植物的生长生理脑图思维导图

踩水的佩奇

2023-12-08

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器官生长

植物生长

植物运动

细胞生长，种子萌发，植物运动等内容讲解

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思维导图大纲

植物营养器官生长

总述

在种子成熟后都具有胚的结构，通常由二倍体合子细胞经过一系列生长，是植物个体初生生长的雏形

合子细胞的第一次细胞分裂就产生了极性，上部的顶细胞和下部的基细胞将分别发育为胚和胚柄

生长素的极性分布在极性形成中发挥重要作用，一系列重要基因的顺序表达是极性形成和后续胚分化发育成为茎尖和根尖的保证

植物生长的性质和动物的有本质上的区别

根尖和茎尖

根尖顶端分生组织RAM

组成

静止中心QC

分裂活动甚弱的细胞群，细胞含较少线粒体、内质网、质体等，细胞分裂较缓慢（不是不分裂），细胞周期长，形成了一个活动的细胞区域，当其他分生组织细胞受到损伤后，可恢复发生的能力

周围排列着形成各种根结构的起始干细胞，分别为：根冠柱起始细胞（位于QC正下方）、表皮-侧根冠起始细胞（位于QC侧面）、内皮层和皮层起始细胞（紧邻表皮-侧根起始细胞）以及中柱起始细胞（位于QC正上方）

信号表达

类似于WUS的WOX5（WUS-RELATED HOMEOBOX5）在QC表达，具有维持干细胞活性的功能

同源性

而位于QC正下方的根冠柱起始细胞中产生的多肽信号分子CLE40同样是通过与受体激酶复合体ACR4/CLV1结合而进行信号转导，从而抑制WOX5的表达

茎尖发生组织SAM

组成

组织中心OC

与RAM的QC有相似的组织中心

在OC正上方存在着干细胞中心区CZ，分为L1、L2以及L3三层

与OC相邻的周缘区PZ干细胞将分化为叶原基

OC正下方的肋状区RZ将产生茎的中心组织

信号表达

转录因子WUS(WUSCHEL)在OC细胞表达，转移到CZ，到那里促进CLE（CLAVATA3/ESR RELATED）家族的CLAVATA3（CLV3）的产生和分泌，在OC上方的干细胞中心的L1和L2表达

CLV3与类受体蛋白激酶复合物CLV1/CLV2/CRN结合，由此介导短距离的信号转导，抑制WUS的表达

SAM和RAM干细胞微环境是根茎器官生长发育的源头，它们通过分泌型多肽小分子CLE家族成员（在SAM是CLV3，在RAM是CLE40）所形成的信号转导网络，调控转录因子WUS家族成员（在SAM是WUS，在RAM是WOX5）的表达，维持干细胞微环境的功能。它们的数目增多和体积增大，导致了植物体积或重量的不可逆增加

营养器官的生长特性

生长大周期

在茎（包括根和整株植物）的整个生长过程中，生长速率都表现出“慢-快-慢”的基本规律，即开始时生长缓慢，以后逐渐加快，达到最高点，然后生长速率又减慢以至停止，这三个阶段总和起来叫做生长大周期

