1、植物生理學(xué)Plant Physiology,呂 冰 生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 ,緒 論,植物生理學(xué)（plant physiology）:研究植物生命活動規(guī)律、揭示植物生命現(xiàn)象本質(zhì)的科學(xué)。 生長發(fā)育與形態(tài)建成 (growth, development and morphogenesis) 植物生命活動 物質(zhì)與能量代謝 （metabolism） 信息傳遞和信號轉(zhuǎn)導(dǎo) （signal transduction）,植物生理活動特性： “自養(yǎng)性” 營固定式生活 再生或更新能力強 體細(xì)胞具全能性,植物生理學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展,植物生理學(xué) comes from 植物學(xué) 實驗性科學(xué) 我國古代的植物生理學(xué) 公元前3世紀(jì)，戰(zhàn)國

2、時期 荀子富國篇“多糞肥田”; 西漢氾勝之書 將施肥方式分為基肥、種肥、追肥; 公元6世紀(jì),北魏賈思勰 齊民要術(shù) “熱進倉”貯麥法; “七九悶麥法”=“春化”法。 西方古代的植物生理學(xué) 亞里士多德：光是葉片變綠所必需的。 古羅馬人利用動物排泄物、礦物質(zhì)作肥料。,植物生理學(xué)發(fā)展的三個階段：,第一階段：植物生理學(xué)的孕育階段 1627年 荷蘭人 J.B.van Helmont 柳枝實驗 19世紀(jì)40年代德國化學(xué)家李比希（J. von Liebig）創(chuàng)立植物礦質(zhì)營養(yǎng)(minerral nutrient)學(xué)說,1804年，瑞士植物生理學(xué)家索蘇爾（deSaussure）對于植物的化學(xué)分析，礦質(zhì)與光合的研究

3、; 法國的G.Boussingault（布森格）通過砂培法,證明碳、氫、氧是從空氣和水中得來,而礦質(zhì)元素是從土壤中得來。,第二階段：植物生理學(xué)誕生與成長的階段,1840年李比希礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說的建立 19世紀(jì)末德國植物生理學(xué)家薩克斯（J. Sachs）和費弗爾（W. Pfeffer）所著的兩部植物生理學(xué)專著問世 19世紀(jì)三大科學(xué)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞學(xué)說、能量守恒定律和生物進化論,薩克斯(J.von Julius von Sachs) 植物生理學(xué)講義（J. Sachs, 1882）,費弗爾（W. Pfeffer） 植物生理學(xué)（W. Pfeffer，1897）,礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說、滲透學(xué)說 、光合作用 、呼吸作用 、生

4、長發(fā)育生理,第三階段：植物生理學(xué)發(fā)展與壯大階段,20世紀(jì)初 至今 新學(xué)科的分化獨立:農(nóng)業(yè)化學(xué) 、植物生物化學(xué) 等 其他學(xué)科的發(fā)展對植物生理學(xué)的促進 現(xiàn)代化研究技術(shù)同位素技術(shù)、電子顯微鏡技術(shù)、X射線衍射技術(shù)、超離心技術(shù)、色層分析技術(shù)、電泳技術(shù)、計算機圖像處理技術(shù)、激光共聚焦顯微鏡技術(shù)、膜片鉗技術(shù)、分子生物學(xué)技術(shù)等,其它發(fā)展領(lǐng)域,植物生長物質(zhì) 植物生長發(fā)育生理：植物組培技術(shù) 植物成花生理：春化作用、光周期現(xiàn)象 生殖與衰老生理 逆境生理：信號轉(zhuǎn)導(dǎo),植物生理學(xué)在中國的產(chǎn)生與發(fā)展,1914張挺：編教材施教 1917錢崇澍：在國際上發(fā)表第一篇論文鋇、鍶、鈰對水綿屬的特殊作用 植物生理學(xué)三元老： 李繼侗：南

5、開大學(xué) 羅宗洛：中科院植生所第一任所長 湯佩松：中科院植物所,“植物生理學(xué)往何處去”？,微觀領(lǐng)域：分子生物學(xué)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，許多植物生理學(xué)家轉(zhuǎn)向從事分子生物學(xué)的研究；Annual Review of Plant Physiology從1985年起改為Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology。 宏觀領(lǐng)域：植物生理學(xué)還與生態(tài)學(xué)及環(huán)境科學(xué)相結(jié)合，形成了一些新的邊緣學(xué)科，如植物生理生態(tài)（physiological plant ecology）、植物環(huán)境生理學(xué)（environmental plant physiology）、植

