《植物生理学》教学大纲 学时：54 学分：3 面向专业：植物生产类本科各专业 实验学时：27 大纲执笔人：张元湖 董新纯 大纲审定人：孟庆伟 一、说明 1、 课程的性质、地位和任务 植物生理学是研究植物生命活动规律的科学。是生命科学主要学科之一，也是植物生产 类各专业的重要专业基础课。绿色植物的生命活动是地球上一切有机物质的根本来源，是太 阳能生物利用的主要途径，并为人类及其它生命活动提供了氧气。所以，高等绿色植物是植 物生理学研究的主要对象，其生命活动是它研究的核心问题和主要内容。在了解植物生命活 动的基本规律后对植物的生长发育进行有效地控制以满足人类的需求。 2、 课程教学的基本要求 本大纲适用于植物生产类本科各专业。教学总时数为 54 学时( 实验部分由植物生理实验 课开) 。本课程宜安排在学生学完植物学、有机化学、生物化学等有关基础课程之后的第二 学年下学期，内容上注意与中学生物学和大学生物化学、农业化学等课程内容的衔接与分 工，避免不必要的重复。课程教学应力求使学生弄清基本概念，熟练掌握基本内容，了解 植物生命活动的复杂性和整体性。在要求学生掌握基本概念的基础上，应当结合各专业特 点，理论联系实践引导学生学会分析问题和解决问题，努力克服死记硬背个别名词概念和 条文的学习方法。教学方法上，应贯彻少而精、启发式和形象化原则，通过实物、挂图、 幻灯、录像、多媒体、课堂演示及课外实验等多种途径加深学生的印象，提高教学效果。 授课教师除应吃透教材内容外，还应广泛阅读有关参考材料、注意本学科的发展，随时修 改教材中业已过时的内容。并及时介绍生命科学的一些重要进展。 课堂教学中以李德全、高辉远主编的《植物生理学》 (中国农业科技出版社， 2004)为中 文主要教材，以 Taiz 和 Zeiger 主编的“Plant Physiology －2nd ed”(1998) 为英文版主教材； 以李合生、孟庆伟等编著的《现代植物生理学》（高等教育出版社， 2002），王忠主编的《植 物生理学》( 中国农业出版社，2001) 和潘瑞炽、董愚得编著的《植物生理学》第四版( 高等 教育出版社，2001 年) 为参考教材，按照本大纲的内容进行教学。 3、 课程教学改革 近年来，国内外出版的植物生理学教材共同的特点是将植物生理与分子生物学、信号 转导等内容引入了教材中，增加 3 学时。 二、大纲内容 绪论（1 学时） 植物生理学的定义：研究植物生命活动规律的科学。植物生命活动的概念，营养与代 谢，生长与发育，适应与变异。植物生理学的重要内容。植物生理学的任务，了解植物和 利用植物。植物生理学为农业生产服务，为我国农业现代化服务。植物生理学的学习方法： 辩证唯物主义的观点，实践的观点，进化的观点。结合教学对学生提出具体的要求。 第一章：植物的水分代谢（6 学时） 第一节：水在植物生命活动中的重要性 水对植物生命活动及在农业生产中的重要性。 水是宝贵的自然资源；水资源的匮乏与 水质保护。植物水分代谢的概念，水的吸收、运转与散失；研究植物水分生理的意义。水 在植物体内的存在状态：自由水、束缚水及其与生命活动的关系。水的生理作用。 第二节：植物细胞对水分的吸收 吸涨作用，吸水的重要方式。水势的物理化学概念；扩散与渗透；植物细胞是一个渗 透系统；植物细胞水势的组成及其相互关系；细胞间水分的移动。水势与“土壤一植物一 大气连续系统”的概念。植物体水分平衡。 