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生物竞赛南京大学夏令营植物生理学


The ancients do bible, the modern do science
------Dr J Balk

植物生理学
植物在各种环境条件下,生命活动的规 律与机制

周长芳 南京大学生命科学院

经典植物生理学的研究范畴
植物生命活动规律:种子萌发、生长、运动、开花、结

果、衰老、死亡 1. 水分代谢 2. 矿质营养与物质运输 3. 光合作用 4. 呼吸作用 5. 植物激素 6. 光形态建成 7. 生长生理 8. 生殖生理 9. 成熟与衰老生理 10. 逆境与抗性生理

一、植物的水分代谢

三、植物的矿质营养与物质运输
植物必须的矿质元素 ? 缺素诊断 ? 燃烧分析(灰分元素)

矿质元素进入细胞 及其在植物体内的运输途径

二 、 植 物 的 光 合 生 理

? 为地球上绝大多数生命(植物、动物、人类)提 供能量 ? 为动物、人类提供O2 ? 维持地球的CO2 平衡

h?

h?

外 围 为 天 线 色 素

A P D

光 合 单 位

A P —— 作用中心色素( P ),原初电 D 子供体(D)和原初电子受体(A)

植物C代谢途径
CAM

C3

C3-C4

Picture by Rowan F. Sage July 2007

C4
Boquillas Sand Dunes Big Bend, Texas USA

C3途径

C4 途径

CAM途径

Rubisco from plants, algae and cyanobacteria: L8S8

Small (S)
Active site is at the interface of L subunits

Large (L)

四、植物的呼吸作用

五 、 植 物 激 素

-------C Darwin& F Darwin, 1880,The power of movement in plant

植物组织培养
? 原理:细胞的全能性

植物组织培养技术的应用
? ? ? ? ? ? 大规模速培观赏花卉 经济物种的扩繁与推广 珍惜濒危物种的保育 选育新品种 为科研提供素材 特殊代谢产物的工厂化生产

组织培养技术的应用

Plants needed
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 芦苇Phragmites communis Trin. 穗花狐尾藻Myriophyllum spicatum L. 菹草Potamogeton crispus L. 金鱼藻Ceratophyllum demersum L. 黑藻Hydrilla verticillata (L. f.) Royle 苦草Vallisneria natans (Lour.) Hara 细果野菱T. maximowiczii Korsh. 莼菜Brasenia schreheri J. F. Gmel. 莲Nelumbo nucifera Gaertn. 芡Euryale ferox Salisb. 慈姑S. trifolia L. var. sinensis (Sims) Makino 水车前Ottelia alismoides (L.) Pers.

Strategies for vegetation recovering

Natural donation

Artificial propagation

Efficiency of tissue culture method in preparing seedlings
15 m2 tissue culture room+50 m2 acclimation pond More than 125,000 seedlings in 7 weeks (20 d for shoot regeneration + 15 d for root induction + 12 d for further acclimation ) m2 Covered more than 20,000 sediments (with usual density of 5 ind. m-2).

组 织 培 养 技 术 的 应 用

六、植物的光形态建成

七、植物生长、生殖、成熟及衰老

植物开花的三个重要阶段: ? 幼年期 ? 春化作用 ? 光周期

八、逆境与抗性生理
? 短期胁迫与应激反应 自由基、脯氨酸、甜菜碱、脱落酸 ? 长期胁迫与适应: 形态学适应与特殊生理机制

植物对特殊环境的适应

著名植物生理学研究机构及

我国当前与古代植物生理学研究情况

Department of Plant Sciences
? The photosynthetic reactions are crucial for plant metabolism and productivity, and for maintenance of the biosphere. Photosynthesis is studied at the levels of plastid biology, plant cell architecture and gas exchange and leaf dynamics in an ecological context. In addition, other metabolic pathways are genetically dissected and the structure and function of enzymes is being determined.

Herbarium

Botanic Garden
Rock Garden Glasshouses Systematics Beds Winter Garden Dry Garden Fen Display The tree collection Woodland Garden

Plant Growth Facility
? ? This building for the Department of Plant Sciences is located within the Cambridge University Botanic Garden. The building provides the ability to grow plants under carefully controlled environment conditions, with opportunities to alter light, temperature and humidity levels. The building uses laminated timber arches as its primary structure supporting a stainless steel clad roof and curved timber walls. These enclose two large column free halls which contain the climate controlled chambers used in researching plant growth. One hall is for healthy plants and the other for pathogen infected material. The area for pathogeninfected material is accessed through an airlock and two of the plant growth rooms are specially designed for material requiring quarantine conditions. The whole facility meets strict regulations set by DEFRA and the Health and Safety Executive (HSE).

?

at Stanford

我国古代植物生理学(农学)的研究与应用
? “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”——晋代郭义恭:《广志》 ? ? “苗茂而实不坚”——宋代陈旉:《农书》 ? “(白杨)出生三年,不用采叶,尤忌捋心,捋心则科茹 不长”——北魏贾思勰:《齐民要术》

? “种,伤湿、郁,热则生虫…曝使极燥”——西汉汜胜: 《汜胜之书》

中国科学院上海生命科学研究院 植物生理生态研究所
? 实验室和中心 植物分子遗传国家重点实验室、光合作用实验室、环境生物学和分子生态学实验 室、合成生物学重点实验室以及国家基因研究中心等。

?

重点研究领域 功能基因组学:水稻、拟南芥、棉花、油菜等重要生物学和经济性状基因的定位 及克隆,基因表达谱和功能分析,转录因子及基因表达调控机制,细胞分化和模式建 成,突变群体的构建,家蚕功能基因组学。 分子生理与生物化学:光合作用机构运转及其调节控制,植物重要生理过程的信 号传导,植物激素作用机理,共生固氮的分子机理,抗病抗逆的关键调控因子,植物、 微生物的次生代谢调控,代谢组学。 环境生物学和分子生态学:植物-昆虫-微生物间的相互作用,植物和昆虫对环境 的适应机制,昆虫系统学与协同进化,现代农业,空间生物学。 工业生物技术:抗生素生物合成,纤维素利用,丙酮丁醇发酵技术,生物制氢, 植物遗传转化技术,优质抗逆农作物基因工程育种,植物生物反应器等。

中国农业大学 植物生理学与生物化学国家重点实验室
围绕“作物抗逆、高效的生理及分子基础”的总体研究 目标,设立五个研究方向: ? ? 植物响应非生物逆境胁迫的细胞信号转导分子机制 植物细胞骨架结构与功能的细胞与分子基础

? 植物生长发育与器官分化的调控机理 ? 植物应答非生物逆境的基因表达调控机理 ? 植物水分、养分高效利用的生理及分子生物学遗传机制


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