內容簡介
《植物生理學(第三版)》在全麵闡述植物生理學的基本概念、基礎知識及本學科新成果的同時,還注意瞭與中學生物學教材相關內容的銜接和拓展。全書共12章,包括植物的水分代謝、植物的礦質營養、光閤作用、植物的呼吸作用、植物細胞的信號轉導、植物生長物質、植物的光形態建成、植物的生長生理、植物的生殖生理、植物的成熟和衰老生理、植物的逆境生理、植物分子生物學與植物生理。
《植物生理學(第三版)》可用作高等師範院校、高等農林院校及綜閤性大學的植物生理學教材,也可作為其他教學科研人員及中學生物學教師的參考用書。
內頁插圖
目錄
第三版前言
緒論
0.1 植物生理學的概念和內容
0.2 植物生理學的産生和發展
0.3 植物生理學的學習方法
0.3.1 學習植物生理學的基礎
0.3.2 要貫徹三個觀點
0.4 對植物生理學的展望
第1章 植物的水分代謝
1.1 水分與植物的生命活動
1.1.1 水的某些理化特性
1.1.2 植物的含水量
1.1.3 植物體內水分的存在狀態
1.1.4 水分在植物生命活動中的作用
1.2 植物細胞對水分的吸收
1.2.1 水勢的概念及水的遷移過程
1.2.2 植物細胞的水勢組成
1.2.3 植物細胞吸水的方式
1.2.4 水分的跨膜運送與水孔蛋白
1.2.5 細胞間水分的移動
1.3 植物根係對水分的吸收
1.3.1 土壤中的水分和土壤水勢
1.3.2 植物根係吸水的部位
1.3.3 根係吸水的途徑
1.3.4 根係吸水的動力
1.3.5 影響根係吸水的外部因素
1.4 植物體內水分嚮地上部的運輸
1.4.1 植物體內水分運輸的途徑及速度
1.4.2 水分運輸的動力
1.5 蒸騰作用
1.5.1 蒸騰作用的意義
1.5.2 蒸騰作用進行的部位與方式
1.5.3 氣孔蒸騰
1.5.4 蒸騰作用的指標及影響蒸騰作用的因素
1.6 閤理灌溉的生理基礎
1.6.1 作物的需水規律
1.6.2 閤理灌溉的指標
1.6.3 節水灌溉與節水農業
1.6.4 閤理灌溉增産的原因
第2章 植物的礦質營養
2.1 植物必需的礦質元素
2.1.1 植物體內的元素
2.1.2 植物必需的礦質元素及其生理作用
2.1.3 有益元素和稀土元素
2.2 植物細胞對礦質元素的吸收
2.2.1 被動吸收
2.2.2 主動吸收
2.2.3 胞飲作用
2.3 植物體對礦質元素的吸收
2.3.1 根係對礦質元素的吸收
2.3.2 環境因子對根係吸收礦質元素的影響
2.3.3 植物葉片對礦質元素的吸收
2.4 礦質元素在植物體內的運輸與分配
2.4.1 礦質元素在植物體內的運輸
2.4.2 礦質元素在植物體內的分配
2.5 植物對無機養料的同化
2.5.1 氮素的同化
2.5.2 硫酸鹽的同化
2.5.3 磷酸鹽的同化
2.6 閤理施肥的生理基礎和意義
2.6.1 作物的需肥規律
2.6.2 閤理施肥的指標
2.6.3 閤理施肥與現代農業
第3章 光閤作用
3.1 光閤作用的概念及其重要性
3.1.1 光閤作用研究簡史
3.1.2 光閤作用的概念和意義
3.2 葉綠體及光閤作用色素
3.2.1 葉綠體的形態結構和成分
3.2.2 光閤作用色素的種類及理化性質
3.2.3 葉綠素的形成及其條件
3.3 光閤作用的機理
3.3.1 光閤作用的原初反應
3.3.2 電子傳遞和光閤磷酸化
3.3.3 碳素同化
3.3.4 光閤作用的産物
3.4 光呼吸
3.4.1 光呼吸的現象與定義
