精品课程《植物生理学》课件10植物的生长生理.ppt
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1、第十章植物的生长生理Growth physiology 本章主要介绍植物营养器官的生本章主要介绍植物营养器官的生长,这一过程是十分重要的。长,这一过程是十分重要的。农业生产中:农业生产中:如果以营养器官为收获物,直接影响;如果以营养器官为收获物,直接影响;如果以生殖器官为收获物,间接影响如果以生殖器官为收获物,间接影响第第一一节节 种种子子的的萌萌发发1.影响种子萌发的外界条件影响种子萌发的外界条件1)水分)水分吸水是种子萌发的第一步。吸水是种子萌发的第一步。吸水后,生理作用才能逐渐开始,因为吸水后,生理作用才能逐渐开始,因为(1)水可以软化种皮:)水可以软化种皮:透氧,胚易于突破;透氧,胚易
2、于突破;(2)使细胞质由凝胶状转入溶胶状:)使细胞质由凝胶状转入溶胶状:代代谢谢加加强强,酶酶活活性性增增加加,贮贮藏藏物物分分解;解;(3)促进可溶性物质的运输)促进可溶性物质的运输 种子吸水的程度、与速率与下列因素相关:种子吸水的程度、与速率与下列因素相关:(1)种子成分)种子成分:淀粉或油料种子吸水达到风干:淀粉或油料种子吸水达到风干重量的重量的3070即可萌发;蛋白质种子吸水即可萌发;蛋白质种子吸水要超过干种子重量时,才能萌发。要超过干种子重量时,才能萌发。种子萌发时最低吸水量占风干重的百分比种子萌发时最低吸水量占风干重的百分比种子萌发时最低吸水量占风干重的百分比种子萌发时最低吸水量占
3、风干重的百分比作物作物作物作物吸水率()吸水率()吸水率()吸水率()作物作物作物作物吸水率()吸水率()吸水率()吸水率()水稻水稻水稻水稻3535棉花棉花棉花棉花6060小麦小麦小麦小麦6060豌豆豌豆豌豆豌豆186186玉米玉米玉米玉米4040大豆大豆大豆大豆120120油菜油菜油菜油菜4848蚕豆蚕豆蚕豆蚕豆157157(2)温度:)温度:在一定温度范围内,温度越高,吸水在一定温度范围内,温度越高,吸水越快,萌发也越快。越快,萌发也越快。(3)环境中的水分状况:)环境中的水分状况:土壤中有效水分含量高时,有利于种土壤中有效水分含量高时,有利于种子的吸水和萌发,干旱则相反;子的吸水和萌发
4、,干旱则相反;水分过多,会造成温度降低、氧气缺水分过多,会造成温度降低、氧气缺乏,不利于种子萌发。乏,不利于种子萌发。2)氧气)氧气(1)需氧量:)需氧量:一般需要氧气浓度在一般需要氧气浓度在10以上才能萌发。以上才能萌发。(2)缺氧:)缺氧:3)温度)温度(1)三基点:)三基点:(2)种子萌发需要的温度范围)种子萌发需要的温度范围几种植物种子萌发的温度范围几种植物种子萌发的温度范围几种植物种子萌发的温度范围几种植物种子萌发的温度范围种类种类种类种类最低温度最低温度最低温度最低温度最适温度最适温度最适温度最适温度最高温度最高温度最高温度最高温度小麦小麦小麦小麦3 35 520282028304
