植物生理学发展
植物生理学发展
摘要:植物生理学是研完绿色植物生命活动的一门自然科学。随着时代的进展,知识不断地增加,植物生理学的内容也得到充实。我们不但以生物化学及生物物理阐明生活过程的各种机理, 还把生命活动的规律与环境接合起来, 更好地控制植物。植物生理学既是理论科学, 也是实践科学。植物生理学的生长发育知识, 已应用到农、林、教、副、药物及植保等科学部门, 越来越引起人们的重视。本文将从植物生理学的内容、植物生理学与生产的联系、植物生理学的发展前景及当前进展、未来发展的建议这四个方面来介绍植物生理学的发展。 关键词:植物生理学;农业生产;发展
一、植物生理学的内容
植物生理学是农林业的理论基础, 是研完绿色植物生命活动的一门自然科学。随着时代的进展, 科学知识不断地增加, 植物生理学的内容也得到充实。我们不但以生物化学及生物物理阐明生活过程的各种机理, 还把生命活动的规律与环境接合起来, 更好地控制植物。植物生理学既是理论科学, 也是实践科学。 植物的一生是从种子萌发开始的。水分代谢、矿质及氮素营养、光台作用与呼吸作用, 是生命的基本代谢活功。各生理过程都贯穿着物质的转化, 并伴随着能量的转化。分子在物质与能最上无休止的变化偿、和形成了生命, 综合地表现在生长发育。这样就有器官的形成, 生长与分化又发展到开花受情, 最后出现果实与种子。果实与种子的成熟又准备了下一代的繁殖。植物的各个生命活功不是孤立的, 而是相互密切联系, 相互依赖, 又相互制约的。
自养与全能性是绿色植物的特征。自养是指绿色植物不需要任何现成的有机物, 完全可以依靠无机物为养料, 靠着阳光的能量, 叶绿体把二氧化碳、水及共它极简单的矿质元素, 转变为有机化合物。太阳的辐射能同时也转变为电能, 并在植物体内以有机物形式贮藏为化学能。光合过程合成的有机物, 是植物体进行一切物质转化与能量转化的基础。光合作用除了同化有机物, 还放出氧气, 氧是一切生物存在不可缺少的物质。绿色植物能制造碳素、氢素、氧素及氮素物质, 有固碳、固氢、固氧与固氮等四固能力。生活方式最经济节约。它虽然吸收很多氮与磷, 用过之后不是排弃掉而是再贮藏起来。其它元素的利用, 也有同样的情况。我们可以看到叶片枝条衰老掉落之前, 营养物质都全部运走在另一地方贮藏起来。整个细胞赋有生命的原生质, 都彻底转移, 除了纤维素、木质素那些不能分解的骨干外, 甚么也没剩下。植物这么节约地利用营养物质, 从整个生物界来看, 有很突出的意义。此外绿色植物还具有无限生长的特性, 其躯体的任何部分都有再生的能力, 能发展为像原来一样的植物。也就是说, 植物细胞具有一定的全能性, 通过组织培养, 一个体细胞能发展为一个完整植株, 已充分证明了细胞全能性。这是生物界的发生与发展上很重要的突破, 植物体的每一个细胞, 都是从受精卵分裂增殖得来的, 因此每一个细胞有相同的基因, 有相同数量的D A N , 不论细胞怎么分化, 怎么表现特殊的功能, 细胞核中的D N A 都随细胞的倍性( n ) 而变化, 倍性相同的细胞, D A N 数量基本相同。全能性就是细胞中每个基因, 有潜在表达性状的能力。即使巳高度分化了的细胞, 还保留遗传上的全能性。每个细胞既然含有产生一个完整有机体的全部基因, 在条件适当时, 完全能发展而形成一个新的有机体。植物细胞的一定全能性, 使它在一定时期及部位, 有一定的分化与分工。因而有的成枝叶, 有的成根, 有的成其它器官。这全
能性还是要决定于D N A 的基因在发育分化时发挥作用。因为有的基因被阻抑, 有的基因被去抑阻, 每个细胞在特定时期有不少基因被抑制, 被抑制的基因就不起作用。一般生物体的D N A 在某一特定时间, 被利用的只有5 % 到10 %染色体的不同区域, 或是开放, 或是关闭。即Q N A 能产生的信息, 不是全部可以到达细胞质而进行翻译。表达出来的基因, 只有一小部分。植物体各部分存在着异质性, 使植物体有分化的表现。分化是特异基因引起的, 在特定的时间与空间, 基因的选择性转录活动引起特异蛋白的合成, 就发生不同形态建成的性状。
