植物的生长生理.ppt

第八章 植物的生长生理 第一节 生长、分化和发育的概念 第二节 细胞的生长和分化的控制 第三节 植物的组织培养 第四节 种子的萌发 第五节 植株的生长 第六节 植物生长的相关性 第七节 环境因素对生长的影响 第八节 植物的运动 重点 1.概念:生长，分化，极性，组织培养，外植体，脱分化，再分化，生长大周期，生物钟，根冠比，顶端优势，光形态建成，光敏色素，向性运动，感性运动等 2.组培基本原理和基本过程 3.种子萌发基本特点和影响其萌发的外界条件 4.影响根冠比的因素 5.顶端优势在农业生产中的应用 6.影响植物生长的环境因素，尤其是光照 7.光敏色素的性质和其在光形态建成中的作用 8.植物向性运动和感性运动的事例 营养器官生长营养器官生长(时间较长时间较长)-生殖器官形成和发育生殖器官形成和发育-影响产量影响产量(收获物收获物)1.1.植物生长（植物生长（plant growthplant growth）:植物在体积和重量上的不可逆增加过程。植物在体积和重量上的不可逆增加过程。是由细胞分是由细胞分裂、细胞伸长以及原生质体、细胞壁的增长引起的。裂、细胞伸长以及原生质体、细胞壁的增长引起的。第一节 生长、分化和发育的概念 营养生长营养生长（vegetative growthvegetative growth）生殖生长生殖生长（reproductive growthreproductive growth）2.分化（differentation）:分生组织细胞在分裂中，不仅有分生组织细胞在分裂中，不仅有量变量变，而且产生，而且产生质质变变，共同来源于一个分子或单个细胞的那些（在外表上），共同来源于一个分子或单个细胞的那些（在外表上）遗传特性遗传特性相同的细胞相同的细胞在形态在形态上，生理生化上机能上上，生理生化上机能上异质异质性性的表现的表现 细胞分化细胞分化-指形成不同形态和不同功能细胞的过程。指形成不同形态和不同功能细胞的过程。分生细胞可分化成薄壁组织、输导组织、机械组织、分生细胞可分化成薄壁组织、输导组织、机械组织、保护组织和分泌组织，进而形成营养器官和生殖器官。保护组织和分泌组织，进而形成营养器官和生殖器官。3.发育（development）:生物组织、器官或整体形态结构和功能上的生物组织、器官或整体形态结构和功能上的有序有序变变化过程化过程-在形态学上常叫在形态学上常叫形态发生形态发生Morphogenesis。包。包括胚胎建成、营养体建成，生殖体建成三个阶段。括胚胎建成、营养体建成，生殖体建成三个阶段。特点特点 时间上的严格顺序时间上的严格顺序 空间上的协调空间上的协调 叶片的发育 花的发育 根的发育 果实的发育 营养生长 生殖生长 狭义发育 4.生长、分化和发育的关系 三者关系密切，有时交叉或重叠。生长-量变，基础；分化-质变；发育-器官或整体有序的量变和质变 发育在生长，分化基础上进行；同时生长和分化受发育的制约。细胞分裂使细胞数目增多；生长使体积扩大。细胞分裂使细胞数目增多；生长使体积扩大。一、细胞伸长的生理一、细胞伸长的生理 植物细胞的生长：植物细胞的生长：分裂期（慢）分裂期（慢）伸长期（快）伸长期（快）分化期（慢）分化期（慢）细胞壁的细胞壁的可塑性增加可塑性增加；增加细胞壁及原生质的物质成分；吸水。；增加细胞壁及原生质的物质成分；吸水。赤霉素和生长素促进细胞伸长。赤霉素和生长素促进细胞伸长。第二节第二节 细胞的生长和分化的控制细胞的生长和分化的控制 二、细胞分化的生理二、细胞分化的生理 分化机制不十分清楚，但与分化机制不十分清楚，但与植物激素和营养成分植物激素和营养成分有关。有关。CTK/IAA比值高，促进芽的分化；比值高，促进芽的分化；CTK/IAA 比值低，促进比值低，促进根的分化；根的分化；CTK/IAA 中等，只生长不分化。中等，只生长不分化。IAA/GA比值高，分化木质部；比值高，分化木质部；IAA/GA比值低，分化韧皮比值低，分化韧皮部；部；IAA/GA比值中等，既有木质部又有韧皮部。