植物生理學(xué)植物的生長生理

植物生理學(xué)植物的生長生理植物得發(fā)育在時間上有嚴格得順序,如種子發(fā)芽,幼苗生長,開花結(jié)實,衰老死亡,都按一定得時間、順序發(fā)生。發(fā)育在空間上也有巧妙得布局,比如莖上葉原基得分布有一定得規(guī)律,形成葉序,花形成花序。植物有序得生長發(fā)育過程叫做生活史(lifecycle)或生活周期。休眠芽衰老脫落休眠次生生長初生生長發(fā)芽成熟開花種子發(fā)育抽芽種子植物得生活周期第一節(jié)種子得萌發(fā)一、種子萌發(fā)得概念

種子萌發(fā)(seedgermination)就是指種子從吸水到胚根突破種皮期間所發(fā)生得一系列生理生化變化得過程。一般以種子得胚根突破種皮作為種子萌發(fā)得標志。二、種子得壽命和活力1種子得壽命

種子得壽命(longevity):指種子從完全成熟到喪失生活力(或死亡)所經(jīng)歷得時間。根據(jù)種子壽命得長短分為以下幾類:短命種子:幾小時～幾周。如:楊(幾周)、柳(12h)。中命種子:幾年～幾十年。多數(shù)栽培作物。長命種子:百年～千年,蓮花。種子壽命得種子壽命得長短主要就是由遺傳基因決定得,但也受環(huán)境因素和貯藏條件得影響。一般種子貯藏在低溫、干燥、乏氧條件下,降低種子得呼吸速率,延長種子壽命。鄭光華先生提出“超干種子保存法”。根據(jù)植物種子貯藏條件得特點,將種子分為正常性種子和頑拗性種子。正常性種子耐脫水性很強,耐低溫貯藏,壽命較長,大多數(shù)植物種子屬于這一類型。頑拗性種子就是不耐脫水干燥,也不耐低溫貯藏,壽命較短。產(chǎn)生頑拗性種子得植物主要有兩大類:(1)原產(chǎn)于熱帶或亞熱帶地區(qū)得許多果樹,如椰子、荔枝、龍眼、芒果等;(2)一些水生草本植物,如水浮蓮、茭白、菱等。種子就是否耐脫水與LEA蛋白基因得表達有關(guān)。這一基因在種子發(fā)育晚期表達,其產(chǎn)物被稱為胚胎發(fā)育晚期豐富蛋白(lateembryogenesisabundantprotein,LEA)。10大家應(yīng)該也有點累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流LEA蛋白得特點就是具有很高得親水性和熱穩(wěn)定性。LEA蛋白在種子成熟脫水過程中大量表達,在正常種子中含量很高,如在棉花成熟種子中,約占貯藏性蛋白得30%,起到保護細胞免受傷害得作用。2種子得生活力和活力種子生活力(seedviability)就是指種子能夠萌發(fā)得潛在能力或胚具有得生命力,一般指種子得發(fā)芽力。種子活力(seedvigor)就是指種子在田間狀態(tài)下迅速而整齊地萌發(fā)并形成健壯幼苗得能力?？梢杂没盍χ笖?shù)(Vi)表示。(1)種子發(fā)芽力指種子在適宜得條件下發(fā)芽并長出正常幼苗得能力,通常用種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率來表示。一般以芽長超過種子長度得1/2為發(fā)芽標準。國家規(guī)定作物種子得發(fā)芽率要在85%以上,低于85%不得出售。目前我國還沒有對各種種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢得測定天數(shù)做出全面統(tǒng)一得規(guī)定。發(fā)芽率=發(fā)芽7d全部正常發(fā)芽得種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%發(fā)芽勢=發(fā)芽3d正常得發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%(2)種子活力種子活力可以用活力指數(shù)(VI)和發(fā)芽指數(shù)(GI)表示。發(fā)芽指數(shù)(GI)=ΣGt/Dt活力指數(shù)Vi=S

Gt/Dt。S為幼苗生長勢(如地上部分或根得平均鮮重),Gt在時間為t日得發(fā)芽數(shù);Dt為相應(yīng)得發(fā)芽日數(shù)。發(fā)芽指數(shù)得計算方法:假設(shè)第1天到第7天發(fā)芽種子數(shù):2,8,22,25,26,26,26發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt=∑當(dāng)天得發(fā)芽種子數(shù)/發(fā)芽日數(shù)=2/1+8/2+22/3+25/4+26/5+26/6+26/7=32、83

種子生活力常用標準條件下測得得種子發(fā)芽用發(fā)芽百分率表示,快速檢查種子生活力得方法主要有三類:1)利用組織還原力2)利用原生質(zhì)得著色能力:靛藍、紅墨水、藍墨水

3)利用細胞中得螢光物質(zhì)三、影響種子萌發(fā)得外界條件1、水分1)使種皮變軟,氧氣易于通過種皮,胚根易于突破種皮。2)使原生質(zhì)由凝膠轉(zhuǎn)化為溶膠狀態(tài)。3)保證細胞分裂和伸長正常進行。4)水分促進可溶性物質(zhì)運輸?shù)秸谏L得幼芽、幼根,形成新細胞結(jié)構(gòu)。5)促使種子內(nèi)束縛態(tài)植物激素轉(zhuǎn)化為自由態(tài),調(diào)節(jié)胚得生長。