植物体除了自养性与全能性, 也表现很明显的相关性。相关性使植物各部分互相协作与制约。植物不如动物那祥, 有发达的神经系统与血液循环, 作为渗透物质、调节体温、交流物质及传导信息。植物的细胞壁很厚, 原生质几乎都被隔开, 但是在电子显微镜下, 我们就可以看到穿过细胞壁的原生质纤丝, 把邻接的细胞连在一起。原生质与高分子颗粒可以通过胞间连丝在胞间连络与转移, 事实上各细胞的原生质巳经打成一片, 成为共质体。细胞之间密切地相互调节制约, 有一定的分工, 也有一定的协作, 激素在这里起很大的作用。还有管道状的维管束系统, 一起促迸物质的交流。胞间连丝与维管束还有电传导、信息传递这些重 要功能。植物体内那些数量极微的核酸( 即基因、酶、激素及光敏色素, 就能很迅速地接受了环境信号。外界的光周期、温周期、甚至光质中的红光与远红光, 都反应得很敏感。细胞的生长分化及各种发育过程, 也受这些微量物质的J 空制。植物没有动物那么发达的一套调节温度、渗透的内在系统, 外界环境变化很吝易受冲击。不过水分的熊月考, 水分的自由水与束缚水不同状态, 水分进出保卫细胞沈气孔启闭, 右来万工是有很强的适应性与抗性, 生物膜不饱和脂肪酸的含员, 使植物在变化温度的环境中能生活。原生质巾的缓冲物质, 也使细胞原生质酸度变化不致太大。[1]
二、植物生理学与生产的联系
自然科学的研究, 最终的目的是为生产服务, 为人类谋幸福。植物生理学在各种作物的研究已做了不少工作, 对作物的合理栽培及丰产稳产, 贡献很大。我国一向对植物生理学的联系实际, 呼声最大, 这也是正确的,
植物生理学产生于农业生产实践. 农业生产中植物生理学间题的解决又不断推动着植物土理学的发展. 所以可以说植物生理学从一开始就一与农业生产结下了不解之缘。
从历史上看, 农业生产中许多重大进步. 均以植物生理学研究为基础。如化肥的使用以植物矿质营养研究为基础,生长调节剂的人工合成和应用得益于植物激素研究,不同地区间优良品种的引种, 必须以植物发育理论为指导,果实成熟和采后生理研究使果蔬贮鲜技术的出现成为可能等等随着农业生产和植物生理学的发展, 不少植物生理学研究成果正在促进农业新技术的发展, 或者已得到初步应用. 并将进一步完善和推广。如植物组织和细胞培养技术已应用于一些重要经济植物或主要农作物的快速繁殖和脱除病毒以及优良新品种的创育。这完全以植物细胞生理研究为墓石; 微量元素在农作物和果树上的使用产生比上壤施肥更为经济、快速、有效的效果。这与更深入的矿质营养研究有关:水分生理研究为合理灌溉、节水农业措施提份了理论基础和报术指标光合 作用研究导致 了温 室 施肥技术的出现 为减少光合作用 “ 午睡” 现象、提高增产效果而采用的间歇喷雾技术也以光合作用研究为基础。至于利用豆科植物与根瘤菌、非豆科植物与放线菌、水生植物与蓝绿藻、水稻与粪产碱菌之间的共生关系进行生物固
氮, 开创一条既节约能耗又不污染环境的获氮途径当然要以生物固氮以及植物与微生物间关系的理论为指南。[2]
三、植物生理学的发展前景及当前进展
关于植物生理学的发展前景, 可归纳为四个大的方面:
(l) 值物生理学内容的扩展及其和其它学科的交又渗透。如在生物固氮方面和微生物学的交又渗透,逆
境生理方面和生态学的交又渗透以及植物生长发育全过程中基因表达、调控研究方面和分子生物学的交叉渗透。这种交叉渗透无疑大大扩展了植物生理学的研丸内容, 使植物生理学的面貌发生了极大变化, 尤其是分子生物学的介入, 使得植物生理学步入了一个新的发展阶段。(2) 机理研究的深入和调节控制探讨的兴起由于分子生物学、细胞学和遗传学的发展, 人们已经进入了一个可以在分子和细胞水平上认识植物生命活动基本规律的时期. 如重要功能蛋白R o B 尸鞍化酶和光敏色素蛋白的分子结构、功能、生物合成的研究均是突出的范例。关于调节控制的研究也蓬勃兴起、方兴未艾。如基因表达调控的研究、生长调节物质与植物生长发育、同化物分配和光调节等均十分活跃。(3) 生理规律的数量化。这突出表现在计算机科学在植物生理学中的应用以及数学模拟研究某些生理间题方面。(4)重视从分子到群体的不同层次的研究和扩大植物生理学的应用范围。从当前研究情况看, 继续不断地向分子水平深入是一明显趋势, 但细胞、组织、器官、整体和群体水平的研究也在加强。说明各层次的研究是紧密联系的。相辅相成的, 必须结合起来才可获相得益彰之效。植物生理学的应用范围也由农业逐渐扩大到环境保护、资源开发、航天、医药、食品工业、轻工业和商业等。
