植物生理学PlantPhysiology.ppt
植物生理学 Plant Physiology,主讲：范海 山东师范大学生命科学院 2019年5月,绪论,一植物生理学的概念和内容 1 概念：研究植物生命活动规律的科学。 生命活动：水分代谢、矿质代谢、光合作用、呼吸作用、种子萌发、营养器官的生长、生殖器官的形成，开花、传粉、受精、成熟衰老过程。 2 内容：三大内容： 代谢生理： 水分代谢； 矿质代谢； 光合作用； 呼吸作用 生长发育生理： 生长生理： 植物生长物质 植物生长规律 生殖生理： 开花生理 传粉、受精生理 成熟衰老生理 逆境生理：冷害；冻害；旱害；盐害；涝害；高温；病害；气体伤害,二、植物生理学的产生和发展,(一)古代的植物生理学 中国古代的植物生理学相关知识 商代甲骨文来便有记载，如：“贞禾有及雨？”，“雨弗足年”，“日若兹晦，惟年祸”。 西周的井田制 战国时吕氏春秋辩土篇“正其行，通其风” 西汉氾胜之书 “种瓠法”、施肥技术、粮食贮藏 北魏齐民要术嫁接技术 元农书 明农政全书 明天工开物 西方古代的植物生理学 亚里士多德很早提出光是叶片变绿所必需的 古罗马人利用动物排泄物、矿物质作肥料,(二)科学植物生理学的产生与发展,Van Helmont 的柳树实验 De Saussure “对植物的化学分析”、矿质与光合的研究 G.Boussingault的砂培法,证明碳、氢、氧是从空气和水中得来,而矿质元素是从土壤中得来。 J.Liebig化学肥料的创始人 J.Sachs创建水培法、进行植物生长、光合和矿质营养的研究，编写植物生理学讲义 W.Pfeffer出版植物生理学(1904),(三) 植物生理学在中国的产生与发展,1914 张挺：编教材施教 1917 钱崇澍：在国际上发表第一篇论文钡、锶、铈对水绵属的特殊作用 植物生理学三元老： 李继侗：南开大学 罗宗洛：中科院植生所第一任所长 汤佩松：中科院植物所,三、近代植物生理学的成就 1939 Hill, Hill reaction 1953, Calvin, Calvin cycle (1961 Nobel prize) 1961, Michell, chemiosmotic theory(1978 Nobel prize) 1965, Woodward, artificial synthesis of chlorophyll (Nobel prize) 1988, Deisenhofer, Huber and Michle, determination of 3D structure of photosynthetic reaction center(Nobel Prize) 1997, Boyer,Walker and Skou, conformation theory of ATP synthesis in chloroplasts and mitochondria (Nobel Prize),四、植物生理学的发展方向,基因组学与后基因组学 信号传递 生物代谢与其调节 植物与环境 From “Plant Biology,2000”,附：植物生理学研究的模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)植物界的果蝇,属十字花科植物，与许多经济作物亲缘较近 基因组简单，共5条染色体，120Mb，仅为大肠肝菌的20倍，玉米的1%，重复序列少，基因测序已于2000年12月完成。 植株小，可在培养室中大量培养。 生长期短，3周可开花，6-8周1代。 种子小但结种多，每株结籽超过5000粒，便于大量种植。 天然自花传粉，也可容易地人工杂交。 突变体多，易筛选。 可访问 www.arabidopsis.org,拟南芥作为模式植物的优点,附：中外著名植物生理学期刊,植物学报 植物生理与分子生物学报 植物生理学通讯 植物学通报,Plant Physiology(US) Plant cell(US) Annu. Rev.Plant Biology (US) J.Exp Bot (UK) Planta (Ger),www.swx.sdnu.edu.cn,井田制,“方里而井，井九百亩，其中为公田，八家皆私百亩，同养公田。公事毕，然后敢治私事，所以别野人也。” （孟子·滕文公）,齐民要术,齐民要术是东魏（531550）农学家贾思勰写成的一部农学名著。记述了黄河流域下游地区的农业生产，包括了农、 林、牧、渔、副等部门的生产技术知识，堪称为我国古代的一部农业百科全书。 齐民要术的内容极为丰富。卷一，“耕田”、“收种”、 “种谷”各1篇；卷二，谷类、豆、麦、麻、稻、瓜、瓠、芋等粮食作物栽培各论13篇； 卷三，“种葵”（蔬菜栽培总论）、蔓菁等各论12篇；卷四，“园篱”、“栽树”（园 艺总论）各1篇，枣、桃、李等果树栽培12篇；卷五，栽桑养蚕1篇，榆、白杨、竹以及 染料作物10篇、伐木1篇；卷六，畜、禽及养鱼6篇；卷七，货殖、涂瓮各1篇（酿造总 论）、酿酒4篇；卷八、九，酿造酱、醋，乳酪、食品烹调和储存22篇，煮胶、制墨各1 篇；卷十，“五谷果蓏菜茹非中国（北魏疆域以外地区）物产者”1篇，记热带、亚热 带植物100余种，野生可食植物60余种。综括了农艺、园艺、造林、蚕桑、畜牧、兽医、 选种育种、酿造、烹饪、农产品加工储存，以及备荒、救荒，基本上属于广义的农业范 畴，反映了当时农、林、牧、渔、副多种经营方式亦已具备了较为完整的规模。,农书,王祯，字伯善，元代农学家，东平人（今山东省东平县）。在旌德县尹任中，综合整理平日笔录，写作农书，在永丰县尹任内完成，时间约在元皇庆二年（1313）。农书是一部重要的农业科学著作，它上续齐民要术，总结前人的经验，补充了大量实地考察的结果。全书37集，136000字。基本内容分为农桑通诀、百谷谱、农器谱三大部分。