逆境与植物反应
?胁迫(environmental stress) ——对植物生存生长不利的各种环境因素的总称，亦称逆境。
逆境与植物反应
?植物适应逆境的方式主要表现在三个方面。
?避逆性——植物通过对生育周期的调整来避开逆境的干扰，在相对适宜的环境中完成其生活史。
?御逆性——植物处于逆境时，其生理过程不受或少受逆境的影响，仍能保持正常的生理活性。
?耐逆性——植物处于不利环境时，通过代谢反应来阻止、降低或修复由逆境造成的损伤，使其仍保持正常的生理活动。
低温与植物反应
?三种类型抗冻性植物：
?（1）冷敏感植物
?包括在冰点以上温度被严重损害的所有植物：温暖海洋的藻类、某些真菌和一些热带维管植物。
?（2）冻敏感植物
?植物仅靠延迟冷冻来防止损伤。在较冷季节，细胞液和原生质中渗透活性物质的浓度增加。生活在冷海洋深层的藻类和一些淡水藻类，热带和亚热带维管植物，以及温暖适宜地区的多种植物，全年都对冻害敏感。低温与植物反应
?（3）耐冻植物
?潮间藻类和一些淡水藻类、气生藻、各气候带(包括热带)的苔藓和在寒冷冬季地区的多年生陆生种都是季节性耐冻的。
低温与植物反应
?长期生活在低温环境中的生物通过自然选择，在形态和生理方面表现出很多明显的适应。
?1.形态适应
?北极和高山植物的芽和叶片常受到油脂类物质的保护，芽具鳞片；
?植物体表面生有蜡粉和密毛；
?植物矮小并常成匍匐状、垫状或莲座状等，这种形态有利于保持较高的温度，减轻严寒的影响。
?细胞器结构、细胞膜结构等破坏
低温与植物反应
?生理方面：
?水分生理：细胞组织含水量降低、束缚水含量相对增加
?光合作用降低、酶的变性失活
?呼吸作用先升高后降低
?糖类，脂肪和色素等物质增加、降低冰点
?淀粉降解、蛋白质降解，可溶性糖、氮增加。
?ABA含量增加
?质膜透性增加
干旱与植物反应
?旱生植物分3类：
?避旱植物、耐旱植物、抗旱植物
干旱与植物反应
?形态结构方面：
?具有发达的根系
?叶特化成刺状、呈针状或鳞片状，且气孔下陷；
?表面被有很厚的角质层或白色的绒毛
?具有发达的贮水组织
?叶绿体、线粒体等细胞器结构、细胞膜结构遭到破坏。
干旱与植物反应
?生理方面：
?水分生理：吸水力降低，蒸腾量降低，组织含水量降低并产生萎蔫；束缚水含量相对增加
?光合作用降低：气孔关闭；叶绿体片层膜体系结构改变，光系统Ⅱ活性减弱，光合磷酸化解偶联；叶绿素合成速度减慢，光合酶活性降低；水解加强，糖类积累；
?植物的呼吸作用先升高后降低
干旱与植物反应
?磷酸化酶活力的增加：淀粉降解为葡萄糖等可溶性糖；蛋白质降解，可溶性氮增加。
?糖类，氨基酸（脯氨酸）、矿物质等增加，渗透调节
?ABA含量增加
?质膜透性增加
盐环境与植物反应
?盐生植物3种类型：
?聚盐植物、拒盐植物、泌盐植物
盐环境与植物反应
?形态结构：
?植物体干而硬；叶子不发达，蒸腾表面强烈缩小，气孔下陷；
?表皮具有厚的外壁，常具灰白色绒毛。
?细胞间隙强烈缩小，栅栏组织发达。
?有些枝叶具有肉质性，叶肉中有特殊的贮水细胞
?细胞膜破坏
盐环境与植物反应
?生理反应：
?水分生理：吸水力降低，蒸腾量降低；组织的含水量降低，束缚水含量相对增加
?光合作用显著下降
?呼吸作用逐渐降低
?磷酸化酶活力的增加：淀粉降解为葡萄糖等可溶性糖；蛋白质降解，可溶性氮增加。
盐环境与植物反应
?糖类，氨基酸、矿物质等增加，渗透调节
?ABA含量增加
?质膜透性增加
?积累有毒的代谢产物
环境污染与植物反应
?大气污染物是多种多样的，主要有二氧化硫(SO2)、氟化氢(HF)、氯气(C12)以及各种矿物燃烧的废气等。
环境污染与植物反应
?SO2对植物伤害
?伤害症状
?不同植物对SO2的敏感性相差很大。总的来说，草本植物比木本植物敏感，木本植物中针叶树比阔叶树敏感，阔叶树中落叶的比常绿的敏感，C3植物比C4植物敏感。
?植物受SO2伤害后的主要症状为：①叶背面出现暗绿色水渍斑，叶失去原有的光泽，常伴有水渗出；②叶片萎蔫；③有明显失绿斑，呈灰绿色；④失水干枯，出现坏死斑
环境污染与植物反应
?
伤害机理
?SO 2通过气孔进入叶内，溶化于细胞壁的水分中，成为重亚硫酸离子（HSO 3-)和亚硫酸离子(SO 32-),并产生氢离子(H +)，这三种离子会伤害细胞。
?直接伤害——H +降低细胞pH 值，干扰代谢过程；SO 32-、HSO 3-直接破
坏蛋白质的结构，使酶失活。
?间接伤害——在光下由硫化合物诱发产生的活性氧会伤害细胞，破坏膜的结构和功能，积累乙烷、丙二醛、H 2O 2等物质，其影响比直接影响更大。
植物矿质营养
冯金朝
生命与环境科学学院
植物矿质营养
?一、矿质元素及其生理作用
?二、矿质元素来源
?三、矿质元素吸收、运输和排出
?四、矿质元素代谢
?五、矿质元素循环
植物矿质营养
?矿质营养（mineral nutrition ）—— 植物对矿物质的吸收、转运和同化，通称为植物的矿质营养。
?植物营养状态分为三种：缺乏、适当供应和不利的过量
矿质元素
?矿质元素
?构成灰分的元素称为灰分元素。
?灰分元素直接或间接地来自土壤矿质,故又称为矿质元素(mineral element)。
?植物材料：
矿质元素及其生理作用
?二、矿质元素在植物中分布
?1.不同类型植物分布不同
?2.植物不同部位分布不同
?3.植物不同年龄分布不同
?4.不同环境下分布不同
必需元素
?必需元素(essential element)是指植物生长发育必不可少的元素。
?必需元素分2种：大量元素和微量元素
矿质元素的生理功能
?矿质元素生理功能包括：
?一是细胞结构物质的组成成分;
?二是生命活动的调节者,如酶的成分和酶的活化剂;
?三是起电化学作用，如渗透调节、胶体稳定和电荷中和等。
氮元素的生理功能
?氮是蛋白质、核酸、磷脂的主要成分,而这三者又是原生质、细胞核和生物膜的重要组成部分。
?酶以及许多辅酶和辅基如NAD+、NADP+、FAD等的构成也都有氮参与。
?氮还是某些植物激素如生长素和细胞分裂素、维生素如B1、B2、B6、PP等的成分,对生命活动起重要的调节作用。
?氮是叶绿素的成分,与光合作用有密切关系。
?在农业生产中特别注意氮肥的供应。常用的人粪尿、尿素、硝酸铵、硫酸铵、碳酸氢铵等肥料,主要是供给氮素营养。
缺氮症状
?缺氮时,蛋白质、核酸、磷脂等物质的合成受阻,植物生长矮小,分枝、分蘖很少,叶片小而薄,花果少且易脱落；
?缺氮还会影响叶绿素的合成,使枝叶变黄,叶片早衰甚至干枯,从而导致产量降低。因为植物体内氮的移动性大,老叶中的氮化物分解后可运到幼嫩组织中去重复利用,所以缺氮时叶片发黄,由下部叶片开始逐渐向上，这是缺氮症状的显著特点。
磷元素的生理功能
?磷是核酸、核蛋白和磷脂的主要成分,它与蛋白质合成、细胞分裂、细胞生长有密切关系;
?磷是许多辅酶如NAD+、NADP+等的成分,它们参与了光合、呼吸过程;
?磷是AMP、ADP和ATP的成分；
?磷还参与碳水化合物的代谢和运输,如在光合作用和呼吸作用过程中,糖的合成、转化、降解大多是在磷酸化后才起反应的;
?磷对氮代谢也有重要作用。如硝酸还原有NAD+和FAD的参与,而磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺则参与氨基酸的转化;
?磷与脂肪转化也有关系。脂肪代谢需要NADPH、ATP、CoA和NAD+的参与。
