第一章植物生理学绪论

春生、夏长、秋收、冬藏，植物年复一年生生不息地滋养着地球上包括人类在内的众多生命，极大的激发了人们对植物生命活动奥秘的不断探索。随着农业生产活动的增加和人类文明程度的不断提高，植物生理学孕育而生。

●1.1绪论

植物生理学是研究植物生命活动规律及其与环境相互关系的一门科学，是生命科学专业的核心课程。

第二章植物的水分生理

水是重要的生命物质，是生命的主要成分，充当介质，参与代谢。植物能够吸收土壤中的哪些水分，如何吸收，如何运输，最后又如何进入大气，这是本章探讨的主要问题。

●2.1植物对水分的需要

在农业生产上，水是决定收成有无的重要因素之一。那么，水分是如何参与植物体的生长发育的呢？

●2.2植物细胞对水分的吸收

植物体内有大量的水分，细胞与外界溶液之间以及相邻两个细胞之间的水分可以移动，进进出出。植物体如何控制水分进出细胞的流速呢？

●2.3根系吸水和水分向上运输

绿色植物在太阳能的作用下，吸收二氧化碳和水分，合成有机物，并释放出氧气。这是植物最重要的光合作用。水分作为光合作用的重要原料，如何进入植物体呢？

●2.4蒸腾作用

绿色植物从土壤中吸收的水分，只有一小部分，约占1%-5%，用于自身生命活动及代谢的进行，其余绝大部分都散失到外界。通过植物体的表面将水分以气体的方式从体内散失到体外的现象就是蒸腾作用。

第三章植物的矿质营养

植物是自养生物，不像动物能从自然界获取有机物作为营养，植物必需通过光合作用制造有机物。从表面看来，光合作用的原料是水和CO2，但是仅有水和CO2是不能完成光合作用的，还需要氮、磷、钾、镁、铁、铜等矿质元素。在自然条件下，这些矿质元素来自土壤。植物如何吸收矿质元素？如何把矿质元素转化为细胞的某一成分？矿质元素的生理功能是什么？这是本章探讨的主要问题。

●3.1植物必需的矿质元素

植物在生长过程中因缺乏必需矿质元素而导致的一些生长异常的症状，称为缺素症。那么，什么是植物的必需矿质元素呢？

●3.2细胞对矿质元素的吸收

矿质元素以离子形式进行运输，金属元素直接以阳离子形式运输，而无机矿质元素则以无机盐离子形式运输。那么，这些离子形式的矿质元素如何进入细胞呢？

●3.3植物对矿质元素的吸收

矿质元素对植物的生命活动影响非常巨大，而土壤又不能完全及时满足作物的需要。因此，施肥就成为提高产量和改进品质的主要措施之一。植物体如何吸收外界的矿质元素呢？

●3.4氮的同化

氮是构成细胞结构物质的重要组分，又被称为生命元素。氨基酸、核酸、质膜中的蛋白质，这些有机物的形成都离不开氮元素。而植物从土壤中吸收的氮主要以无机氮化物的形式存在，氮是如何从无机离子转变成有机物的呢？ 经历了怎样的过程？

第四章光合作用

植物是地球上巨大的能量转化器，通过光合作用把光能转化为化学能，为生命形式提供物质，为生命存在提供能量。叶绿体是植物进行光合作用的主要场所。那么，在叶绿体的被膜、膜间隙、基质中都发生了哪些光合作用事件？蔗糖是在叶绿体内合成的吗？除了糖类，光合作用的产物还有没有其他物质比如蛋白质、脂类？C3、C4植物光合效率是否相同？为什么？生活于干旱地区的仙人掌等景天科植物的光合作用发生在什么时间？植物如何分配和利用光合产物？ 生产中有哪些根据光合作用原理提高产量的实践？答案尽在本章中。