5、03040水稻水稻水稻水稻101012123037303740424042玉米玉米玉米玉米8 810103235323540454045花生花生花生花生121512152537253741464146大豆大豆大豆大豆686825302530394039404)光照)光照(1)需光种子)需光种子:在有光条件下良好萌:在有光条件下良好萌 发,在黑暗中则不能发,在黑暗中则不能 萌发或发芽不好。萌发或发芽不好。(2)需暗种子)需暗种子:在光下萌发不好,在:在光下萌发不好,在 黑暗中萌发良好。黑暗中萌发良好。(3)中光种子)中光种子:萌发不受光照影响。:萌发不受光照影响。2.种子萌发的生理、生化变化种子
6、萌发的生理、生化变化1)种子的吸水种子的吸水:三个阶段三个阶段:急急剧剧吸吸水水、吸吸水水停停止止、重重新新迅迅速速吸水,表现出快吸水,表现出快 慢慢 快的特点。快的特点。(1)阶段)阶段I吸涨吸水阶段吸涨吸水阶段:A.是依赖于原生质胶体吸涨作用的物理性是依赖于原生质胶体吸涨作用的物理性 吸水。吸水。B.无论是死种子还是活种子、休眠与否同无论是死种子还是活种子、休眠与否同 样可以吸水;样可以吸水;C.通过吸涨吸水,原生质由凝胶转变为溶通过吸涨吸水,原生质由凝胶转变为溶 胶状态,细胞结构和功能恢复。胶状态,细胞结构和功能恢复。(2)阶段)阶段II缓慢吸水阶段:缓慢吸水阶段:A.由于原生质水合程度
7、趋于饱和,细胞膨由于原生质水合程度趋于饱和,细胞膨压增加等因素,出现的一个吸水暂停或压增加等因素,出现的一个吸水暂停或速度变慢的阶段;速度变慢的阶段;B.细胞中基因开始表达;细胞中基因开始表达;C.酶促反应和呼吸作用增强;酶促反应和呼吸作用增强;D.贮存物质开始分解,一方面给胚的发育贮存物质开始分解,一方面给胚的发育提供营养,另一方面,也降低了水势,提供营养,另一方面,也降低了水势,提高了吸水能力。提高了吸水能力。(3)阶段)阶段III生长吸水阶段:生长吸水阶段:A.在贮存物质转化的基础上,原生质组分在贮存物质转化的基础上,原生质组分的合成旺盛,细胞吸水再一次加强;的合成旺盛,细胞吸水再一次加
8、强;B.种子形态上发生可见的变化;种子形态上发生可见的变化;C.胚根突出种皮后,有氧呼吸加强;胚根突出种皮后,有氧呼吸加强;D.新生器官生长加快,表现为种子的吸水新生器官生长加快,表现为种子的吸水和鲜重持续增加。和鲜重持续增加。2)呼吸作用的变化和酶的形成)呼吸作用的变化和酶的形成(1)呼吸的变化)呼吸的变化 在胚根突出种皮之前,种子的呼在胚根突出种皮之前,种子的呼吸主要是无氧呼吸,在胚根长出之吸主要是无氧呼吸,在胚根长出之后,便以有氧呼吸为主了。后,便以有氧呼吸为主了。(2)酶的形成:)酶的形成:萌发种子中酶的来源有两种:萌发种子中酶的来源有两种:A.从已经存在的束缚态的酶释放从已经存在的束
9、缚态的酶释放或活化而来;支链淀粉葡萄糖苷或活化而来;支链淀粉葡萄糖苷酶。酶。B.通过蛋白质合成而形成的新酶。通过蛋白质合成而形成的新酶。a-淀粉酶。淀粉酶。3)有机物的转变有机物的转变 种种子子中中贮贮存存着着大大量量的的有有机机物物,主要有淀粉、脂肪和蛋白质。主要有淀粉、脂肪和蛋白质。不不同同的的植植物物种种子子中中,三三种种物物质质的的含含量量差差异异很很大大,通通常常以以含含量量多多的的物质为依据,将种子区分为:物质为依据,将种子区分为:淀淀粉粉种种子子、油油料料种种子子和和豆豆类类种种子子(蛋蛋白白质种子质种子)。(1)碳水化合物的转变)碳水化合物的转变参与淀粉降解的酶:参与淀粉降解的
