主要分布在沿海地区或内陆新疆、甘肃等西北干旱、半干旱地区。随着工业污染加剧、灌溉农业的发展和化肥使用不当等原因, 次生盐碱化土壤面积有不断加剧的趋势。这些地区由于土壤中含有较多的盐类植物常受盐害而不能正常生长和存活，给农业生产造成重大损失。植物耐盐机理和耐盐作物品种的培育已成为当前的研究热点之一。综合治理盐渍土、提高植物的耐盐性、开发利用盐水资源已成为未来农业发展及环境治理所亟待解决的问题。 钠盐是形成盐分过多的主要盐类，NaCl和Na2SO4含量较多称为盐土，Na2CO3与NaHCO3含量过多称为碱土。自然界这两种情况常常同时出现统称为盐碱土。 一、盐胁迫对植物的伤害机理 盐害包括原初盐害和次生盐害。原初盐害是指盐离子的直接作用，对细胞膜的伤害极大；次生盐害是指盐离子的间接作用导致渗透胁迫，从而造成水分和营养的亏缺。 1、生理干旱。土壤盐分过多使植物根际土壤溶液渗透势降低，植物要吸收水分必须形成一个比土壤溶液更低的水势，否则植物将受到与水分胁迫相类似的危害，处于生理干旱状态。如一般植物在土壤盐分超过0. 2 %～0.5 %时出现吸水困难，盐分高于0. 4 %时植物体内水分易外渗，生长速率显著下降,甚至导致植物死亡。 2、直接盐害。（1）细胞内许多酶只能在很窄的离子浓度范围内才有活性，从而导致酶的变性和失活，以致于影响了植物正常的生理功能和代谢。高浓度盐分影响原生质膜，改变其透性，盐分胁迫对植物的伤害作用，在很大程度上是通过破坏生物膜的生理功能引起的。盐胁迫还可影响膜的组分用NaCl 和NaCO3溶液处理玉米幼苗发现膜脂中不饱和脂肪酸指数降低，饱和脂肪酸指数相对增多，这也证明了盐离子能影响膜脂成分的组成。（2）植物吸收某种盐类过多而排斥了对另一些营养元素的吸收，导致不平衡吸收，产生单盐毒害作用，还造成营养胁迫。如Na+浓度过高时，减少对K+的吸收，同时也易发生PO43-和Ca2+的缺乏症，盐胁迫下造成养分不平衡的另一方面在于Cl-抑制植物对NO3-及H2PO4 -的吸收。 3、光合作用。众多实验证明，盐分胁迫对盐生植物和非盐生植物的光合作用都是抑制的，并且降低程度与盐浓度呈正相关。 （1）盐胁迫使叶绿体中类囊体膜成分与超微结构发生改变 （2）盐胁迫对光能吸收和转换的影响 （3）盐胁迫对电子传递的影响随着盐浓度的提高PSⅡ电子传递速度明显下降能与盐胁迫损害了PSⅡ氧化侧的放氧复合物的功能，使它向PSⅡ反应中心提供的电子数量减少，阻断了PSⅡ还原侧从QA 向QB 的电子传递。 （4）盐胁迫对光合碳同化的影响光合作用碳同化过程中最重要的酶1，5—二磷酸核酮糖羧化酶（RUBPCase），在盐胁迫下会使RUBPCase 的活性和含量降低，结果酶的羧化效率下降，导致植物固定CO2 的能力减弱，与此同时，RUBPCase 还限制RUBP 和无机磷（Pi）的再生，而这两种物质再生能力的大小对C3 循环至关重要。此外，盐胁迫还会降低磷酸甘油酸、磷酸三糖和磷酸甘油醛的含量。这些物质均是C3循环的中间产物，其含量减少不利于碳同化的正常
实验一小液流法测植物组织水势 一、目的 学会用小液流法和质壁分离法测植物组织水势和渗透势。 二、材料用具及仪器药品 马铃薯、刀片、移液管、培养皿、蔗糖溶液（1mol/L），显微镜 三、原理 1、小液流法测植物组织水势 植物细胞是一个渗透系统，若将植物细胞放在各种不同浓度的蔗糖溶液中时，由于细胞液的浓度与外界溶液的浓度（或水势）的差异。两者便会发生水分的交换。 当ψ cell外＞ψw cell时，细胞则吸水，细胞外溶液的浓度↑，细胞外溶液的比重↑。 当ψ cell外＝ψw cell时，细胞液与细胞外溶液水分平衡，细胞外溶液的浓度不变，细胞外溶液的比重不变。 当ψ cell外＜ψw cell时，细胞则失水，细胞外溶液的浓度↓，细胞外溶液的比重↓。 本实验是以有色液滴的比重变化确定等渗浓度。