第三节：植物根系对水分的吸收 根系吸水的主要部位，根系吸水的动力，主动吸水的动力一一根压及其产生的机理； 被动吸水的动力一蒸腾拉力。影响吸水的外界条件。 第四节：植物的蒸腾作用 蒸腾作用的概念及其生理意义；蒸腾作用的表示方法。蒸腾作用的方式一一气孔蒸腾 与角质蒸腾。蒸腾作用的气孔调节，小孔扩散作用；气孔运动的机理，淀粉一一糖互变学 说，钾离子学说和苹果酸代谢学说；膜片钳技术；细胞骨架与气孔运动。影响气孔运动的 因素。蒸腾作用的途径，蒸腾作用动力与阻力的分析。影响蒸腾的外界条件及内部因素； 蒸腾作用的人工调节。 第五节：植物体内水分的向上运输 植物体内水分的运输，水分运输的途径与速度，共质体运输与质外体运输。水分沿导 管上升的动力，内聚力学说。 第六节 合理灌溉的生理基础 合理灌溉的生理基础。合理灌溉增产的原因。水分利用效率机作物的需水规律。合理 灌溉的指标。节水灌溉：喷灌与滴灌及其效益。节水农业与早作农业。 本章重点、难点：1 ． 水势及植物细胞对水分的吸收 2． 根压及其产生的机理 3． 气孔运动的机理 建议教学方法：贯彻少而精、启发式和形象化原则，通过幻灯、录像、多媒体等途径 加深学生的印象，提高教学效果。 思考题：1 ． 利用质壁分离现象可以解决哪些问题？ 2． 简述气孔开闭的机理。 3． 植物主动吸水的机理。 第二章 植物的矿质营养（5 学时） 第一节：植物必需的矿质元素。 植物体内的元素，植物的必需的矿质元素和确定方法，植物必需元素的生理功能及缺 素症，植物缺素的诊断，植物的有益元素和有害元素。必需元素的意义。 第二节：植物体对矿质元素的吸收及运转 根系吸收矿质元素的特点，植物细胞膜与离子跨膜运转，离子跨细胞膜的运输机制。 第三节：植物根系吸收矿质元素的过程 根系吸收矿质元素的区域，根系吸收矿质元素的过程，影响根系吸收矿质元素的因素， 植物地上部对矿质元素的吸收，矿质元素在植物体内的运输与分配。 第四节：植物的氮素同化 植物的氮源，硝酸盐的还原，亚硝酸的还原，氨态氮的同化。 第五节：合理施肥的生理基础 施肥增产的生理原因一一改善光合性能、调节有机营养、改善生态条件。作物的需肥规 律。合理施肥的指标。提高肥效的措施。 本章重点、难点：1 ． 植物细胞对矿质元素的主动吸收 2． 植物吸收矿质元素的特点 3． 硝酸盐的还原 建议教学方法：贯彻少而精、启发式和形象化原则，通过幻灯、录像、多媒体等途径 加深学生的印象，提高教学效果。 思考题：1． 植物细胞吸收矿质元素的方式有哪些？ 2． 设计两个实验，证明根系吸收矿质元素是主动的生理过程。 3． 简述植物吸收矿质元素的特点。 第三章 植物的光合作用（12 学时） 光合作用的概念及其重要性。光合作用的早期研究。 第一节：叶绿体和叶绿体色素 叶绿体的结构及成分。叶绿体色素的种类、化学结构及其在叶绿体内的排列。叶绿体色 素的光学特性一一吸收光谱、荧光与磷光现象。叶绿素的生物合成，影响叶绿素形成的条件。 第二节：光合作用的机理 光合作用机理概述。光反应和暗反应的概念及发现。光合作用的三大步骤一一光能的吸 收与运转、电子传递与光合磷酸化、碳的同化。光合作用中能量和物质的转变。 原初反应的性质、特点及其反应方程，光合作用单位的概念。电子传递与光合磷酸化， 两个光系统的发现与特点，希尔反应与氧的释放，光合链(Z 链) 与电子传递，光合磷酸化作 用及其类型，同化力的形成，ATP 酶。 