●4.1光合色素

地球上几乎所有的有机物质都直接或间接地来源于光合作用，在光合作用中，光能是必不可少的条件之一。那么，植物如何利用光能进行光合作用呢？

●4.2原初反应

光能的吸收、传递和转换称为原初反应，是光合作用的第一大步反应。

●4.3电子传递和光合磷酸化

电子必须经过一系列电子传递体的传递，最终通过光合磷酸化形成ATP，这样把最初的光能经过电能转化为活跃的化学能。

●4.4C3途径

碳同化作用是在叶绿体基质中，利用ATP和NADPH储存的同化力，通过一系列酶促反应，催化CO2还原为稳定的碳水化合物的过程。不同植物CO2同化途径有所不同，根据CO2同化过程中的最初产物及碳代谢特点，将光合碳同化途径分为三类：C3途径、C4途径和景天酸代谢CAM途径，其中以C3途径为最基本的途径。

●4.5C4途径和CAM途径

已知被子植物中的20科约2000中植物的光合作用为C4途径，将这些植物称为C4植物。此外，景天科、仙人掌科、凤梨科、兰科等植物在长期的进化中发展了特殊的碳固定途径——景天酸代谢途径，简称CAM途径，以适应高温干旱的特殊生态环境。

●4.6光合产物

蔗糖是多数植物体内长距离运输碳水化合物的主要形式，也是某些植物如甘蔗、甜菜、胡萝卜等储藏的主要化合物。淀粉是存在于几乎所有植物中、相对稳定的高分子碳水化合物。蔗糖和淀粉都是光合作用的重要产物。

第五章呼吸作用

在生活中，不建议在卧室摆放绿色植物，因为夜间植物会与人竞争O2，同时增加房间的CO2。植物的呼吸发生在活细胞内，也叫细胞呼吸。植物是固着的，为了适应复杂的外界环境，植物呼吸表现出代谢途径多样化、电子传递途径多样化、末端氧化酶多样化。这是植物呼吸代谢的特点，也是本章的学习重点。

●5.1植物的呼吸作用

绿色植物通过光合作用，把光能转化为化学能并存储在碳水化合物中，这是所有生物的生命活动的能量来源。但是光合作用所产生的碳水化合物通常并不能直接为生物提供生理活动所需的能量，植物如何将其转化为可利用的能量呢？是通过呼吸作用完成的。

第六章植物生长物质

自然界中，光、温度、水、矿质营养等是影响植物生长发育的外因，要通过植物内在的某些物质才能起作用，这些物质就是激素和内源物质。目前公认的5大植物激素是生长素、赤霉素、细胞分裂素、乙烯、脱落酸，此外还有油菜素甾醇、茉莉素、独脚金内酯、水杨酸、多胺、多肽类等内源物质，他们在植物生长发育过程中也起着不可或缺的作用。植物激素是怎样发现的？结构怎样？有什么生理功能？激素在怎样实现其生理功能？这是一些很有趣的专业问题。

●6.1生长素的分布和运输

同学们是否在生活中见过无子番茄呢？你们知道无子番茄是如何培育的吗？无子番茄的培育离不开一种重要的植物激素——生长素。用一定浓度的生长素刺激未授粉的雌蕊柱头就可以获得无子番茄，这其中蕴含怎样的植物生理学原理呢？

●6.2生长素的合成和信号转导

生长素主要在细胞快速分裂生长的组织内合成，如茎尖分生组织，幼嫩叶片，发育中的果实等。那么，生长素是以何种物质为前体合成的呢？其生物合成的过程是怎样的？植物合成了生长素后，又如何利用生长素调控植物的生长发育呢？

●6.3生长素的生理效应

生长素几乎影响了植物从萌发到衰老整个生命过程的各个方面，包括发育模式的建立、器官的发生、维管系统的分化、胚胎发生、果实发育、叶片衰老等。

●6.4赤霉素的发现和生物合成

20世纪60年代，半矮秆水稻和小麦品种大面积推广，有效的解决了“高产和倒伏”的制约矛盾，缓解了粮食危机，这一历程即为众所周知的“绿色革命”。可是这其中的内在机制是什么呢？经过了40多年的探索和研究，人们才逐渐从分子生物学水平上认识到这次“绿色革命”原来是与赤霉素的合成有关。