比值中等，既有木质部又有韧皮部。蔗糖蔗糖浓度高，分化韧皮部；蔗糖浓度低，分化木质部；蔗浓度高，分化韧皮部；蔗糖浓度低，分化木质部；蔗糖浓度中等，既有韧皮部，又有木质部，中间有形成层。糖浓度中等，既有韧皮部，又有木质部，中间有形成层。极性与再生作用极性与再生作用 植物细胞分化具一定独立性，植物细胞分化具一定独立性，主要表现为极性与再生作用。主要表现为极性与再生作用。极性极性（polarity）：表现在植物）：表现在植物的器官、组织或细胞的形态学的器官、组织或细胞的形态学两端在生理上的两端在生理上的差异性差异性（异质（异质性）。例如植物的形态学上端性）。例如植物的形态学上端总是长芽，下端总是长根。总是长芽，下端总是长根。再生作用再生作用（regeneration）：）：指与植物体分离了的部分具有指与植物体分离了的部分具有恢复其余部分的能力。恢复其余部分的能力。（一）组织培养的（一）组织培养的（tissue culture）概念及理论基础）概念及理论基础 指在无菌条件下，将离体的植物器官、组织、细胞以及原指在无菌条件下，将离体的植物器官、组织、细胞以及原生质体和花药等，在人工控制的培养基上培养，使其生长、分生质体和花药等，在人工控制的培养基上培养，使其生长、分化以及形成完整植株的技术。化以及形成完整植株的技术。理论基础：理论基础：细胞的全能性细胞的全能性；植物激素植物激素 所谓细胞全能性所谓细胞全能性（totipotency）是指植物体）是指植物体的每个细胞携带着一套完整的基因组，并具的每个细胞携带着一套完整的基因组，并具有发育成完整植株的潜在能力。有发育成完整植株的潜在能力。萱草 第三节第三节 植物的组织培养植物的组织培养 19021902年德国的年德国的G.HaberlandtG.Haberlandt提出植物体细胞有再生完整植提出植物体细胞有再生完整植株的可能性。株的可能性。19341934年美国的年美国的WhiteWhite等建立番茄根尖无性繁殖系。等建立番茄根尖无性繁殖系。2020世纪世纪4040年代末崔等诱导烟草组织培养形成芽和完整植株。年代末崔等诱导烟草组织培养形成芽和完整植株。19581958年年StewardSteward和和ReinertReinert用胡萝卜根的愈伤组织诱导成了用胡萝卜根的愈伤组织诱导成了体细胞胚，并进而获得了完整植株。体细胞胚，并进而获得了完整植株。19601960年年 CockingCocking等用番茄幼根原生质体获得成功。等用番茄幼根原生质体获得成功。19641964年年 GuhaGuha等从曼陀罗花药中得到了单倍体植株。等从曼陀罗花药中得到了单倍体植株。19711971年年TakebeTakebe等用烟草叶肉细胞分离原生质体，并再生植株；等用烟草叶肉细胞分离原生质体，并再生植株；中国学者在水稻、玉米、小麦、高梁和大麦等农作物的原生中国学者在水稻、玉米、小麦、高梁和大麦等农作物的原生质体培养中相继成功地获得了它们的再生植株。质体培养中相继成功地获得了它们的再生植株。19721972年年CarlsonCarlson等通过两个烟草品种之间原生质体的融合，等通过两个烟草品种之间原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。获得了第一个体细胞杂种。19781978年年MelchersMelchers等首次获得了番茄和马铃薯的属间体细胞杂等首次获得了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种种“PotamatoPotamato”。进入进入2020世纪世纪8080年代后，生物工程迅速发展，通过某种途径或年代后，生物工程迅速发展，通过某种途径或技术将外源基因导入植物细胞并使之表达。技术将外源基因导入植物细胞并使之表达。组织培养的历史组织培养的历史（二）外植体的选择及培养程序（二）外植体的选择及培养程序 外值体外值体（explant）：）：从植物体上分离下来的被培养的植物器从植物体上分离下来的被培养的植物器官、组织、细胞团等。