CO 2 的同化、C 3 途径、C 4 途径、景天酸代谢(CAM 途径) 、光合作用的产物。 第三节：光呼吸 光呼吸及其测定方法。光呼吸的生化历程， C 2 循环。光呼吸的生物学意义。C 3 、 C 4 与 CAM植物光合作用的比较：叶片解剖结构、碳同化效率、光呼吸、水分利用效率。 C 4 与CAM 植物的适应意义，C 3 —C 4 中间型植物。 第四节：影响光合作用的因素 外界条件对光合速率的影响。光强与光合速率，需光量曲线( 光一光合曲线) ，光补偿点 与光饱和点。阳性植物与阴性植物。光质对光合作用的影响。 C0 2 及 O 2 浓度与光合速率， CO 2 饱和点和CO 2 补偿点， CO 2 扩散阻力的分析，光合作用的气孔限制与非气孔限制。温度、 矿质元素、水分状况对光合速率的影响。不同外界因素的相互作用，利用限制因子的概念 分析光合作用与外界环境条件的关系。光合日变化及光合午休。光抑制与破坏防御及影响 因素。 第五节：光合作用与作物生产 植物对光能的利用。光能利用率的概念及其计算，光能利用率的理论值与农业生产中的 实际值。光能利用率低的原因。改善光合性能是提高光能利用率增加产量的根本途径，作物 光合性能的概念，光合性能分析。 本章重点、难点：1 ． 光合作用的机理 2． 外界条件对光合速率的影响 3． C 3 、C 4 与CAM 植物光合作用的比较 建议教学方法：贯彻少而精、启发式和形象化原则，通过幻灯、录像、多媒体等途径 加深学生的印象，提高教学效果。 思考题：1． 光合作用的全过程大致分为哪三大步骤? 2． 光合磷酸化有几个类型?其电子传递有什么特点? 3． C4植物比C 3植物哪个光呼吸低?是什么原因造成的？ 第四章 植物的呼吸作用（2 学时） 第一节：呼吸作用概述 呼吸作用的概念及其生理意义。 第六节：影响呼吸作用的内外因素 第七节：呼吸作用与农业生产 与作物栽培、粮食及果疏等农产品贮藏，与作物抗病的关系。 本章重点、难点：1 ． 果实呼吸跃变 2． 外界条件对呼吸速率的影响 建议教学方法：贯彻少而精、启发式和形象化原则，通过幻灯、录像、多媒体等途径 加深学生的印象，提高教学效果。 思考题：1． 果实呼吸跃变的原因是什么？果实贮藏过程中可以采取哪些措施来调节呼 吸跃变？ 2． 外界条件对呼吸速率的影响 第五章 植物体内同化物的运输分配及信号转导 (6 学时) 第一节：有机物运输的概况 植物体内有机物的运输与分配，运输的途径、方向、速度与形式。 第二节：有机物运输的机理 有机物在源端的装载，有机物在库端的卸出，有机物运输的动力。压力流动学说；收 缩蛋白学说；细胞质泵动学说。 第三节：有机物的分配 有机物的分配的方向、特点，生长中心及其转移，“源”与“库”的概念及其相互关系。 影响有机物分配的内部因素，有机物分配与产量形成。 第四节：有机物运输与分配的调控 影响有机物运输与分配的因素及调控。代谢调节，激素调节，环境因素对同化物运输 的影响。 第五节： 植物体内的信号转导 细胞信号转导的概念，参与细胞信号转导的主要因子。化学信号，物理信号，胞间信 号的传递。受体，光信号受体、激素受体、植物细胞受体样激酶，受体与信号的感受； G 蛋 白。钙信号系统，肌醇磷脂信号系统，环核苷酸信号系统，蛋白质的磷酸化与去磷酸化。 本章重点、难点：1 ． 有机物在源端的装载机理 2． 压力流动学说 3． “源”与“库”的概念及其相互关系 4． 跨膜信号的转换 5． 