根据公式，即可计算出外溶液的ψs，即ψs= - CiRT[i:离解系数，蔗糖等于1;c:等渗浓度；R：气体常数，0.0083 MPa·L/mol·K；T表示绝对温度，即273+t（实验时溶液的温度）]。 2、质壁分离法测渗透势 ψw＝ψp＋ψs。 当ψ cell外＞ψw cell时，细胞则吸水。 当ψ cell外＜ψw cell时，细胞则失水，发生质壁分离。 当发生初始质壁分离时，ψp＝0 ，ψw＝ψs＝ψ cell外= - CiRT 四、方法步骤 小液流法测植物组织水势 1．按十字交叉法把1mol/L蔗糖溶液（母液）分别配成0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 mol/L蔗糖溶液各10ml。分别置于5支大试管中，编号作为实验组。 2．另取5支小试管对应于实验组编号，从实验组取2ml蔗糖溶液作为观察组。 3．切约2mm左右见方的马铃薯片。 4．把马铃薯片放入实验组，每组20片，20分钟后，加一点点亚甲基蓝粉末，摇匀。 5．用吸管吸蓝色液，伸入对应观察组中部，轻轻挤出一滴液滴，轻轻取出吸量管，观察液滴移动方向。 6.根据公式ψs=-CiRT,计算出所测材料的ψ cell 质壁分离法测渗透势 1、按十字交叉法把1mol/L蔗糖溶液（母液）分别配成0.1、0. 2、0. 3、0.5、0.6 mol/L 蔗糖溶液各2ml。 2、材料处理：用刀片在蚕豆叶表皮划一方格，用镊子撕下表皮，迅速投入每梯度溶液。 3、镜检确定等渗溶液：视野中1/2细胞在角隅处发生轻度质壁分离的溶液为等渗溶液。 4、计算渗透势。
高级植物生理学复习题2018-12-28 1、试述质子驱动力的产生过程及其作用。 答：（1）质子驱动力的产生根据A TP的利用或形成主要包括以下两种类型： 第一种产生方式是，水解ATP产生。 质子泵通过水解ATP和PPi，把H+逆电化学势梯度泵入膜内，从而使得膜两测的电位不等，形成跨膜质子驱动力，该质子驱动力而后会驱动溶质的跨膜次级主动运输。如在液泡膜中的质子驱动力产生方式（H+-ATP 酶或H+-焦磷酸酶作用）。 第二种产生方式是，其他方式产生，但最终转化生成A TP。 如线粒体中氧化电子传递过程NADH释放的电势能在质子泵的作用下形成H+的电化学梯度，产生质子驱动力；再如类囊体膜光合电子传递过程中水分子裂解产生质子放在内囊体腔内，产生质子驱动力。最后线粒体和类囊体膜上产生的质子驱动力均利用ATP合成酶形成ATP。（H+-ATP酶作用）（2）作用： 是驱动次级主动转运的动力来源，是液泡成为植物细胞内离子平衡的调节器的重要原因； 为各种溶质(如阳、阴离子、氨基酸和糖类等)分子的主动跨膜转运提供了动力； 是驱动ATP生成最直接的因素； 为各种养分离子的跨膜运输提供动力； 有效的调节膜内外渗透压； 有效地减少高浓度离子对植株造成的毒害作用。 2、试述植物同化硝态氮的过程。 答：植物吸收的硝态氮必须在体内经代谢还原同化成有机氮化合物才能被植物进一步加以利用。因为蛋白质的氮呈高度还原状态，而硝酸盐的氮却是呈氧化状态的。NO3-采用主动运输的方式通过细胞膜，植物体内NO3-的还原反应是在细胞基质中（根部或叶片中）进行的。 一般认为，硝酸盐还原按以下步骤进行： 第一步，NO3-在NR（硝酸还原酶）的作用下被还原成亚硝酸盐。电子从NAD(P)H经FAD、细胞色素b557传至Mo，最后还原NO3-为NO2-。 第二步，NO3-还原为NO2-后，NO2-被迅速转运到质体中，亚硝酸盐再经过NiR（亚硝酸还原酶）催化还原生成NH4+。还原过程需要消耗H+，同时伴随产生OH-，部分OH-被排出体外，使外部介质pH升高。没有被还原的NO3-则临时贮存在液泡中。 植物直接吸收的NH4+与还原生成的NH4+一起进入谷氨酸合成酶(GOGA T)循环反应生成谷氨酸(Glu)和谷氨酰胺(Gln)；进一步转化为天冬氨酸(Asp)和天安酰胺(Asn)；最后形成体内其他所需的氨基酸或含氮化合物以供植物体的正常生长发育利用。 3、质膜NO3-转运系统的类型和作用特点。 答：植物体内存在着3个主要的NO3-吸收转运系统： （1）高亲和力NO3-吸收转运系统(HATS) 作用特点：分为诱导型和组成型两种，诱导型对NO3-有较高的亲和力，Km和Vmax相对较高；组成型Km