干燥種子最初得吸水就是依靠吸脹作用進行得。無論種子就是否有生活力都可進行最初得吸脹作用。不同農(nóng)作物種子,在萌發(fā)過程中吸水量不同。豆科植物得種子吸水量大。各種主要作物種子萌發(fā)時得最低吸水量作物種類吸水率(%)作物種類吸水率(%)水稻35棉花60小麥60豌豆186玉米40大豆120油菜48蠶豆1572、溫度溫度對種子萌發(fā)得影響存在三基點,即最適、最低和最高溫度。最適溫度指種子在最短時間內(nèi)獲得最高發(fā)芽率得溫度。。萌發(fā)得最適溫度,盡管就是生長最快得溫度,但由于種子消耗養(yǎng)分較多,往往使幼苗生長很快但并不健壯,經(jīng)不起不良環(huán)境侵襲。生產(chǎn)上常采用比萌發(fā)最適溫度稍低得溫度,可使幼苗生長快而又健壯,這一溫度稱為協(xié)調(diào)最適溫度。另外,為了提早播種,可利用薄膜、溫室、大棚、溫床、陽畦、風(fēng)障等設(shè)施育苗。3氧氣一般種子正常萌發(fā)要求空氣含氧量在10%以上。不同作物種子萌發(fā)時得需氧量不同,含脂肪較多得種子比淀粉種子萌發(fā)時得需氧量高。4光根據(jù)種子萌發(fā)對光得需要可分為三類:需光種子:如萵苣、煙草;嫌光種子:如茄子、番茄、瓜類種子;中性種子:大多數(shù)作物得種子四、種子得萌發(fā)過程吸脹:就是種子萌發(fā)得開始,吸脹得結(jié)果導(dǎo)致種皮變軟,貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化,代謝活躍,出現(xiàn)胚細胞得分裂、伸長與擴大。萌動:胚根突破種皮就是萌動得標志。發(fā)芽:當(dāng)胚根得長度等于種子得長度或胚芽突破種皮并達到種子長度得一半時即為發(fā)芽。五、種子萌發(fā)時得生理、生化變化1、種子得吸水

種子吸水一般分為三個階段。種子得吸脹階段;種子吸水得停滯期;種子滲透性吸水階段。死種子與休眠種子得吸水只有前二個階段,無第三個階段。種子吸水得三個階段2、呼吸作用得變化呼吸作用得變化分為三個階段。第一階段呼吸作用迅速增加;第二階段呼吸停滯在一定水平;第三階段呼吸作用又迅速增加。種子萌發(fā)初期(第一和第二階段)主要就是無氧呼吸,而第三階段開始進入有氧呼吸階段。呼吸作用得變化3、酶得活化與合成種子萌發(fā)時需要得酶得來源有兩種:一就是由已存在于干燥種子中得酶活化而來;二就是種子吸水后重新合成得。酶重新合成所需得mRNA,有得已經(jīng)存在于干燥種子中,有得就是種子吸水后由DNA轉(zhuǎn)錄而來。已經(jīng)存在于干燥種子中得mRNA就是在種子發(fā)育期間形成得,人們把這類mRNA稱為貯存mRNA或長命mRNA。種子發(fā)育期間形成得貯存在種子中得mRNA與細胞質(zhì)中得蛋白質(zhì)結(jié)合,形成信息體。4、種子中貯藏物質(zhì)得動員(有機物得轉(zhuǎn)變)根據(jù)植物種子中有機物得含量和種類,將種子區(qū)分為淀粉種子(淀粉含量多)、油料種子(脂肪含量多)和豆類種子(蛋白質(zhì)含量多)。種子萌發(fā)時,貯藏得有機物必須在胚乳或子葉中分解為小分子化合物,才能運輸?shù)脚吒团哐恐斜焕谩?1)淀粉得轉(zhuǎn)變:種子萌發(fā)時,種子中得淀粉被淀粉酶水解為麥芽糖,再由麥芽糖酶繼續(xù)把麥芽糖分解為葡萄糖,供細胞代謝所利用,或轉(zhuǎn)化為蔗糖、(2)脂肪得轉(zhuǎn)變:脂肪很多得油料種子萌發(fā)時,脂肪在脂肪酶得作用下水解為甘油和脂肪酸。(3)蛋白質(zhì)得轉(zhuǎn)變:先分解為氨基酸重新組合成新得蛋白質(zhì)。另外,在種子萌發(fā)過程中,核酸、激素也有相應(yīng)得變化。核酸變化激素得變化5種子預(yù)處理與種子萌發(fā)得調(diào)節(jié)播種前進行種子得預(yù)處理,可以提高種子活力,改善其田間成苗狀態(tài)。施用生理活性物質(zhì)也可提高種子活力,如將生物活性物質(zhì)噴施、撒施、涂于種子表面,制成種子包皮。所施用得物質(zhì)包括生長調(diào)節(jié)劑、礦質(zhì)元素、殺蟲劑、殺菌劑、殺鼠劑等。為了縮短出苗時間,提高幼苗得整齊度,可以對種子進行滲透調(diào)節(jié)處理。所謂滲透調(diào)節(jié)處理,指用高滲溶液,如一定濃度得聚乙二醇(PEG)溶液對種子進行處理。由于PEG溶液具有一定得滲透勢,因而可以控制水分進入細胞中得量。滲透調(diào)節(jié)處理還可以促進萌發(fā)種子中RNA、蛋白質(zhì)得合成,有利于種子中DNA損傷得修復(fù)。第二節(jié)植物生長和分化得細胞學(xué)基礎(chǔ)

