植物生理学的定义和研究内容

一、植物生理学的定义和研究内容

二、植物生理学产生与发展 

三、   植物生理学的任务与展望 

四、   学习方法

一.植物生理学（Plant Physiology）的定义及研究内容

1.定义： 

简言之，植物生理学就是研究植物生命活动规律，揭示植物生命现象本质的一门科学。

植物的生命活动是在水分代谢，矿质营养，光合作用和呼吸作用，物质的运输与分配以及信息传递和信号转导等基本代谢基础上，所展示的种子萌发，生长，运动，开花，结实等生长发育过程。植物生理学就是研究和探索这些生命活动的各个生理过程内在的奥秘及其与环境的相互关系，通过对这些功能和作用机制，机理的研究，阐明植物生命活动的规律和本质。

要点：（1）研究的对象是植物。因为绿色植物在生物界中具有无与伦比的特殊性——自养性，即它可以吸收简单的无机物（CO2 、H2O和矿质元素等），利用太阳能，合成自身赖以生存任何物质（CH2O、脂肪、蛋白质、维生素等），自给自足建成自身。这就是生物的自养性。绿色植物的自养性是地球上的其它生物生存所需有机物及能量的根本来源。

（2）基本任务是探索植物生命活动的基本规律。

2.研究内容

植物生理学的研究范畴不仅局限在个体，组织和器官，细胞，分子等某一结构层面上，也可以在较为宏观的个体或组织，器官水平上，也可以在细胞和分子的水平上。

植物完成其生活史，生命活动虽然十分复杂，从生理学角度可将其分为三大方面：

生长发育（growth and development）与形态建成（morphogenesis）

植物的生长发育是植物生命活动的外在表现。生长是指由于细胞数目增加，体积的扩大而导致的植物个体体积和重量的不可逆增加；发育是指由于细胞的分化所导致的新组织，新器官的出现所造成的一系列形态变化（或称形态建成），包括从种子萌发，根，茎，叶的生长，直到开花，结实，衰老，死亡的全过程。人类对植物生命活动的认识始于对其生长发育的观察和描述，如“春华秋实”，“春发，夏长，秋收，冬藏”等，正是人类对其认识的写照。

物质与能量代谢（metabolism of substance and energy）

代谢过程是运行于植物体内的一系列生物化学和生物物理的变化过程。物质代谢是指物质的合成与分解过程；能量代谢是指能量的贮存与释放过程。

代谢是生命活动的基础，而生长发育是代谢作用的综合表现与最终结果。代谢作用遭受破坏，生命过程就会受到影响，代谢一旦停止，生命过程就不复存在。

信息传递（message transportation）和信号转导（signal transduction）

动物，发达的神经，趋利避害。植物生长在复杂环境之中，其生长发育很大程度上取决于环境因素的影响，比较被动，但在其长期进化中逐步形成其顺应环境的有规律变化的生命周期，形成了对恶劣环境条件的适应和抵抗能力，以保持其物种的繁衍。

信息传递（message transportation）是指植物将感受到的环境信息从一个部位传递到另一个部位的过程。主要是指物理或化学信号在细胞或器官间的传输过程。如根系将感受到的缺水信号传递到叶片，叶片作出气孔关闭的运动反应。

信号转导（signal transduction）是细胞外的各种物理或化学信号，包括来自环境的外部信号和来自植物体其他部分的内部信号，通过一系列分子生物学机制转变为植物生理效应的全过程

二.植物生理学的发展历史

植物生理学的发展主要有三个阶段：

1.孕育阶段：（1627年~1840年，200年左右）

起源于古老的植物学。

萌芽于18年荷兰人凡·海尔蒙（J.B.van Helmont）发表他著名的柳枝实验结果。

正式成为一门学科与课程，开始于十九世纪后叶李比希（Liebig，1840）的矿质营养学说创立之后。

2.诞生与成长阶段（1840年~19世纪末，约半个世纪）

    包含了李比希矿质营养学说的建立到德国植物生理学家萨克斯（J.Sachs）和他的学生费弗尔(W.Pfeffer)的两部植物生理学专著问世为止。

    此期间，19世纪三大发现，细胞学说，能量守恒定律和生物进化论陆续确立推动了植物生理学的发展。

   矿质营养方面：明确了植物生长所需的氮素并非直接来自于空气，豆科植物的固氮作用是由于与其共生的根瘤菌来完成的。

   1859年，诺普（W.Knop）和费弗尔成功的使植物在按固定配方配制的营养液中完成了生活史，使植物营养研究进入了精确化和定量化阶段。为植物必需的大量元素和微量元素的陆续发现创造了条件，也为农作物施肥奠定了理论基础。