第八章植物的生殖生理 讲授内容和目标： 让学生掌握光周期同花诱导之间的关系，了解春化现象。掌握光周期诱导的生理机制。了解光周期现象与春化作用在农业生产上的应用。（因课时限制，从第三节以后的内容以学生自学为主）。 重点介绍植物的光周期反应类型，光周期诱导的生理机理和应用。 学时分配：3学时。 具体内容： 第八章植物的生殖生理同高等动物不同，高等植物的生殖器官——花, 是在植物生长到一定大小之后才形成的，因此我们可以根据花器官的形成与否将植物的生活周期分成截然不同发两个阶段，营养生长阶段和生殖生长阶段。 植物从营养生长向生殖生长过渡必须满足两个条件： 1.植物必须达到花熟状态 2.必须有适宜的环境条件区分的标志是第一朵花的形成（或花芽分化）。 花熟状态（ripeness to flower）： 指植物体能够感受适宜的环境条件而开花时必须具备的生理状态。 幼年期（juvenility）： 植物在达到花熟状态之前的时期叫幼年期。只有度过了幼年期，达到花熟状态的植株，在适宜的环境条件诱导下会开花结果，从营养生长进入生殖生长时期。 ●开花包括两个过程： 花诱导（floral induction）和花器官的分化(floral development)。 ●花诱导（floral induction）： 在花芽分化之前，适宜开花的环境条件作用于植物体，而引起的一系列同开花有关的生理变化。 花器官的形成是指在植物在完成花诱导之后花芽的分化过程。 植物体只有完成了花诱导，才能形成花芽、开花、结果并形成种子，完成整个生活史。第一节光周期与花诱导 一.光周期和光周期现象 1.光周期现象的发现 1920年在美国农业部马里兰州贝尔茨维尔的一个育种站的实验室内，两位科学家W. W. Garner 和H. A. Allard 发现： 美洲烟草（Nicotiana tabcum cv Maryland Mammoth）在夏天的大田里生长到3~5m 也不会开花，但是在冬天的温室里长到不足1米就大量开花了。 另外他们还注意到大豆，不管在春季什么时间播种，都会在夏季中期的某个相同的时期开花。即在早春播种的生长的很高大的植株与在夏初播种的较小的植株同时开花。 很显然： 在冬天的温室内有某种因素导致了烟草的开花。 在夏天的时候有某种因素导致了大豆的开花。日照长度。会不会是日照长度引起了烟
实验名称：植物含水量的测定 实验目的：掌握测定植物组织的含水量的方法 实验原理：利用水遇热蒸发为水蒸汽的原理，可用加热烘干法来测定植物组织中的含水量。植物组织含水量的表示方法，常以鲜重或干重 % 表示，有时也以相对含水量 % （或称饱和含水量 % ）表示。后者更能表明它的生理意义。 实验材料与设备： （一）材料：植物鲜组织。 （二）仪器设备：天平（感量1/1000g）；烘箱；干燥器；剪刀；搪瓷盘；塑料袋；纸袋；吸水纸等。 实验步骤： ⒈鲜重测定迅速剪取植物材料，装入已知重量的容器（或塑料袋）中，带入室内，用分析天平称取鲜重（FW）。 ⒉干重测定提前把烘箱打开，温度升至100~105℃。把称过鲜重的植物材料装入纸袋中，放入烘箱内，100~105℃杀青10min，然后把烘箱的温度降到70~80℃左右，烘至恒重。取出纸袋和材料，放入干燥器中冷却至室温，称干重（DW）。 ⒊饱和鲜重测定将称过鲜重的植物材料浸入水中，数小时后取出，用吸水纸吸干表面水分，立即称重；再次将材料放入水中浸泡一段时间后，再次取出，吸干表面水分，称鲜重，直到两次称重的结果基本相等，最后的结果即为饱和鲜重（SFW）。若事先已知达到水分饱和所用的时间，则可一次取得饱和鲜重的测量定值。 ⒋取得以上数据后，按公式计算组织含水量、相对含水量。 思考题： 测定饱和含水量时，植物材料在水中浸泡时间过短或过长会出现什么问题？ 实验名称：植物组织水势的测定（小液流法）
