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课件：Introduction to Plant Physiology.ppt

中文课件：

植物生理学(plant physiology)是研究植物生命活动规律的科学。植物的生命活动，包括植物的水分代谢、矿质代谢、光合作用、呼吸作用、中间物质代谢，以及在此基础上植物的种子萌发、营养器官的生长和生殖器官的形成及开花、传粉、受精、果实和种子成熟等生长发育过程。植物的生命活动规律是一个十分复杂的过程，不但内容众多，而且各种代谢活动之间又具有相互联系、相互依存和相互制约的关系。

具体地说，植物生理学是一门研究植物的各种生理过程、作为这些生理过程基础的生物物理和生物化学过程、以及它们的机理、它们与外界环境、形态构造的关系等等的科学。学习和研究植物生理学，不但要了解和掌握植物生命活动的规律，而且要应用这些规律为农、林、牧等各个生产方面服务，使这门科学不但具有重用的理论意义，而且具有更大的经济和社会效益。

植物生理学的研究内容随着其它学科发展而拓展和深入。植物生理学的研究内容可以在个体、组织、器官水平上，也可以在细胞、亚细胞及分子水平上，探讨植物生理活动规律及其与环境因子之间的相互关系。例如在20世纪30~80年代，植物生理学学家们一般在器官、组织和细胞水平上研究矿质元素的吸收及生理功能，但80年代后随着分子生物学等学科的迅速发展，人们逐步地从膜转运蛋白（泵、载体和通道）基因的克隆、表达调控及其分子结构与功能等分子水平上研究矿质元素的吸收及其生理生化作用机理。特别是近年来，随着拟南芥和水稻等高等植物基因组测序的完成，植物科学的研究已开始了“植物功能基因组学”（plant functional genomics）、“植物蛋白组学”（plant proteomics）和“物代谢组学”（plant metabolomics）的研究，而植物生理学正是以研究植物生命活动规律的科学，生命活动规律具体地讲就是植物各性状表达、生长和发育的生理生化机制，而生理生化过程又是由相应基因表达调控的。也就是说，从基因表达到性状表达的过程既依赖于许多生理生化过程及其调控来实现，也依赖于这些过程与环境因子的相互作用。因此，近年来出现“植物分子生理学”(plant molecular physiology)和“植物生态生理学”(plant ecophysiology)等提法。所以，植物生理学的研究内容也是在不断发展和变化的。

如果从植物生命活动与环境之间关系来看，植物生理学可以划分为两大部分：植物正常生理学（即一般所说的植物生理学），是研究在正常环境条件的植物生命活动规律；植物逆境生理学，是研究在逆境条件下植物生命活动规律。如果从植物生命活动内在关系来看植物生理学可以划分为三大部分：物质与能量代谢（水分、矿质、光合和呼吸）、信息传递和信号转导（信号转导、植物生长物质和光形态建成部分内容）和生长发育与形态建成（生长、形态建成、生殖、成熟及衰老）。当然这种划分不是绝对的，它们之间是不能绝对分开的。在本教材中还增加了第12章植物分子生物学与植物生理，其主要目的是集中介绍近年来植物生理学中某些领域分子机制的最新成果，同时也为某些读者简要介绍了植物分子生物学方法等内容。

二、植物生理学的产生和发展

  （一）植物生理学的产生

植物生理学的产生和发展同其它学科一样受到生产力发展水平、相关学科的发展水平及思想意识形态制约。早在公元前1400~1100年，我国劳动人民在农业生产中就积累了许多植物生理学方面的知识，例如豆科植物与谷物轮作可以增产，七九闷麦法（及春化法）的应用等。同样在西欧和罗马的农民，知道施加动物排泄物和某些矿物质（例如灰分、石膏、石灰等）可以增产，说明在许多国家的古代，已出现植物生理学的萌芽。而且有关植物生理学知识也在我国《氾胜之书》、《齐名要术》和《农政全书》等古农书中已有较详细阐述。

14~16世纪的“文艺复兴”使人们从神学观念的束缚中解放出来，回到客观的物质世界。从16~17世纪，开始了科学的植物生理学的实验工作，当时主要集中在土壤营养（矿质和水分方面）方面，这是文艺复兴哲学思想影响的结果。

此后，由于资本主义的发展，对农业提出各种各样的要求，与此同时，物理学和化学也有了飞跃发展，为生物学研究提供了更先进的方法，大大推动了植物生理学的研究和发展。到1882年Sachs编写最早的《植物生理学讲义》，在此基础上Sachs的学生Pfeffer于1883年编写成了一部三卷《植物生理学》，标志着植物生理学成为一门独立的学科。此时有代表性的植物生理学学家有法国的布森戈（J. Boussingault,1802~1879）和德国的李比西（J. Liebig,1803~1873）。前者对氮素营养和光合作用提出重要理论，后者是利用化学肥料理论的奠基人。

  （二）植物生理学的发展

植物生理学成为一门独立的学科以后，很快即对植物的各种生理功能和代谢过程进行了比较细微的研究，形成了许多单一的植物功能生理，例如植物水分生理、矿质代谢生理、光合作用、呼吸作用、发育生理等，并且从总体水平逐步发展到组织水平、细胞水平和分子水平。到了20世纪，植物生理学在生物学中已成为一个很大的分支学科。由于植物生理学与许多学科（农学、林学、园艺学、环境科学等）有密切的关系，使其研究对象更为广泛，现在又从普通植物生理学中分出许多专门研究讨论某一类植物甚至某一种植物的生理学，以及与其他学科关联的综合性的植物生理学，例如作物生理学、林木生理学、大豆生理学、玉米生理学、生理生态学和生态生理学等。