胞内信号转导 建议教学方法：贯彻少而精、启发式和形象化原则，通过幻灯、录像、多媒体等途径 加深学生的印象，提高教学效果。 思考题：1． 有机物质是如何装入韧皮部的？ 2． 何谓压力流动学说？实验依据是什么？ 3． 有机物质的分配与产量的关系如何？ 4． G 蛋白参与的细胞信号转导的作用机制 5． 胞内信号转导因子的作用机制 第六章：植物生长物质（5 学时） 植物生长物质、植物激素、植物生长调节剂的概念，植物激素的作用特点。 第一节：生长素类 生长素的发现与生物鉴定，生长素在植物体内的分布、运输、合成和代谢，生长素的 生理效应与作用机理，人工合成的类似生长素物质及其作用。 第二节：赤霉素类 赤霉素的发现、结构和分布，赤霉素的生物合成和代谢，赤霉素的生理效应、作用机 理及在生产中的应用。 第三节：细胞分裂素类 细胞分裂的发现、结构与分布，细胞分裂素的作用方式，细胞分裂素的生物合成与代 谢，细胞分裂素的生理作用和应用。 第四节：脱落酸 脱落酸的发现、结构与分布，脱落酸的作用方式，脱落酸的生物合成与代谢，脱落酸 的生理功能和应用。 第五节：乙烯 乙烯的发现与分布，乙烯的结构与生物合成，影响乙烯合成的因素，乙烯的生理作用 和作用方式。 第六节：植物激素间的相互关系 植物激素生理效应的比较及其相互关系。着重介绍生长素与赤霉素、生长素与细胞分裂 素、生长素与乙烯、赤霉素与脱落酸等的相互关系。 第七节：其它植物生长物质 油菜素内酯、茉莉酸、水杨酸、多胺等的性质、生理效应、应用、可能的作用机理。 第八节： 植物生长调节剂 生产中常用的生长促进剂、生长抑制剂、生长延缓剂、乙烯利的种类、生理作用及其 应用。 本章重点、难点：1 ．各种激素的生理效应与作用机理 2．各种激素的生物合成与代谢 建议教学方法： 采用多媒体教学，对于各类植物生长物质的结构、生物合成与代谢、 作用机理多用形象而生动的实际结构式投影或动画表示。 思考题：1 ．五大类激素的生理效应及作用机理。 2．除五大类激素外的植物生长物质的生理效应。 第七章：植物的生长生理（4 学时） 第一节：细胞的生长与分化 细胞分裂的生理。细胞伸长的生理。细胞分化的生理，细胞全能性与极性的概念。植 物组织培养的概念与原理、组织培养的形式和培养条件，脱分化和再分化，培养基，组织 培养的应用。 第二节：植物的生长 种子的萌发，影响种子萌发的外界条件，种子萌发的生理生化变化。植株的生长，植 物分生组织与植物生长的关系，根系的生长分化，茎的生长分化，叶的生长分化。植物生 长的周期性。 第三节：植物生长的相关性 地上部分与地下部分的相关，主茎生长与侧枝生长的相关，营养生长与生殖生长的相 关。 第四节：植物生长的环境效应 植物它感作用的概念，它感作用对植物生长和分布的影响，它感化合物。光形态建成 现象，光敏受体，蓝光反应。温度对植物生长的影响，生长最适温度与生长协调最适温度。 水分、机械刺激等对植物生长的影响。 第五节：植物的运动（不讲） 向光性，向重力性，向化性。感夜性，感温性，感震性。生理钟。 本章重点、难点：1 ．细胞全能性与植物组织培养 2．植物生长的相关性 3．光、温等环境条件与植物生长的关系 建议教学方法：采用启发式与形象化教学相结合。 思考题：1 ．植物组织培养的意义与内容 2．植物生长相关性的表现与机理 3．光对植物生长的重要意义 第八章 植物的生殖生理（4 学时） 高等植物的生活周期，一年生与多年生、一次结实与多次结实植物，幼年期与花熟状 态的概念。 