缺磷症状
?缺磷会影响细胞分裂,使分蘖分枝减少,幼芽、幼叶生长停滞,茎、根纤细,植株矮小,花果脱落,成熟延迟；
?缺磷时,蛋白质合成下降,糖的运输受阻,从而使营养器官中糖的含量相对提高,这有利于花青素的形成,故缺磷时叶子呈现不正常的暗绿色或紫红色，这是缺磷的病症。
?磷在体内易移动，也能重复利用,缺磷时老叶中的磷能大部分转移到正在生长的幼嫩组织中去。因此,缺磷的症状首先在下部老叶出现,并逐渐向上发展。
硫元素的生理功能
?1. 硫是植物体内含硫氨基酸和蛋白质的组分。
?高等植物吸收的硫主要是硫酸盐。植物吸收硫酸盐后要经过还原，因为有机化合物中的硫大部分呈还原态，这些有机化合物包括含硫氨基酸以及含有这些氨基酸的蛋白质等。
?高等植物体内硫酸盐的还原过程：硫酸盐还原前先活化，这是在ATP 硫酸化酶催化下进行的，反应产物为腺苷磷酸硫酸(APS)和焦磷酸；APS 中的-SO3H基再转移到SH—载体复合物，反应中SH—载体复合物中的H为-SO3H基所置换，然后该复合物为铁氧还蛋白（Fd）所还原，又成为具有-SH基的复合物；其中的-SH再转移到乙酰丝氨酸，后者又裂解形成半胱氨酸及乙酸。半胱氨酸可形成其他含硫氨基酸。
缺硫症状
?缺硫时，由于缺乏含硫氨基酸而影响蛋白质的形成。
?植株较矮小，细胞分裂受阻，叶小而呈黄色，易脱落。硫在植物体内不易移动，缺乏时，幼叶先出现病症。
钾元素的生理功能
?钾在细胞内可作为60多种酶的活化剂。如丙酮酸激酶、果糖激酶、苹果酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、淀粉合成酶、琥珀酰CoA合成酶、谷胱
甘肽合成酶等。因此钾在碳水化合物代谢、呼吸作用及蛋白质代谢中起重要作用。
?钾能促进蛋白质的合成。钾充足时,形成的蛋白质较多,从而使可溶性氮减少。富含蛋白质的豆科植物的籽粒中钾的含量比禾本科植物高。
?钾与糖类的合成有关。大麦和豌豆幼苗缺钾时,淀粉和蔗糖合成缓慢,从而导致单糖大量积累；而钾肥充足时,蔗糖、淀粉、纤维素和木质素含量较高,葡萄糖积累则较少。
钾元素的生理功能
?钾也能促进糖类运输到贮藏器官中，所以在富含糖类的贮藏器官(如马铃薯块茎、甜菜根和淀粉种子)中钾含量较多。
?K+是构成细胞渗透势的重要成分。在根内K+从薄壁细胞转运至导管,从而降低了导管中的水势,使水分能从根系表面转运到木质部中去；
?K+对气孔开放有直接作用,离子态的钾,有使原生质胶体膨胀的作用,故施钾肥能提高作物的抗旱性。
缺钾症状
?缺钾时,植株茎杆柔弱,易倒伏，抗旱、抗寒性降低，叶片失水,蛋白质、叶绿素破坏,叶色变黄而逐渐坏死。
?缺钾有时也会出现叶缘焦枯,生长缓慢的现象，由于叶中部生长仍较快,所以整个叶子会形成杯状弯曲,或发生皱缩。
?钾也是易移动可被重复利用的元素,故缺素病症首先出现在下部老叶。钙元素的生理功能
?1.钙是合成细胞壁胞间层中的果胶酸钙组成成分；
?钙参与染色体的结构组成并保持其稳定性。
?钙离子能作为磷脂的磷酸与蛋白质的羧基间联结的桥梁，故使膜结构更为牢固。
?2.钙是ATP水解酶、琥珀酸脱氢酶同磷脂酶的活化剂。
?3.钙在细胞内与草酸形成草酸钙结晶，可避免草酸过多的毒害。
?钙与氢、铵、铝和钠离子有拮抗作用，可避免这些离子的不利影响。
缺钙症状
?钙在植物体内的移动性很小，缺钙时茎和根的生长点以及幼叶先呈现病症，使其凋萎甚至生长点死亡。由于生长点死亡，植株呈簇生状。
?缺钙植株叶尖或叶缘变黄，枯焦坏死。植株早衰，不结实或少结实。镁元素的生理功能
?1. 镁是叶绿素的组成成分，故为叶绿素形成及光合作用所必需。
?2. Mg 2+是许多酶的活化剂，包括许多转移磷酸基的酶；镁能与ATP形成Mg·ATP 2+复合物，然后此复合物结合到酶蛋白上，镁作为酶蛋白与ATP相结合的桥梁促进磷酸基的转移。
?Mg 2+是己糖激酶、磷酸己糖激酶、丙酮酸激酶的活化剂；Mg 2+也是许多合成酶如乙酰辅酶A合成酶、谷氨酰半胱氨酸合成酶、谷氨酰合成酶和琥珀酰辅酶A合成酶的活化剂，Mg 2+还是核糖核酸聚合酶的活化剂；聚核糖体的合成也必需Mg 2+。故Mg 2+促进呼吸作用、氮代谢与蛋白质的合成过程。
?3. Mg 2+在光合作用中有特别重要的功能，在光合电子传递过程中，Mg 2+和K+作为H+的对应离子，在H+从叶绿体间质传递到类囊体空间的同时，Mg 2+和K+即从类囊体空间转移到叶绿体间质，一方面使H+能继续转移，维持跨类囊体膜的H+梯度，促进光合磷酸化；另一方面，Mg 2+转移到叶绿体间质，使RuBP羧化酶和5-磷酸核酮糖激酶等活化，促进光合碳循环的运转，促进光合作用。
缺镁症状
?缺镁最明显的病症是缺绿病，叶片脉间缺绿，严重时出现坏死斑点，叶易枯萎脱落。
?较老的叶片先显现病症。
铁元素的生理功能
?铁主要以Fe2+的螯合物被吸收。铁进入植物体内就处于被固定状态而不易移动。
?铁是许多酶的辅基,如细胞色素、细胞色素氧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶等。在这些酶中铁可以发生Fe3++e-==Fe2+的变化,它在呼吸电子传递中起重要作用。细胞色素也是光合电子传递链中的成员(Cytf和Cytb559、Cytb563)，光合链中的铁硫蛋白和铁氧还蛋白都是含铁蛋白，它们都参与了光合作用中的电子传递。
铁元素的生理功能
?铁是合成叶绿素所必需的,其具体机制虽不清楚,但催化叶绿素合成的酶中有两三个酶的活性表达需要Fe2+。
?近年来发现,铁对叶绿体构造的影响比对叶绿素合成的影响更大,如眼藻虫(Euglena)缺铁时,在叶绿素分解的同时叶绿体也解体。
?另外,豆科植物根瘤菌中的血红蛋白也含铁蛋白,因而它还与固氮有关。
缺铁症状
?缺铁最明显的症状是幼芽幼叶缺绿发黄,甚至变为黄白色,而下部叶片仍为绿色。
?土壤中含铁较多,一般情况下植物不缺铁。但在碱性土或石灰质土壤中,铁易形成不溶性的化合物而使植物缺铁。
铜元素的生理功能
?铜为多酚氧化酶、抗坏血酸氧化酶、漆酶的成分,在呼吸的氧化还原中起重要作用。
?铜也是质蓝素的成分,参与光合电子传递,故对光合有重要作用。
?铜还有提高马铃薯抗晚疫病的能力,所以喷硫酸铜对防治该病有良好效果。
缺铜症状
?植物缺铜时,叶片生长缓慢,呈现蓝绿色,幼叶缺绿,随之出现枯斑,最后死亡脱落。
?另外，缺铜会导致叶片栅栏组织退化,气孔下面形成空腔,使植株即使在水分供应充足时也会因蒸腾过度而发生萎蔫。
锰元素的生理功能
?锰是光合放氧复合体的主要成员。
?锰为形成叶绿素和维持叶绿素正常结构的必需元素。
?锰也是许多酶的活化剂,如一些转移磷酸的酶和三羧酸循环中的柠檬酸脱氢酶、草酰琥珀酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶、柠檬酸合成酶等,都需锰的活化，故锰与光合和呼吸均有关系。
?锰还是硝酸还原的辅助因素,与合成氨基酸和蛋白质有关。
缺锰症状
?缺锰时光合放氧受到抑制
?缺锰时硝酸就不能还原成氨,植物也就不能合成氨基酸和蛋白质。
?缺锰时植物不能形成叶绿素,叶脉间失绿褪色,但叶脉仍保持绿色,此为缺锰与缺铁的主要区别。
土壤中的矿质营养
?土壤中的矿质营养以溶解态和束缚态两种形态存在。
