植物生理学

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  植物生理学汉语拼音:Zhiwu Shengli Xue;英语:Plant physiology),研究植物生命活动规律的生物学分支学科 。其目的在于认识植物的物质代谢、能量转化和生长发育等的规律与机理、调节与控制以及植物体内外环境条件对其生命活动的影响。

  植物生理学是植物学的一部分。但它同时也可看作普通生理学的一个分支。植物的基本组成物质如蛋白质、糖、脂肪和核酸以及它们的代谢都与其他生物(动物、微生物)大同小异。但是,植物本身又有一些独特的地方,如:①能利用太阳能 ,用来自空气中的 CO2和土壤中的水及矿物质合成有机物,因而是现代地球上几乎一切有机物的原初生产者。②植物扎根在土中营固定式生活,趋利避害的余地很小,必须能适应当地环境条件并演化出对不良环境的耐性与抗性。③植物的生长没有定限,虽然部分组织或细胞死亡,仍可以再生或更新,不断地生长。④植物的体细胞具全能性,在适宜的条件下,一个体细胞经过生长和分化,就可成为一棵完整的植株。因此植物生理学在实践上、理论上都具有重要的意义。

学科内容

  现代植物生理学研究一般分为以下10个方面。

  ①光合作用。绿色植物的特殊功能。它们有光合色素,能吸收太阳光。色素在受激发后发生电荷分离,电子经过一系列的载体传递后,引起氧化还原反应:在一端分解水分子,放出氧气;另一端还原辅酶Ⅱ,同时造成质子(氢离子)转移,形成叶绿体中类囊体膜内外的电位差和氢离子浓度差,推动腺苷三磷酸(ATP)的合成。这样 ,将光能转变成还原辅酶Ⅱ与ATP中的化学能,最后经过一系列的酶反应,把从空气中吸入的CO2固定并还原成碳水化合物。

  ②植物代谢 。可以分为两大方面 ,一方面是合成代谢——将光合作用产生的比较简单的有机物通过一系列酶反应,组成更复杂的包括大分子的有机物如蛋白质,核酸、酶、纤维素等,构成植物身体的组成部分;或贮存物如淀粉、蔗糖、油脂,以供其生命活动中所需的能量。另一方面是分解代谢——把大分子的物质水解(或磷酸解)成为简单的糖磷酯 ,再经过糖酵解形成丙酮酸,同时产生少量的ATP和还原的辅酶(NADH或NADPH)。

  ③植物呼吸。同动物一样,植物也进行呼吸,但没有像鳃、肺那样专门进行气体交换的呼吸器官。分解代谢所形成的还原的辅酶或几种简单的有机酸,经过一系列的电子传递(呼吸链),最后把吸入的氧气还原成水。电子传递和末端氧化是在线粒体内进行的。电子传递同时偶联着ATP的形成,供应各种生命活动的能量需要。

  ④植物水分生理。植物的生活需要大量的水分,其中只有一小部分用于光合作用和代谢过程,绝大部分是在阳光照射下,气孔(器)开放、进行光合作用时,从叶面蒸发出去的。陆生植物适应于蒸腾作用对水分的需求,演化出各种结构。由发达的根系从土壤中吸收水分,通过木质部的导管或管胞输送到地上部的叶和其他器官。进入大气时所经过的气孔能控制水分的散失。在干旱地区的植物,更有减少蒸腾的特殊构造和代谢方式。

  ⑤植物矿质营养。除CO2和水外,植物还需要多种化学元素。需要量较大的氮(N)、磷(P)、钾(K),是农业上常需以肥料形式施加的元素。需要量次之的为钙(Ca)、硫(S)、镁(Mg)、铁(Fe),是构成植物体内生活物质包括某些酶的必要成分。此外还需一些微量元素,如锰(Mn)、锌(Zn)、硼(B)、铜(Cu)、钼(Mo)等。

  ⑥植物体内运输 。植物没有血液循环系统 ,但制造有机物质的光合器官(叶子)位于地上,吸收土壤中无机养料和水分的根系处于地下,生殖器官(花、种子、果实)等则要从两者取得营养物质的供应。适应地上部与地下部之间和各种器官之间物质运输的需要,植物演化出两种特殊的通道,即主要输送水和溶于其中的矿质元素的木质部,和主要输送有机物的韧皮部中的筛管。

  ⑦生长与发育。生长主要是通过细胞的分裂和膨大,发育是通过细胞的分化而形成不同的组织和器官。植物的生长发育受内在因素和外界环境的制约,具有一定的阶段性和季节性。在寒、暖、雨、旱季节变化明显的地区的植物常有休眠期。种子多在冬季或旱季到来之前形成,在休眠状态下度过不良环境。从营养生长(叶、茎、根的生长)向生殖生长(分化花芽、开花、结实)转化的过程常与自然环境的年度变化相偶合。植物有一系列感受环境变化的机制,光周期现象是其中之一。植物的细胞具有很大的全能性,身体许多部分的细胞,离体后在人工培养基中,都可以脱分化而长成愈伤组织。在适当的情况下,又可以再分化,形成根、茎、叶等器官以至长成完整的植株。

  ⑧植物激素。植物没有神经系统,各器官间的生理活动,除随营养物的供求关系相互制约以外,大都是通过一些特殊的化学物质来相互调节和控制的。这种化学物质称为植物激素,它们在某些部位形成,转移到另一些部位起作用。如最先发现的生长素就是在生长顶端形成,促进下面的细胞伸长。随后相继发现许多其他激素,如脱落酸、赤霉素、细胞分裂素、乙烯。除去通过化学物质而调节控制之外,植物中也能有迅速的物理的信息传导,如电位的变化。

  ⑨抗逆性。不同植物对不良环境的耐性和抗性的差异很大,有的能在极干旱的条件下生存,有的能抵抗低温。品种之间的差异也很大,在自然界中,不同生境中植物的分布很大程度上是由它们对不良环境的抗御能力决定的。在农业生产上,扩大作物的种植,了解抗逆性的生理机理,有助于采取措施以提高抗逆性,或为育种工作中抗逆品种的筛选提供生理指标。

  ⑩植物运动。生活在水中的低等植物,有些具有特殊器官如鞭毛,可以游泳,作趋光运动。陆生植物虽然着生位置固定,却并非完全不能运动。根有向地(重力)性,叶子有向光性,是通过生长来运动,称为生长运动。有些植物能做机械运动,如睡莲的花昼开夜合;合欢的复叶晚间闭拢;含羞草和食虫植物猪笼草等,动作更为迅速。

应用与展望

  植物是地球上利用太阳能合成有机物的主要生物。它们的生理活动对人类有着极为重要的意义。农业以栽培植物为主体,要控制作物的生命活动,增加产量并提高质量,就需要了解植物的生理活动。环境保护,防止污染,也涉及植物生理学研究。如用植物固沙防风、净化水源等。70年代提出,由于工业发展,化石燃料燃烧量大,空气中CO2显著增加以致影响气候,增加植物光合来吸收CO2是对策之一。最近更突出的问题是新能量来源的开发——利用太阳能。其最重要的途径还是绿色植物的光合作用。[[Category:生物科学]