第一节：春化作用与成化诱导 低温对花诱导的影响——春化作用，作物对春化作用要求的类型。春化作用进行的时 期和部位。春化作用的生理基础及机理。春化作用的应用。 第二节：光周期现象与成化诱导 光周期现象的发现，植物对光周期反应的类型——长日植物、短日植物和日中性植物， 光周期反应类型与地理起源的关系。光周期诱导的机理。光敏素在光周期诱导中的作用，光 敏素的性质及作用机理。光周期理论的应用。 第三节：花器官形成和性别表现 成花决定态，花器官形成的生理。性别分化与表达，性别表现，性别分化的调控。 第四节：授粉受精生理 花粉的寿命与贮存。花粉与柱头的识别，识别蛋白的作用。传粉与受精引起的代谢变化。 外界条件对传粉受精的影响。单性结实现象。 本章重点、难点：1 ．春化作用及生理基础 2．植物的光周期反应类型及光周期诱导的机理 3．光敏素的性质与作用机理 建议教学方法：采用多媒体 思考题：1 ．春化作用的生理基础 2．光周期诱导的机理 3．光敏素的性质及其在成花诱导中的重要作用 第九章 植物的成熟与衰老生理（4 学时） 第一节：种子和果实的成熟 种子成熟时的生理生化变化。淀粉、脂肪、蛋白质等营养物质的积累动态。呼吸速 率的变化、植物内源激素的变化动态。环境条件对种子成熟过程和化学成分的影响。 果实成熟时的生理变化。呼吸跃变及其与乙烯的关系。果实成熟时的生理生化变化 与果实品质。 第二节：植物的休眠生理 种子和延存器官的休眠。种子休眠的原因。块茎、鳞茎的休眠。休眠期的人工调节。 第三节：植物的衰老生理 植物的衰老与器官的脱落。衰老的本质，衰老期间细胞内物质的解体与外运。影响 衰老的因素。衰老的机理，营养亏缺学说、激素平衡学说、差误理论、自由基伤害学说。 第四节：器官脱落的生理 离层细胞的解体与器官脱落。内源激素状况与脱落的关系。影响脱落的因素，脱落 的促进与延迟。 本章重点、难点：1 ．果实成熟的生理 2．衰老的机理 建议教学方法：采用多媒体 思考题：1 ．种子中主要的贮藏物质及它们的合成与积累特点 2．肉质果实成熟期间的生理生化变化 3．植物衰老的机理 第十章 植物的逆境生理（5 学时） 逆境与逆境生理的概念。胁迫与胁变、直接伤害与间接伤害，御性与耐性。逆境生理 的研究方法。 第一节：植物抗寒性 结冰伤害的类型－细胞外结冰与细胞内结冰。结冰伤害的性质：硫氨基假说，膜伤害 理论。植物对冷害的适应－抗冻锻炼，抗冻锻炼过程中的生理生化变化。 零上低温的危害－冷害。冷害过程的生理生化。冷害的机理－膜相变与代谢紊乱理论。 影响冷害的内外条件。 第二节：植物的抗旱性 植物的旱害和抗旱性。干早对植物的伤害，干早致死的原因－机械伤害学说，硫氢基 假说。作物抗旱性的类型－御旱性与耐旱性。作物抗旱性提高。 第三节：植物的抗盐性 盐分过多对植物的伤害。盐生植物与甜土植物，盐生植物类型及其适应方式。作物的 耐盐性及其提高的途径。 第四节：植物抗逆的生理生化基础 植物适应与抵抗逆境的共同生理生化基础。生物膜与抗逆性；渗透调节作用；氧化胁 迫与抗氧化能力，活性氧种类及活性氧清除系统； ABA 等植物激素的调节作用；逆境蛋白 的产生及作用；植物的交叉适应；光合碳代谢途径转变与植物抗逆性。 本章重点、难点：1 ．冻害与冷害的机理 2．抗逆的生理生化基础 建议教学方法：采用多媒体 思考题：1 ．抗寒锻炼提高植物抗寒性的原因 2．生物膜、渗透调节、ABA 、逆境蛋白等与植物抗逆的关系