2022年医学专题—植物的生长生理.ppt

第八章 植物的生长(shngzhng)生理,第一节 生长、分化和发育(fy)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,第一页，共九十一页。,重点(zhngdin),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(n un)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(jbn)原理和基本(jbn)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,第二页，共九十一页。,营养器官生长(时间较长)-生殖器官形成和发育-影响(yngxing)产量(收获物),1.植物生长（plant growth）:植物在体积和重量上的不可逆增加(zngji)过程。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。,第一节 生长、分化和发育(fy)的概念,营养生长（vegetative growth）生殖生长（reproductive growth）,第三页，共九十一页。,2.分化(fnhu)（differentation）:,分生组织细胞在分裂中，不仅有量变，而且产生质变(zhbin)，共同来源于一个分子或单个细胞的那些（在外表上）遗传特性相同的细胞在形态上，生理生化上机能上异质性的表现,细胞分化-指形成不同形态和不同功能(gngnng)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、保护组织和分泌组织，进而形成营养器官和生殖器官。,第四页，共九十一页。,3.发育(fy)（development）:,生物组织、器官或整体形态结构和功能上的有序变化过程-在形态学上常叫形态发生Morphogenesis。包括胚胎建成、营养体建成，生殖体建成三个阶段。特点 时间上的严格(yng)顺序 空间上的协调,叶片(ypin)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,第五页，共九十一页。,4.生长、分化(fnhu)和发育的关系,三者关系密切，有时交叉或重叠。生长(shngzhng)-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(jch)上进行；同时生长和分化受发育的制约。,第六页，共九十一页。,细胞分裂使细胞数目增多；生长使体积(tj)扩大。,一、细胞伸长(shn chn)的生理,植物(zhw)细胞的生长：,分裂期（慢）,伸长期（快）,分化期（慢）,细胞壁的可塑性增加；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。,第二节 细胞的生长和分化的控制,第七页，共九十一页。,二、细胞分化(fnhu)的生理,分化机制不十分清楚(qng chu)，但与植物激素和营养成分有关。,CTK/IAA比值高，促进芽的分化；CTK/IAA 比值低，促进根的分化；CTK/IAA 中等(zhngdng)，只生长不分化。,IAA/GA比值高，分化木质部；IAA/GA比值低，分化韧皮部；IAA/GA比值中等，既有木质部又有韧皮部。,蔗糖浓度高，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。,第八页，共九十一页。,极性与再生(zishng)作用,植物细胞分化具一定独立性，主要表现为极性与再生(zishng)作用。,极性（polarity）：表现在植物的器官、组织或细胞的形态学两端在生理(shngl)上的差异性（异质性）。例如植物的形态学上端总是长芽，下端总是长根。,再生作用（regeneration）：指与植物体分离了的部分具有恢复其余部分的能力。,第九页，共九十一页。,（一）组织培养的（tissue culture）概念(ginin)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(yj)原生质体和花药等，在人工控制的培养基上培养，使其生长、分化以及(yj)形成完整植株的技术。,理论基础(jch)：细胞的全能性；植物激素,所谓细胞全能性（totipotency）是指植物体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。,萱草,第三节 植物的组织培养,第十页，共九十一页。,1902年德国的G.Haberlandt提出植物体细胞有再生完整植株的可能性。1934年美国的White等建立番茄根尖无性繁殖系。20世纪40年代末崔等诱导烟草组织培养形成芽和完整植株。1958年Steward和Reinert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。1960年 Cocking等用番茄幼根原生质体获得成功。1964年 Guha等从曼陀罗花药中得到了单倍体植株。1971年Takebe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质体培养中相继成功地获得了它们的再生植株。1972年Carlson等通过两个(lin)烟草品种之间原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。1978年Melchers等首次获得了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种“Potamato”。进入20世纪80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。,组织培养的历史(lsh),第十一页，共九十一页。,（二）外植体的选择及培养(piyng)程序,外值体（explant）：从植物体上分离下来的被培养(piyng)的植物器官、组织、细胞团等。,不同外植体要求培养条件(tiojin)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。,组织培养程序：,选取外植体（消毒）,培养基制备（灭菌）,接种（无菌操作）,在控制光、温、湿的条件下培养,小苗移栽,第十二页，共九十一页。