生长曲线

以时间为横坐标，生长量为纵坐标的生长曲线

以生长积量为生长量-S型；绝对生长量-抛物线

实践意义

预测生长量；实时调控

影响因素

昼夜周期性（光照、温度、水分）

盛夏：白天慢，夜间快

秋冬：白天快于夜间

昼夜温差相差不大，相似

季节周期性

植物在一年中的生长随季节变化有季节周期性变化

内因；外因（光、水）

影响营养器官生长的条件

温度

生长温度三基点

最低生长温度

最高生长温度

最适生长温度

指生长最快的温度，这个温度对于植物健壮生长来说，往往是最不适宜的

使植物生长健壮，要求在比生长的最适温度（生理最适温度）略低的温度，即所谓协调的最适温度

温周期现象-植物对昼夜温度周期性变化的反应

变相-有机物累积

光

直接

光质

紫外光

抑制更强

蓝紫光

抑制生长

水稻生长时为什么用蓝色薄膜

抑制生长，防止生长过旺（育秧）

有利于叶绿素形成

光强

强光

抑制细胞伸长，促进细胞分化

弱光

无光

间接

光合产物及物质运输

水分

细胞伸长生长和细胞分裂都受水分亏缺的影响

矿质营养

植物生长的相关性

植物的运动

运动

植物梯度器官在空间可以产生位置移动

向性运动

总述

植物器官对环境因素单方向刺激的定向运动

三个步骤

刺激的感受

刺激信号的转导

发生向性反应

向性运动是生长引起的，由于生长器官不均等生长引起的

向性运动又可分为向光性、向重力性、向化性和向水性

向光性

植物随光照入射的方向而弯曲的反应，称为向光性（受单方向光照射引起的弯曲的现象）

植物各器官的向光性有正向光性（地上部分，茎叶，器官生长方向朝向射来的光）、负向光性（器官生长方向与射来的光相反，根）及横向光性（器官生长方向与射来的光垂直）

植物感受光的部位是茎尖、芽鞘尖端、根尖、某些叶片或生长中的茎

向光运动的原因

生长素在向光和背光两侧分布不均匀，所以有向光性生长，单侧光照射下，IAA较多分布于背光一侧，芽鞘便向光弯曲，高等植物对蓝光信号转导的光受体是向光素I

抑制物质分布不均匀，向光侧多，背光侧少

意义

利用光能（叶片会从荫处转移到光亮处，叶片之间不易重叠）

太阳追踪（向日葵-黄质醛）

向重力性

向地性

向重力性就是植物在重力影响下，保持一定方向生长的特性（矢量方向上发生生长反应的现象）

正向重力性

根顺着重力方向向下生长

负向重力性

茎背离重力方向向上生长

横向重力性

地下茎侧水平方向生长

感受部位：根尖、茎尖；感受重力的细胞器是平衡石（植物的平衡石是指淀粉体）

机制

钙离子可能作为IAA库，吸引IAA到根的下侧，过多的IAA就抑制根下侧细胞的延长

根横放时，平衡石沉降到细胞下侧的内质网上，产生压力，诱发内质网释放钙离子到细胞质内，钙离子和钙调素结合，激活细胞下侧的钙泵和生长素泵，于是细胞下侧积累过多钙和生长素，影响该侧细胞的生长