3.4.2 光呼吸的生物化學過程
3.4.3 光呼吸的生理功能
3.4.4 光呼吸與其他代謝途徑的聯係
3.4.5 C3植物、C4植物以及CAM植物的光閤特點
3.5 影響光閤作用的因素
3.5.1 光閤作用的指標
3.5.2 外界因素對光閤速率的影響
3.5.3 內部因素對光閤速率的影響
3.6 植物對光能的利用
3.6.1 植物的光能利用率
3.6.2 提高光能利用率的途徑
3.7 光閤産物的運輸、分配及調控
3.7.1 光閤産物運輸的途徑、方嚮、速度和形式
3.7.2 光閤産物運輸的機理
3.7.3 光閤産物裝載和卸載的機理
3.7.4 外界條件對光閤産物運輸的影響
3.7.5 光閤産物的分配及其與産量的關係
3.7.6 光閤産物運輸與分配的調控
第4章 植物的呼吸作用
4.1 呼吸作用的概念和指標
4.1.1 呼吸作用的概念
4.1.2 呼吸作用的指標
4.2 植物呼吸代謝的多樣性和意義
4.2.1 呼吸途徑的多樣性
4.2.2 呼吸鏈電子傳遞係統的多樣性
4.2.3 末端氧化係統的多樣性
4.2.4 呼吸作用的生理意義
4.3 呼吸作用的調節、控製及與光閤作用的關係
4.3.1 糖酵解的調控
4.3.2 TCA循環的調控
4.3.3 PPP的調控
4.3.4 “能荷”調節
4.3.5 pH的調節
4.3.6 呼吸作用和光閤作用的關係
4.4 影響呼吸作用的因素
4.4.1 內部因素對呼吸作用的影響
4.4.2 外界條件對呼吸作用的影響
4.5 呼吸作用和農業生産
4.5.1 呼吸作用與作物的栽培
4.5.2 呼吸作用和農産品的貯藏
第5章 植物細胞的信號轉導
5.1 信號的概念及類型
5.1.1 信號
5.1.2 信號的類型
5.2 信號的跨膜轉換
5.2.1 受體
5.2.2 G蛋白與跨膜信號轉導
5.3 胞內信號和第二信使係統
5.3.1 環核苷酸信號係統
5.3.2 鈣信號係統
5.3.3 磷脂酰肌醇信號係統
5.4 蛋白質的可逆磷酸化
5.4.1 蛋白激酶
5.4.2 蛋白磷酸酶
第6章 植物生長物質
6.1 生長素類
6.1.1 生長素類的發現
6.1.2 生長素的種類及其化學結構
6.1.3 生長素的分布、存在形式和運輸
6.1.4 生長素的生物閤成和降解
6.1.5 生長素的生理作用
6.1.6 生長素的作用機理
6.2 赤黴素類
6.2.1 赤黴素的發現和化學結構
6.2.2 赤黴素的分布和運輸
6.2.3 赤黴素的生物閤成
6.2.4 赤黴素的生理作用及應用
6.2.5 赤黴素的作用機理
6.3 細胞分裂素類
……
第7章 植物的光形態建成
第8章 植物的生長生理
第9章 植物的生殖生理
第10章 植物的成熟和衰老生理
第11章 植物的逆境生理
第12章 植物分子生物學與植物生理
參考文獻
索引
前言/序言
本教材是在教育部麵嚮“21世紀生物學教育專業的培養目標、規格和課程方案的改革與實踐”項目(項目號JS182B)研究的基礎上,由科學齣版社組織全國10餘所高等師範院校從事植物生理學教學和研究的骨乾教師編寫而成。第一版於2004年問世後,在全國五十餘所高等院校使用,受到教師和學生的廣泛好評。於2006年被教育部列為普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材。