实验目的：学会用小液流法测定植物组织的水势 实验原理：将植物组织分别放在一系列浓度递增的溶液中，当找到某一浓度的溶液与植物组织之间水分保持动态平衡时，则可认为此植物组织的水势等于该溶液的水势。因溶液的浓度是已知的，可以根据公式算出其渗透压，取其负值，为溶液的渗透势（ψπ），即代表植物的水势（ψw）。 ψw＝ψπ＝－P＝－iCRT 实验材料与设备： （一）材料：小白菜或其它作物叶片 （二）仪器设备：1.带塞青霉素小瓶12个；2.带有橡皮管的注射针头；3.镊子；4.打孔器5.培养皿。 （三）试剂：1. 0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30mol/L蔗糖溶液；2.甲烯蓝粉末。 实验步骤： （一）取干燥洁净的青霉素瓶6个为甲组，各瓶中分别加入0.05～0.30mol/L蔗糖溶液约4ml（约为青霉素瓶的2／3处），另取6个干燥洁净的青霉素瓶为乙组，各瓶中分别加入0.05～0.30mol/L蔗糖溶液1ml 和微量甲烯蓝粉末着色，上述各瓶加标签注明浓度。 （二）取待测样品的功能叶数片，用打孔器打取小圆片约50片，放至培养皿中，混合均匀。用镊子分别夹入5～8个小圆片到盛有不同浓度的甲烯蓝蔗糖溶液的青霉素瓶中（乙组）。盖上瓶塞，并使叶圆片全部浸没于溶液中。放置约30～60min，为加速水分平衡，应经常摇动小瓶。 （三）经一定时间后，用注射针头吸取乙组各瓶蓝色糖液少许，将针头插入对应浓度甲组青霉素瓶溶液中部，小心地放出少量液流，观察蓝色液流的升降动向。（每次测定均要用待测浓度的甲烯蓝蔗糖溶液清洗几次注射针头）。如此方法检查各瓶中液流的升降动向。若液流上升，说明浸过小圆片的蔗糖溶液浓度变小（即植物组织失水）；表明叶片组织的水势高于该浓度糖溶液的渗透势；如果蓝色液流下降则说明叶片组织的水势低于该糖溶液的渗透势，若蓝色液流静止不动，则说明叶片组织的水势等于该糖溶液的渗透势，此糖溶液的浓度即为叶片组织的等渗浓度。 将求得的等渗浓度值代入如下公式： ψw＝ψπ＝－iCRT。 式中：ψw＝植物组织的水势（单位：Mpa）；ψπ＝溶液的渗透势； C＝等渗浓度（mol/L）；R＝气体常数（0.008314 MPa·L /mol/K）；T＝绝对温度；i＝解离系数（蔗糖＝1，CaCl2＝2.60）。 思考题：在干旱地方生长的植物其水势较高还是较低？为什么？ 实验名称：植物组织渗透势的测定
第一章：植物的水分代谢 一、植物对水分的需要 For every gram of organic matter made by the plant, approximately 500 g of water is absorbed by the roots, 水分在生命活动中的作用 细胞内水分呈束缚水和自由水两种状态 水分是细胞质的主要成分 水分是代谢过程的反应物质 水分是植物对物质吸收和运输的溶剂 水分能保持植物的固有姿态 二、植物对水分变化的反应及生态类型即水生植物和陆生植物 （一）水生植物 水生植物(hydrophite)指植株全部或至少根系可一直生长在水中的植物。根据它们在水中的生长状态，可以把它们划分为 沉水植物(submerged plant) 浮水植物(floating—leaf plant) 挺水植物(emerged plant) 沉水植物(submerged plant) 是指整个植物体都浸没在水中的植物其中一种类型是扎根于水底的土壤 另一种类型则是悬浮于水中而根系退化的 由于水中氧少光弱，因而植物的通气组织发达，构成连续的通气网络。