4第三讲-生长与分配

植(作)物生长速率Plant Growth Rate (PGR) Definition – Increase in total dry weight per unit land area of a plant per unit time.
PGR =
W 2 W1 t 2 t1
×
1 A
g/m2.d
（2）植物的发育
• 发育是器官分化的过程，是质量变化过程。 植株及其各部分在个体内或世代演替的 （系统发育）发生、生长、成熟、衰老的 过程中，其结构和功能的变化。 • 个体发育:生命周期中植物体的构造和机能 由简单到复杂的过程，表现为细胞、组织、 器官的分化；从营养生长到生殖生长的过 程
Early experiments on phototropism showed that a stimulus (LIGHT) released chemicals that influenced growth
呼吸是细胞和组织生成能量的过程，一部分干物 质必须用于呼吸. 在光合组织中同时存在光合与呼吸作用，非光合 组织中只有呼吸作用. 随着非光合组织的线性增加，总呼吸消耗量也增 加了
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Cont….
Phase 4 增长衰减期 Declining phase
总干重增加速率不断降低. 曲线的斜率逐渐降低，直至最终为零
• 总干重加速增加 • 曲线的斜率快速增加
指数增长期
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Phase 2的生理基础
随着新叶的产生和叶片的扩展，叶冠快速增加 光接受面积不断增加导致光合速率增加 强调：这一阶段植物有效光合组织和器官的比例维持在高 水平上 光合组织：叶片和其他绿色组织 非光合组织：根系和茎
Roots grow towards a water stimulus due to auxins moving towards the stimulus and retarding cell elongation. However, normal growth occurs on the other side.
W=
×
相对生长速率Relative Growth Rate (RGR)
Definition – Increase of total dry weight per unit time per unit of existing total dry weight. • RGR=
1 (W 2 W 1) × W (t 2 t1)
幼芽 Auxins move towards gravity and water but move away from light. Auxins stimulate cell elongation in stems, but retard cell elongation in roots. Roots grow down with the force of gravity and stems grow up against the force of gravity.
(W 2 W 1) (t 2 t1)
Where, W1 and W2 are total dry weight per plant at times t1 and t2 respectively. Units: - g d-1 or g week-1 Weakness same as PGR, specifically used to quantify growth of single plants (eg: in pot experiments)
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（3）生长的一般过程——S形生长曲线
Logistic function:
植物生长曲线的阶段分区及其生理学基础 Phase of the growth curve and their physiological basis
Phase 1 - 迟滞期 Lag phase
干物质增加速率极慢，曲线的斜率很低
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本节讲授内容提要
1、植物生长的过程 • 生长过程分析 • Logistic模型的缺陷 2、植物生长与分配的生理解析 ——解析植物生长与物质分配的生理参数 3、环境因素对植物生长速率的影响 4、植物的相关生长与异速生长
第三讲 生长与分配
植物生长过程中C分配的生理生态
本节要回答的问题
• 如何描述植物的生长过程？ • 不同的生态环境下植物采取什么分配模式 以保持高的生长速率或者高的环境适应性？ （根茎叶的物质分配） • 植物将物质分配到有资源需求的器官，或 者为未来的生长提供储备的决策依据是什 么？
• 生长与发育过程密切相连，往往交叉重叠， 发育的过程中也同时在生长。 • 植物的生长发育受内源和外源的因素影响， 如激素。内源的因素与外源的因素同时起 作用。 • 内源激素与外源生态因子往往一起启动生 长和分化过程，使植物的发育与环境的季 节变化同步。
胚芽鞘弯曲试验
内源：光敏色素 外源：光照（光质、光强） Phototropisms ： auxin most likely involved
1、植物生长和发育的过程
• 生长过程分析 植物生长速率 • 整株和单个器官的生长分析 整株生长
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（1）植物生长
• 植物生长是体积和数量的变化。包括细胞 的分裂、伸长、分化所导致的植物干物质、 体积、长度、面积的增加的过程。
• 植物生长包括植物光合作用、呼吸作用、 物质分配、远距离运输过程和植物吸收水 和矿物质营养等过程。
增长衰退期
生理基础
本阶段出现的原因有二. 非光合组织的比例进一步增加. 光合组织相互遮荫• 当叶片不断形成，冠层形成多层叶片. • 顶层叶接受了大部分的入射光辐射 • 中部和下部叶片只能接收到少部分光能
Cont….
相互遮荫降低了中部和下部叶片的光合速率，但是 呼吸速率却不受影响. 因此中部和下部叶片对总生物量的贡献不断减少— —叶片功能冗余 根系生物量不断增加，呼吸消耗增加——根系功能 冗余 植物总生物量逐渐降低，以至于不再增长
Sigmoid growth curve 迟滞期
Phase 1的生理学基础
发生于种子刚刚萌发阶段. 这一时期植物利用种子中储存的营养物质开始构 建茎叶和根系 迟滞期叶冠层很小，光合面积小，接收的光很少， 光合速率也很低 干物质积累速率低.
Phase 2 指数期Exponential phase
净结果: 光合作用合成的碳水化合物量增加(due to continuous canopy growth and light interception) 呼吸作用消耗量增加(due to increasing proportion of non photosynthetic tissue) 光合合成量减去呼吸消耗量为恒定值，即植 物生物量以恒定速率增长.
植物的向光性
Roots are positively hydrotrophic
图 2：
图3： 向光性叶羽扇豆 Stems are positively phototropic http://kpe-kastor.kas.sch.gr/leaf/texts/movement.htm http://kpe-kastor.kas.sch.gr/leaf/texts/movement.htm
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绝对生长速率Absolute Growth Rate (AGR)
Definition – Increase in total dry weight per plant per unit time. • AGR=
缺陷 PGR除去能对生长做出定量评价之外，其公式中 并不包含任何与生理过程有关的信息，因此不能 反映生长速率变化的生理机制 PGR在解释“基于光合-呼吸作用的植物生物量生 产效率”方面也不是一个有效的指标
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Plant Growth Regulators
Interaction of cytokinin and auxin in tobacco callus
Roots are positively geotrophic and stems negatively geotrophic——生长素的极性运输特性决定（向地、避光）
(W 2 W 1) ( LogeW 2 LogeW 1)
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Cont….
净同化速率Net Assimilation Rate (NAR) Definition – Increase of total dry weight per unit time per unit leaf area. (Note: - It defines the efficiency of biomass production speciБайду номын сангаасically in terms of the amount of photosynthetic tissue.)
• However this would not be valid for other phases of the growth curve. So the following equation is used for calculation of the mean W during the time period (t1-t2), applies for all phases of the growth curve. W=
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Phase 5 负增长阶段 Negative phase
生理基础
本阶段发生的原因有二. 叶片生长停止. 新叶的生成过程终止，总的光能接 受面积和光合作用不再增加. 叶片衰老——Leaf ageing (Senescence). 随着叶片 的年龄增长，其光合功能衰减，光合速率降低； 与此同时，呼吸作用增加。光合干物质生产低于 呼吸消耗。 叶片脱落——Leaf fall (Leaf shedding). 生育后 期植物叶片脱落也导致总生物量的降低