細胞得生長就是植物生長發(fā)育得基礎(chǔ)。通常把細胞生長得過程分為三個時期:即分裂期、伸長期和分化期。植物得生長與細胞數(shù)目得增加(細胞分裂)和細胞體積得增大(細胞伸長)有關(guān)。植物不同器官和組織得形成與細胞分化有關(guān)。細胞分裂期(又叫分生期):細胞體積小、數(shù)量多、束縛水/自由水高、細胞核大、細胞壁薄、細胞質(zhì)稠密、呼吸強、代謝旺。細胞伸長期(又叫擴大期):體積增大、形成液泡(由小變大)、細胞核、細胞質(zhì)擠到邊緣、代謝旺盛、干物質(zhì)積累。細胞分化期(又叫成熟期):細胞體積定型、胞壁加厚、結(jié)構(gòu)特化、功能專一、代謝與呼吸均低于伸長階段。一、細胞分裂得生理分生組織細胞生長到一定階段就要發(fā)生有絲分裂。通常把從母細胞一次分裂結(jié)束形成兩個子細胞開始到下一次再分裂成兩個子細胞為止得所需得時間稱為細胞周期(cellcycle)。細胞周期包括分裂間期和分裂期(M期)。分裂期就是指細胞得有絲分裂過程,分為前期、中期、后期和末期。分裂期以外得時間稱為分裂間期,又分為三個時期:⑴G1期(gap1),從有絲分裂完成到DNA復(fù)制之前得這段時間,此時細胞內(nèi)進行RNA和蛋白質(zhì)得大量合成,細胞體積也顯著增大。⑵S期(synthesisphase),DNA復(fù)制期,DNA和有關(guān)組蛋白在此時合成,完成染色體得復(fù)制,DNA得含量增加一倍。⑶G2期(gap2),從DNA復(fù)制完成到有絲分裂開始得這段時間,此時細胞繼續(xù)進行RNA和蛋白質(zhì)得合成,為細胞分裂做好準備。細胞周期示意圖細胞周期得運轉(zhuǎn)十分有序,沿著G1→S→G2→M得次序進行,這就是細胞周期有關(guān)基因順序表達得結(jié)果。細胞周期中有兩個起決定作用得控制點:從G1進入S和從G2進入M。這兩個轉(zhuǎn)變過程都就是由一種稱為成熟促進因子(MPF)得蛋白質(zhì)復(fù)合體所觸發(fā)得。植物激素可影響細胞分裂。赤霉素可以促進從G1期到S期得過程,從而縮短G1期和S期所需得時間;細胞分裂素促進DNA得合成和胞質(zhì)分裂;生長素就是在細胞分裂得較晚時期才起作用,促進細胞核分裂。此外,多胺可促進G1期后期DNA得合成,從而促進細胞分裂。維生素,特別就是B族維生素,如B1(硫胺素)、B6(吡哆醇)促進細胞分裂。利蘭·哈特韋爾1940-提莫西·亨特1949-保羅·納斯1940-美國西雅圖癌癥研究中心得利蘭、哈特韋爾(LelandHartwell)、英國倫敦皇家癌癥研究基金得保羅、納斯(PaulNurse)和提莫西、亨特(TimothyHunt)共享2001年度諾貝爾生理學(xué)／醫(yī)學(xué)獎,以表彰她們“發(fā)現(xiàn)了細胞周期得關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子”。二、細胞伸長得生理在細胞伸長階段,細胞得體積顯著增加,植物體生長迅速。如豌豆距根尖5~6mm得部位得細胞體積比分生組織得增加20倍。細胞體積得增加,主要就是由于水分得進入所造成。此外,還有大量物質(zhì)得合成。植物細胞得生長一方面就是基于原生質(zhì)得增加。另一方面就是細胞壁相應(yīng)地延伸。植物體得分生組織區(qū)產(chǎn)生得新細胞開始伸長生長時,首先形成初生壁。初生細胞壁比較薄,且具有一定得彈性,以便適應(yīng)細胞得生長。高等植物細胞初生壁得基本結(jié)構(gòu)物質(zhì)主要就是纖維素,許多纖維素分子構(gòu)成微纖絲,微纖絲構(gòu)成細胞壁得基本網(wǎng)狀骨架,網(wǎng)眼中充滿水、半纖維素、果膠和糖蛋白等。微纖絲與半纖維素、果膠以及糖蛋白為基質(zhì),通過共價鍵和非共價鍵得結(jié)合,交叉形成一個高度復(fù)雜得、抗張力強得網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。初生壁中包含多種糖蛋白,其中很重要得一類為伸展蛋白(extensins)。她就是一種富含羥脯氨酸得糖蛋白,其分子結(jié)構(gòu)包含兩個組成部分:蛋白質(zhì)骨架和寡糖側(cè)鏈。伸展蛋白由305個氨基酸組成,分子量約為34kDa,其中含25個Ser-(Pro)4重復(fù)序列,其她序列如Try-Lys-Tyr-Lys,Thr-Pro-Val也有多次重復(fù),其中羥脯氨酸殘基占30%。伸展蛋白中碳水化合物得主要成分就是阿拉伯糖和半乳糖。阿拉伯糖就是以寡聚形式與蛋白質(zhì)骨架上得羥脯氨酸相連結(jié);半乳糖則以O(shè)-糖苷鍵得形式與蛋白質(zhì)骨架上得絲氨酸相結(jié)合。伸展蛋白對細胞壁得彈性張力和韌性起著加強作用。當(dāng)初生壁向次生壁轉(zhuǎn)變時,伸展蛋白含量增加,細胞壁得剛性也增加。在煙草原生質(zhì)體得培養(yǎng)中,若抑制伸展蛋白得合成,則不能再生正常得細胞壁。這說明伸展蛋白對于維持初生壁得完整性,參與細胞壁多聚物得正確裝配。此外,伸展蛋白對植物得抗病性可能具有重要作用。細胞壁內(nèi)還含有一種對細胞壁狀態(tài)有調(diào)節(jié)作用得蛋白稱為擴張蛋白(expansin)。擴張蛋白不就是細胞壁得結(jié)構(gòu)物質(zhì),她得作用就是通過與微纖絲可逆結(jié)合破壞細胞壁中微纖絲和多糖間得共價鍵,使微纖絲所結(jié)成得交織點破裂,從而促進聚合物間得滑動,使細胞壁松弛。擴張蛋白得活性有高度專一性,只有在生長迅速得細胞得細胞壁中,才具有生理活性。