在植物生理学的当前进展中, 最突出也最为活跃的是以分子生物学的思想、方法和技术来研究植物生长发育的规律和机理及其调节控制, 这无疑是植物生理学研究中的一次革命。这对植物生理学家来说既是挑战。也是机遇、他们必须迅速熟悉新的概念和技术, 但却有了在分子和细胞水平认识植物生命活幼规律、使传统植物生理学方法难以解决的问题得代解决的机会。只有迎接挑故。才能把握机遇, 这使址植物生理学工作者当前所面临的形势、这方面研究的主要进展可概括为三点: 一是利用基因克隆技术获得了许多与枝物生命活动过程有关的基因。如与光合作用有关的R u B P 竣化酶大、小亚基的基因、在生长发育中有重要作用的光敏素和钙调素甚因、在植物氮代谢中起重要作用的硝酸还原酶墓因以及与果实成熟有关的聚半乳糖醛酸酶基因等等。二是利用植物细胞转化及基因转阵技犬获得一大批转墓因植物使得对基因表达的调控进行分析研究成为可能。三是各种转化植物和突变体的获得为深入研完某些特定基因产物在有关生理过程中的作用提供了一种有力的手段。[3]
由这些进展可以看到。 分子生物学不仅为植物生理学研究提供了新的技术, 而注也提排了新的概念和思考间题的方式, 其结果必然是丰富了植物生理学的研究内容, 强化了植物生理学的研究方法, 有力地推动了植物生理学的发展。
四、未来发展的建议
中国植物生理学的发展怎样才能有自己的特色呢? 提出几点建议, 供同志们参考:
1、要立足于中国的国情。中国有十亿人口( 其中八亿农民) , 有三亿多劳力在搞饭吃, 必须迅速改变农业生产的这种落后状况, 对此植物生理学工作者
是责无旁贷的。我们应当按照为农业现代化服务的大方向来调整和改革科研和教学工作, 首先是通过深入细致的调查研究, 弄清楚当地、当前农业( 当然是大农业) 生产中的主要作物的关键问题, 选定自己的研究对象, 根据自己的力量和特点, 逐步形成某种作物的生理研究中心, 并且同农业科研和生产部门相结合, 尽快地把自己的研究成果转变为生产力。植物生理学是研究植物生命活动普遍规律的基础科学, 但在中国具体的历史条件下, 应当把墓础理论的研究和农业生产更紧密地结合起来。农学界已经在讨论如何把农业科学同生理生化等基础研究结合起来, 北京农学界甚至已经在酿酿向北京植物生理学界发出联合协作的呼吁了。从我国农业科学研究的实际情况来看, 上至中国农科院下至各省、市农科院各所, 至今没有一个相应的研究室系统地开展作物生理生化的研究, 在这种情况下, 中国植物生理学的研究更应当主动为农业生产服务。再者, 从发展上来看, 植物生理专业的毕业生, 多数要分配到农林等部门去工作, 在相当一个时期内, 各院校植物生理专业也需要按照为农业生产服务这个大方向培养农业现代化所需要的作物生理方面的人才, 否则分配都会发生困难, 这是一个现实的问题。
2、要立足于中国农业传统技术与理论的发掘。中国农业是以精耕细作、成本低、收益高、无公害而著称于世的。中国农业在某些特点上比西方农业更发达,我国植物生理学工作者如果注意这些特点的研究, 将是独一无二的。略举几例:(1) 综合丰产经验的生理学分析。我国精耕细作的传统农业技术是建立在对地力、种性、生态等多种因素的分析基础上的[4], 因此技术是综合的、成套的。近代农民继承和发展了这一传统技术, 不仅创造了大面积丰产的经验, 也创造了许多小面积高产的典型经验,) 特殊的研究对象一豆科绿肥。我国是世界上栽培豆科绿肥最早的国家。豆科绿肥其中许多种类既是作物, 又是饲料和肥料, 中国农民通过它把农业和畜牧业、用地和养地结合起来, 它还是中国农民用来改良盐碱地、沙荒地、红壤等的先锋植物。(3) 最佳种植制度的生理学基础。间作套种, 轮作换茬是我国劳动人民又一个创造, 中国耕作制度的多样性和科学性是举世瞩目的。它在实践上为我们提供了最充分、最合理地利用自然资源(水、肥、气、热、光等) 和社会资源的丰富经验, 中国农民既提高和保持了单位面积产量, 又可使地力长年经久不衰) 有机肥的生理作用。“ 种田全靠灰和粪” ,这是中国农民对有机肥和无机肥相结合的一种最朴素的认识[5]。(5) 远缘杂交生理学的研究。