6、物群體生理學(xué)、植物生長發(fā)育的數(shù)學(xué)模擬等,植物生理學(xué)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)（略）,基因組學(xué)與后基因組學(xué) 信號傳遞 生物代謝與其調(diào)節(jié) 植物與環(huán)境 From “Plant Biology,2000”,附：植物生理學(xué)研究的模式植物擬南芥(Arabidopsis thaliana)植物界的果蠅,屬十字花科植物，與許多經(jīng)濟作物親緣較近 基因組簡單，共5對染色體，120Mb，僅為大腸肝菌的20倍，玉米的1%，重復(fù)序列少，基因測序已于2000年12月完成。 植株小，可在培養(yǎng)室中大量培養(yǎng)。 生長期短，3周可開花，6-8周1代。 種子小但結(jié)種多，每株結(jié)籽超過5000粒，便于大量種植。 天然自花傳粉，也可容易地人工雜交。 突變

7、體多，易篩選。 可訪問 ,擬南芥作為模式植物的優(yōu)點,附：中外著名植物生理學(xué)期刊,植物學(xué)報 植物生理與分子生物學(xué)學(xué)報 西北植物學(xué)報 植物生理學(xué)通訊 等,Plant Physiology(US) Plant cell(US) Annu. Rev.Plant Biology (US) Journal of Experiment Botany (UK) Planta (Ger) et al.,復(fù)習(xí)思考題,1、什么是植物生理學(xué)？主要研究哪些內(nèi)容？ 2、植物生理學(xué)的發(fā)展大致經(jīng)歷了哪三個階段？,謝謝大家,公元6世紀(jì),北魏賈思勰 齊民要術(shù) “熱進倉”貯麥法：“日曝令干，及

8、熱埋之”,The decomposition of carbon dioxide by green plant parts was a process necessary for the continued life and growth of the plant. The great mass of the vegetative body was built up from the components of the atmosphere, it was clear that a part of the vegetable mass was derived from the fixation

9、 or utilization of the soil solution. -Recherches Chimiques sur la Vegetation,Jean-Baptiste BOUSSINGAULT (1802 - 1887),The carbon in plants did come from atmospheric CO2 , but nitrogen come from the soil.,法國的G.Boussingault（布森格）,Justus von Liebig (1803-1873),Organic Chemistry in its Application to Ag

10、riculture and Physiology.,Development of the mineral nutrient theory of plant nutrition.,錢崇澍（18831965），字雨農(nóng)，浙江省海寧縣人。生于1883年11月11日，卒于1965年12月28日，享年82歲。植物學(xué)家，教育家，中國近代植物學(xué)的奠基人與開拓者之一，中國植物分類學(xué)、植物生理學(xué)、地理植物學(xué)、植物區(qū)系學(xué)的創(chuàng)始人之一。,李繼侗（1897-1961年） ，江蘇省興化縣人，植物學(xué)家，生態(tài)學(xué)家，教育家，中國科學(xué)院學(xué)部委員。1925年由美國回國，先后在金陵大學(xué)、南開大學(xué)、清華大學(xué)、北京大學(xué)和內(nèi)蒙古大學(xué)任教。

11、他是我國植物生理學(xué)的開拓者，植物生態(tài)學(xué)與地植物學(xué)的奠基人之一。在森林生態(tài)學(xué)、植物生態(tài)學(xué)與地植物學(xué)研究方面取得重要成就，在植物生理學(xué)研究方面首先發(fā)現(xiàn)光合作用的瞬時效應(yīng)；為我國培養(yǎng)了一批植物學(xué)人才。,羅宗洛（18981978），植物生理學(xué)家。我國現(xiàn)代植物生理學(xué)奠基人之一。研究工作涉及植物細(xì)胞質(zhì)膠體、無機營養(yǎng)及離子吸收、組織培養(yǎng)、生長物質(zhì)、微量元素、水分及抗性生理、輻射生理、細(xì)胞生物學(xué)等領(lǐng)域，并培養(yǎng)了不少上述諸方面的人才。在國內(nèi)率先開展根尖組織培養(yǎng)研究。證明銨能作為植物氮源，為銨鹽化肥的肥效評價及正確使用提供了科學(xué)依據(jù)。根據(jù)植物抗性研究提出的措施，為防止海南島橡膠樹寒害和蘇北沿海營造防風(fēng)林的育苗死苗