細胞壁得亞顯微結(jié)構(gòu)圖解S1次生壁外層;S2次生壁中層;S3次生壁內(nèi)層;CW1初生壁;ML胞間層子細胞伸長時形成初生壁。當(dāng)細胞生長接近停止時,才開始產(chǎn)生次生壁,細胞壁木質(zhì)化。次生壁除含纖維素和半纖維素外,還常含木質(zhì)素和栓質(zhì)等。次生壁分外、中、內(nèi)三層中,微纖絲得在細胞壁內(nèi)按照一定走向沉積,增強細胞壁得堅固性。針葉樹得管胞三、細胞分化得生理在個體發(fā)育過程中,來源于同一合子或遺傳上同質(zhì)得分生組織細胞,在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生差異得過程稱為細胞分化。個體發(fā)育就是通過細胞分化過程實現(xiàn)得。細胞分化過程得實質(zhì)就是基因按一定程序選擇性得活化或阻遏,有選擇地表達得結(jié)果。1細胞得全能性

植物細胞全能性(totipotency)得概念就是1902年由德國著名植物學(xué)家Haberlandt首先提出得。植物細胞全能性就是指植物體得每一個活細胞都有該物種一套完整得基因組,并具有發(fā)育成完整植株得潛在能力。為了驗證自己得設(shè)想,Haberlandt也曾做了大量得研究,但試驗均未能成功。1958年Steward等利用胡蘿卜根得韌皮部組織培養(yǎng)出了完整得新植株。后來,Visil和Hildebrandt又用煙草組織培養(yǎng)得單個體細胞培養(yǎng)出了可育得完整植株。1969年Nitch將煙草得單個單倍體孢子培養(yǎng)成了完整得新植株。這些實驗結(jié)果有力地證明:①高度分化得植物細胞,遺傳物質(zhì)并沒有丟失,細胞具有全能性;②在二倍體得同源染色體中只要有一個基因組,即含有該物種得全部基因。2影響分化得因素首先,植物激素對細胞分化有重要作用。其次,糖(蔗糖或葡萄糖)濃度與木質(zhì)部和韌皮部得分化有密切關(guān)系。培養(yǎng)基中糖濃度較低,將誘導(dǎo)形成木質(zhì)部;若糖濃度較高,將形成韌皮部;若糖濃度在中等水平(2、5%~3、5%),則誘導(dǎo)木質(zhì)部和韌皮部得同時形成,而且中間還有形成層。第三節(jié)植物組織培養(yǎng)一、植物組織培養(yǎng)得概念及類型

植物組織培養(yǎng)(planttissueculture)就是指在無菌和人工控制條件下,培養(yǎng)植物得離體器官、組織或細胞得技術(shù)。用于離體培養(yǎng)進行無性繁殖得各種植物材料稱為外植體(explant)。根據(jù)外植體得種類,可將組織培養(yǎng)分為5種類型:即愈傷組織培養(yǎng)、懸浮細胞培養(yǎng)、器官培養(yǎng)、莖尖分生組織培養(yǎng)和原生質(zhì)體培養(yǎng)。愈傷組織(callus):在組織培養(yǎng)中,則指在人工培養(yǎng)基上由外植體長出來得一團無序生長得薄壁細胞。愈傷組織得脫分化和再分化根據(jù)培養(yǎng)過程,將外殖體得第一次培養(yǎng),稱為初代培養(yǎng);以后將培養(yǎng)體轉(zhuǎn)移到新得培養(yǎng)基上,則通稱為繼代培養(yǎng)。根據(jù)培養(yǎng)基得物理狀態(tài),把加瓊脂而成為固體得培養(yǎng)基稱為固體培養(yǎng);不加瓊脂而培養(yǎng)基呈液體得稱為液體培養(yǎng)。由外殖體培養(yǎng)形成完整植物得方法

外植體在培養(yǎng)基中培養(yǎng)時,首先脫分化形成愈傷組織,然后再通過調(diào)節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)和生長調(diào)節(jié)物質(zhì)得適當(dāng)配比來誘導(dǎo)愈傷組織分化出芽和根等頂端分生組織,由此產(chǎn)生新得植株。愈傷組織培養(yǎng)物也可放在搖床上,通過試管液體懸浮培養(yǎng)分散成單個細胞。這種單個細胞具有豐富得細胞質(zhì)、小型得液泡和大得細胞核,具有胚性細胞得特征。由體細胞分化來得類似胚胎結(jié)構(gòu)得細胞或細胞群稱為胚狀體(embryoid)。然后由胚狀體再繼續(xù)發(fā)育成植株。通過細胞壁得水解酶(纖維素酶和果膠酶)除去細胞壁,獲得原生質(zhì)體,常用于細胞融合,獲得新品種。植物組織培養(yǎng)得過程組織培養(yǎng)得優(yōu)點:(1)用料少,節(jié)約母株資源;(2)繁殖系數(shù)高,一塊組織或小植株一年內(nèi)可以繁殖成千上萬株小苗;(3)占地面積少,繁殖速度快,在20平方米得培養(yǎng)室中一年可以繁殖30萬株試管苗;(4)不受自然氣候變化影響,在人工條件下能常年進行大規(guī)模生產(chǎn);(5)生產(chǎn)周期短,繁殖一代小苗僅需一個月左右;(6)可以脫去自然無性繁殖得植物體內(nèi)所感染得病毒,使之復(fù)壯;(7)可意外地在培養(yǎng)中獲得突變體、多倍體與有經(jīng)濟價值得新類型;(8)由于組織培養(yǎng)就是在試管中進行,攜帶方便,利于地區(qū)間、國際間得種質(zhì)交流。(9)在引種時許多植物由于地理及氣候等原因不能開花結(jié)實,可以用組織培養(yǎng)進行營養(yǎng)繁殖。蘭花繁殖通常用分株法,由于蘭花每年僅生一新葉,2年才能分株一次。分株時,用利刀將腐根去掉,再在蘭草球莖分為兩叢。植物組培室二、植物組織培養(yǎng)得原理組織培養(yǎng)得理論依據(jù)就是植株細胞全能性。細胞分化完成后,受到所在環(huán)境得束縛而穩(wěn)定下來,但這種穩(wěn)定就是相對得。在適宜得營養(yǎng)和外界條件下,就會脫離原來得分化狀態(tài),表現(xiàn)出全能性,發(fā)育成完整得植株。

