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第一节 植物生理学的定义和研究内容
作者:植物生理…    文章来源:扬州大学农学院    点击数:3221    更新时间:2007/7/4
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  植物生理学(plant physiology)是研究植物生命活动规律、揭示植物生命现象本质的科学。
  植物的生命活动十分复杂,但大致可区分为生长发育与形态建成、物质与能量代谢、信息传递和信号转导三个方面。
  生长发育(growth and development)是植物生命活动的外在表现,它主要包括了两个方面:一是由于细胞数目的增加、细胞体积的扩大而导致的植物体积和重量的增加;二是由于新器官的不断出现带来的一系列肉眼可见的形态变化,即形态建成(morphogenesis),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正是从对其生长发育的观察和描述开始的,所谓“春华秋实”,“春发、夏长、秋收、冬藏”等等,便是人类对植物生长发育规律直观认识的写照。
 开花植物的生长周期
   在植物形态变化的背后,是肉眼难以观察到的物质和能量转化过程,而物质转化与能量转化又紧密联系,构成统一的整体,统称为代谢(metabolism)。植物的代谢活动包括水分的吸收、运输与散失;矿质营养的吸收、同化与利用;光合作用;呼吸作用;有机物的转化、运输与分配等方面。代谢过程归根结底是运行于植物体内的一系列生物化学和生物物理的变化,而生长发育则是代谢作用的综合表现和最终结果。代谢作用是生命的基础,代谢一旦停止,生命也就不复存在,生长发育更无从谈起。某些代谢环节如果发生重大变化或遭到破坏,也必然会影响到生长发育。如有的植物由于合成赤霉素的某些基因缺失,赤霉素合成发生障碍,因而茎不能正常生长,变为“矮生型”;又如苹果树缺少微量元素锌,便会影响生长素的生物合成,使新生叶不能展开,发生“小叶病”。
  绿色植物代谢活动的一个最大特点,是它的“自养性”(autotropusm),这也是它与动物的最大区别。不需要摄取现成的有机物作为食物来源,而能以太阳光能作动力,将简单的无机物如CO2和H2O合成为碳水化合物,又以碳水化合物作为基本骨架,将吸收来的各种矿质元素如氮、磷、硫等合成蛋白质、核酸、脂类等生物大分子。不仅如此,由于植物代谢环节和代谢途径的多样性,其代谢产物多达数千种,分子结构又极为复杂,至今仍有大量化合物尚难以人工合成。目前,世界上还没有任何人工建造的化工厂,能在温和的条件下,将CO2和H2O直接合成为碳水化合物,更不用说成千上万种更加复杂的有机物。由此可见,把绿色植物比作一个“天然超级化工厂”是毫不夸张的
   信息传递(message transportation)和信号转导(signal transduction)是植物生命活动的另一个重要方面。植物虽不象动物那样具有发达的神经系统,但它生活在复杂多变的环境中,必须对环境的变化作出响应,或顺应环境的有规律的变化,形成植物固有的生命周期,或对严酷的环境条件进行适应与抵抗,以保持物种的繁衍。这些反应都是从“感知”环境条件的物理或化学信号开始的。在许多情况下,感知信息的部位与发生反应的部位往往不是同一器官,这就需要感受器官将它所感受到的信息传递到反应器官,并使后者发生反应。如:进入秋季,夜长增加,这个物理信号如果被一年生短日植物的叶片所感受,便会在远离叶片的茎顶端分生组织开始一系列成花的生理准备,直至花芽形成和开花;而多年生落叶树木的叶片,则会在夜长增加的这一物理信号诱导下发生叶柄离层的形成和脱落、枝条进入休眠状态等一系列生理反应。
  除了感受环境条件信号外,植物内部各器官、细胞之间,甚至细胞内部也频繁地进行着信息的传递。例如,高等植物的根分化成特殊的吸收器官,必须依赖地上部分(冠)供给碳水化合物才能生存;反之,冠部也必须依赖根系提供水分、矿质元素和某些微量活性物质。这种根和冠之间频繁的物质与信息交流,也成为植物生理学的重要研究内容之一。
  各种外部信号影响植物的生长发育
   一般说来,信息传递主要指物理或化学信号在器官间或细胞间的传输,而信号转导则主要指细胞内外的信号,通过细胞的信号转导系统(见第六章第五节)转变为植物生理反应的过程。  
  除此之外,植物体内还有一种非常重要的信息传递,那就是遗传信息通过遗传物质的载体——DNA在世代间的传递。关于遗传信息传递的研究属于遗传学的领域,已超出了植物生理学的范畴。不过,在信号转导的过程中,也包含着遗传信息如何实现表达的问题,在这一层次上,植物生理学与现代分子遗传学又融为一体了。
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