2007年在第一版基礎上進行修訂再版。主要改動的方麵有:某些章節內容次序進行瞭調換(如光閤作用中3.6光閤産物的運輸、分配及調控與3.7植物對光能的利用);更新瞭部分內容(如光敏色素作用機理和花器官發育的基因控製與ABCDE模型等);更換瞭部分圖錶(如葉綠體的結構和光敏色素通過光調節元件調節Rubisco小亞基基因和通過PIF3調控核基因等);增加瞭少部分圖(如零下低溫細胞間結冰示意圖);在文字上也作瞭一些修改。
自2007年本教材第二版以來,植物生理學某些領域取得瞭突破性進展,特彆是光閤作用和激素受體及信號轉導途徑方麵。為瞭全麵及時補充植物生理學的最新進展,編者自2011年後每年擔任山東師範大學生物科學類卓越班《植物生理學》雙語課教學任務,在教學中注意發現第二版中的錯誤及不足,也每年至少參加2~3次國內外植物生理學相關學術會議及教學研討會,注意吸收植物生理學的最新成果。同時,谘詢瞭使用本教材的部分教師的意見。因此,第三版在第二版基礎上有較大修改。主要錶現在以下幾個方麵:增加瞭10幅插圖;修改完善瞭13幅插圖;對某些章節的內容之間的邏輯關係進行瞭更為閤理的調整和修改,如植物激素一章都在作用機理後邊增加瞭信號轉導途徑內容等;對發現的文字及數字錯誤進行瞭修改。由於課時限製,補充新內容時盡量簡明扼要,某些內容用小5號字排版作為補充閱讀。
經過第三版修訂能夠確保這本《植物生理學》跟上國際植物生理學的新進展,也保證瞭本教材良好的係統性、科學性和適用性,使教材在保持第一、二版章節結構和內容基礎上,章節框架更閤理、內容更條理清楚和反映最新進展、圖錶更新穎,有利於教師教和學生學。我們也製作瞭與本教材配套的課件、創建瞭混閤式課程網站、編寫齣版瞭學習指導書,為使用本教材的院校與老師提供便利。山東師範大學生命科學學院範海教授參與瞭第三版光閤作用一章的修改,陳敏教授參與瞭水分生理一章的修改,宋傑教授參與瞭光形態建成一章的修改,隋娜副教授參與瞭生殖生理一章的修改,郭建榮和袁芳博士參與瞭礦質營養和植物生長物質章節的修改。我要特彆感謝山東師範大學生命科學學院郭建榮博士,她負責完成瞭第三版23個圖的繪製和修改及文字的輸入。藉此第三版修訂之際,我深深感謝科學齣版社陳露女士十多年來對本教材的付齣,也要感謝各位編委的辛勤勞動,更要感謝全國60多所高等院校使用本教材的教師所提齣的寶貴意見和建議。我深知,由於編者水平有限,書中定有錯誤和不妥之處,敬請讀者批評、指正。
植物生理學(第三版) 引言 植物,作為地球上不可或缺的生命形式,不僅構成瞭生態係統的基礎,更是人類生存與發展的關鍵。從我們餐桌上的食物到空氣中的氧氣,無不源於植物的生命活動。理解植物如何生長、發育、響應環境變化,以及它們如何將光能轉化為生命能量,是揭示生命奧秘、解決糧食安全、應對氣候變化等全球性挑戰的基石。 《植物生理學(第三版)》,一本凝聚瞭生命科學領域多年研究精華的權威著作,將帶領您深入探索植物內部的奧秘,揭示其生存與繁衍的內在機製。本書並非簡單羅列知識點,而是以一種係統、深入、富有洞察力的方式,全麵闡述瞭植物生理學的核心概念、前沿進展和研究方法。它旨在為所有對植物生命活動感興趣的讀者——無論是生物學專業的學生、研究人員,還是對自然界充滿好奇的愛好者——提供一個全麵而深刻的理解框架。 內容梗概 本書的結構安排緊湊而邏輯清晰,層層遞進地展現瞭植物生理學的宏大圖景。 第一部分:植物的細胞與分子基礎 植物細胞的獨特性: 從細胞壁的結構與功能,到液泡在維持細胞膨壓、儲存物質和降解廢物中的作用,本書詳細解析瞭植物細胞與動物細胞的關鍵區彆,以及這些差異如何適應植物固著生活的特性。 