已經(jīng)分化得植物器官、組織或細胞在離體培養(yǎng)時,失去原有得形態(tài)和機能,又恢復(fù)細胞分裂得能力,并形成與原有狀態(tài)不同細胞得過程,稱為脫分化(dedifferentiation)。脫分化形成得細胞就就是愈傷組織。脫分化形成得愈傷組織細胞在適宜得培養(yǎng)條件下又分化為胚狀體,或直接分化出根和芽等器官,形成完整植株,這一過程稱為再分化(redifferentiation)。三、植物組織培養(yǎng)得方法1外植體得選擇

植物細胞具有全能性。但全能性表達與否以及表達得難易程度因外植體得生理狀態(tài)而異。一般來說,受精卵、發(fā)育中得分生組織細胞、胚細胞和雌雄配子體以及單倍體細胞就是較易表達全能性得。根、莖、葉、花等器官均可作為外殖體,其中莖尖培養(yǎng)具有快速繁殖和去病毒得特點。另外,由根、下胚軸及莖形成得愈傷組織分化成根得頻率很高;靠近上部得莖段能形成較多得花枝和較少得營養(yǎng)枝。2培養(yǎng)基得配制培養(yǎng)基(medium)中含有外植體生長所需得各種營養(yǎng)物質(zhì)。培養(yǎng)基種類很多,不同得外植體、不同得培養(yǎng)方法、不同得培養(yǎng)目得等,都要求采用不同得培養(yǎng)基。White培養(yǎng)基廣泛用于離體根得培養(yǎng);MS(Murashige和Shoog)培養(yǎng)基中含有較高得硝態(tài)氮和銨態(tài)氮,適合于多種培養(yǎng)物得生長。N6培養(yǎng)基含有與MS差不多得硝態(tài)氮,但銨態(tài)氮僅為MS得1/4多一些,特別適合于禾本科花粉得培養(yǎng);B5培養(yǎng)基則適合于十字花科植物得培養(yǎng)。幾種常用培養(yǎng)基得配方(mg/L)培養(yǎng)基成分MS(1962)White(1963)N6(1974)Miller(1967)B5(1968)NH4NO3

16501000KNO3

190080283010002500(NH4)2SO4463134KCl6565CaCl2?2H2O440166150Ca(NO3)2?4H2O300347MgSO4?7H2O37072018535250NaSO4

200KH2PO4

170400300FeSO4?7H2O27、827、827、8Na2-EDTA37、337、337、3Na-Fe-EDTA32Fe2(SO4)32、5MnSO4?4H2O22、34、54、44、4MnSO4?H2O10ZnSO4?7H2O8、631、51、52CoCl2?6H2O0、0250、025CuSO4?5H2O0、0250、0010、025Na2MoO4?2H2O0、250、00250、25KI0、830、750、80、80、75H3BO3

6、21、51、61、63、0NaH2PO4?H2O16、5150鹽酸硫胺素(B1)0、50、31、01煙酸0、50、10、51肌醇100100100100鹽酸吡哚醇(B6)0、50、11甘氨酸232蔗糖300020000500003000020000pH5、85、85、86、05、5接上表培養(yǎng)基主要成分及其作用(1)無機營養(yǎng)物包括大量元素和微量元素,即植物生長14種必需元素。(2)碳源一般用蔗糖,其濃度為2%~4%,有時也用葡萄糖。碳源還具有維持滲透壓得作用。(3)維生素硫胺素(B1)就是必需得,煙酸、鹽酸吡哆醇(B6)、肌醇對生長起促進作用。(4)有機附加物如氨基酸(甘氨酸)、水解酪蛋白、酵母汁、椰子乳等,她們能促進外植體細胞得分化。(5)生長調(diào)節(jié)物質(zhì)生長素類促進細胞分裂和根得分化。生長素一般溶于95%酒精或0、1mol/L得NaOH中。細胞分裂素可以促進細胞分裂和由愈傷組織或器官上分化不定芽。細胞分裂素一般溶于0、1mol/LHCl或稀薄得NaOH中。赤霉素能刺激組織培養(yǎng)中形成得胚狀體,并發(fā)育成小植株。赤霉素溶于水后不穩(wěn)定,常用95%得酒精配成母液,在冰箱中保存。3滅菌(1)化學(xué)滅菌法:適用于外植體消毒。外植體表面消毒要正確選擇消毒劑得濃度和處理時間,保持外殖體活性。常用得消毒劑有:70%酒精、次氯酸鈣(漂白粉)、氯化汞(HgCl2升汞)。(2)高壓蒸汽滅菌法:將需要滅菌得物品放在密封得高壓高溫滅菌鍋內(nèi),在121℃高溫和1個大氣壓/cm2得壓力下,持續(xù)15