12、，作出了貢獻。曾創(chuàng)辦中國實驗生物學(xué)雜志、植物學(xué)匯報及植物生理學(xué)報。,湯佩松 湖北浠水人。1903年11月12日 2001年9月6日植物生理學(xué)家。1925年畢業(yè)于清華學(xué)校。1927年獲美國明尼蘇達大學(xué)學(xué)士學(xué)位。1930年獲美國約翰.霍普金斯大學(xué)研究院哲學(xué)博士學(xué)位。為中國科學(xué)院生物學(xué)部學(xué)部委員。曾任中國科學(xué)院植物研究所研究員、名譽所長。早年發(fā)現(xiàn)海星卵受精后呼吸增強和細(xì)胞色素氧化酶在植物中的存在；1946年用綠色小球藻證明光合作用的氧化還原電位勢在光暗下的差異從而確證了Van Niel學(xué)說；提出了完整的植物呼吸代謝的控制與被控制理論；在國際上首先證明了高等植物中存在細(xì)胞色素氧化酶、植物葉綠體中存在碳

13、酸酐酶以及高等植物體內(nèi)適應(yīng)酶的形成；首次證明在同一植物中呼吸代謝途徑的多樣性，證明糖酵解途徑，戌糖支路、三羧酸循環(huán)、二羧酸循環(huán)、乙醛酸循環(huán)并行，并以一定比例在活體中運行，總結(jié)呼吸代謝途徑的改變及其與其它生理功能相互調(diào)節(jié)的理論。,我國勞動人民在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中積累的植物生理學(xué)方面的知識,水分代謝：3000年前，甲骨文卜辭拓片“貞禾有雨？三月”，“雨弗足年？”，1621年群芳譜：無花果“結(jié)實后不宜缺水，常置瓶其側(cè)，出以細(xì)溜，日夜不絕，果大如瓶”。礦質(zhì)營養(yǎng)：戰(zhàn)國荀子富國篇“多糞肥田”，韓非子“積力于田疇，必且糞灌”，西漢汜勝之書“追肥方式：基肥、種肥和追肥”，“雜草壓青做綠肥技術(shù)”。 光合作用：呂氏春

14、秋辯土篇“正其行，通其風(fēng)”，播種方式由撒播改為條播。論氣（明末清初宋應(yīng)星）“由氣而化形，形復(fù)返于氣，百姓日習(xí)而不知也。 呼吸貯藏：西漢汜勝之書種子安全貯藏的基本原則：“種，傷濕、郁，熱則生蟲也。”強調(diào)種子要“曝使極燥”，齊民要術(shù)（北魏賈思邈）窖麥法“日曝令干，及熱埋之”。植物生長物質(zhì)：種藝必用“凡接矮果及花，用好黃泥曬干，篩過，以小便浸之。又曬干，篩過，再浸之。又曬又浸，凡十余次。以泥封樹枝，用竹筒破兩片封裹之，則根生，次年，斷其皮，截根栽之”。生長發(fā)育：齊民要術(shù)種榆白楊篇載“初生三年，不用采葉，尤忌捋心，捋心則科茹不長”。明代沈氏農(nóng)書“麥根深而勝壅，根益深而苗益肥，收成必倍”。農(nóng)書（宋代陳旉

15、）總結(jié)水稻過肥“苗茂而實不堅”。齊民要術(shù)種棗篇“以仗擊其枝間，振去狂花”。格物初談果品（蘇軾）“紅柿摘下未熟，每籃用木瓜三枚放入，得氣即發(fā)，并無澀味”。,齊民要術(shù),齊民要術(shù)是北魏農(nóng)學(xué)家賈思勰寫成的一部農(nóng)學(xué)名著。記述了黃河流域下游地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，包括了農(nóng)、 林、牧、漁、副等部門的生產(chǎn)技術(shù)知識，堪稱為我國古代的一部農(nóng)業(yè)百科全書。 齊民要術(shù)的內(nèi)容極為豐富。卷一，“耕田”、“收種”、 “種谷”各1篇；卷二，谷類、豆、麥、麻、稻、瓜、瓠、芋等糧食作物栽培各論13篇； 卷三，“種葵”（蔬菜栽培總論）、蔓菁等各論12篇；卷四，“園籬”、“栽樹”（園 藝總論）各1篇，棗、桃、李等果樹栽培12篇；卷五，栽桑養(yǎng)蠶