細胞膜的流動性與運輸: 探討瞭細胞膜上各種離子通道、載體蛋白和泵的工作原理,解釋瞭植物細胞如何精確調控物質進齣,維持細胞內環境的穩定,並進行養分吸收和信號傳遞。 細胞骨架的作用: 揭示瞭微管和微絲網絡在細胞形態維持、細胞分裂、細胞質流動以及細胞器運輸中的重要作用,為理解植物細胞的動態變化提供瞭分子層麵的視角。 基因錶達與調控: 深入探討瞭植物基因的結構、轉錄、翻譯過程,以及各種轉錄因子、錶觀遺傳修飾等如何精確調控基因錶達,從而影響植物的生長發育和對環境的響應。 第二部分:能量轉換與物質代謝 光閤作用:深入探究生命能量的源泉 光反應: 詳細剖析瞭類囊體膜上光係統的結構與功能,電子傳遞鏈的復雜過程,以及光能如何被捕獲、轉化為化學能(ATP)和還原力(NADPH)。本書會深入講解光閤色素的光譜特性,以及能量傳遞的機製。 暗反應(卡爾文循環): 闡述瞭CO2如何通過RuBisCO固定,以及後續一係列酶促反應如何將CO2轉化為糖類。本書會深入分析卡爾文循環中的關鍵酶,以及産物如何進一步代謝。 光呼吸的意義與調控: 討論瞭光呼吸在一定條件下的保護作用,以及其與光閤作用的相互關係。 C4和CAM光閤途徑: 介紹瞭一些植物為瞭適應高溫、乾旱等極端環境而演化齣的特殊CO2濃縮機製,揭示瞭植物在不同生境下的生存智慧。 光閤作用的調控: 探討瞭光照強度、CO2濃度、溫度等環境因素如何影響光閤速率,以及植物內部的信號調控機製。 呼吸作用:釋放生命活動的能量 糖酵解: 詳細闡述瞭葡萄糖在細胞質中被分解為丙酮酸的過程,以及産生的少量ATP和NADH。 三羧酸循環: 描繪瞭丙酮酸進入綫粒體基質後,如何通過一係列氧化還原反應,最終生成CO2、ATP、NADH和FADH2。 氧化磷酸化: 重點解析瞭綫粒體內膜上電子傳遞鏈和化學滲透機製,闡述瞭大量ATP如何在此過程中閤成。 無氧呼吸: 探討瞭在缺氧條件下,植物如何通過發酵途徑來維持能量供應。 氮代謝與硫代謝:構建生命體的基礎 氮的吸收與同化: 詳細介紹植物如何從土壤中吸收硝態氮和銨態氮,以及這些氮素如何在體內被轉化為氨基酸、核苷酸等關鍵生物分子。 固氮作用: 探討瞭共生固氮細菌的作用,以及植物如何利用這些細菌將大氣中的氮氣轉化為植物可利用的形式。 硫的吸收與同化: 介紹植物對硫的吸收和在體內轉化為關鍵含硫化閤物(如半胱氨酸、蛋氨酸)的過程。 礦質營養:植物生長的必需元素 必需元素的鑒定標準: 闡述瞭判定某種元素是否為植物必需元素的原則。 營養元素的吸收與運輸: 詳細分析瞭根係如何吸收土壤中的礦質離子,以及這些離子如何在植物體內進行長距離運輸。 營養元素的生理功能: 逐一介紹氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫等宏量元素以及鐵、錳、鋅、銅、鉬等微量元素在植物生長發育中的具體作用。 營養缺乏癥與過量毒害: 通過典型的缺乏癥和毒害癥狀,幫助讀者直觀理解營養元素失衡對植物造成的損害。 第三部分:植物的生長、發育與響應 植物激素:精密的信號調控係統 生長素(Auxin): 詳述其閤成、運輸、信號轉導途徑,以及在細胞伸長、嚮性運動、維管組織形成、頂端優勢等方麵的廣泛作用。 赤黴素(Gibberellin): 探討其在種子萌發、莖伸長、花芽分化、果實發育中的作用。 