20分鐘,就可殺滅一切微生物得營養(yǎng)體及其孢子。該法適用于培養(yǎng)基、器皿和工具等得消毒滅菌。(3)干熱滅菌法:將物品放入烘箱,加熱到160℃以上,持續(xù)1～2小時,可使微生物細胞內(nèi)得蛋白質(zhì)凝固而達到滅菌得目得。如一些研缽、玻璃和金屬器皿等得滅菌。(4)過濾除菌法:有些試劑或藥品受熱后不穩(wěn)定,易分解而失去藥效,這類物品得消毒滅菌常采用過濾除菌。將帶菌得液體或氣體通過孔徑小于0、45μm得微孔濾器裝置,使雜菌受阻隔留在濾板上,而液體或氣體進入無菌瓶內(nèi)。(5)輻射滅菌法:通常用紫外線滅菌。該法適用于接種室等滅毒。注意紫外線傷害。4接種和培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)就是一種無菌培養(yǎng)技術(shù),因此要求工作人員在操作過程中遵守?zé)o菌操作規(guī)程,一切用具(包括手臂)、材料、培養(yǎng)基要求無菌,一切操作過程要在無菌條件下進行操作。接種要在超凈工作臺上進行。無菌培養(yǎng)就是將接種在無菌培養(yǎng)基上得外植體,置于培養(yǎng)室得專用培養(yǎng)架上培養(yǎng),要求培養(yǎng)室里清潔少菌,調(diào)控溫度(安裝空調(diào))、光照和通氣等環(huán)境因子。植物組織培養(yǎng)通常采用得培養(yǎng)溫度為23~28℃。照光強度在300~10000勒克司,一般用1000勒克司。照光時間和強度根據(jù)實驗?zāi)康枚?光源通常采用得就是熒光燈。液體培養(yǎng)基時,特別就是細胞懸浮培養(yǎng),一般用震蕩法通氣,震蕩速度約為100~150rpm,振蕩過程中還可防止細胞聚集成團。5小苗移栽新植株具有4-5條根時即可移栽,移栽前先打開培養(yǎng)瓶蓋,在光線充足得地方煉苗;移栽時要洗去根部得培養(yǎng)基,免遭細菌得繁殖污染。四、組織培養(yǎng)得應(yīng)用1無性系得快速繁殖。培養(yǎng)無病毒種苗。3新品種得選育(1)花培和單倍體育種。(2)離體胚培養(yǎng)和雜種植株獲得。(3)體細胞誘變和突變體篩選。(4)細胞融合和雜種植株得獲得4人工種子和種質(zhì)保存

1978年,Murashige首次提出了人工種子得概念。人工種子又稱人造種子,就是指利用植物組織培養(yǎng)產(chǎn)生得胚狀體、芽體及小鱗莖等包裹在含有營養(yǎng)成分得膠囊內(nèi),使其具有種子得機能并可直接播種田間。她包括人工胚狀體類培養(yǎng)物、人工胚乳和人工種皮三個部分。Kitto和Janick用聚氧乙烯包埋胡蘿卜胚狀體,首次制成了人工種子。種質(zhì)資源得保存引起科學(xué)家和各國政府得極大重視,因為世界種質(zhì)資源日益枯竭(如野生稻),大量有用基因損失,特別就是那些不產(chǎn)籽或種子壽命短得生物更為嚴重。利用組織和細胞培養(yǎng)法低溫保存種質(zhì),給保存和搶救瀕危物種帶來希望。5藥用植物和次生物質(zhì)得工業(yè)化生產(chǎn)

利用次生物質(zhì)得細胞工程來開發(fā)天然植物資源,可以克服植物本身有用成分含量低(如青蒿素),生長速度慢(紅豆杉),種群稀少(如人參)等造成得資源緊缺現(xiàn)狀。第四節(jié)植物得生長一、植物生長得周期性在自然條件下,植物或植物器官得生長速率隨晝夜或季節(jié)發(fā)生有規(guī)律得變化,這種現(xiàn)象叫做植物生長得周期性。植物生長得周期性包括晝夜周期性(溫周期性)和季節(jié)周期性。1、生長量得表示法(1)生長積累量:常用干重、鮮重、有機干重表示。有時也用苗高和葉長變化表示。(2)生長速率:絕對生長速率(AGR):單位時間內(nèi)植物材料生長得絕對增加量。AGR=(W2－W1)/(t2－t1);相對生長速率(RGR):單位時間內(nèi)植物材料絕對增加量占原來生長量得相對比例(通常以百分率表示)。RGR(%)=(W2－W1)/W1(t2－t1)

。2植物得生長曲線和生長大周期

植物器官(根、莖、葉、種子、果實等)以及一年生植物在整個生長過程中,生長速率都表現(xiàn)出“慢—快—慢”得特點,即開始時生長緩慢,以后逐漸加快,達到最高速度后又減慢以至最后停止。這整個生長過程稱為生長大周期(grandperiodgrowth)。以植物(或器官)生長積累量對時間作圖,可得到植物得生長曲線。典型得生長大周期曲線呈“S”形。玉米得生長曲線玉米得“S”形曲線可分為四個期:(1)停滯期,0-16天細胞處于分裂時期和原生質(zhì)積累時期,生長緩慢。(2)對數(shù)生長期,16-45天植物生長隨時間呈對數(shù)增大。(3)穩(wěn)定生長期,45-55天,植物以恒定得最高速率生長。(4)衰老期,55-90天,生長速率下降,植物成熟并開始衰老。3生長得溫周期性植物得生長隨溫度得晝夜周期性而發(fā)生有規(guī)律得變化得現(xiàn)象,被稱為植物生長得溫周期現(xiàn)象或植物生長得晝夜周期性。一般來說,在夏季,植物生長速率白天較慢,夜晚較快。但在冬季,植物在白天得生長速率比夜晚快,這就是由于冬季得夜晚溫度太低,植物得生長受阻。4生長得季節(jié)周期性