第一部分主要讲述农业史与主要农耕技术；第二部分叙述各种粮食、蔬菜、瓜果与林木作物的栽培与管理；第三部分绘制各种农具与农业机械图281幅，并加以说明。农书是第一部兼论南北，力图从全国范围内对农业作系统性介绍，并把南北农业技术以及农具的异同和功能进行分析比较的农业科学著作。,农政全书,农政全书的作者是徐光启，明末杰出的科学家 ，曾进行了大量实验，总结出许多农作物种植、引种、耕作的经验，写了甘薯疏、芜菁疏、吉贝疏、种棉花法和代园种竹图说等农业著作。死后其门人陈子龙等人将其论著、资料修订出版，并定 名为农政全书。整理之后的农政全书，全书分为12目，共 60卷，50余万字。 12目中包括：农本3卷；田制2卷；农事6卷；水利9卷；农器4卷；树 艺6卷；蚕桑4卷；蚕桑广类2卷；种植4卷；牧养1卷；制造1卷；荒政18卷。,天工开物,天工开物是我国明代大科学家宋应星（15871663年）的代表作 ，是我国农业、手工业技术的百科全书 。 天工开物一书原分作18卷，依次为：乃粒（五谷）、乃服（纺织）、彰施（染 色）、粹精（粮食加工）、作咸（制盐）、甘嗜（制糖）、陶埏（陶瓷）、冶铸（铸 造）、舟车（车船）、锤锻（锻造）、燔石（烧造）、膏液（油脂）、杀青（造纸）、 五金（冶金）、佳兵（兵器）、丹青（朱墨）、曲蘖（制麯）、珠玉。前面一些卷目都 是与人民群众日常生活关系较为密切的内容，这样一种排列次序，一定程度上反映了作 者贵五谷而贱金玉的思想。该书分量最大的是农业技术，其次是金属冶铸技术。,Van Helmont and his willow tree experiment,ARISTOTLE (4'th century BC) had claimed that all matter was composed of the 4 basic elements: earth, air, fire and water. He considered the roots of plants to be the “mouths“ of the plant which absorbed the plant's food from (already made) soil. Not until the C17'th was this concept tested. Van Helmont undertook a famous experiment (1648) in which he grew a willow tree in 200 lb of dry preweighted soil. The soil was watered with rain water for 5 years. At the end of the 5 years the tree had grown from 5 lb to 169 lb. The dry weight of the soil had decreased by only 2 oz or 0.06 %. Van Helmont concluded that the loss of weight was weighing error and that all the weight gain had been derived from water. The water was in some way transmuted into plant tissue. What is particularly important about this study is that it represented the first documented attempt to evaluate plant nutrition by experimental means rather than by accepted dogma.,Table : Van Helmont's willow tree experiment (1648),The decomposition of carbon dioxide by green plant parts was a process necessary for the continued life and growth of the plant Large quantities of carbon dioxide in the air were favorable adjuncts only if the plants were in condition to assimilate rapidly. 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 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 came from the soil.,Justus von Liebig (1803-1873),Organic Chemistry in its Application to Agriculture and Physiology.,Development of the mineral nutrient theory of plant nutrition.,Julius von Sachs (1832 - 1897),“Vorlesungen über Pflanzenphysiologie“ (Lectures on Plant Physiology; 1882, 1887),Wilhelm Pfeffer (1845-1920),“Lehrbuch der Pflanzenphysiologie“ (“Textbook of Plant Physiology“ ) ，1904,