?只有很小一部分(少于0.2％)养分溶于土壤水中。其余的大部分(几乎占98％)结合于有机碎屑、腐殖质和较难溶解的无机化合物或掺合于矿物质中。这些构成了营养贮备源。由于腐殖质的风化和矿化作用，矿质营养被缓慢释放并成为可利用态。剩余的2％吸附于土壤胶体上。
?土壤溶液、土壤胶体和矿物质贮备，在土壤中处于动态平衡状态，这
就保证了营养元素供应的不断补充。
土壤中离子的吸附和交换
?土壤中胶体粘粒和腐殖物质的表面具有电荷，可以吸引离子和偶极分子，这种结合是可逆的。
?粘粒矿物和腐殖质胶体二者都带有净负电荷，因而它们主要吸引、吸附阳离子。这二者也有一些正电荷的部位，在该处能累积阴离子。阳离子被保持的牢固程度取决于它的电荷和水合程度。
土壤中离子的吸附和交换
?一般来说，具有较高价的离子受到较强的吸引，例如Ca2+比K+吸引更强，而在同价离子中，水合程度小的离子比水合程度大的离子结合的更牢固。
?吸附递降的次序，阳离子为Al3+、Ca2+、Mg2+、NH4+、K+、Na+，阴离子为PO43-、S042-、N03-、Cl-。
?重金属离子也能被吸附，尽管它们通常只以微量存在。
矿质元素吸收、运输和排出
?一、矿质元素吸收
?二、矿质元素运输
?三、矿质元素排出
一、矿质元素吸收
?1. 吸收部位：
?植物器官——根、茎、叶
?以根吸收为主。
?2、土壤矿质营养的吸收途径：
?（1）从土壤溶液中吸收养分离子
?土壤离子可直接利用，但在土壤溶液中的溶度很低。
?（2）吸附养分离子的交换吸收
?来自根呼吸的C02解离产物释放出H＋和HCO3－，促进了粘粒和腐殖颗粒表面的离子交换，因而获得了养分离子。
一、矿质元素吸收
?2、土壤矿质营养的吸收途径：
?（3）通过根系排放H+离子使化学结合的营养元素活化
?通过提高植物根系的还原能力，把能与营养物质形成可溶性络合物的低分子量有机化合物(螯合物)释放到土壤中，使这些螯合物与土壤中不
能直接进入根中的营养物质结合，特别是与铁和微量元素结合，形成能进入根中的络合物。
一、矿质元素吸收
?3、细胞吸收
?植物细胞吸收矿质元素的方式主要有二种类型：被动吸收和主动吸收。
?被动吸收(passive absorption) ——不需要代谢来提供能量的顺电化学势梯度吸收矿质的过程。
?主动吸收(active absorption)——利用呼吸释放的能量才能逆电化学势梯度吸收矿质的过程。
细胞吸收
?膜转运蛋白可分为三类：离子泵（ATPase）、通道(channel)蛋白、载体(carrier)蛋白。
?载体蛋白：由载体转运的物质首先与载体蛋白的活性部位结合,结合后载体蛋白产生构象变化,将被转运物质暴露于膜的另一侧,并释放出去。
?Ca2+ATPase只转运Ca2+。
细胞吸收
?共转运：
?通过H+-ATP酶转运的质子在返回膜的原来一侧时，必须通过膜上的载体才能被动地扩散回去；同时通过同一载体转运其他溶质（离子）。这种质子伴随其他溶质通过同一载体进行的转运共转运（cotransport）。
一、矿质元素吸收
?离子进入根部导管
?离子从根表面进入根导管的途径：有质外体和共质体两种
?1.选择吸收(selective absorption)：植物对同一溶液中不同离子或同一盐的阳离子和阴离子吸收的比例不同的现象。
?2、单盐毒害(toxicity of single salt)：任何植物,假若培养在某一单盐溶液中,不久即呈现不正常状态,最后死亡的现象。
?3.离子拮抗(ion antagonism)：若在单盐溶液中加入少量其它盐类,这种毒害现象就会消除。这种离子间能够互相消除毒害的现象。
矿质元素吸收特点
?3、根系吸收矿质与吸收水分不成比例
?植物对水分和矿质的吸收是既相互关联,又相互独立。
?相关：表现为盐分一定要溶于水中,才能被根系吸收,并随水流进入根部
的质外体。而矿质的吸收，降低了细胞的渗透勢，促进了植物的吸水。
?独立：表现在两者的吸收比例不同；
?吸收机理不同：水分吸收主要是以蒸腾作用引起的被动吸水为主,而矿质吸收则是以消耗代谢能的主动吸收为主。
一、矿质元素吸收
?影响根系吸收矿质元素的因素
?植物对矿质元素的吸收受环境条件的影响。
?以温度、氧气、土壤酸碱度和土壤溶液浓度的影响最为显著。
一、矿质元素吸收
?叶片对矿质元素的吸收
?植物除了根系以外,地上部分(茎叶)也能吸收矿质元素，这个过程称为根外营养。
?生产上常把速效性肥料直接喷施在叶面上以供植物吸收,这种施肥方法称为根外施肥或叶面营养(foliar nutrition)。
?吸收途径：气孔、角质层
二、矿质元素运输
?1、矿质元素运输形式
?N素：多在根部转化成有机化合物,如各种氨基酸，再运往地上部；
?P素：磷酸盐主要以无机离子形式运输,还有少量先合成磷酰胆碱和ATP、ADP、AMP、6-磷酸葡萄糖、6-磷酸果糖等有机化合物后再运往地上部；
?K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、SO2-4等则以离子形式运往地上部。
二、矿质元素运输
?2、矿质元素运输途径：
?根系吸收的矿质元素通过木质部向上运输，也可横向运输。
?叶吸收的矿质主要是通过韧皮部向下运输,也有横向运输。
二、矿质元素运输
?3、短距离运输
?质外体运输——土壤溶液的营养盐分离子，首先随着流动的水分移向根皮层薄壁组织的细胞壁与细胞间隙的互连系统中。
?共质体运输——通过原生质体与胞间连丝形成细胞之间的运输系统。
?4、长距离运输
?木质部运输——在木质部中，离子随着从根到茎的蒸腾液流而迅速分布。
?韧皮部运输——通过韧皮部进行营养物质的转移和分配。
三、矿质元素排出
?矿质元素排出:分为三个直接排出过程：
?1.泌盐作用
?K＋、Na＋、Mg2＋和Mn2＋
?2.分泌作用
?氮和硫有机化合物
?3.排泄作用
?次生代谢产物
?分解代谢产物
四、矿质元素代谢
?（一）植物对氮的吸收
?（二）氮同化作用
?（三）植物的氮分配
?（四）生物固氮
?（五）其它：P和S
植物对氮的吸收
?绿色植物利用无机结合态氮，即对氮和碳来说，它们都是自养的。
?植物从土壤中吸收N03－和以NH4+的氮。
?在低pH时，对NH4+吸收的阻碍少于硝酸盐和其它阳离子。
?氮的吸收需要能量，由此而依赖于呼吸作用。在寒冷、通气不良土壤中的植物常常遭遇氮缺乏。
氮同化作用
?吸收的氮以氨基形式结合到碳化合物中，形成氨基酸和酰胺。氨基酸是合成蛋白质、核酸和次生代谢氮化合物的基本化合物。
?氮同化过程：
?（1）硝酸盐还原
?（2）氨同化
氮同化作用
?1. 硝酸盐还原
?硝酸还原酶（NR）作为氮同化过程中的关键酶，其活性(NRA)是植物
种在不同生境下对硝酸盐利用的一个度量指标。
?同化硝酸还原作用的能量和还原力是由呼吸作用所提供的(NADH2)；在高等植物含有叶绿体的细胞中，则是由光合作用所提供的(NADPH2)。
?在草本植物中，其最大活性通常是在叶中；在木本植物中，最大活性在根系或嫩枝和叶中，这取决于物种和生境。
硝酸还原酶（NR）
?硝酸还原酶是一种诱导酶，受其底物NO3-的诱导，此外，光照、温度和水分与其合成也有关。
?增加硝酸盐的供应可促进NR的活性(底物诱导酶)，由细胞激动素所激活，并受每天光照和黑暗转化中某些状况的调节(在每天光照期过去一半时活性达到高峰)。
?田间作物在增施氮肥时往往看到硝酸还原酶活性增高，作物的蛋白质含量也增加。因此，提高硝酸还原酶的水平可以提高植物利用氮肥的效率。