10、酶:淀粉酶淀粉酶:有:有-淀粉酶和淀粉酶和-淀粉酶淀粉酶-淀粉酶淀粉酶:为淀粉内切酶,任意水解淀:为淀粉内切酶,任意水解淀粉分子内的粉分子内的-1-1,4-4-糖苷键;糖苷键;-淀粉酶淀粉酶:淀粉外切酶,从非还原端按:淀粉外切酶,从非还原端按顺序分解顺序分解-1-1,4-4-糖苷键。糖苷键。脱支酶脱支酶:分解分解-1-1,6-6-糖苷键糖苷键麦芽糖酶麦芽糖酶:分解麦芽糖形成葡萄糖。:分解麦芽糖形成葡萄糖。贮存的淀粉还可以发生磷酸解:贮存的淀粉还可以发生磷酸解:在磷酸的参与下,淀粉磷酸化在磷酸的参与下,淀粉磷酸化酶降解淀粉形成葡萄糖酶降解淀粉形成葡萄糖-1-磷酸。磷酸。淀粉酶淀粉酶:高温下活性高
11、,低温活性低;:高温下活性高,低温活性低;淀粉磷酸化酶淀粉磷酸化酶:在低温下具有较高的:在低温下具有较高的活性。活性。(2)脂肪的转变)脂肪的转变A.脂肪在脂肪酶的作用下分解为脂肪在脂肪酶的作用下分解为甘油甘油和和脂脂肪酸肪酸;B.脂肪酶在酸性条件下活性高,具有自我脂肪酶在酸性条件下活性高,具有自我催化的性质;催化的性质;C.脂肪酸进入乙醛酸体,经脂肪酸进入乙醛酸体,经氧化形成乙氧化形成乙酰酰CoACoA;D.乙酰乙酰CoACoA经乙醛酸循环形成琥珀酸,进入经乙醛酸循环形成琥珀酸,进入TCATCA循环。循环。(3)蛋白质的转变)蛋白质的转变水解蛋白质的酶有蛋白酶和肽酶两类。水解蛋白质的酶有蛋白
12、酶和肽酶两类。蛋白酶蛋白酶:分解蛋白质成许多小肽;如木瓜:分解蛋白质成许多小肽;如木瓜蛋白酶,菠萝蛋白酶等;蛋白酶,菠萝蛋白酶等;肽肽 酶酶:将小肽完全降解成氨基酸,谷类:将小肽完全降解成氨基酸,谷类作物含有二肽酶,能水解二肽为氨基酸。作物含有二肽酶,能水解二肽为氨基酸。由蛋白质分解生成的氨基酸进一步可以由蛋白质分解生成的氨基酸进一步可以:A.形成新的氨基酸重新构成蛋白质或其他形成新的氨基酸重新构成蛋白质或其他用途;用途;B.多余的氨基酸通过氧化脱氨作用,分解多余的氨基酸通过氧化脱氨作用,分解为游离氨和酮酸;为游离氨和酮酸;C.植物体氨含量稍多,就会引起中毒,植植物体氨含量稍多,就会引起中毒,
13、植物利用酰胺的形式保存氨,既可以解除物利用酰胺的形式保存氨,既可以解除氨毒害,又可以随时释放以供所需。氨毒害,又可以随时释放以供所需。初次合成:初次合成:利用土壤中吸收的或硝酸还原利用土壤中吸收的或硝酸还原产生的氨合成氨基酸的过程;产生的氨合成氨基酸的过程;再度合成:再度合成:利用酰胺释放出的氨合成氨基利用酰胺释放出的氨合成氨基酸的过程。酸的过程。酰胺:酰胺:既是氨的贮藏既是氨的贮藏者,也是供应者,也是供应者,有时还是者,有时还是主要的运输形主要的运输形式式。萌发萌发种子种子中有中有机物机物质的质的转化转化3.种子的寿命种子的寿命种子寿命(种子寿命(seed longevity):是是指指种种
14、子子从从采采收收到到失失去去发发芽芽力的时间。力的时间。不同植物的种子寿命有着极大的差异:不同植物的种子寿命有着极大的差异:柳树:柳树:12h水稻、小麦:水稻、小麦:13a蚕豆、绿豆:蚕豆、绿豆:611a稗草:稗草:1318a皱叶酸膜:皱叶酸膜:80a莲子:莲子:100400a贮藏条件影响种子寿命贮藏条件影响种子寿命干燥:长;湿润:短干燥:长;湿润:短低温:长;高温:短低温:长;高温:短顽拗性种子:顽拗性种子:一一些些热热带带水水果果的的种种子子不不耐耐脱脱水水干干燥燥,也也不不耐耐零零下下低低温温贮贮藏藏,这类种子称为顽拗性种子。这类种子称为顽拗性种子。第二节第二节 细胞的生长和分细胞的生长