整个植株都可直接吸收水、矿质营养和水中的气体 浮水植物(floating—leaf plant) 指那些植物体完全漂浮在水面上或植物扎根于水底而叶子漂浮在水面上的植物 浮水植物水下部分结构与沉水植物相似，但水面上部分由于直接与空气接触，表皮细胞常具薄的角质层，气孔一般只生于叶的上表皮，并有通气结构贯通整个植物 挺水植物(emerged plant) 指那些根、下部茎，有的还包括部分下部叶浸没于水中，而上部的茎叶挺伸出水面以上的植物挺水植物的维管组织、机械组织和保护组织在水生植物中是最发达的，并具有良好的通气组织，常能忍受一定时间限度的土壤干燥 （二）陆生植物 湿生植物(hygrophyte) 中生植物(mesophyte) 旱生植物(xerophytic plant) 短命植物(short—1ife plant) 避旱植物(drought—evading plant) 耐旱植物(drought—enduring plant) 抗旱植物(drought—resisting Plant) 三、水分经植物从土壤到大气，水势 T r e e s c a n g r o w m u c h t a l l e r t h a n10m ?Suction tension(吸水压) in the xylem must be greater than that of a vacuum ?Water potential (or pressure) in the xylem must be negative ?How do we account for a negative water potential (pressure)? W a t e r m o v e m e n t b e t w e e n c o m p a r t m e n t s yp = -RTc R: gas constant T: temperature (K) c: solute concentration G e n e r a t i o n o f r o o t p r e s s u r e i n a n e x c i s e d p l a n t 四、根系对水分的吸收water-channel proteins (aquaporins) E x o d e r m i s a n d e n d o d e r m i s
第八章植物的生长生理 一、名词解释 1．生长大周期 2．脱分化与再分化 3．光形态建成 4．光范型作用 5．根冠比与生长协调最适温 二、填空 1．组织培养时，培养基一般有_______、_______、_______、_______、________五大类成分组成。 2．植物组织培养的理论依据是_____________，其优点在于可以研究__________（被培养部分）在不受植物体其它部分干扰的条件下的生长分化规律。 3．植物生长的相关性。主要表现在三个方面：_____________、_______________、_________。 4．油料种子成熟时，脂肪是由_______转化而的，初期先合成_______脂肪酸，以后在________酶的作用下，转化为__________脂肪酸 5．促进莴苣种子萌发的光是（）。 6．目前已知的三种光受体：________、__________和___________。