氮同化作用
?2.氨的同化
?植物从土壤中吸收铵,或由硝酸盐还原形成铵后会立即被同化为氨基酸。
?氨同化在根、根瘤和叶部进行,已确定在所有的植物组织中,氨同化是通过谷氨酸合成酶循环进行的。
?重要酶:
?谷氨酰胺合酶(glutamine synthase，GS)
?谷氨酸合成酶(glutamate synthetase，GOGAT)
?谷氨酸脱氢酶(glutamate dehydrogenase, GDH)。
氮同化作用
?氨同化过程：
氮同化作用
?氨同化
?同化作用中关键过程是α-酮酸的还原性氨基化；
?在高等植物中首先是α-酮戊二酸的氨基化，是呼吸作用中柠檬酸循环的中间产物。它由谷氨酸和谷氨酰胺形成，NH2基转移到由糖酵解和柠
檬酸循环产生的α-酮酸上去(转氨作用)。其它氨基酸是由初生氨基酸衍生而来的。
氮同化作用
?氨的同化
?绿色组织中GOGAT存在于叶绿体内；GS在叶绿体和细胞质中都有存在，而GDH则主要存在于线粒体中。
?在非绿色组织，特别是根中,GS和GOGAT定位于质体，GDH定位在线粒体中，而GS是否存在于细胞质中还有争论。
植物的氮分配
?被吸收的某些无机氮化合物在根中被同化，而其它的被液流携带到茎内，并参入到有机化合物中去。
?此外，硝酸盐贮存于根和茎的细胞液中。
?氨基酸可在其形成的部位被用于大分子(蛋白质、核酸)的生物合成，或被转移到其它组织和器官。
?氨基酸最重要的转移形态是谷氨酸和天冬氨酸，以及谷氨酰胺和天冬酰胺。
?当碳水化合物充足或氮受限制时，氨基酸占优势；当氮供应良好时，酰胺是主要形态。
生物固氮( biological nitrogen fixation )
?固氮生物
?生物固氮是由两类微生物来实现的：
?一是自生固氮微生物包括细菌和蓝绿藻，
?二是与其它植物(宿主)共生的微生物,例如与豆科植物共生的根瘤菌,与非豆科植物共生的放线菌,以及与水生蕨类红萍(亦称满江红)，共生的蓝藻(鱼腥藻)等。
生物固氮
?固氮过程
?固氮酶(nitrogenase)以铁氧还蛋白为电子供体,去还原铁蛋白,后者进一步与Mg·ATP结合,形成还原型的Mg·A TP铁蛋白,电子接着流到钼铁蛋白,还原型的钼铁蛋白接着还原N2,最终形成NH3。
?反应式：
硫酸盐的同化
?高等植物获得硫的途径主要是根部从土壤中吸收硫酸根离子，也可通
过叶片吸收和利用空气中少量的二氧化硫气体。二氧化硫要转化为硫酸根离子后，才能被植物同化，二氧化硫的同化和硫酸盐的同化是同一过程。
?硫酸盐既可在根部同化，也可在地上部同化，其反应如下：
SO42-+8e-+8H+S2-+4H2O
硫酸盐的同化
?硫酸根离子要同化，首先要硫酸根离子活化。在ATP-硫酸化酶催化下，硫酸根离子与ATP反应，产生腺苷酰硫酸（APS）和PPi；接着APS 在APS激酶催化下，与另一个ATP分子作用，产生磷酸腺苷酰硫酸（PAPS）。
?APS和PAPS之间是相互转变的，这两种硫酸盐形式都是活化硫酸盐。PAPS是在细胞内积累的形式，APS是硫酸盐还原的底物，两者都含有活化的硫酸根。
?这两种活化硫酸盐进一步被还原为H2S，用来合成半胱氨酸。半胱氨酸可以转变为甲硫氨酸。最后进入蛋白质结构。
磷酸盐的同化
?磷酸盐被植物吸收后，少数仍以离子状态存在于体内，大多数被同化为有机物。
?磷酸盐在大多数细胞中都是通过氧化磷酸化同化为ATP,也可通过转磷酸使ADP形成ATP；
?磷酸进入ATP后，借各种代谢过程很快转移到各种含磷有机物中。
生境与矿质代谢
?根际的化学环境决定着矿物质的供应，植物的代谢作用必须调整以适应环境。
?土壤的矿质组成、pH以及离子可利用性主要取决于母岩的性质。
生境与矿质代谢
?生长在酸性和碱性基质上的植物
?湿润地区的大多数土壤呈弱酸性(pH 5～6．5)至中性(pH6．5～7)，高位沼泽土呈强酸性(pH<4)。生成酸的矿物质，如黄铁矿存在于土壤中可能会出现局部的低pH值。
?在酸性土里，过多的AI、Fe和Mn离子被释放出来，而Ca2＋、Mg2＋、K＋、PO43－和M o O2－被耗尽或以植物难以吸收的形式存在。通常,酸性土中NH4＋／NO3－比率也较高。
生境与矿质代谢
?在干旱地区，由于碱离子和碱土离子以及碳酸盐的积累，土壤是碱性的；中性盐土呈弱碱性(pH 8～9)，钠质土的pH为10或更高。
?在碱性土中，P、Fe、Mn以及其它微量元素(尤其是Zn)被结合成为相对不溶的化合物，所以植物只能得到这些养分的极少部分。
?已知硼酸盐在碱性土中会产生毒性作用。
生境与矿质代谢
?钙生植物和嫌钙植物
?有些植物种仅能在石灰性土壤上找到，而另一些植物只能在缺钙的硅质和砂质土壤上出现。根据这些植物对底物的偏向性，这些植物分别被称为钙生植物和嫌钙植物。
生境与矿质代谢
?石灰性土壤和缺钙土壤的区别：
?石灰性土壤通常较易透水，较干燥，含有大量的Ca 2＋和HCO3－。这意味着石灰性土壤比其它土壤趋于更高的pH，表现为弱碱性反应。
?在石灰性土壤中，氮的矿化更快速；而P、F e、Mn和大多数重金属比在酸性土中的利用性更差。白垩土也被定义为碳酸盐土壤。
生境与矿质代谢
?还有富含HC03-的土壤(白云岩土壤含有MgC03)，在这些土壤上某些钙生植物不能生长，如硬币形半日花、中型车前，但嫌钙植物还存在，如在比利牛斯山脉的山绒毛花、长叶虎耳草。
?钙生植物明显地能从石灰性土壤吸收磷和微量元素。嫌钙植物移植到白垩土上，它们就会呈现出缺磷和缺铁的症状(石灰缺绿症)。
生境与矿质代谢
?生长在寡营养生境的植物
?在寡营养生境中，决定植物生长和植被生长型谱的主要环境因素是一般营养缺乏，主要是氮和磷。
?营养缺乏可能是原始矿物质造成，如在石英砂中，或土壤的降解和淋溶，但主要原因是有机死被物缓慢和不完全分解所致。
?北极冻原和高山的冷土，氮和磷贫乏是由于死被物矿质化缓慢、粗腐殖质层酸性以及频繁的水涝。
?在沼泽和泥炭土中，由于腐殖质含量高、pH极低和地下水的停滞，故矿物质浓度非常低。
生长在寡营养生境的植物
?在矿质贫瘠生境中生长的大多数植物表现出特殊的构造型和生长类型：
?在寒冷地区的地衣(有些固N：藻类生物和附生植物)；
?在冻原和沼泽上的藓类；
?禾本科植物：主要是禾草和苔草形成生草丛；
?矮生多年生双子叶植物，尤其是辐射叶植物；矮生灌木和矮灌丛，常具有小而常绿的叶；
?硬叶植物，叶具有高的硬形指数(粗纤维％／粗蛋白%。
五、矿质元素循环
?（一）植物群落矿质平衡
?（二）矿物质的循环
植物群落的矿质平衡
?在一年当中，每单位土地面积上的植被所吸收的矿物质总量(M abs),一部分会因泌盐作用而丢失(M r)，或被雨、雪从茎上冲走，其余是结合于植物量的矿质数量(M i)
?M abs＝Mi + M r (kg·hm-2·a-1)
一、植物群落的矿质平衡
?注意问题：
?植物群丛的矿质平衡不能简单地通过生产方程式中各项目乘以植物量的平均灰分含量来计算。如同推导碳平衡一样，必须以不同取样时间的每个器官的单独贡献为基准进行计算。
?在植株中的各种矿质元素的分布、积累、固定和排出并不是一致的，矿质浓度取决于植被的发育状况。
植物群落的矿质平衡
?矿质营养变化：
?所吸收的矿质营养的总量被用于一年中木质部增加的部分与通过淋溶和植株部分脱落所损失的部分的比率可用再循环系数K M表示：
?