,（三）组织培养的形式(xngsh)和培养条件,1.胚胎培养（胚乳(pi r)，胚珠，子房）2.器官培养（根，茎，叶）3.组织培养（分生，愈伤，形成层）4.细胞培养（单，多）5.花药培养6.原生质体培养等,根据培养过程(guchng):初代培养、继代培养；,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。,外植体不同,第十三页，共九十一页。,意义：1.可以研究外植体在不受其它部分干扰(gnro)的情况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，以解决理论上和生产上的问题。优点：1、取材少 2、人为控制条件 3、周期短 4、管理方便，利于自动化。,组培意义(yy)与优点,第十四页，共九十一页。,（四）脱分化(fnhu)（dedifferentiation）与再分化,脱分化-已分化细胞失去原有的形态(xngti)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。,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组织(zzh)结构的细胞的过程。,植物体 外植体 愈伤组织 组织、器官、植株,分离,脱分化,再分化,诱导愈伤组织时加入2,4-D，诱导分化时加入IAA和激动素,第十五页，共九十一页。,（五）培养基,基本(jbn)成分,无机(wj)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(shntu)势的作用。,维生素：硫胺素，烟酸、维生素B6、和肌醇。,生长调节物质：2,4D、NAA、激动素等。,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MS（Murashige-Skoog）培养基。,第十六页，共九十一页。,凝固剂：琼脂 0.6-1.0%；pH5-6;灭菌:压力0.8-0.9 Kg.cm-2,15-20分钟培养温度：24-28；有的要求昼夜温差，如花、果实，昼温23-25，夜温15-17 光照(gungzho)：1000-3000Lx注意通气,其它(qt)条件：,第十七页，共九十一页。,脱分化(fnhu),再分化(fnhu),第十八页，共九十一页。,（六）组织培养的应用(yngyng),1、植物体的无性快速繁殖及脱毒2、花粉培养(piyng)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,第十九页，共九十一页。,第四节 种子(zhng zi)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(shngl)生化变化过程。,一、概念(ginin)1、种子萌发（seed germination）：,第二十页，共九十一页。,常用标准条件下测得的发芽力表示(biosh)。但测定较慢。,常用快速(kui s)检测方法,组织(zzh)还原法：,活种子有呼吸作用，呼吸作用产生还原力，后者可使氯化三苯基四唑（简称TTC，无色）还原成三苯甲簪（TTF或TPF，红色）。,染色法：,活种子细胞膜不能透过红墨水，胚不染色；,萤光法：,活种子产生的蛋白质、核酸发出荧光。,2、种子生活力（seed viability）,指种子能够萌发的潜在能力或种胚具有的生命力。,第二十一页，共九十一页。,3、种子活力（seed vigor）,种子在田间状态下迅速(xn s)而整齐地萌发并形成健壮幼苗的能力。,种子萌发成苗的能力 对不良环境的忍受力 种子活力与种子的大小(dxio)、成熟度和贮藏条件有关。,第二十二页，共九十一页。,4、种子(zhng zi)寿命（seed longevity）,从种子成熟(chngsh)到失去发芽力的时间。,顽拗性种子（recalcitrant seeds）：不耐脱水和低温，寿命很短，如：热带的可可、芒果种子正常性种子(orthodox seeds)：耐脱水和低温，寿命较长，如：水稻(shudo)、花生,第二十三页，共九十一页。,含水量（%）温度(wnd)（）发芽率（%）7 0.6 85以上 7 21.1 70 70 21.1 0,贮藏(zhcng)条件对棉籽寿命的影响(15年),种子寿命与种子含水量和贮藏温度(wnd)有关。,种子的老化-或称种子劣变,种子成熟后在贮藏过程中，活力逐渐降低。,第二十四页，共九十一页。,二、影响种子萌发(mngf)的外界条件,水分(shufn),温度(wnd),光,1.种皮软化：氧，胚易于突破种皮；,2.凝胶 溶胶状态：代谢，酶活性，可溶性物质,3.促进可溶性物质运输到幼芽、幼根，供呼吸需要或形成新细胞结构有机物；,4.促使束缚态植物激素转化为自由态，调节胚的生长；,5.胚细胞的分裂与伸长离不开水。,不同作物种子吸水量不同,蛋白质种子 淀粉种子,氧气,第二十五页，共九十一页。,二、影响(yngxing)种子萌发的外界条件,水分(shufn),氧气(yngq),温度,光,要求氧量：脂肪较多种子淀粉种子。水稻种子对缺氧有特殊的适应本领。,保证旺盛呼吸，为种子萌发提供能量。,萌发温度，与作物种子原产地有关。,变温条件更有利于种子萌发。,第二十六页，共九十一页。,二、影响种子(zhng zi)萌发的外界条件,水分(shufn),氧气(yngq),温度,光,中光种子：小麦，大豆，棉花等,需暗种子（dark seed）；嫌光种子：西瓜、甜瓜、番茄、洋葱、茄子、苋菜等。,需光种子（light seed）；喜光种子：烟草、莴苣、胡萝卜、桑和拟南芥的种子。,第二十七页，共九十一页。,需光种子萌发受红光（660nm）促进，被远红光（730nm）抑制，在红光下促进萌发的效果(xiogu)可被紧接着的远红光照射所抵消（或逆转）。,光敏素参与(cny)种子萌发的结果。,交替地暴露在红光（R）和远红光（FR）下莴苣(w j)种子萌发百分率,光处理 萌发 R 70R-FR 6R-FR-R 74 R-FR-R-FR 6R-FR-R-FR-R 76R-FR-R-FR-R-FR 7,第二十八页，共九十一页。,三、种子萌发的生理(shngl)生化变化,（一）种子(zhng zi)的吸水,三个阶段(jidu