禾谷类作物倒伏后，茎节向上弯曲生长，保证植物继续正常生长发育

向化性

是由某些化学物质在植物周围分布不均引起的定向生长

向肥性-向肥料较多

向水性-根趋向较湿的地方

向触性

单方向机械刺激

感性运动

概念

是由生长着的器官两侧或上下面生长不等引起的（无一定方向的外界因素）

分类

生长性运动

不可逆的细胞伸长

紧张性运动

由叶枕膨压变化产生，是可逆性变化

偏上性和偏下性

偏上性

叶片、花瓣或其他器官向下弯曲生长的特性

偏下性

叶片和花瓣向上弯曲生长的现象

感夜性

许多植物（大豆、花生、木瓜、含羞草、合欢等）的叶子（或小叶）白天高挺张开、晚上合拢或下垂

由于光暗变化而引起的运动

感热性

植物由温度变化引起反应引起反应的生长或感谢运动

感震性

由于震动引起细胞膨压变化而引起的植物器官运动（抗刺激）

含羞草-在于复叶叶柄基部的叶枕中细胞膨压的变化；捕蝇草

生物钟

生物钟-生物对昼夜的适应而产生生理上近似2小时有周期性波动的内在节奏，亦称生理钟

特性

周期并非正好是24h

受外界条件影响可以停拨

对温度变化不敏感

生物生命活动随昼夜24h或近似24h的周期变化称为昼夜节律

总述

生长是植物体积与重量不可逆的增大通过细胞分裂与伸长完成增量

发育是指植物体的构造和机能从简单到复杂的变化过程，它的表现就是细胞（质）、组织和器官的分化

细胞生长生理

细胞分裂的生理

细胞周期与周期调控

细胞周期

细胞分裂成两个新细胞所需的时间

细胞周期包括

分裂期M期

前期、中期、后期和末期

分裂间期

关键酶

依赖于细胞周期蛋白CYC的蛋白激酶CDK

植物激素对细胞分裂的调节作用

生长素

分裂间期DNA合成（细胞核分裂）

细胞分裂素

诱导特殊蛋白合成（胞质分裂）

赤霉素

缩短G1期和S期所需时间

细胞分化的生化变化

细胞分裂过程中最显著的生化变化是核酸含量，尤其是DNA含量变化

呼吸速率在细胞周期中，亦会发生变化

G2期后期吸氧多是相当重要的，它贮存相当多能量供给给有丝分裂用

细胞伸展的生理

细胞伸展

过程

细胞内渗透势的下降，导致细胞吸水膨大

细胞壁松弛，填充新的壁物质而发生重构

细胞伸展时，呼吸速率增快2-6倍

细胞壁

保护作用

组成

纤维分子聚合成束状，称之为微团；聚合成束又构成微纤丝

伸展蛋白-与纤维素网系互为补充，因此增加细胞壁的强度和刚性

膨胀素（扩展素）-打断细胞壁多糖之间的H键，多糖分子之间联系松弛，膨压就推动细胞伸展

生长素的酸生长假说

实验证明-细胞壁酸化可以活化膨胀素而促进细胞伸长

黄化黄瓜下胚轴在中性缓冲液中，细胞伸长不能发生，而加入酸性的缓冲液后发生了显著的细胞伸长

下胚轴切段热激后蛋白失活，即使在酸性条件下也不能发生细胞伸长，而将提取的膨胀素加入后发生了细胞伸长

细胞壁酸化理论

生长素与受体结合，进一步通过信号转导，促进H+-ATP酶基因活化并产生H+-ATP酶，运输到质膜

其次，质膜上的H+-ATP酶把H+排出到细胞壁，使细胞壁酸化

酸-生长假说

由于生长素和酸性溶液都可同样促进细胞伸长，生长素促使H+分泌速度和细胞伸长速率一致，据此，把生长素诱导细胞壁酸化并使其可塑性增大而导致细胞伸长的理论

酸化比IAA生长更快，IAA介导反应需要时间

细胞伸长与其他激素

赤霉素GA

它没有刺激质子排出的现象，不通过细胞壁酸化发挥作用

GA刺激伸长的滞后期比IAA长

GA增加细胞壁伸展性是与它提高木葡聚糖内转糖基酶XET活性有关

在水稻“三系”的制种过程中应用

栽种以切花为生产中的应用

细胞分化的生理

细胞分化

是指分生组织的幼嫩细胞发育成为具有各种形态结构和生理代谢功能的成形细胞的过程

细胞全能性和组织培养

细胞全能性-即植株中的每个细胞都携带一套完整的基因组，并具有发育成完整植株的潜在能力

细胞全能性是细胞分化的理论基础，而细胞分化是细胞全能性的具体表现

在此基础上建立的植物组织培养

外植体（细胞/胚胎/原生质体/组织）-脱分化-再分化-完整植株

极性

通常是指在器官、组织甚至细胞中在不同的轴向上存在某种形态结构和生理生化上的梯度差异

植物的形态学两端的异质性，上芽下根；产生：环境因子+内在基因调控

合子在第一次分裂形成基细胞及顶端细胞就产生了极性现象

极性一旦建立，即难于逆转，最终将形成根和茎

造成了细胞内物质分布不均匀，细胞不均等分裂

应用-扦插、嫁接

影响分化的条件：蔗糖、光、激素

形成层的分裂，胚的极性，茎切段，根切段

种子萌发

总述

种子萌发

在适合的条件下，种子内的胚恢复生长，突破种皮形成幼苗的过程

影响

水分

水分使种皮软化膨胀；凝胶态—>溶胶态；促进可溶性物质运输，细胞分裂与生长

温度

影响酶活性（地膜覆盖），温度三基点

呼吸

通过有氧呼吸保障能量和物质供应（环境渍水/板结导致供氧不足）

光照

需光种子

需要光照-莴苣、拟南芥、烟草、胡萝卜

嫌光种子

光抑制生长，黑暗生长

中光种子

无影响

种子萌发的生理生化的变化

种子的吸水

三个阶段

急剧吸水、停止吸水和重新迅速吸水

过程

吸涨作用-吸涨吸水，物理过程，速度快

停滞期-吸水缓慢，已吸收的水分进行代谢作用

重新大量吸水，渗透性吸水

呼吸作用的变化

四个阶段

急剧上升-滞缓（无氧）-再急剧上升（有氧）-显著下降

特点

第一第二阶段，CO2产生大大超过O2消耗，呼吸商RQ>1，以无氧呼吸为主

第3阶段，O2消耗大大增加，有氧呼吸骤升

酶系统的形成

两条途径

束缚态酶因水合作用而活化释放（B-淀粉酶）

核酸诱导形成的新蛋白质（a-淀粉酶）

GA（P262）

胚能合成GA并将之释放到胚乳和糊粉层

糊粉层细胞接受GA刺激后，就产生水解酶和释放到胚乳

GA3能代替胚去刺激淀粉降解

应用：在啤酒工业生产打下基础（去胚后不能萌发，节约能量物质）

有机物的转变

总述

种子中贮藏物质的功能

种子中贮藏着大量淀粉、脂质和蛋白质，淀粉种子（淀粉较多）、油料种子（脂质较多）、豆类种子（蛋白质较多）

变化

大分子变为小分子；不溶性变为可溶性；贮藏部位（胚乳、子叶）转到生长部位

糖类

淀粉会被淀粉酶、脱支酶和麦芽糖等酶水解为葡萄糖

脂肪

脂肪在脂肪酶作用下，水解生成甘油和脂肪酸，乙醛酸循环

蛋白质

水解蛋白质的酶有两大类：蛋白酶和肽酶

蛋白质在蛋白酶的作用下分解为许多小肽，而后在肽酶作用下完全水解为氨基酸

植酸

植酸酶

激素

促进生长、抑制生长；束缚型—>自由型

种子萌发的调节

生长和分化是同时进行的，这个过程也称为形态建成（胞内控制-基因；胞外控制-环境；胞间控制-激素）思维导图模板大纲

相互协调（以上所讲的是根和地上部分的相互促进的情况，在某些条件下，根和地上部分的生长也会相互抑制）思维导图模板大纲

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