細胞分裂素(Cytokinin): 闡述其促進細胞分裂、延緩衰老、影響側芽萌發等功能。 脫落酸(Abscisic Acid, ABA): 詳細分析其在氣孔關閉、種子休眠、抗逆性增強等方麵的關鍵作用。 乙烯(Ethylene): 介紹其在果實成熟、衰老、病害反應等方麵的作用。 其他植物激素: 簡要介紹油菜素內酯(Brassinosteroids)、水楊酸(Salicylic Acid)等新興植物激素的作用。 激素的相互作用與調控: 強調植物激素並非獨立發揮作用,而是通過復雜的相互拮抗或協同作用,精細調控植物的生長發育。 植物的生長與發育:從種子到成熟植株 細胞分裂與生長: 闡述瞭分生組織在植物生長中的核心作用,以及細胞的擴張、分化過程。 種子萌發: 詳細分析瞭萌發所需的條件(水、氧、溫度),以及內源和外源因素(激素、環境信號)對萌發的調控。 根的發育: 介紹根尖結構,以及根的伸長生長、分枝、吸收功能。 莖的發育: 描繪瞭莖的生長、節的形成、葉原基的分化,以及維管束的形成。 葉的發育: 闡述瞭葉片的發育過程,包括葉原基的形成、葉片擴張,以及葉片光閤組織的形成。 生殖生長: 探討瞭花的發育、傳粉、受精過程,以及果實和種子的形成。 環境因子對植物生長的調控 光周期: 深入解析瞭光周期對植物開花時間的影響,以及植物如何感知日照長度的變化。 溫度: 討論瞭溫度對植物生長發育各階段的影響,包括溫度對酶活性的調控,以及春化作用。 水分脅迫: 詳細闡述瞭植物如何感知和響應缺水脅迫,包括氣孔關閉、滲透調節、ABA信號通路等。 鹽脅迫: 介紹植物如何應對土壤鹽分過高的環境,包括離子毒害、滲透壓失衡等。 高溫與低溫脅迫: 探討植物如何抵禦極端溫度,包括熱激蛋白、抗凍蛋白的閤成等。 重金屬毒害: 分析重金屬對植物生理過程的影響,以及植物的解毒機製。 第四部分:前沿進展與應用 植物的信號轉導: 深入探討瞭植物感知環境信號(光、激素、病原體等)並將其轉化為細胞響應的分子機製,包括受體蛋白、激酶級聯反應、轉錄因子激活等。 植物與生物互作: 關注植物與微生物(如根瘤菌、菌根菌、病原菌)之間的復雜關係,以及植物如何識彆和響應這些互作。 基因組學與分子育種: 介紹瞭現代基因組學技術如何應用於植物生理學研究,以及如何通過分子育種技術改良作物品種,提高産量和抗逆性。 植物生理學在農業與環境保護中的應用: 結閤實際案例,探討如何利用植物生理學知識來提高作物産量、減少農藥使用、修復汙染土壤、應對氣候變化等。 結論 《植物生理學(第三版)》不僅是一本教科書,更是一扇通往植物生命奧秘的窗口。它以嚴謹的科學態度、清晰的邏輯結構、豐富的圖錶和實例,將復雜而迷人的植物生理學世界呈現在讀者麵前。通過本書的學習,您將能夠: 深刻理解植物生命活動的內在規律: 從分子到細胞,從器官到整株,全麵把握植物如何進行光閤作用、呼吸作用,如何吸收和利用養分,如何生長發育,以及如何應對韆變萬化的環境。 掌握研究植物生理學的前沿方法: 瞭解現代生物技術在植物生理學研究中的應用,培養科學的思維方式和研究能力。 認識植物在生態係統和人類社會中的重要地位: 深刻體會植物在維持地球生命循環、保障糧食安全、改善生態環境等方麵所扮演的關鍵角色。 無論您是希望係統學習植物生理學的學生,還是緻力於植物科學研究的科研工作者,抑或是對植物世界充滿好奇的自然愛好者,《植物生理學(第三版)》都將是您不可多得的寶貴資源,為您打開一扇探索生命奇跡的大門,激發您對生命科學更深層次的探索與思考。