植物生理学绪论(1)
中国明代介绍栽培植物的著作。全称《二如亭群芳谱》。 明代王象晋(1561~1653),字荩臣,又字子进,号康宇,自称明农隐士、好 生居士,山东新城(今山东桓台县)人。
2,矿质营养 在《荀子·富国篇》(战国荀况, 公元前3世纪)里有“多粪肥田”,在《韩非子》 (战国韩非,公元前3世纪)里记有“积力于田畴, 必且粪灌”。西汉《汜胜之书》(西汉汜胜之,公 元前1世纪)已记载施肥方式有基肥、种肥和追肥 之分,也记载了杂草压青做绿肥的技术。《广志》 (晋代郭义恭,公元前3世纪)“苕草色青黄,紫花, 十二月稻下种之,蔓延殷盛,可以美田,叶可 食”,开创了人类历史上率先使用豆科绿肥的记 录。
第三是重关系轻历程。
这里的关系是指植物生命活动过程中的各种关系,包括植物与环境,植物不同部 位、器官、组织、细胞及细胞器之间的关系。历程 是指各种生物化学过程。之所 重关系,是因为只要关系理清了,植物生命活动规律也就明晰了。而各个生化反 应历程只是各种关系中的一点,这个点是受关系所控制了。如果关系不清楚,只 纠结于具体的生化反应历程,就会迷失方向,并被各种怪异而拗口的名称、符合 号所困扰。
2.发展方向: 研究层次越来越广
微观研究进入分子水平, 宏观研究生态、逆境 重点转向能量转化、信息传递、宏观生理生态
学科之间相互渗透 分子生物学的渗透,为植物生理学带来了新思想、 新观点、新概念和新方法,为植物生理学注入了新 的活力。
理论联系实际 研究手段现代化
但因为不同的学科有不同的研究对象和方法,有不同的研究层次,因而,当今分子 生物学的发展和渗透不会取代植物生理学。Taiz和Zeiger主编的《Plant physiology》(1991)一书序言中做了如下说明“以光合作用为例,用生物化学手段 来提纯光合作用的酶,在试管中研究它们的特性;用生物物理的方法分离光合膜, 在比色杯中研究它们的作用光谱;分子生物学家克隆编码光合蛋白的基因,研究它 们在发育过程中的调节;而植物生理学研究上述这些组成的相互作用及其与周围环 境的关系,从而在叶绿体、细胞、叶器官和整体水平上认识光合作用过程及功能”。 这个例子说明从某种意义上说,植物生理学是植物整体的科学,正是在各个学科的 相互渗透、相互交叉和配合的研究中,推动着植物生理学的不断深入。
第二阶段是以李比希的《化学在农学和生理学上的应 用》一书于1840年问世-----到19世纪末
李比希的《化学在农学和生理 学上的应用》于1840年问世. 法国学者布森格(Boussingault) 用实验证明植物不能利用空气 中的氮素 1859年克诺普(Knop)和费弗尔 (Pfeffer)的植物溶液培养成功 费弗尔和凡特·霍夫(Vant Hoff)提出渗透学说
第二是 正确把握抽象与具体的关系。 植物生理学是研究植物生命活动规律,这本身就是一个抽象内容,是从一个个具体 植物中抽象出来的共有规律。而这个所谓的共有规律又是有一定概率的。也就是说 只有一定比例的植物具有这种规律,还有一部分不遵守这些规律。所以,掌握大部 植物活动的共有规律是主要,这些规律引导我们去认识植物世界。当我们遇到具体 植物时,首先要用这些抽象规律去解释,如果不通,就要具体植物具体分析,而分 析的工具仍是不同层面的抽象规律。如果遇到现有规律都无法解释所观测到的现象 时,那么恭喜你,你有重大发现了。反之,如果我们从具体植物入手,就可能一叶 障目而不见泰山。
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中国古代植物生理知识
早在六七千年以前,我国劳动人民就以农耕为主要生产 活动,因此与农业生产密切相关的植物生理学知识就不 断得到孕育和总结,内容十分丰富。
1.水分代谢 早在距今3000多年前,甲骨文卜辞拓片上 已有“贞禾有及雨?三月”(释义是贞问庄稼有没有及时 的雨水?三月卜问的)和“雨弗足年?”(释义是雨水不够 庄稼用吗?)的记载。1621年成书的《群芳谱》已有记载, 无花果“结实后不宜缺水,常置瓶其侧,出以细溜,日 夜不绝,果大如瓶”。
自50~60年代开始,在光合作用与产量关系的理 论指导下,植物生理学家与育种学家相结合,开 创了以培育矮秆、耐肥、抗倒、叶片直立、株型 紧凑的水稻、小麦品种为主要内容的“绿色革 命”,使ห้องสมุดไป่ตู้麦产量获得了新的突破。
50~60年代植物细胞全能性理论的确立,使人们 掌握了如组织培养、细胞及原生质体培养等高效 快速的植物无性繁殖新技术,而且为植物基因工 程的开展和新种质的创造提供了先决条件。
著名的俄国植物生理学家季米里亚捷夫早在20世 纪30年代就作出了“植物生理学是合理农业的基 础”这一科学论断。”
植物矿质营养学说的创立为无机肥料的施用奠定 了理论基础,由于化肥的大量施用使世界粮食产 量急增,同时促进了肥料工业的大发展;
植物激素的陆续发现导致了植物生长调节剂和除 草剂的普遍应用,给农业生产带来革命性的变革, 也为农药工业的发展开辟了新天地;
《齐民要术》种枣篇“正月一日日出时,反斧斑驳 椎之。名曰‘嫁枣’。不斧则花而无实,斫者子萎 而落也”。至今我国果树产区对枣、梨、柿、李等 果木所用的“开甲”、“割树”、“删树”、“压 枣”、“刮皮”等技术,正是“嫁枣”法的演进。