●6.5赤霉素的信号转导和生理效应

植物合成的赤霉素参与调控植物茎的伸长生长，但其具体的分子调控机制是什么？除此之外，赤霉素是否还发挥其他生理作用。

●6.6细胞分裂素的结构与生物合成

个头大畸形的草莓用了膨大剂？空心草莓是打了激素？检测机构通过对市售的草莓进行检测，均未检出植物生长调节剂。这些畸形草莓的出现往往是由于温度过低，授粉不均造成的。那么，我们提到的膨大剂究竟是什么物质？膨大剂是一种人工合成的细胞分裂素，这节课让我们一起走近细胞分裂素，认识其结构和生物合成过程。

●6.7细胞分裂素的信号转导和生理效应

上节课我们一起探索了细胞分裂素的结构和生物合成过程，对细胞分裂素这种植物生长物质有了初步的了解。但是未知的是细胞分裂素如何调控植物的生长发育，其具体的信号转导途径是怎样的？这节课我们将一起寻找这些问题的答案。

●6.8脱落酸的结构与生物合成

气孔是植物体的重要组成结构，是气体进出植物体的门户。一方面，气孔参与光合作用、呼吸作用等气体的交换。另一方面，水分通过气孔散失产生的蒸腾拉力是植物吸收水分和矿质元素的主要动力。当植物遇到逆境，例如干旱、高温时，能够关闭气孔，降低水分的流失。在这一过程中，是哪种植物激素参与其中呢？就是有“逆境激素”之称的脱落酸。

●6.9脱落酸的生理效应和信号转导

脱落酸作为“逆境激素”能够调控气孔的关闭。除此之外，脱落酸还参与哪些植物生长过程的调控呢？其具体的信号转导途径是怎样的？通过这节课的学习，你将会找到这些问题的答案。

●6.10乙烯的发现与生物合成

香蕉自身可以释放一种植物激素——乙烯，能够促进其后熟。此外，乙烯或乙烯利催熟也是香蕉产业链中不可缺少的环节，也是国内外多年来的通行做法。乙烯是一种怎样的植物激素呢？它是如何促进果实成熟的？这节课让我们共同认识乙烯。

●6.11乙烯的生理效应和信号转导

乙烯对幼苗生长的“三重反应”和乙烯促进果实成熟的现象，导致了乙烯的发现。除此之外，乙烯还能调控哪些植物生长发育过程呢？其植物生长发育的信号转导途径是什么呢？

●6.12其他植物生长物质

植物生长物质是植物体内合成的小分子化合物，能在极低的浓度下即可显著地影响植物的生长发育。除了我们前面认识的生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸、乙烯这五大类植物激素外，近年来在植物体内发现了多种新的植物激素在调节植物生长发育中具有重要意义。

第七章植物生长生理

幼苗出土后，植物的生长和发育全面展开，根、茎、叶的生长和发育，开花，授粉，受精，最终形成种子。本章关注植物根、茎、叶的形成、生长和发育。

●7.1种子萌发

种子的出现是植物演化史上的重要里程碑，种子使植物传播得更远，种子的结构能够保护胚，提高成活率。种子从萌发到幼苗经历了哪些事件？在萌发过程中种子内部发生了哪些变化？哪些激素促进种子萌发？哪些激素抑制种子萌发？这将是很有意义的探讨。

●7.2植物的营养生长

无论是在时间上还是空间上，植物的生长都不是无限的，生长速度也不是匀速的，这是由细胞分裂的特点和激素水平决定的。植物生长基于分生组织细胞的分裂、伸长和分化。基于此探讨植物根、茎、叶的形成。