远缘杂交也是我们祖先留下来的宝贵财富, 无论是无性杂交还是有性杂交在中国都有很好的基础。接穗和砧木之间的相互作用机理, 它们之间的物质与能量交换, 是一个重要的生理学问题
3、要立足于中国植物生理学的实际。中国植物生理学已有50 余年的历史, 无论从科研和教学机构的数量, 科研队伍的水平; 还是从取得的成果等方面来分析, 我们已经建立了一个较好的基础。我们一定要清醒地估价自己的力量, 扬长避短, 既不要脱离实际去赶时髦, 又不可妄自菲薄。在当前尤应发扬协作精神, 联合解决生产上提出的一些急待解决的重大问题, 不能把搞点数据发表文章当做自己的目的中国植物生理学将以自己独特的面目出现在世界科坛之上,这是毫无疑义的。
参考文献:
[1]卓仁松 植物生理学的进展[M] 福建:福建农学院学报 1981:9-2
[2]冬成后, 玛81 , 大森植林中细施内含物由农退叶片向顶端生长部位的循序转移[M], 北京农业大学学报. 第七卷2.P P.1一16.
[3]雨宫昭( 吴尧鹏译) i , 5 1: 浙江农业科学`( 1 )* 4 4” 48
[4]D o is , B.D.i g s o : 国外遗传育种. 6: 1、1 5.
The development of physiology of plant
Abstract:Plant physiology is a branch of natural science research the life processes of the green plants. With the progress of the times, knowledge constantly increased, plant physiology content has been enriched. We not only in biochemistry and Biophysics to elucidate various mechanism of life process, but also to the laws of life activities and the environment together, better control of plant. Not only is the scientific theory of physiology of plant, but also the practical science. The growth of knowledge of plant physiology, has been applied to agriculture, forestry, teach, vice, drugs and plant protection science departments, people pay more and more attention. This paper from the plant physiology content, plant physiology development outlook, physiology of plant and production and current progress, suggestions for future development of these four aspects to introduce the development of plant physiology. Key words:Plant physiology;agricultural production;development