?M abs：——固定于植物物质中的矿物质
?M L+ M r：淋溶和植株部分脱落所损失的部分
矿物质的循环
?由于落叶每年将其所吸收的矿质的较大部分返还到土壤中去，所以植被对矿物质循环做出了重要贡献。
?有些矿物质是根从深层土壤里吸收上来的，被转运到茎中，然后以落叶的形式回归土壤表面。特别是深根的落叶树，由于有广泛延伸的根系，能将沉降至相当深的地下营养矿物质提升上来。
?一旦来自树的死被物被分解，矿物质就可被浅根系的草本层植物所利用。
矿物质的循环
?植物群落和土壤之间矿物质转换的关键构成因素是再循环机制。
?如果死被物(植物死被物随植被的生产力而增加)被移走，结合在其中以贮存养分存在的矿物质便会丢失。
?在一特定的系统中，再循环速率的有用测量是死被物中有机氮化合物的净矿化速率。
?净矿化速率是减去反硝化作用中所发生的氮气体化合物与微生物需要量的损失后，所剩余的矿质氮。
矿物质的循环
?矿质营养或多或少连续地进入到“植物—微生物—土壤”功能系统中，而同时其它矿质营养也会以这样或那样的方式离开这个系统。
?风化作用是一个连续的过程，为土壤增加矿质营养并使得矿质营养能为植物所利用，其数量虽难以估计，但它无疑是重要的。
矿物质的循环
?矿物质随地下水、垂直梯度的渗透水以及随毛管力上升的水，进入根区。
?降水将大气中以气体、灰尘、雾和悬浮微粒存在的无机物质携带到植物上和土壤中。
?与此相反，由于有机死被物和腐殖质的侵蚀、风力转运，以及由于可溶性物质的淋溶或渗透，矿物质输出是植物量的取走造成的(消费者、收获、死被物的移动)。
氮与植物利用
?植物通过根系和叶片吸收氮
?吸收的氮素形态主要是铵态氮和硝态氮。
?氮是构成蛋白质的主要成分，占蛋白质含量的16% ～18% 。
?此外，核酸、核苷酸、辅酶、磷脂、叶绿素等化合物中都含有氮。
?某些植物激素、维生素和生物碱等也含有氮。
?植物氮化合物代谢或随枯枝落叶等返还土壤环境。
磷与植物利用
?植物主要通过根系吸收磷；磷是以磷酸盐(H 2 P0 4- ) 形式被植物吸收。
?当磷进入植物体后，大部分成为有机物，有一部分仍保持无机物形式。
?磷存在于磷脂、核酸和核蛋白中。
?磷是核苷酸衍生物( 如ATP 、FMN 、NAD + 、NADP + 和COA 等) 的组成成分。
?在糖类代谢、蛋白质代谢和脂肪代谢中起重要作用。
?植物氮化合物代谢或随枯枝落叶等返还土壤环境。
硫在植物中作用
?植物主要通过根系吸收硫。
?SO42-进入植物体后，一部分保持不变，大部分被还原成硫，进一步同化为含硫氨基酸，如胱氨酸、半胱氨酸和蛋氨酸等，是所有蛋白质的构成分子
?硫也是CoA 的成分之一，氨基酸、脂肪、糖类等的合成等都和CoA 有密切关系。
第五章植物生长与调节
?第一节植物生长发育
?第二节植物生长调节
第一节植物生长发育
?生命周期(life cycle)——任何一种生物个体，总是要有序地经历发生、发展和死亡等时期，人们把一生物体从发生到死亡所经历的过程。
?生活周期的表现层次：
?细胞水平——细胞分裂、扩大、分化
?个体水平——种子萌发、营养生长（根、茎、叶等）、生殖生长（花、果、种子等）
第一节植物生长发育
?形态发生(morphogenesis)——把生命周期中呈现的个体及其器官的形态结构的形成过程，也称形态建成。
?在生命周期中，伴随形态建成，植物体发生着生长(growth)、分化(differentiation)和发育(development)等变化。
第一节植物生长发育
?生长（growth）——在生命周期中，生物的细胞、组织和器官的数目、体积或干重的不可逆增加过程。
?营养生长(vegetative growth)——通常将营养器官(根、茎、叶)的生长；?生殖生长(reproductive growth)——繁殖器官(花、果实、种子)的生长。第一节植物生长发育
1.什么是植物生理生态学植物生理生态学的研究内容是什么 答：定义：主要是用生理学的观点和方法来分析生态学现象。 研究生态因子和植物生理现象之间的关系。 研究内容：1.植物与环境的相互作用和基本机制。 2.植物的生命过程 （水分、矿物质） 3.环境因素影响下的植物代谢作用和能量转换。如光强、二氧化碳 4.有机体适应环境因子变化的能力。如温度胁迫（冷害、冻害、干旱） 二.什么是物候现象 物候现象：植物长期适应一年中温度、水分的节律性变化，形成的与之相适应的发育节律。 三、按照环境的空间尺度，环境可分为哪些类型 1.全球环境（大气圈中的对流层、水圈、土壤圈、岩石圈、生物圈） 岩石圈：地球表面坚硬的外壳。海洋型（厚）大陆型（33km厚） 土壤圈：覆盖在岩石圈表面并能生长植物的疏松层。 生物圈：在大气圈、岩石圈、水圈、土壤圈等界面上的生物有机体，构成一个具有生命的、再生能力的生命圈层。 2.区域环境：指占有某一特定地域空间的自然环境。尺度为大洲、大洋。 3.群落环境：即群落附近的环境，如群落所在的山体、平原及水体等。
4.种群环境：即种群周围的植物和非植物环境。 5.植物个体环境：接近植物个体表面或表面不同部位的环境。 植物生理生态学研究的环境尺度一般是指植物个体环境。 四.按照人类影响程度，植物个体环境可分为哪些类型 1.人工环境 2.自然环境：未受人类干扰或干扰少 3.半自然环境：人类干扰较强或部分为人类建造 五、什么是生态因子 环境因子：构成环境的各种因素。 生态因子：对生物的生长发育具有直接或间接影响的外界环境要素（食物、热量、水分、地形、气候等）。所有的生态因子构成生物的生态环境。 六、按照生态因子的组成性质分为哪些类型 按照组成性质分为： 1.气候因子：光、温、水、气（风、O2） 2.土壤因子:土壤的物理、化学特性、土壤肥力 3.生物因子：动物、植物、微生物 4.地形因子：高原、山地、平原 5.人为因子：其影响超出了所有自然因子 其他： 按照组成性质分为： 1.稳定因子：质和量不随时间变化的因子，如地心引力、太阳辐射常数 2.变动因子:质和量随时间变化的因子，如气候的日变化、四季变化、风、降水
植物生态学报 2001,25(5)514～519 Acta P h ytoecolog i ca Si nica ·植物生理生态学专栏· 当前植物生理生态学研究的几个热点问题 蒋高明 (中国科学院植物研究所植被数量生态学开放研究实验室,北京 100093) 摘 要 简要介绍了最近国内外植物生理生态学研究的几个热点问题。这些问题主要围绕着人类活动影响造成的几大重要环境因子改变而可能导致的植物生理生态变化展开,包括CO2浓度升高、紫外辐射增加、温度变化、强光、盐生环境扩大化等;部分工作探讨已经存在的特殊生境下的植物生态适应。其中,围绕着陆地生态系统的碳平衡是最为热门的话题之一。虽然以CO2浓度升高主题展开对C3和C4植物的影响研究依然是众多刊物发表生理生态学原始论文的重要内容,一些特殊功能型如C AM植物的响应引起了人们的兴趣;植物对于紫外辐射的生理生态响应有望成为新的研究热点。研究手段的完善以及实验材料的改进是最近植物生理生态学不断出新成果的重要原因之一,如稳定同位素技术的应用、野外F ACE实验、叶绿素荧光技术等使一些机理性问题不断被揭示出来。 关键词 植物生理生态学 全球变化 CO2 紫外辐射 强光辐射 高温与低温 REVIEW ON SOME HOT TOPICS TOWARDS THE RESEARCHES I N THE FIELD OF PLANT PHYSIOEC OLOGY JIAN G Gao-M ing (Lab oratory of Quantitative Vegetation Ecology,Institu te of Botany,the Chinese Academy of Sciences,Beijing 100093) Abstract Some hot topics i n plant physioecology research have recently made regular appearances in a number of important int ernational journals(Science,N ature,etc.).These describe the responses of plant physioecology and g row th to facto rs such as:increasi ng CO2concentration,ul traviolet radiation enhancement,changes in tem-perature,sunlight i rradiation and the enlargement of sal ty habi tats.All of these factors are closely associated wi th the processes of global climat e change.Some of the research,however,aims to investigate the response of plant s to existing environmental st resses in specialised environmental habitat s.Among the intensive studies,the carbon budget of t errest rial ecosystems is one of the ho ttest topics,research conducted recent ly,including:the e-mission of greenhouse gasses,si nk and source dynamics of carbon at regional and global scales and the function of the terrest rial and oceanic ecosystems.Al though the responses of C3and C4species t o elevated CO2are sti ll the main topics i n most journals,there has been much progress i n study of CAM functional types.Prog ress in the ap-plication of new t echnologies such as st able isotope methods,f ree air CO2enrichment(FACE)facili ti es,and chlorophyll fluorescence t echnology hav e helped g rea tly i n understandi ng these general problems. Key words Plant physioecology,Global climate chang e,CO2,Ul traviolet radiation,High light radiation,High or low temperat ure st ress 近年来,由于人类经济活动对生物圈干扰的不断升级,造成的生态环境问题越来越突出,如全球气候变化、生物多样性丧失、环境污染的扩大等。