7．核果的生长曲线是____________。 8. 很多因素会影响根/冠（R/T）, 如增加土壤水分R/T 会______，供 9. 呼吸作用的最适温度一般比光合作用的最适温度要；正常生长的生殖器官的呼吸速率一般比营养器官要；植物组织受伤时呼吸速率一般要。 10 与植物胚轴伸长的抑制、气孔开放关系最密切的光受体是： A. UV-C受体 B. 隐花色素 C. 光敏色素 三、选择题 1.油料种子成熟时，脂肪的碘值（）。 A. 逐渐减小 B. 逐渐升高 C. 没有变化 2. 四、论述题 1．试述光对植物生长发育的影响(直接：萌发，光形态建成，生长抑制，节律现象，小叶运动，开花过程等，低能反应。间接：能源，高能反应，光合作用，蒸腾作用) 2．何谓光敏素？设计一个实验，证明光形态建成与光敏素之间密切相关，写出主要的实验步骤。 3．何谓根/冠比？影响根/冠比的因素有哪些？简述控制根/冠比的措施及其原理。 4．以IAA和GA为例，论述植物激素在麦类种子萌发过程中的
植物生理学实验指导 Prepared on 24 November 2020
植物生理学实验指导
目录
植物材料的采集、处理与保存 植物生理实验使用的材料非常广泛，根据来源可划分为天然的植物材料（如植物幼苗、根、茎、叶、花等器官或组织等）和人工培养、选育的植物材料（如杂交种、诱导突变种、植物组织培养突变型细胞、愈伤组织、酵母等）两大类；按其水分状况、生理状态可划分为新鲜植物材料（如苹果、梨、桃果肉，蔬菜叶片，绿豆、豌豆芽下胚轴，麦芽、谷芽，鳞茎、花椰菜等）和干材料（小麦面粉，玉米粉，大豆粉，根、茎、叶干粉，干酵母等）两大类，因实验目的和条件不同，而加以选择。 植物材料的采集和处理，是植物生理研究测定中的重要环节。在实际工作中，往往容易把注意力集中在具体的仪器测定上，而对于如何正确地采集和处理样品却不够注意，结果导致了较大的实验误差，甚至造成整个测定结果的失败。因此，必须对样品的采集、处理与保存给予足够的重视。 一、原始样品及平均样品的采取、处理 植物生理研究测定结果的可靠性（或准确性），首先取决于试材对总体的代表性，如果采样缺乏代表性，那么测定所得数据再精确也没有意义。所以，样品的采集除必须遵循田间试验抽样技术的一般原则外，还要根据不同测定项目的具体要求，正确采集所需试材。目前，随着研究技术的不断发展，应该不断提高采样技术的水平。 在作物苗期的许多生理测定项目中都需要采集整株的试材样品，在作物中后期的一些生理测定项目中，如作物群体物质生产的研究，也需要采集整株的试材样品，有时虽然是测定植株的部分器官，但为了维持器官的正常生理状态，也需要进行整株采样。 除研究作物群体物质生产外，对于作物生理过程的研究来说，许多生理指标测定中的整株采样，也只是对地上部分的采样，没有必要连根采样，当然对根系的研究测定例外。采样时间因研究目的而不同，如按生育时期或某一特殊需要的时间进行。除逆境生理研究等特殊需要外，所取植株应是能代表试验小区正常生育无损伤的健康植株。
2014 高级植物生理学专题复习题 一、将下列英文名词翻译成中文并用中文简要解释 phytochrome polyamines calmodulin Rubisico elicitor phytoalexin lectins systemin oligosaccharinaquaporin Phosphotidylinositol Osmotin 二、问答题 1. 举例说明突变体在植物生理学研究中的应用。 2. 简述由茉莉酸介导的植物伤信号转导过程。 3. 植物体内产生NO 形成途径主要有哪些？NO 在植物体内的生理作用怎样？ 4. 简述由水杨酸介导的植物抗病信号转导过程。 5. 试论述在逆境中，植物体内积累脯氨酸的作用。 6. 简述激光扫描共聚焦显微术在生物学领域的应用 7. 什么是活性氧？简述植物体内活性氧的产生和消除机制。 8. 植物抗旱的生理基础有哪些？植物如何感受干旱信号？ 9. 盐胁迫的生理学基础有哪些？如何提高植物的抗盐性？ 10. 说明干旱引起气孔关闭的信号转导机制。 11. 为什么在植物生理分子研究中选拟南芥、蚕豆、番茄作为模式植物？ 12. 试述植物对逆境的反应和适应机理(阐述1－2 种逆境即可) 13. 