官、组织、细胞团等。不同外植体不同外植体要求培养条件有差异，生长与分化表现也不同，要求培养条件有差异，生长与分化表现也不同，如上端取下的外植体容易分化出花芽。如上端取下的外植体容易分化出花芽。组织培养程序：组织培养程序：选取外植体选取外植体 （消毒）（消毒）培养基制备培养基制备（灭菌）（灭菌）接种（无菌操作）接种（无菌操作）在控制光、温、湿的条件下培养在控制光、温、湿的条件下培养 小苗移栽小苗移栽（三）组织培养的形式和培养条件（三）组织培养的形式和培养条件 1.胚胎培养（胚乳，胚珠，子房）胚胎培养（胚乳，胚珠，子房）2.器官培养（根，茎，叶）器官培养（根，茎，叶）3.组织培养（分生，愈伤，形成层）组织培养（分生，愈伤，形成层）4.细胞培养（单，多）细胞培养（单，多）5.花药培养花药培养 6.原生质体培养等原生质体培养等 根据培养过程根据培养过程:初代培养、继代培养；初代培养、继代培养；培养基物理状态：固体培养、液体培养；培养基物理状态：固体培养、液体培养；组织培养条件因外植体与培养条件而异。控制光、温、湿度。组织培养条件因外植体与培养条件而异。控制光、温、湿度。外植体不同外植体不同 意义意义：1.可以研究外植体在不受其它部分干扰的情况可以研究外植体在不受其它部分干扰的情况下的生长和分化规律；下的生长和分化规律；2.可用各种培养条件影响外植体的生长和分化，可用各种培养条件影响外植体的生长和分化，以解决理论上和生产上的问题。以解决理论上和生产上的问题。优点：优点：1、取材少、取材少 2、人为控制条件、人为控制条件 3、周期、周期短短 4、管理方便、管理方便，利于自动化。，利于自动化。组培意义与优点组培意义与优点（四）脱分化（四）脱分化（dedifferentiation）与再分化与再分化 脱分化脱分化-已分化细胞失去原有的形态和机能，形成没有分化的已分化细胞失去原有的形态和机能，形成没有分化的无组织的细胞团或愈伤组织的过程。无组织的细胞团或愈伤组织的过程。再分化再分化：脱分化状态的细胞再度分化形成另一种或几种类型有：脱分化状态的细胞再度分化形成另一种或几种类型有组织结构的细胞的过程。组织结构的细胞的过程。植物体植物体 外植体外植体 愈伤组织愈伤组织 组织、器官、植株组织、器官、植株 分离分离 脱分化脱分化 再分化再分化 诱导愈伤组织时加入诱导愈伤组织时加入2,4-D，诱导分化时加入诱导分化时加入IAA和激动素和激动素（五）培养基（五）培养基 基本基本 成分成分 无机营养物：包括大量元素与微量元素等。无机营养物：包括大量元素与微量元素等。碳源：蔗糖，还可以维持渗透势的作用。碳源：蔗糖，还可以维持渗透势的作用。维生素：硫胺素，烟酸、维生素维生素：硫胺素，烟酸、维生素B6、和肌醇。、和肌醇。生长调节物质：生长调节物质：2,4D、NAA、激动素等。、激动素等。有机附加物：氨基酸、水解蛋白、酵母汁、椰子乳等。有机附加物：氨基酸、水解蛋白、酵母汁、椰子乳等。比较普遍使用的比较普遍使用的MS（Murashige-Skoog）培养基。）培养基。凝固剂凝固剂：琼脂琼脂 0.6-1.0%；pH5-6;灭菌:压力压力0.8-0.9 Kg.cm-2,15-20分钟分钟 培养温度培养温度：24-28；有的要求昼夜温差，；有的要求昼夜温差，如花、果实，昼温如花、果实，昼温23-25，夜温，夜温15-17 光照光照：1000-3000Lx 注意通气注意通气 其它条件其它条件：脱分化 再分化 （六）组织培养的应用 1、植物体的无性快速繁殖及脱毒 2、花粉培养和单倍体育种 3、人工种子 4、药用植物的工厂化生产 5、原生质体培养和体细胞杂交 第四节 种子的萌发 种子萌发：种子吸水到胚根突破种皮（或播种到幼苗出土）之间所发生的一系列生理生化变化过程。一、概念 1、种子萌发（seed germination）：常用标准条件下测得的发芽力表示。但测定较慢。常用标准条件下测得的发芽力表示。但测定较慢。常用快速检测方法常用快