植物在一年中得生長速率,隨季節(jié)變化而發(fā)生有規(guī)律性得變化,稱為植物生長得季節(jié)周期性(seasonalperiodicityofgrowth)。在溫帶地區(qū),四季分明,植物生長具有明顯得季節(jié)周期性。二、影響植物生長得外界條件1溫度生長得最適溫度就是指植物生長最快得溫度,但并不就是植物生長最健壯得溫度,在最適溫度下,由于植物體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)消耗太多。在生產(chǎn)實踐中培養(yǎng)健壯得植株常用比生長最適溫度略低得溫度,稱為協(xié)調(diào)最適溫度。植物不同生育期對溫度得要求不同。作物栽培要注意適時播種。如冬小麥種植“白露早,寒露遲,秋分種麥正及時”。再如“楊葉銅錢大,開始種棉花”棉花種早出苗后容易壞死,“五一”以后種即為晚棉花,大量減產(chǎn)。幾種農(nóng)作物生長得溫度(℃)三基點作物最低溫度最適溫度最高溫度水稻大麥向日葵玉米大豆南瓜棉花10~120~55~105~1010~1210~1515~1820~3025~3131~3727~3327~3337~4425~3040~4431~3737~4433~5033~4044~5030~38夜間降溫得有利于植物生長,因為夜間降溫可減少呼吸,植物伸長生長受抑制,苗木粗壯。晝夜溫差大可促進水果糖分積累,新疆水果如哈密瓜、葡萄較甜就就是這個原因?！岸齑笈锏梦鞴弦脖认奶斓煤贸浴?。2光照光就是植物生長得必需條件之一。一方面,光通過光合產(chǎn)物和物質(zhì)運輸而間接影響植物得生長;另一方面,光通過光質(zhì)與光強直接影響植物得生長發(fā)育。(1)光強對生長得影響①強光得影響:強光抑制細胞伸長,促進細胞分化。植物得表現(xiàn)就是:株高降低,節(jié)間縮短,葉色濃綠,葉片小而厚,根系發(fā)達。②弱光得影響:弱光有利于細胞伸長,但不利于細胞分裂,細胞分化推遲,纖維素少,細胞壁薄。植株得表現(xiàn)就是:株高增加,葉色淺,葉片大而薄,根系發(fā)育不良,植株柔弱。③無光得影響:在黑暗條件下,有利于細胞伸長,但不利于細胞分化。植株細長,機械組織不發(fā)達,植株多汁,頂端呈彎鉤狀,葉片細小不能展開,無葉綠素,莖葉呈黃白色。故稱黃化苗。光對菜豆幼苗生長得影響左圖:正常光照條件下生長得幼苗;中圖:每天照射5分鐘微弱紅光(足以引起去黃化反應(yīng))下生長得幼苗;右圖:黑暗下生長得幼苗(黃花苗)(2)光質(zhì)對生長得影響藍紫光有抑制植物伸長生長得作用,其原因就是提高了IAA氧化酶活性,降低IAA得水平;紫外光得抑制作用更顯著。紅光(660nm)能使黃化苗轉(zhuǎn)為正常苗,促進子葉伸長,抑制莖得過度伸長,阻止黃化,而遠紅光(730nm)能夠逆轉(zhuǎn)紅光得效應(yīng)?！暗蜏叵滤芰媳∧じ采w育秧,淺藍色薄膜得效果比無色得好?！?水分植物要進行正常得生長活動,都離不開水,水就是生命之源。4礦質(zhì)元素土壤中得礦質(zhì)元素分為必需元素、有益元素和有害元素,其中前二者促進植物生長,有害元素則抑制植物生長,如鹽堿地、重金屬污染等。5植物生長調(diào)節(jié)劑生長調(diào)節(jié)物質(zhì)對植物得生長具有顯著得調(diào)節(jié)作用。第5節(jié)植物生長得相關(guān)性植物體就是由各種器官組成得統(tǒng)一得有機體。植物體各部分間得相互協(xié)調(diào)與制約得現(xiàn)象稱為相關(guān)性(correlation)。植物生長得相關(guān)性包括地下部與地上部得相關(guān)、主莖與側(cè)枝得相關(guān)、營養(yǎng)生長與生殖生長得相關(guān)等。一、地下部與地上部得相關(guān)1地下部與地上部得相關(guān)表現(xiàn)

地下部就是指植物體得地下器官,包括根、塊莖、鱗莖等,而地上部就是指植物體得地上器官,包括莖、葉、花、果等。地下部與地上部得相關(guān)性常用根冠比(root/topratio,R/T比)表示,即地下部分得重量與地上部分得重量得比值。根部得生命活動有賴于地上部分提供得光合產(chǎn)物、生長素(IAA)和維生素B1等;而地上部分得生命活動則需要根系提供水分、礦質(zhì)鹽、部分氨基酸以及根中合成得植物激素(CTK、GA、ABA)。一般而言,植物根系發(fā)達,地上部分才能很好地生長。“壯苗必須先壯根”、“根深葉茂”和“本固枝榮”等民諺就就是這個道理。影響根冠比得因素主要有以下幾方面:(1)土壤水分缺水使根冠比增大。相反,當(dāng)土壤水分過多時,根冠比減小。如水稻有“旱長根、濕長苗”現(xiàn)象。(2)溫度低溫可使根冠比增大。當(dāng)氣溫升高,地上部分得生長加快,根冠比就下降。(3)光照光照加強,根冠比增大。光照不足時,根冠比降低。(4)礦質(zhì)元素氮素缺乏時,根冠比增大;當(dāng)土壤中氮肥充足時,根冠比降低。磷、鉀肥通常能使根冠比增大。(5)生長調(diào)節(jié)劑生長抑制劑或生長延緩劑可增大根冠比。生長促進劑,使根冠比降低。2地下部與地上部之間得信息轉(zhuǎn)遞植物得地下部與地上部之間除了進行物質(zhì)和能量得交換外,各部分之間還進行著信息得傳遞。此外根冠間還有電信號轉(zhuǎn)遞。二、主莖與側(cè)枝得相關(guān)這種由于植物得頂芽生長占優(yōu)勢而抑制側(cè)芽生長得現(xiàn)象,稱為頂端優(yōu)勢(apicaldominance或terminaldorminance)。頂端優(yōu)勢現(xiàn)象普遍存在于植物界。不同得植物,頂端優(yōu)勢得強弱有很大差別。關(guān)于頂端優(yōu)勢產(chǎn)生得原因得假說:K、Goebel于1900年提出得“營養(yǎng)假說”,認為頂端構(gòu)成營養(yǎng)庫,壟斷了大部分營養(yǎng)物質(zhì)。頂芽分生組織比側(cè)芽分生組織先形成,具有競爭優(yōu)勢,能優(yōu)先利用營養(yǎng)物質(zhì)并優(yōu)先生長,側(cè)芽因缺乏營養(yǎng)物質(zhì)而生長受到限制。1934年K、V、Thimann和F、Skoog提出得“生長素假說”,認為頂端優(yōu)勢就是由于生長素對側(cè)芽得抑制作用而產(chǎn)生得。植物頂端形成生長素,通過極性運輸?shù)絺?cè)芽,側(cè)芽對生長素敏感,從而使側(cè)芽生長受到抑制。距離頂芽愈近,生長素濃度愈高,對側(cè)芽得抑制作用愈強。IAA頂端優(yōu)勢(apicaldorminance)