对这些环境问题的解决引起了各国政府与科学家的广泛关注。植物生理生态学(Plant Phy sioeco logy)是研究生态因子与植物生理现象之间的关系的科学,它从生理机制上探讨植物与环境的关系、物质代谢和能量流动规律以及植物在不同环境条件下的适应性(La rcher,1995)。由于它能够给许多生态环境问题以生理机制上的解释,因而得到日益广泛的重视。 收稿日期:2001-06-01 接受日期:2001-07-30 基金项目:中国科学院重大创新项目(KS CX1-08-02)和国家重大基础研究与发展计划项目(G1998010100) E-mail:jgm@h https://www.doczj.com/doc/bb6375273.html,
1.什么就是植物生理生态学？植物生理生态学得研究内容就是什么？ 答:定义:主要就是用生理学得观点与方法来分析生态学现象。 研究生态因子与植物生理现象之间得关系。 研究内容:1、植物与环境得相互作用与基本机制。 2、植物得生命过程 (水分、矿物质) 3.环境因素影响下得植物代谢作用与能量转换。如光强、二氧化碳 4、有机体适应环境因子变化得能力。如温度胁迫(冷害、冻害、干旱) 二、什么就是物候现象？ 物候现象:植物长期适应一年中温度、水分得节律性变化,形成得与之相适应得发育节律。 三、按照环境得空间尺度,环境可分为哪些类型？ 1、全球环境(大气圈中得对流层、水圈、土壤圈、岩石圈、生物圈) 岩石圈:地球表面坚硬得外壳。海洋型(4、3km厚)大陆型(33km厚) 土壤圈:覆盖在岩石圈表面并能生长植物得疏松层。 生物圈:在大气圈、岩石圈、水圈、土壤圈等界面上得生物有机体,构成一个具有生命得、再生能力得生命圈层。 2、区域环境:指占有某一特定地域空间得自然环境。尺度为大洲、大洋。 3、群落环境:即群落附近得环境,如群落所在得山体、平原及水体等。 4、种群环境:即种群周围得植物与非植物环境。 5、植物个体环境:接近植物个体表面或表面不同部位得环境。
植物生理生态学研究得环境尺度一般就是指植物个体环境。 四、按照人类影响程度,植物个体环境可分为哪些类型？ 1、人工环境 2、自然环境:未受人类干扰或干扰少 3、半自然环境:人类干扰较强或部分为人类建造 五、什么就是生态因子？ 环境因子:构成环境得各种因素。 生态因子:对生物得生长发育具有直接或间接影响得外界环境要素(食物、热量、水分、地形、气候等)。所有得生态因子构成生物得生态环境。 六、按照生态因子得组成性质分为哪些类型？ 按照组成性质分为: 1、气候因子:光、温、水、气(风、O2) 2、土壤因子:土壤得物理、化学特性、土壤肥力 3、生物因子:动物、植物、微生物 4、地形因子:高原、山地、平原 5、人为因子:其影响超出了所有自然因子 其她: 按照组成性质分为: 1、稳定因子:质与量不随时间变化得因子,如地心引力、太阳辐射常数 2、变动因子:质与量随时间变化得因子,如气候得日变化、四季变化、风、降水 按照就是否具有生物成分分为: 1、非生物因子:光、温、水、气、土壤 2、生物因子:指某一主体植物周围各等级层次得生物系统。 七、植物与生态因子间得相互关系表现在哪些方面？ 1、生态作用:指生态因子对植物得作用。
植物生理生态学 ●绪论 植物生理生态学：研究植物与环境的相互作用和机制的一门实验科学。 研究层次：植物个体—器官—组织水平。 植物生理生态学特点：植物生态学的一个分支，主要用生理学的观点和方法来分析生态学现象。研究生态因子和植物生理现象之间的关系。 植物生理生态学主要集中在组织、器官、个体与生物环境之间的相互关系，作为对生态现象的验证和解释，同时也对微观植物生理学提供了表征验证。 ●植物与环境 环境：某一特定生物体或生物群体周围一切因素的总和，包括空间及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的各种因素。 环境的本质就是生物生存和发展的资源或影响这种资源的因素。 生态因子：环境中对生物起作用的因子。对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响。 生存条件：生态因子中对生物生存环境不能缺少的生态因子的总称。 生境：特定生物个体或群体的栖息地的生态环境。 生态因子根据性质划分： 1)气候因子：温度、水分、光照、风、气压和雷电等。 2)土壤因子：土壤结构、土壤成分的理化性质及土壤生物。 3)地形因子：陆地、海洋、海拔高度、山脉走向与坡度等。 4)生物因子：包括动物、植物和微生物之间的各种相互作用。 5)人为因子：人类活动对自然的干预、影响、破坏及对环境的污染等。 植物与生态因子之间的相互关系： 1)生态作用：生态因子对植物的结构、过程、功能、分布等产生的影响。 2)生态适应：植物改变自身结构与过程以与其生存环境相协调的过程。 3)相互作用：植物对环境做出的响应和反馈，并影响环境的过程。（环境小 气候、土壤结构、土壤微生物、大气组分、生物链结构、协同进化、生 物多样性。）
植物生理生态学复习题1、解释下列缩写 SPAC土壤-植物-大气连续体； WUE水分利用效率； RuBP核酮糖二磷酸； Rubisco 1,5-核酮糖二磷酸羧化酶； LSP光饱和点；LCP光补偿点；PAR光合有效辐射； P n 净光合速率；P max 最大净光合效率； C 3 植物：在光合作用碳固定过程中，最初固定的有机分子均含有3个碳原子，称之为 CO 2同化的C 3 途径，而具有C 3 途径的植物称为C 3 植物； C 4 植物：在光合作用碳固定过程中，所固定的最初产物是4碳化合物（草酰乙酸）， 故称C 4途径，具有C 4 途径或以此途径为主的植物称为C 4 植物。 2、植物气体交换的测定主要能解决什么生态问题？ 气体交换参数包括光合速率、暗呼吸速率、蒸腾速率与气孔导度，测定这些参数主要能解决以下生态问题：1）研究植物的进化与生态适应。植物的光合作用等是植物种的特征，更是植物功能型的特征，不同的植物以及不同生境下生长的同种植物具有不同的气体交换特征；2）判断植物的光合碳同化途径。植物进行光合作用固定CO 2 的途径主要 有C 3、C 4 和CAM，它们在P max 、C i (胞间CO 2 浓度）、光呼吸（C 4 和CAM植物无）、光合CO 2 补偿点和饱和点等光合特征上明显不同。通过它们的气体交换特征研究及建立判别模型， 可以鉴别三类不同光合功能型的植物；3）研究植物的抗逆性及污染物对植物的危害，如盐害、冻害、旱害等引起植物的生长发育受阻；另外，大气中的一些污染物质等会引起植物的伤害反应，可通过气体交换研究做出及时诊断；4）遗传育种和退化生态系统恢复中的先锋植物筛选。作物在选种时，那些高光合、低光呼吸、低CO 2 补偿点和光补偿点的植物更能够适应不良环境，具有高的生产潜力。同时相关的蒸腾作用、水分利用效率、气孔导度等也表现出变化，在遗传育种或在退化生态系统恢复的先锋树种选择时，筛选那些具有高光合潜力的植物无疑是十分有力的，对一些特征值的获得需要进行光合作用 的研究；5）全球变化中的植物生态学研究。全球变化主要是由CO 2 增加引起的温室效应， 植物对于CO 2和温度响应就变得十分重要。而要研究这些反应，就要进行不同的CO 2 和温 度下气体交换能力的测定，这方面的研究得到了国内外学者的普遍重视。
植物生理生态学 082M5001H 学期：2015-2016学年秋| 课程属性：| 任课教师：张文浩等 教学目的、要求 预修课程 植物学、植物生理学、植物生态学 教材 资源与环境学院 主要内容 前言（2学时）1. 植物生理生态学的学科起源2. 植物生理生态学研究的时间尺度3. 植物生理生态学的概念与研究方法4. 植物生理生态学发展方向光合生理生态与同化物长距离运输（6学时）1. 光合生理与环境：光、温度、水分、养分2. 同化物分配与调控：库-源关系3. 同化物长距离运输：韧皮部装载与卸载(phloem loading & unloading); 压力流动学说(pressure flow hypothesis of phloem transport) 4. 最新研究进展案例：水分生理生态（6学时）1. 植物细胞水分生理：水势、渗透势、彭压2. 植物水分运输：根中的横向运输与木质部导管的纵向运输 3. 水通道蛋白功能与调控：植物水通道蛋白的特性、功能4. 植物水分研究方法：压力探针、根压室、蛙卵表达系统 5. 最新研究进展案例：矿质营养（10学时）1．植物吸收转运矿质养分的机制：大量必需矿质元素与微量元素的吸收、转运与利用2．根际过程与矿质养分的活化：根际酸化、根际分泌物、根际微生物、菌根3．植物对矿质养分胁迫（养分缺乏与毒害）的响应与适应：缺素：N、P、K、Fe；毒害：NH4+、Mn、Al、B、4．最新研究进展案例：植物逆境胁迫的响应与适应（16 学时）1. 植物对低温/高温胁迫的响应与适应：低温/高温驯化2. 植物对盐碱胁迫的响应与适应：3. 植物对干旱胁迫的响应与适应：4. 植物对臭氧、U V胁迫的响应与适应：5. 转录调控与激素/信号分子在植物逆境胁迫中的作用6. 最新研究进展案例： 参考文献 Lambers H., Chapin F.S., Pons TL. 2008. Plant Physiological Ecology.