●7.3植物的运动

种子萌发后，幼苗为什么要极力爬出地面，寻找阳光？植物叶片为什么总能面向太阳光？根为什么向下长？茎为什么总是向上？卷须为什么会缠绕到木棍上？

第八章光形态建成

“万物生长靠太阳”。这句俗语揭示了太阳光对于生物生长发育的重要意义。同样，光对植物的生长发育也能起到重要的调控作用。

●8.1光形态建成Ⅰ

依赖光控制细胞的分化、结构、功能的改变，最终汇集成组织和器官的建成，就称为光形态建成，亦即光控制发育的过程。

●8.2光形态建成Ⅱ

目前已知至少存在3种光受体：感受红光及远红光的光敏色素，感受蓝光和近紫外光的隐花色素和向光素，以及感受紫外线B的UV-B受体。

第九章植物生殖生理

植物也有幼年和成年之分。开花之前为幼年期，开花之后为成年期。开花是幼年期和成年期的分水岭。那么，植物在什么样的状况下具有开花能力？哪些因素诱导开花？花器官如何形成？作为生物科学专业的学生，我们要从生命的角度去欣赏花。

●9.1花器官发育

植物的花器官发育起始于花分生组织的产生，在ABC三类基因的作用下产生花各部分结构，在花芽分化的过程中，还进行着不同类型的性别分化。

●9.2成花诱导-春化作用

生殖器官是高等生物进行有性繁殖的基础。植物在胚胎发育期并没有形成生殖器官——花的雏形，花是植物从幼年营养生长到成熟后由茎顶端分生组织分化发育形成的。那么，植物如何由营养生长转变为生殖生长呢？其中存在哪些因素的诱导？

●9.3成花诱导-光周期现象

光周期是昼夜长度的变化，具体是指一天中白昼和黑夜的相对长度。生长在地球上不同地区的植物在长期适应和进化过程中表现出生长发育的周期性变化。这种植物对光周期发生反应的现象称为光周期现象。

第十章植物的成熟生理

植物受精后，受精卵发育形成胚，胚珠发育成种子，子房壁发育成果皮，子房发育形成果实。种子和果实形成时，不只是形态上发生很大变化，在生理生化上也发生剧烈的变化。

●10.1种子的发育和成熟

种子的成熟过程，实质上就是胚从小长大，以及营养物质在种子中变化和积累的过程。

●10.2果实的发育和成熟

果实由子房发育而成，有些果实除子房外还有花托、花萼、花序等花的其他部分参与形成果实。果实的发育过程一般分为细胞分裂、细胞膨大、果实成熟和衰老。

第十一章植物逆境生理

植物的生长发育受到各种环境因子的影响，如水、阳光、温度等。当这些环境因子超出或者低于植物生长所需的条件时，就会对植物的生长造成伤害。由于生长的不可移动性，植物经过长期的自然选择，进化出了一系列抵御外界不利环境变化的机制。

●11.1植物逆境生理概论Ⅰ

对植物生长发育造成不利影响的外界因子称为逆境或者胁迫。逆境通常可以划分为生物逆境和非生物逆境。

●11.2植物逆境生理概论Ⅱ

植物应对不同的逆境存在共同的生理机制，包括生长发育的调节，植物激素调节，渗透调节，代谢调节等众多调控机制。

●11.3植物抗旱生理

地球上淡水资源的缺乏早已成为举世关注的战略性问题，而淡水资源中的大部分被用于灌溉栽培作物。随着世界人口的剧增，粮食的供求矛盾日益突出，淡水资源日渐短缺。有关植物抗寒性的研究变的日趋重要。

●11.4植物抗盐生理

全世界盐碱地大约占陆地面积的6%，其中包括20%的耕地。我国是受盐碱化危害较为严重的国家之一。盐渍化使土壤水势下降，严重阻碍植物生长发育，已成为盐碱地区限制作物产量的主要因素。