15、和分化化植物的生长是以细胞的生长为基础的:植物的生长是以细胞的生长为基础的:通过通过细胞分裂细胞分裂增加细胞数量;增加细胞数量;通过通过细胞伸长细胞伸长增加体积。增加体积。种子萌发种子萌发细胞分裂和新细胞体积增加,幼苗迅速长大;细胞分裂和新细胞体积增加,幼苗迅速长大;由于由于细胞的分化细胞的分化,形成各种组织和器官,长,形成各种组织和器官,长成完整的植物体。成完整的植物体。1.细胞分裂的生理细胞分裂的生理细细胞胞周周期期(cell cycle):细细胞胞分分裂裂结结束束到下一次细胞分裂结束。包括:到下一次细胞分裂结束。包括:分裂期(分裂期(M):前、中、后、末:前、中、后、末分裂间期分裂间期:
16、G1、S、G2 控制细胞周期的关键酶是依赖于控制细胞周期的关键酶是依赖于细胞周期蛋白(细胞周期蛋白(cyclin)的蛋白激酶)的蛋白激酶(CDK)DAN含量的变化含量的变化RNA及蛋白质的变化及蛋白质的变化 RNA和和蛋蛋白白质质含含量量在在G1期期就就开开始始增增多多,S期期显显著著上上升升,G2期期后后期期再再次次增多。增多。呼吸速率的变化呼吸速率的变化 分分裂裂期期对对氧氧的的需需求求很很低低,而而G1期期和和G2期后期氧吸收量都很高。期后期氧吸收量都很高。激素对分裂的影响激素对分裂的影响IAA:影响细胞间期的影响细胞间期的DNA合成;合成;CTK:诱导特殊蛋白质合成,是细胞:诱导特殊蛋
17、白质合成,是细胞 分裂必须的;分裂必须的;GA:促进:促进G1期期DNA合成,因此缩短合成,因此缩短 G1期和期和S期所需的时间;期所需的时间;PA:促进:促进G1后期后期DNA的合成和细胞的合成和细胞 分裂。分裂。2.细胞伸长的生理细胞伸长的生理1)分生区细胞和伸长区细胞。)分生区细胞和伸长区细胞。2)伸长区细胞的代谢特点:)伸长区细胞的代谢特点:(1)呼吸速率增高)呼吸速率增高26倍;倍;(2)蛋白质量增加约)蛋白质量增加约6倍;倍;(3)核酸及细胞壁也增加。)核酸及细胞壁也增加。3)细胞伸长时细胞壁的变化:)细胞伸长时细胞壁的变化:(1)细胞壁的结构)细胞壁的结构 构成细胞壁的成分中,构
18、成细胞壁的成分中,90%左左右是多糖,右是多糖,10%左右是蛋白质、酶左右是蛋白质、酶类以及脂肪酸等类以及脂肪酸等.多糖:多糖:纤维素纤维素、半纤维素、果胶。、半纤维素、果胶。A.140010000个个D-葡萄糖通过葡萄糖通过-1,4糖苷键结成长链,成为纤维素分子;糖苷键结成长链,成为纤维素分子;B.2000个纤维素分子平行排列聚合成个纤维素分子平行排列聚合成束,称为微团;束,称为微团;C.每每20个微团的长轴平行排列,聚合个微团的长轴平行排列,聚合成束,构成微纤丝;成束,构成微纤丝;D.细胞壁就是以微纤丝为基本框架构细胞壁就是以微纤丝为基本框架构成的。成的。细胞壁细胞壁细胞壁细胞壁微纤丝微纤
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