四、植物生理学对农业做出的贡献 和发展趋势
1.植物生理学对农业做出的贡献:
5.植物生长物质 《种艺必用》载“凡接矮果及 花,用好黄泥晒干,筛过,以小便浸之。又晒干, 筛过,再浸之。又晒又浸,凡十余次。以泥封树 枝,用竹筒破两片封裹之,则根生。次年,断其 皮,截根栽之”。这就是反复用尿处理土壤,使 土壤吸附尿中的成分(包括吲哚乙酸),促进果树 圈枝(空中压条法)生根成活。
《齐民要术》种枣篇记有“以仗击其枝间,振去狂 花”,减少养分消耗,保持年年均衡生产。
《格物粗谈·果品》(宋代苏轼)云“红柿摘下未熟, 每篮用木瓜三枚放人,得气即发,并无涩味”,显 然是利用成熟的木瓜释放出乙烯,催熟柿果。古人 当时虽不完全了解其中机理,但从“得气即发”四 个字道出了催熟的关键是“气”。
3.光合作用 《吕氏春秋》辩土篇里写有“正其 行,通其风”,意思是播种方式由撒播改为条播, 不但便于田间管理,也能改善株间通风透光条件。 《论气》(明末清初宋应星)中写道“由气而化形, 形复返于气,百姓日习而不知也”;“气从地下 催腾一粒,种性小者为蓬,大者为蔽牛干霄之木, 此一粒原本几何,其余皆气所化也”,说明当时 已经知道植物长大是气体代谢的缘故。
1699,英国的伍德沃特用雨 水,河水,泉水,土壤溶 液培养薄荷
英国的海尔斯(S.Hales)研 究蒸腾,解释水分的吸收 与运转。
Van Helmont:1642年,著名的柳树实 验;柳树是由水构成的;
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1771-1779,英国的普利斯特利(J.Priestley)对燃 烧和呼吸进行研究,观察到植物的绿色部分有放 氧现象。
1779,荷兰的印根浩兹(J.Ingenhousz)进一步发现 绿色植物只有在光下才能进行光合作用,吸收二 氧化碳,放出氧 气
Joseph Priestley
(1733.3.13-1804.2.6)
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内容按天、岁、谷、蔬、果、茶竹、桑麻、葛棉、 药、木、花、卉、鹤鱼等十二谱分类,记载植物 达400余种,每一植物分列种植、制用、疗治、典 故、丽藻等项目,其中观赏植物约占一半,对一 些重要花卉植物收集了很多品种名称。尤其重视 植物形态特征的描述,记述较详,并注意名称订正, 纠正以往混淆之处,为该书突出优点。不足之处 是“略于种植而详于疗治之法与典故艺文”。
6.生长发育
《齐民要术》种榆白杨篇载“初生三年,不用采叶, 尤忌捋心,捋心则科茹不长”,强调保护顶芽,使 其保持顶端优势,成栋梁之材。
明代《沈氏农书》说“麦根深而胜壅,根益深而苗 益肥,收成必倍”。
《农书》(宋代陈敷,1149年)总结出水稻田由于过 肥造成“苗茂而实不坚”的恶果。
《田家五行》(元末明初娄元礼)中有精辟的论述: “当知稻花见日方吐,阴雨则收,正当其盛吐之时, 暴雨忽至,卒不能收,被雨所伤,遂致白飒(白飒指 瘪粒)之患。”
19世纪末达尔文(Francis Darwin 1859)关于植物运动的研究, 最终导致了内源激素的发现,大大丰富了植物调节控制的 生理知识
1882年萨克斯(Sachs)的《植物生理学讲义》问世,1904年 其弟子费弗尔的三卷本巨著《植物生理学》出版,标志植 物生理学作为一门独立学科的诞生。因此Sachs被称为植物 生理学奠基人,与Pfeffer被称为两大先驱。
Justus von Liebig 1803-1873
俄国科学家季米里亚捷夫(Gimiriazev)于19世纪60年代证明 光合作用所利用的光是叶绿素所吸收的,光合作用符合能 量守恒定律
俄国科学家巴赫(Bach)、巴拉琴(Palladin)和科斯梯切夫 (Kostychev)确认呼吸作用是一种“生物燃烧”
理科楼D602
二、植物生理学的内容
植物细胞结构与功能---是植物生理活动与代谢的 基础;
功能与代谢---光合、呼吸、水分代谢、矿质营养、 物质运输过程、机理及其与环境关系;
生长发育---生长、分化、发育、成熟、休眠、衰 老、器官脱落;
逆境---植物在逆境下的生理反应及抗逆性。
三、植物生理学的产生和发展
4.呼吸贮藏
西汉《汜胜之书》提出种子安全贮藏的基本原则: “种,伤湿、郁,热则生虫也。”强调种子要 “曝使极燥”,降低种子含水量。
《齐民要术》(北魏贾思勰,公元6世纪30年代)提 到“蒿艾箪盛之,良,以艾蒿闭窖埋之亦佳”, 艾含多种芳香油成分,有杀菌灭虫作用。窖麦法 必须“日曝令干,及热埋之”,这种“热进仓” 的窖麦法民间一直流传至今。
第四是重视实验。 实验是植物生理学现象验证的过程,是多个知识点的综合应用。实 验还是一个动手过程,动手过程中自然会动脑思考,加深对理论的 理解。此外,实验课课前会有讲解,报告评阅之后会有讲解,也是 一个理解强化的过程。
植物生理学学科形成以前,生产实践中出现了萌芽。 到十七世纪才有了植物生理学的研究。