1、植物生理學研究動態(tài),一、植物科學6個分支學科 發(fā)育植物學 系統(tǒng)與演化植物學 結構植物學 代謝植物學 環(huán)境植物學 資源植物學,二十世紀末后15年現(xiàn)代植物學研究成果 （論文）統(tǒng)計,二、植物科學近期發(fā)展的前沿課題 1.光合作用 2.植物逆境生理 3.植物發(fā)育生物學 4.植物與微生物的相互關系 5.中國特有植物和重要經(jīng)濟植物形態(tài) 結構、發(fā)育及其生殖過程的研究 6.植物細胞全能性的機制 7.種子植物受精作用的研究,8. 植物系統(tǒng)泛化的研究 9. 植物多樣性保護 10.陸地生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng) 中植物群落結構、功能和動態(tài) 11.藥用植物傳統(tǒng)經(jīng)驗的調查、整 理和綜合研究 12.重要植物資源的有用物質基礎

2、13.“植物志”的編寫,三、與植物生理學密切相關的分枝學科 1 代謝植物學： 廣義: 指研究植物生命活動基本過程的領域，可以把光合、呼吸、植物生物化學及分子生物學、代謝、酶、營養(yǎng)、水分、運輸、衰老、細胞及組織培養(yǎng)、光形態(tài)建成及光周期、生長調節(jié)物質、向性及感應性、逆境生理及輻射效應等等都包括在代謝植物學這一大類中。,2 發(fā)育生物學： 研究從合子形成、經(jīng)種子、幼苗、營養(yǎng)體生長直至開花、結果的整個生活周期中植物體在遺傳因子控制和外界環(huán)境影響下如何通過物質代謝，能量轉化和信息傳遞而在一定的時間、空間有序地進行生長發(fā)育的規(guī)律和機理。,3 資源植物學： 主要研究次生代謝物。次生代謝物的合成，環(huán)境和其他生理

3、條件對次生代謝物合成和積累的影響等。,4 環(huán)境植物學： 主要研究環(huán)境對植物生理過程的影響（逆境生理）、植物的共生生物（微生物等）、植物之間的相互作用。,四 植物生理學范疇的研究成果統(tǒng)計及動態(tài)1 研究成果統(tǒng)計: 植物生物化學及分子生物學、光合作用、代謝、生長調節(jié)物質及逆境生理是比較活躍的研究領域。 植物生物化學（分子生物學）的內容占整個代謝植物學論文總數(shù)的20.3，占第一位。 酶單獨為一項，論文數(shù)量占第二位，為論文總數(shù)的15.6，以上兩項達論文總數(shù)的1/3。,植物細胞中的大分子，特別是蛋白質、核酸的基本特征以及它們合成和分解的催化劑酶，是認識生命的基礎，加上近年來對基因結構、調節(jié)和功能、轉錄及植

4、物病毒分子生物學等大量研究工作的開展，估計在今后相當一個時期仍會保持這種發(fā)展優(yōu)勢。 第三位是光合作用，為14.4。 植物代謝包括N代謝和一般代謝占10.7。,生長調節(jié)物質為8.5。包括五大激素，甾類、多胺及其他人工合成化合物，這里既有理論問題，又有廣泛的應用價值，加上目前在分子水平的研究和涉及多種生理活動的調節(jié)，今后仍會持續(xù)。 逆境生理：5.5。 植物細胞和組織培養(yǎng)：8.4。這是一個涉及多學科廣泛應用的，偏于技術性的課題。,2 植物生理學范疇的熱點研究領域：, 植物光合作用： 目前已在光合作用機制方面取得一系列重要突破，其中較突出的有：獲得細菌光合作用反應中心的結晶及用X射線衍射方法對其三維空

5、間結構的測定，加深了人們在分子水平對光合反應中心的理解，認識了蛋白質分子有關區(qū)域在光吸收和電子傳遞過程中的特殊重要性，開拓了獲得完整膜蛋白結晶來研究光合反應中心的新途徑，該項研究已經(jīng)獲1988年諾貝爾化學獎（它們是靜態(tài)的）。,現(xiàn)在正在用高分辨率核磁共振（NMR）技術以研究光合膜上蛋白的動態(tài)信息，研究高度移動的，帶電氨基酸側鏈伸入水介質中對光合作用的意義、對其他光合膜蛋白克隆的分離及其一級結構的測定，預測這些膜蛋白的二相折疊模式，以進一步搞清光合蛋白復合體的作用機制。,對核酮糖二磷酸羧化酶（RuBPC）結晶的研究和分子遺傳學的研究也對此酶的催化中心和作用機制的認識、可能的應用展示了新的前景。 C

6、4植物PEPC基因導入小麥、水稻等主要作物的工作也是農學植生研究領域關注的。有報道PEPC成功導入小麥使產(chǎn)量增加10。, 生物固氮： 對固氮酶的研究有重大突破，已了解固氮酶的空間結構及其各種復合蛋白的功能和活性中心，它的合成調節(jié)及其調節(jié)蛋白的分子機制，并認識了多達三套固氮酶系統(tǒng)以及它們的反應特征，開展了分子遺傳學的工作，已知固氮基因多達1921個，并完成全部測序，對該基因的調節(jié)機制也做了不少工作。,共生固氮生物和寄主的關系上主要研究豆科植物根瘤菌及其寄主結瘤固氮的關系及對固氮菌與寄主識別、入侵機制。 今后要將固氮基因引入非豆科植物的重要農作物以期自我供氮，還要研究生物固氮的化學模擬，最終實現(xiàn)在