简述高等植物乙烯生物合成途径与调节(文字详述与详细图解均可 14. 以乙烯为例说明激素的信号转导过程。 15. 什么是光呼吸与光抑制？简要阐明光合作用的限制因素(包括外界环境因素与植物本身 calcium messenger systym late embryogenesis abundent protein hypersensitive response pathogenesis-related protein induced systemic resistance heat shock protein calcium-dependent protein kinases mitogen-activated protein kinase laser scanning confocal microscopy Partial rootzone irrigation Original fluorescence yield Maximal fluoreseence yield photoihibition photooxidation photoinactivation photodamage photobleaching solarization
第八章植物生长物质 1植物生长物质：指能够调节植物生长发育的微量化学物质，包括植物激素和植物生长调节剂。 2植物激素：指在植物体内合成、能从合成部位运往作用部位、对植物生长发育产生显著调节作用的微量小分子有机物。 3植物生长调节剂：指一些具有类似于植物激素活性的人工合成的物质 4生物测定：指利用某些生物对某些物质的特殊需要，或对某些物质的特殊反应来定性、定量测定这些物质的方法。 5燕麦试法：生长素的燕麦胚芽鞘测定法，为生长素的定量测定法。 6极性运输：指物质只能从植物形态学的一端向另一端运输而不能倒过来运输的现象。 7三重反应：指乙烯对植物生长具有的抑制茎的伸长生长、促进茎或根的增粗和使茎横向生长的三方面效应 8偏上生长：指植物器官的上部生长速度快于下部的现象。乙烯对茎和叶柄独有偏上生长的作用，从而造成茎的横向生长和叶片下垂。 9类生长素：指生理活性类似生长素的一类物质。分为吲哚类、萘羧酸类、苯氧羧酸类。10生长延缓剂：指抑制植物亚顶端分生组织生长的生长调节剂，它能抑制节间伸长而不抑制顶芽生长，其效应可被活性GA所解除。 11生长抑制剂：指抑制顶端分生组织生长的调节剂，它能干扰顶端细胞分裂，引起茎伸长停顿和破坏顶端优势，其作用不能被赤霉素所恢复。 12激素受体：指能与激素特异结合的、并能引发特殊生理生化反应的蛋白质。激素受体可能存在于细胞质膜上，也可能存在于细胞质或细胞核中。激素受体亦称为受体蛋白。 13系统素：系统素是植物感受创伤的信号分子，在植物防御病虫侵染中期重要作用。 14植物多肽素:指具有调节生理过程或传递细胞信号功能的活性多肽。 IAA吲哚乙酸 NAA萘乙酸，人工合成的生长素类物质，促进植物插枝生根、防止器官脱落、促进雄花发育、诱导单性结实 GA赤霉素，促进茎的伸长、代替长日照和低温的诱导、打破延存器官休眠 GA3赤霉酸 CTK细胞分裂素，腺嘌呤的衍生物，促进细胞分裂、扩大、诱导芽的分化、延迟衰老、打破种子休眠等的生理作用 6-BA 6-苄基腺嘌呤，一种人工合成的细胞分裂素 ABA脱落酸，有诱导芽和种子的休眠、促进器官脱落、抑制生长和引起气孔关闭等生理作用ETH乙烯，促进果实成熟、促进植物器官的衰老和脱落等生理作用 JA茉莉酸，抑制植物生长、萌发、促进衰老、提高抗性等生理作用 JA-ME茉莉酸甲酯，抑制植物生长、促进衰老等作用 PA多胺，促进生长、延缓植物衰老、提高抗性等 SA水杨酸，有生热、诱导开花和作为抗病的化学信号等功能 BR油菜素内酯，促进细胞分裂和伸长、促进光合作用、提高植物抗逆性等生理功能 PP333氯丁唑，一种生长延缓剂，使植物根系发达，植物矮化，茎干粗壮，增穗增粒，增强抗逆性。