各种植物生理仪器对植物生理生态特征的分析 一、植物生理仪器简介概述： 在植物生理学研究中，我们应用植物生理仪器通过对植物生命活动的探索，可以了解植物生命活动的规律及其与环境的关系，同时将实验研究成果与生产实际相结合，促进人类生产的巨大进步。 常用的植物生理仪器有：测定植物水势的植物水势状况测定仪，分析作物和植物群体冠层受光状况的植物冠层图像分析仪，测定二氧化碳浓度、叶片温度、、叶室温湿度和光合有效辐射的光合作用测定仪，检测各种农作物病害的植物病害检测仪，判断农作物抗倒伏能力的植物茎杆强度测定仪，测定植被表面参数、植物冠层信息、植物养分信息、土壤养分信息、环境参数、植物病虫害程度的植物多普辐射计，分析植物根系各参数的植物根系分析仪，测定植物叶面积的植物叶面积指数仪，测量植物的叶绿素相对含量或“绿色程度”的叶绿素测定仪，测树木内部缺陷情况的树木无损检测探伤仪，以及测量叶片厚度，从叶片厚度变化反映出植物生长状态的变化的农作物营养测定仪等等。 这些植物生理仪器在植物生长过程中都发挥着重要的作用，通过它们掌握植物的各种生理生态特征，可以为农业生产带来指导，推动中国农业的发展和进步。 二、常见的植物生理仪器其中包括： 1、叶面积测定仪、测量精度非常高，可在主机上显示叶片轮廓图，全自动扫描，全液晶汉字显示，一秒钟出结果。叶片长度范围：0～290mm，叶片宽度范围：0～220mm，分辨率：0，1mm。特别适用于小或细的叶片的测量（如松树、草叶）。叶面积测定仪YMJ-C是由背光装置和装有嵌入式软件的平板组成。采用先进的图像处理技术，根据叶子特征提取、空间转换、边缘检测原理、形态学等技术综合设计。广泛应用于农业中田间作物叶面积的测量。
名词解释 作物生理生态学：是用生理学的观点和方法来分析生态学现象。研究生态因子和作物生理现象之间的关系，即生态学与生理学的结合。 环境：指某一特定生物体或生物群体以外的空间以及直接或间接影响该生物体或生物群体的一切事物的总和。 环境因子：构成环境的各种因素，称为环境因子。 生态因子：对作物的生长发育具有直接或间接影响的外界环境要素（如营养、热量、水分、地形、气候等），称为生态因子。 作物对环境响应的三基点：作物在每个生态因子轴上都有一个能够生存的范围，在此范围内系统能够耐受的极限，分别为最高点和最低点，中间有最适宜于生命活动的最适点，这三点合称为作物对环境响应的三基点。 生态幅：从最低点到最高点之间的跨度称为生态幅。 生态位：某种作物在某个因子梯度上的生态幅实际上也是该作物的生态位。 基础生态位：能够为某一物种所占据的理论上的最大空间，称为基础生态位。 实际生态位：但群落中有竞争对手存在时，其实际栖息的空间要小得多，称为实际生态位。胁迫：在资源利用上，系统适宜区之外到最低或最高点之间的区间称为耐受区，此时作物要遭受一定程度的限制，即胁迫。 耐受性定律：任何一个生态因子在量上的不足或过多，即当其接近或达到某种植物的耐受性限度时，就会使植物衰退甚至不能生存，这就是耐受性定律。 光：是太阳的辐射能以电磁波的形式投射到地球的辐射线。 光补偿点：在一定光照强度下，真正光合作用的强度与呼吸作用强度相等，这时植物既不吸收CO2，也不释放CO2,这里光强成为光补偿点。 光饱和点：在光补偿点以上，光合速率随光照强度的增加而增加，但当光照强度达到一定限度后，光照强度虽然继续增加，光合速率也不增高，这时的光照强度称为光饱和点。 叶片功能期：当叶片长至面积和厚度最大时，通常光合速率也达到最大值。通常将叶片充分展开后光合速率维持较高水平的时期，称为叶片功能期，处于功能期的叶叫功能叶。 光抑制：光能过剩导致光合速率降低的现象称为光合作用的光抑制现象。 光合诱导期：从照光开始至光合速率达到稳定水平的这段时间，称为“光合滞后期”或称光合诱导期。 CO 2 补偿点：在比例阶段，光合速率随CO 2 浓度增高而增加，当光合速率与呼吸速率相等时，环境中的CO 2浓度即为CO 2 补偿点； CO 2 饱和点：当达到某一浓度(S)时，光合速率便达最大值(P m )，开始达到光合最大速率时的CO 2浓度被称为CO 2饱和点。 光能利用率：指植物光合作用所累积的有机物所含的能量，占照射在单位地面上的日光能量的比率。 植物的水分代谢：指植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程。 自由水：植物体内不被亲水胶粒吸附，可以自由移动，可起溶剂作用的水分。 束缚水：植物体内吸附在亲水胶粒周围或被困于大分子空间中，不能自由移动的水分。
李佳蔚201328010615007 不同CO2浓度（35Pa，70Pa）下生长的植物叶片的最大光合速率，Rubisco 酶的活性、叶绿素含量和叶片果糖含量，随着叶片的生长表现出显著差异。 随着叶片的生长，分别于35Pa，70Pa CO2浓度处理下生长的植物叶片最大光合速率都表现出先升高再降低的趋势，且在植物叶片达60%最大生长尺寸时叶片最大光合速率最高。但可明显看出在70Pa CO2浓度处理下生长的植物叶片最大光合速率在叶片生长的全过程中都高于对照组植物叶片（图a）。推测可能由于CO2浓度升高，植物生长过程中暗反应效率都较高，使最大光合效率一直保持较高水平。 而Rubisco酶的活性在不同CO2浓度处理下生长植物叶片中总体表现下降趋势，70Pa CO2浓度处理下，于植物叶片达60%最大生长尺寸时迅速下降，而35Pa CO2浓度处理下Rubisco酶的活性一直处于缓慢下降过程，且在植物叶片达80%最大生长尺寸时，70Pa CO2浓度处理下叶片中Rubisco酶的活性已低于35Pa CO2浓度处理下叶片（图a）。可能由于高浓度CO2的驯化，植物Rubisco酶保持较低水平就可以很好适应当前光照强度等其他环境条件，满足生长的需要。 在不同CO2浓度处理下生长植物叶片中叶绿素含量都表现出先升高再降低的趋势，但在70Pa CO2浓度处理下，叶片初始叶绿素含量较对照组低，含量升高趋势却大于对照组，于50%最大生长尺寸左右时，总含量超过对照组，但其含量在70%最大生长尺寸左右时出现下降趋势，并于80%最大生长尺寸左右时，总含量再次低于对照组（图b）。推测可能由于植物在主要60%—80%最大生长尺寸时，作为“源”为植物其他组织结构提供光合产物，在较高CO2浓度下驯化生长的植物，由于暗反应效率较高，光能浪费较少，因此叶绿素含量随着生长的需要表现出较大变化，不需要一直维持在较高的水平。 可溶性果糖含量在不同CO2浓度处理下生长植物叶片中总体表现上升趋势。35Pa CO2浓度处理下果糖含量一直处于缓慢上升过程；而70Pa CO2浓度处理下，达80%最大生长尺寸左右前果糖含量上升趋势与对照组相似，而之后则骤然上升，叶片完全成熟后含量达到对照组的两倍（图b）。推测可能由于在较高CO2浓度下驯化生长的植物暗反应效率较高，光能被有效的固定，因此可溶性糖含量明显高于对照组。
南京欧熙科贸有限公司植物生理生态监测系统是精密的实验仪器，适用于实验室、科学研究等领域，主要是用来监测植物生长过程中的生理生态变化的。下面来为大家介绍一下这款产品。当然如果你在看完本文之后，仍对植物生理生态监测系统存有疑问，欢迎随时联系南京欧煕科贸。 一、简介： PM-11植物生理生态监测系统是一款轻便式、防雨型的数据采集系统，可应用于植物研究和作物栽培等领域。可选多种植物生长传感器和环境因子传感器。 二、植物生理生态监测系统特点： ◆独立操作――不连接电脑也可以得到传感器的数据。 ◆可接8个可选传感器。 ◆特殊的数字接口，用于连接RTH Meter，RTH Meter组合了3个传感器：PAR(光合有效辐射)，空气温度，相对湿度。 ◆采样频率1秒－1小时，用户自定义。 ◆防水型的传感器接头、接口。