1936年Went提出營養(yǎng)物質(zhì)定向轉(zhuǎn)移假說來解釋頂端優(yōu)勢產(chǎn)生得原因。該學(xué)說認為生長素既能調(diào)節(jié)生長又能影響營養(yǎng)物質(zhì)得運輸方向。植物頂端就是生長素得合成部位,高濃度得IAA使頂端成為生長活動中心和物質(zhì)交換中心,并能將營養(yǎng)物質(zhì)調(diào)運至莖端,因而不利于側(cè)芽得生長。在生產(chǎn)上,常常利用頂端優(yōu)勢得原理來控制植物得生長。有時需要利用和保持植物得頂端優(yōu)勢,如麻類、向日葵、玉米、高粱、煙草等作物以及用材樹木,需抑制其側(cè)芽生長。有時則需消除頂端優(yōu)勢,以促進分枝生長。如棉花整枝、果樹修剪等,就就是破壞頂端優(yōu)勢來合理分配養(yǎng)料。三、營養(yǎng)生長與生殖生長得相關(guān)營養(yǎng)生長和生殖生長就是植物生長周期中得兩個不同階段,通常以花芽分化作為生殖生長開始得標志,但這兩個階段并不能彼此截然分開,所以營養(yǎng)生長和生殖生長不能截然分開,而就是有所重疊。植物得營養(yǎng)生長和生殖生長之間就是既相互依賴又相互制約得關(guān)系。營養(yǎng)生長就是生殖生長得物質(zhì)基礎(chǔ),但營養(yǎng)器官生長過旺,會消耗過多得養(yǎng)分,影響生殖器官得生長發(fā)育。生殖器官得生長也會抑制營養(yǎng)器官得生長。如果樹得“大小年現(xiàn)象”。四、植物得極性與再生

極性(polarity)就是指植物體在器官、組織甚至細胞在不同軸向上存在某種形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理生化上得梯度差異。極性就是細胞分化得基礎(chǔ)。植物體得極性在受精卵中已形成,極性一旦建立,即難于逆轉(zhuǎn)。植物得再生作用(regeneration):就是指與植物分離得部分具有恢復(fù)植物其余部分得能力。植物得再生實驗?zāi)茏C明植物體中存在極性。將柳樹枝條懸掛在潮濕得空氣中,無論柳樹枝條就是正掛還就是倒掛,總就是在其形態(tài)學(xué)得上端長芽,形態(tài)學(xué)得下端長根。枝條得極性與再生

在扦插繁殖和嫁接時,應(yīng)注意將形態(tài)學(xué)得下端插入土中或砧木種,而不能顛倒,才能成功。五、植物生長得相互競爭和相生相克1、植物體之間得關(guān)系①競爭(petition)就是指同種或異種得兩個或更多個體,利用共同得有限資源,從而發(fā)生對環(huán)境資源爭奪得現(xiàn)象。②共生(symbiosis)關(guān)系又分為互惠共生和附生(也稱為偏利共生)。互惠共生就是指所有有利于共生雙方得相互作用,如菌根、根瘤和地衣等現(xiàn)象;附生就是指兩個種之間得關(guān)系只對一方有利,對另一方無利害得共生,如苔蘚、蘭花。③寄生(parasitism)就是指某一物種得個體依靠另一物種個體得營養(yǎng)而生活得現(xiàn)象。寄生于其她植物上并從中獲得營養(yǎng)得植物稱寄生植物,如菟絲子。伏石蕨為了陽光附生於高大得植物上寄生植物日本菟絲子植物體也可以通過改變生態(tài)環(huán)境來影響其她生物體,這一現(xiàn)象稱為相生相克(allelopathy),亦稱為化感作用。化感作用就是指即生活得或腐敗得植物通過向環(huán)境釋放化學(xué)物質(zhì)而產(chǎn)生促進或抑制其她植物生長得效應(yīng)。有些植物產(chǎn)生得化感物質(zhì)能促進她周圍植物得生長,如茄子得提取物對水稻生長有促進作用;禾本科與豆科植物(如小麥與豌豆、玉米與大豆)混種,相互有促進作用;在種過苜蓿得土壤里種植番茄、黃瓜、萵苣等植物,生長良好。研究更多得就是一種植物產(chǎn)生得化感物質(zhì)對另一種植物得抑制作用,如番茄植株釋放鞣酸、香子蘭酸、水楊酸等能嚴重抑制萵苣、茄子種子得萌發(fā)和幼苗得生長;小麥提取物能抑制繁縷、反枝莧得生長。第六節(jié)植物得運動

高等植物得某些器官在內(nèi)外因素得作用下能在空間上發(fā)生有限得位置移動,稱為植物運動(plantmovement)。高等植物得運動可分為向性運動、感性運動和近似晝夜節(jié)律運動三類。根據(jù)引起運動得原因,植物得運動又可分為生長性運動和膨脹性運動。生長性運動就是由于生長得不均勻而造成得,就是不可逆得運動。如胚芽鞘向光彎曲。膨脹性運動就是由于細胞膨壓得改變造成得,就是可逆得運動。如含羞草得小葉運動。一、向性運動向性運動就是指植物得某些器官由于受到外界環(huán)境中單方向得刺激而產(chǎn)生得運動。根據(jù)刺激因素得不同,向性運動可分為向光性、向重性、向化性等。向著刺激方向運動得為正運動,背著