   在细胞学说的推动下，费弗尔开展了对植物原生质特性的研究，他和范特霍夫（J.H.Van’t Hoff）全面研究了细胞的渗透现象，提出了细胞渗透学说，科学地解释了水分进出细胞的现象。

   在能量守恒定律确定后，迈耶（Meyer）认为光合作用也符合这一规律，光合作用产物中积累的能量就是由日光能转化而来，因此其本质就是将光能转化为化学能，但未获实验证明。19世纪60年代，著名植物生理学家季米里亚捷夫用自行设计的仪器对叶绿素的吸收光谱进行了比较精确的研究，证明光合作用所利用的光就是叶绿素所吸收的光。从而证明了光合作用也符合能量守恒定律。

在植物呼吸作用研究方面，确认了呼吸作用是一种“生物燃烧”，所释放的能量来自于呼吸底物中所储藏的能量。

在植物生长发育与环境影响的关系方面，达尔文关于植物运动的详细观察与实验开辟了植物感应性研究的新领域。

19世纪末20世纪初，萨克斯和费弗尔在全面总结植物生理学以往研究的基础上，分别写成了“植物生理学讲义”（J.Sachs ,1882）和三卷本的专著“植物生理学”（W.Pfeffer,17），成为影响达数十年之久的植物生理学经典著作和植物生理学发展史中的重要里程碑。这两部著作的问世，意味着植物生理学终于从他的母体植物学中脱胎而出，的成为一门新兴的学科。因此，萨克斯被称为植物生理学的奠基人，他和费弗尔被称为植物生理学的两大先驱。

3.发展阶段

    20世纪是植物生理学进入飞跃发展的时期。随着物理学和化学的迅速发展，以及研究仪器与方法的改进，还有其他相关学科（如细胞学，遗传学，微生物学和生物生理学）的发展，促进了植物生理学的发展。特别是50年代以来，植物生理学的研究在微观，个体和宏观三个层次上都发生了巨大的变化，获得了许多重大突破。五十年代初期开始促使植物生理学研究取得了惊人的成就。微观方面：通过对生物膜结构和功能的研究，提出并确定了膜的“流动镶嵌”模型。

    光合作用Calvin等由于采用14C示踪技术与层析技术相结合，揭开了数十年所不能解决的CO2固定与还原之谜。

六十年代左右C3、C4、CAM途径与光呼吸的发现把光合作用的研究推向了崭新阶段。

新的内源激素的发现。

目前植物生理学正处于一个向纵深发展和向生产应用的阶段

在20世纪下半叶获得长足发展的另一个领域是有关植物逆境生理学的研究。20世纪70年代，物生理学家们主要围绕着生物膜的组成，结构和功能与植物抗逆性的关系，逆境下活性氧（Active oxygen）伤害和活性氧清除系统与植物抗逆性，植物“热激蛋白”(heat shock protein)及其他“逆境蛋白”的功能和表达，植物细胞渗透调节物质的合成代谢及，植物抗旱和抗盐基因的鉴定和功能研究等等与植物适应逆境机理相关的研究开展了大量的工作，到20世纪末，许多研究已进入对抗逆基因的克隆和转移，以培育抗逆作物新品种的阶段。

我国的植物生理学发展历史

三. 植物生理学的任务和展望

1.植物生理学的任务  主要任务是探索植物生命活动的基本规律。.指导农业生产，为作物栽培以及改良和培育作物新品种提供理论依据。如为作物高产优质高效提供理论依据和措施；为改良和培育作物新品种提供理论基础；为控制植物生长发育、保存植物产品提供有效的方法；研究植物在逆境条件下生存并获得一定产量的生理机制。

2.对于植物生理学的展望

1).光合作用 2). 生长物质3).组织培养4).无土栽培 5). 作物新品种的培育、引进、繁殖 

6).逆境生理

四.学习方法

 1.相关课程    植物学；

无机与有机化学分析化学；

生物化学；

细胞生物学等。

2.学习方法

1.弄清基本概念与定义；

2.了解主要结论的试验证据与背景；

3.代谢环节的关键步骤要记住

4.弄清各个代谢环节之间的关系；

5.学会用因子的概念来分析复杂的生理问题

6.学会用植物生理学的知识分析复杂的农业生产问题；

7.学会提出问题

8.必要时，带着问题学习或复习。

3.教材与参考书

参考教材：

1.《植物生理学》，王 忠 主编，中国农业出版社，2000

2.《现代植物生理学》，李合生 主编，高等教育出版社，2002

3.《植物生理学》，白宝璋等编，中国农业科技出版社，1996

4.《植物生理学》，江苏农学院主编，农业出版社，1986

5.《植物生理学》，潘瑞炽，董愚得 编著（第三版），高等教育出版社，1995