南京欧熙科贸有限公司 ◆512K数据内存。 ◆供电：12V DC ◆有线、无线两种方式与电脑通讯。 ◆尺寸：18W x 14H x 11.5L cm3。 ◆Windows版软件，适用于Win98/2000/ME/XP。 三、植物生理生态监测系统系统配置： 可选电源 ◆交流转直流适配器：90-260V，50/60Hz。 ◆标准12V充电电池。 耗电量：一套含PM-11主机、1个叶温传感器、3个茎杆直径或果实生长传感器的系统，采样频率设为30分钟，耗电量为每天0.07 Ah；上述配置再加RTH Meter，耗电量 为每天0.4 Ah。 ◆太阳能电源套件，包括一块充电电池，一个充电器，一块太阳能板，室外安装附件。 通讯配件 ◆RS232通讯线，1米。 ◆RS485通讯线(长1200米)。RS232/485转换器，用于连接电脑。 ◆无线通讯。无线电调制解调器，传输距离0.1 km到 16 km。 安装配件 ◆不锈钢三脚架。 ◆墙壁安装套件。 ◆立柱安装架(用于温室内)。 ◆结实耐用的机箱，主机，电池，充电器，无线电调制解调器都可以装在机箱内。 植物生理生态监测系统可选传感器
1.什么是植物生理生态学？植物生理生态学的研究内容是什么？ 答：定义：主要是用生理学的观点和方法来分析生态学现象。 研究生态因子和植物生理现象之间的关系。 研究内容：1.植物与环境的相互作用和基本机制。 2.植物的生命过程 （水分、矿物质） 3.环境因素影响下的植物代谢作用和能量转换。如光强、二氧化碳 4.有机体适应环境因子变化的能力。如温度胁迫（冷害、冻害、干旱） 二.什么是物候现象？ 物候现象：植物长期适应一年中温度、水分的节律性变化，形成的与之相适应的发育节律。 三、按照环境的空间尺度，环境可分为哪些类型？ 1.全球环境（大气圈中的对流层、水圈、土壤圈、岩石圈、生物圈） 岩石圈：地球表面坚硬的外壳。海洋型（4.3km厚）大陆型（33km厚） 土壤圈：覆盖在岩石圈表面并能生长植物的疏松层。 生物圈：在大气圈、岩石圈、水圈、土壤圈等界面上的生物有机体，构成一个具有生命的、再生能力的生命圈层。 2.区域环境：指占有某一特定地域空间的自然环境。尺度为大洲、大洋。 3.群落环境：即群落附近的环境，如群落所在的山体、平原及水体等。 4.种群环境：即种群周围的植物和非植物环境。 5.植物个体环境：接近植物个体表面或表面不同部位的环境。 植物生理生态学研究的环境尺度一般是指植物个体环境。 四.按照人类影响程度，植物个体环境可分为哪些类型？ 1.人工环境 2.自然环境：未受人类干扰或干扰少 3.半自然环境：人类干扰较强或部分为人类建造 五、什么是生态因子？ 环境因子：构成环境的各种因素。 生态因子：对生物的生长发育具有直接或间接影响的外界环境要素（食物、热量、水分、地形、气候等）。所有的生态因子构成生物的生态环境。 六、按照生态因子的组成性质分为哪些类型？
植物生理生态学研究中的控制实验和 测定仪器新进展 ① 张守仁1 樊大勇13 Reto J.Strasser 2 (1中国科学院植物研究所植被与环境变化重点实验室,北京 100093)(2Bioenergetics Laboratory ,University of G eneva ,Jussy 2G eneva ,CH 21254,S witzerland ) 摘 要 现代植物生理生态学的发展是和测定仪器的进步同步进行的。小型轻便、智能、性能优良和高自动化程度是植物生理生态学仪器发展的必然趋势。该文以光合生理生态学的仪器为例,概述了该领域测定仪器的发展趋势及对学科发展的重要作用,并讨论了控制实验和实验设计中的假重复问题。关键词 生理生态 仪器进展 控制实验 A REVIEW OF PR OGRESS IN STU DIES OF P LANT ECOPH YSIOLOG Y :CON 2 TR OLLE D EXPERIMENTS AN D INSTRUMENTATION ZH ANG Shou 2Ren 1,FAN Da 2Y ong 1,and Reto J.Strasser 2 1K ey Laboratory o f Vegetation and Environmental Change ,Institute o f Botany ,Chinese Academy o f Sciences ,Beijing 100093,China ,and 2 Bioenergetics Laboratory ,Univer sity o f G eneva ,Jussy 2G eneva ,CH 21254,Switzerland Abstract Development of m odern plant ecophysiology is synchronous with progress in instrumentation ,with higher quality instruments becoming m ore portable ,capable and automatic.The progress of instrumentation and its im portant effects on the development of ecophysiology of photosynthesis are described ,and problems with controlled experiments and pseudo 2replication in experimental design are discussed.K ey w ords plant ecophysiology ,instrumentation progress ,controlled environment 1 控制实验和实验设计中的假重复问题 植物生理生态学是研究植物在生物和非生物因素影响下的生命代谢科学(Larcher ,2003)。具体地说植物生理生态学是研究植物对变化环境的生理代谢响应或适应。植物生理生态学既是植物生态学的一个分支,又是一个交叉学科,它的出现及迅速发展和20世纪70年代以来备受关注的全球气候变化及环境胁迫密切相关。研究植物对全球气候变化及环境胁迫的响应始于野外观测,这些工作从20世纪早中期就有不少报道(Maxim ov ,1929;Billings et al .,1971;Bj rkman et al .,1972;K appen et al .,1979;N o 2bel ,1977;Schulze &Hall ,1982)。但随着研究的深 入,野外的自然环境条件的复杂性越来越满足不了 探讨单因子变化的机理研究,这类实验对环境因子的控制及定量化要求越来越高。进入20世纪80年代以后,控制实验越来越多地成为植物生理生态学 研究的主要形式。在此期间主要的控制实验包括:S O 2熏蒸实验、酸雨模拟实验、粉尘实验、臭氧熏蒸 实验和C O 2增加实验等。其中,C O 2增加实验是规模最大、影响最深的模拟全球气候变化的控制实验。实验设备从最初的封闭控制环境因子系统(如玻璃温室),到开顶式人工气候生长室(OT C ),到目前的FACE (Free 2Air C O 2Enrichment )系统。封闭控制环境因子系统的优点是控制的目标因子容易定量,并且环境因子比较均匀。但它的缺点也是比较明显的,封闭环境形成的微环境是静态的,不同于外界的大气环境,植物对这样静态微环境的响应结果是很难应用于自然开放的大气环境的。开顶式人工气候生长室(OT C )比玻璃温室要先进一步,由于它的顶部是开放的,所以开顶式人工气候生长室的光照、气温、湿度比较接近大气环境,但光照时间和风速仍然小于自然大气环境的数值。由于受到空间的限制, ① 收稿日期:2006210230 接受日期:2007203227 基金项目:国家自然科学基金(30590382/C011108和40631002)、国家重点基础研究发展规划项目(2006C B403206)和新疆生产建设兵团(石河子大学)绿洲生态农业重点实验室资助 本文的最初思路是由马克平研究员提出,并在修改过程得到指导 3通讯作者。Author for correspondence E 2mail :fanday ong @https://www.doczj.com/doc/bb6375273.html, 植物生态学报 2007,31(5)982～987 J ournal of Plant Ecology (Chinese Version )