16、1篇，榆、白楊、竹以及 染料作物10篇、伐木1篇；卷六，畜、禽及養(yǎng)魚6篇；卷七，貨殖、涂甕各1篇（釀造總 論）、釀酒4篇；卷八、九，釀造醬、醋，乳酪、食品烹調(diào)和儲存22篇，煮膠、制墨各1 篇；卷十，“五谷果蓏菜茹非中國（北魏疆域以外地區(qū)）物產(chǎn)者”1篇，記熱帶、亞熱 帶植物100余種，野生可食植物60余種。綜括了農(nóng)藝、園藝、造林、蠶桑、畜牧、獸醫(yī)、 選種育種、釀造、烹飪、農(nóng)產(chǎn)品加工儲存，以及備荒、救荒，基本上屬于廣義的農(nóng)業(yè)范 疇，反映了當(dāng)時農(nóng)、林、牧、漁、副多種經(jīng)營方式亦已具備了較為完整的規(guī)模。,農(nóng)書,王禎，字伯善，元代農(nóng)學(xué)家，東平人（今山東省東平縣）。在旌德縣尹任中，綜合整理平日筆錄，寫作農(nóng)書

17、，在永豐縣尹任內(nèi)完成，時間約在元皇慶二年（1313）。農(nóng)書是一部重要的農(nóng)業(yè)科學(xué)著作，它上續(xù)齊民要術(shù)，總結(jié)前人的經(jīng)驗，補充了大量實地考察的結(jié)果。全書37集，136000字。基本內(nèi)容分為農(nóng)桑通訣、百谷譜、農(nóng)器譜三大部分。第一部分主要講述農(nóng)業(yè)史與主要農(nóng)耕技術(shù)；第二部分?jǐn)⑹龈鞣N糧食、蔬菜、瓜果與林木作物的栽培與管理；第三部分繪制各種農(nóng)具與農(nóng)業(yè)機械圖281幅，并加以說明。農(nóng)書是第一部兼論南北，力圖從全國范圍內(nèi)對農(nóng)業(yè)作系統(tǒng)性介紹，并把南北農(nóng)業(yè)技術(shù)以及農(nóng)具的異同和功能進行分析比較的農(nóng)業(yè)科學(xué)著作。,農(nóng)政全書,農(nóng)政全書的作者是徐光啟，明末杰出的科學(xué)家 ，曾進行了大量實驗，總結(jié)出許多農(nóng)作物種植、引種、耕作的經(jīng)驗，

18、寫了甘薯疏、蕪菁疏、吉貝疏、種棉花法和代園種竹圖說等農(nóng)業(yè)著作。死后其門人陳子龍等人將其論著、資料修訂出版，并定 名為農(nóng)政全書。整理之后的農(nóng)政全書，全書分為12目，共 60卷，50余萬字。 12目中包括：農(nóng)本3卷；田制2卷；農(nóng)事6卷；水利9卷；農(nóng)器4卷；樹 藝6卷；蠶桑4卷；蠶桑廣類2卷；種植4卷；牧養(yǎng)1卷；制造1卷；荒政18卷。,天工開物,天工開物是我國明代大科學(xué)家宋應(yīng)星（15871663年）的代表作 ，是我國農(nóng)業(yè)、手工業(yè)技術(shù)的百科全書 。 天工開物一書原分作18卷，依次為：乃粒（五谷）、乃服（紡織）、彰施（染 色）、粹精（糧食加工）、作咸（制鹽）、甘嗜（制糖）、陶埏（陶瓷）、冶鑄（鑄 造）、

19、舟車（車船）、錘鍛（鍛造）、燔石（燒造）、膏液（油脂）、殺青（造紙）、 五金（冶金）、佳兵（兵器）、丹青（朱墨）、曲蘗（制麯）、珠玉。前面一些卷目都 是與人民群眾日常生活關(guān)系較為密切的內(nèi)容，這樣一種排列次序，一定程度上反映了作 者貴五谷而賤金玉的思想。該書分量最大的是農(nóng)業(yè)技術(shù)，其次是金屬冶鑄技術(shù)。,代謝 metabolism,維持各種生命活動的化學(xué)變化（物質(zhì)的合成、轉(zhuǎn)化和分解）的總稱。,合成代謝,分解代謝,（光合作用）,（呼吸作用）,體內(nèi)物質(zhì)代謝,外界吸收物質(zhì)代謝,（糖、蛋白質(zhì)、脂類和核酸）,水分,礦質(zhì)元素,空氣,（光合、呼吸）,植物的物質(zhì)代謝,光合作用的研究歷程,50年代利用14C示蹤和紙上