7、常溫常壓下將N2轉變NH3，這兩個目標都是非常艱巨的任務。, 植物的內源生長物質： 當前用分子生物學方法揭示植物生長物質的作用機制是植物生長物質研究的前沿。大量工作表明植物生長物質的基本工作方式是誘導RNA和蛋白質的合成及調節(jié)專一基因的表達。 過去曾錯誤認為植物激素本身可直接作用于DNA，導致特定基因活化，從而引起生理反應。,從現(xiàn)代生物學研究成果看，植物五大類激素分子量都不大，激素分子和DNA上的堿基和堿基某些基團的反應并非專一性的，不可能直接導致特定基因的表達，激素必須與某些受體相結合，使受體蛋白激活，激活可能是構象或其他形式的改變，激活的受體會引起某些特定反應，如某些離子吸收或釋放。特定蛋

8、白的磷酸化和去磷酸化，從而引起一系列的連鎖反應，最終導致特定的基因表達，這個激素的信號傳導過程許多證據(jù)人們在關注和探討。,人工合成的生長物質，包括各種除草劑，在生產(chǎn)應用的基礎性工作，仍將引起人們的關注。, 逆境生理： 包括水澇、干旱、鹽堿、低溫、污染、輻射及病蟲害等不良環(huán)境對植物的傷害及植物對不良環(huán)境的反應和抗御，對農業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護都有實際意義。,近年來發(fā)現(xiàn)逆境可誘導特異蛋白的合成，即誘導這種特異蛋白基因表達，溫度逆境會誘導植物形成抗凍蛋白、類脂轉移蛋白激酶調節(jié)蛋白、熱激蛋白、同工蛋白等，鹽脅迫會激活滲調蛋白基因的表達；逆境造成活性氧傷害；環(huán)境信息的接受和傳遞、逆境的信號傳導，基因表達的轉導

9、控制及轉錄后的調節(jié)等都是有待深入研究的問題。, 植物代謝和營養(yǎng)： 目前這個領域的核心問題是生物對離子和分子的吸收，轉運和調節(jié)的機制。其中H（ H pH ）為 離子出入細胞的驅動力，膜上的H+ATPase及與H+偶聯(lián)的溶質轉運系統(tǒng)（共向傳遞體，反向傳遞體）為媒介膜運轉（mediated membrane transport）。近年來應用分子遺傳技術直接證明質膜上存在次級共運轉系統(tǒng)，Schachtman等在缺鉀培養(yǎng)的小麥根的cDNA文庫中分離得到高親和K+吸收運轉體的cNDA HKT1。,在純化的質膜表面或膜內有氧化還原酶、黃素、Cytb、醌等，有人提出為膜上的的氧化還原系統(tǒng)，但該系統(tǒng)能否直接起到

10、質子泵的作用，還是促進H+ATPase的活性間接增加H+的泵出，在膜內外H該系統(tǒng)分泌的H+占多少份額，都是人們關注的問題。,植物的氧代謝 自1969年McCord和Fridovich發(fā)現(xiàn)超氧物歧化酶之后，促進了氧代謝的深入系統(tǒng)研究。目前，氧代謝研究不僅與本學科中的許多重大領域，如光合作用、呼吸作用、植物衰老、激素形成和抗逆生理等相互滲透，相互發(fā)展；而且，輻射到植物分類與演化、遺傳語種、生態(tài)環(huán)境等學科研究，為認識植物生命本質和人類從事植物生產(chǎn)發(fā)揮更大作用。,目前在植物體內活性氧的產(chǎn)生與轉化，活性氧對植物的傷害作用，植物體內活性氧的清除系統(tǒng)，包括酶系統(tǒng)和非酶系統(tǒng)及這部分的協(xié)調作用，活性氧在植物生命

11、活動中的必要性等等很多方面都是目前人們關注的問題,。,還涉及到SOD水平與類型在植物親緣關系和演化的關系，氧自由基清除劑對植物生長發(fā)育的影響及在花、果、葉保鮮防衰作用，水稻細胞質雄性不育和光敏核不育的氧自由基傷害機理，氧抑光合的生理指標在水稻育種中的應用，活性氧誘發(fā)劑對植物細胞分裂的促進作用或抑制作用，植物組織培養(yǎng)和細胞融合過程中的氧化與抗氧化系統(tǒng)研究等等理論和實踐中的問題。, 植物的次生代謝及其調控 次生代謝是植物長期進化中對生態(tài)環(huán)境的適宜的結果，許多植物在受到病原微生物侵染后，產(chǎn)生并積累次生物質，用以增強自身的抵抗力，這樣的小分子抗生物質稱為植保素（如許多萜類、生物堿和異黃酮成分）。一些次

12、生物質，如水楊酸、茉莉酸作物信號分子參與植物的生理活動，還有些次生物質于植物得到相生相克作用直接相關。,次生代謝在植物和許多微生物的整個代謝活動中占有重要地位。中草藥的許多有效成分都是植物的次生代謝物。近年來植物次生代謝分子生物學研究發(fā)展迅速，利用基因工程改變植物次生代謝的研究也取得令人鼓舞的進展。,五、植物科學目前的發(fā)展特點1.分子生物學帶動了植物科學的發(fā)展 過去20年是植物分子生物學從無到有的年代，其對植物科學的影響十分深刻而全面，即使最經(jīng)典的植物分類學與系統(tǒng)進化理論也應用分子生物學技術。,2.與應用有關的學科發(fā)展迅速 植物科學是基礎學科，但與農、林、醫(yī)藥、環(huán)保等有密切聯(lián)系。,六、植物科學將來發(fā)展的目標1.宏觀研究：生物多樣性及其保護 主要由植物分類學、植物生態(tài)學、植物遺傳學、引種馴化和植物生物工程等分支學科支持。,2. 微觀研究：植物生長發(fā)育過程中