植物生理学 思维导图
中心主题：植物生理学 - 探索植物生命活动的奥秘
植物细胞的结构与功能 (基础)
- 细胞壁
- 成分与结构：纤维素、半纤维素、果胶、木质素
- 功能：支持、保护、物质运输、细胞识别
- 细胞膜
- 结构：流动镶嵌模型
- 功能：选择透性、物质运输（被动、主动）、细胞识别、信号转导
- 细胞器
- 叶绿体：光合作用的场所
- 类囊体：光反应
- 基质：暗反应（卡尔文循环）
- 线粒体：呼吸作用的场所
三羧酸循环、电子传递链
- 液泡：调节渗透压、储存物质（色素、糖、盐、废物）、维持形态
- 细胞核：遗传信息库
- 内质网 & 高尔基体：物质合成、加工与运输
- 叶绿体：光合作用的场所
植物的水分生理
- 水分在植物中的作用
- 细胞的组成成分
- 代谢反应的介质
- 维持细胞膨压，保持形态
- 蒸腾作用的原料，运输的动力
- 植物对水分的吸收
- 吸收部位：根尖的根毛区
- 吸收动力：根压（主动吸收）与蒸腾拉（被动吸收）
- 吸收途径：质外体途径、共质体途径
- 水分的运输
- 运输途径：根 → 茎 → 叶（木质部）
- 运输动力：蒸腾拉-内聚力-张力学说
- 植物的蒸腾作用
- 定义：水分以气体状态通过植物体表面（主要是气孔）散失到大气中的过程。
- 部位：叶片（主要）、茎、花
- 意义：
- 提供水分运输的主要动力
- 降低叶片温度，避免灼伤
- 促进矿质盐的运输
- 气孔运动：保卫细胞调节（光照、CO₂浓度、水分）
- 植物与水分的关系
- 水势：衡量水分移动趋势的物理量（ψ = ψs + ψp + ψg）
- 水分临界期：植物一生中对水分最敏感的时期。
- 抗旱性、耐涝性：植物对水分胁迫的适应机制。
植物的矿质营养
- 植物必需的矿质元素
- 大量元素：N, P, K, Ca, Mg, S
- 微量元素：Fe, B, Mn, Zn, Cu, Mo, Cl, Ni
- 矿质元素的吸收
- 形式：离子态（如 NO₃⁻, K⁺, H₂PO₄⁻）
- 部位：根尖的根毛区
- 过程：主动吸收为主（需载体蛋白和ATP）
- 矿质元素在植物体内的运输与分布
- 运输途径：木质部（向上运输）、韧皮部（双向运输）
- 利用与再利用：N, P, K, Mg 可再利用；Ca, Fe, B 等难以再利用（缺素症从老叶开始或从新叶开始）。
- 矿质元素的生理功能
- 构成细胞结构：如 Ca 构成细胞壁，P 构成核酸、磷脂。
- 生命活动的参与者：如 Mg 是叶绿素的组成成分，Fe 是细胞色素的组成成分。
- 调节生命活动：如 K 调节渗透压和气孔开闭。
- 合理施肥的生理基础
- 需肥规律：不同生育期对元素需求不同。
- 施肥与环境：防止土壤酸化、板结和水体富营养化。
植物的光合作用
- 概念与意义
- 定义：绿色植物利用光能，将 CO₂ 和 H₂O 合成有机物，并释放 O₂ 的过程。
- 意义：将光能转化为化学能；是地球上几乎所有生命能量的最初来源；维持大气 O₂ 和 CO₂ 的平衡。
- 光合作用的场所与色素
- 场所：叶绿体的类囊体膜和基质。
- 色素：
- 叶绿素 a/b：主要吸收蓝紫光和红光。
- 类胡萝卜素：吸收蓝紫光,保护叶绿素。
- 光反应
- 过程：
- 光能的捕获与转换：光能 → 电能（激发态电子）。
- 水的光解：H₂O → O₂ + H⁺ + e⁻。
- ATP 和 NADPH 的合成：电能 → 活跃的化学能。
- 产物：ATP, NADPH, O₂
- 场所：类囊体膜
- 过程：
- 暗反应 (卡尔文循环)
- 过程：
- 碳固定：CO₂ 被 RuBP 固定,生成不稳定的中间产物。
- 还原：利用光反应产生的 ATP 和 NADPH 将 3-PGA 还原为 G3P。
- 再生：部分 G3P 再生 RuBP,以维持循环。
- 产物：碳水化合物（G3P，可用于合成葡萄糖、淀粉等）。
- 场所：叶绿体基质
- 过程：
- 影响光合作用的因素
- 光照强度、CO₂浓度、温度、水分、矿质元素
- 光合作用的效率与作物改良
- C3, C4, CAM 植物及其特点。
植物的呼吸作用
- 概念与意义
- 定义：植物体内有机物在酶的催化下，逐步氧化分解,并释放能量的过程。
- 意义：为生命活动提供能量；为有机物合成提供原料；中间产物是合成其他物质的原料。
- 主要类型
- 有氧呼吸：主要形式，有机物彻底氧化,释放大量能量。
- 无氧呼吸（发酵）：有机物不彻底氧化,释放少量能量。
- 有氧呼吸的过程
- 第一阶段（糖酵解）：细胞质基质，葡萄糖 → 丙酮酸 + 少量 ATP。
- 第二阶段（三羧酸循环）：线粒体基质，丙酮酸 → CO₂ + [H] + 少量 ATP。
- 第三阶段（电子传递链）：线粒体内膜，[H] + O₂ → H₂O + 大量 ATP。
- 呼吸作用的生理指标
- 呼吸速率：单位时间内单位重量组织吸收的 O₂ 量或释放的 CO₂ 量。
- 呼吸商：呼吸作用释放的 CO₂ 量与吸收的 O₂ 量的比值。
- 影响呼吸作用的因素
- 温度、O₂浓度、CO₂浓度、水分、机械损伤
- 呼吸作用与农业生产
- 呼吸消耗：与作物产量呈负相关。
- 应用：种子储藏（降低呼吸速率）、果实催熟（提高呼吸速率）、中耕松土（增加土壤 O₂）。
植物的物质运输
- 运输系统
- 木质部：负责水分和无机盐的 单向 向上运输。
- 韧皮部：负责有机物（主要是光合产物）的 双向 运输。
- 韧皮部装载与卸载
- 装载：叶肉细胞中的光合产物进入筛管的过程。
- 卸载：筛管中的光合产物运送到库（如根、果实、生长点）的过程。
- 韧皮部运输的机制
- 压力流学说：源端（叶片）通过光合作用产生高浓度溶质，导致水势降低，吸水膨压升高；库端（根、果实）消耗溶质，水势升高，失水膨压降低,膨压差驱动筛管汁液从源到库流动。
植物的生长物质
- 植物激素
- 生长素
- 作用：促进细胞伸长、促进插条生根、促进果实发育、防止落花落果。
- 特点：双重作用（低促进，高抑制）,极性运输。
- 赤霉素
- 作用：促进茎秆伸长、打破种子和块茎的休眠、促进开花和果实发育。
- 细胞分裂素
- 作用：促进细胞分裂、延缓叶片衰老、促进芽的分化。
- 脱落酸
- 作用：抑制生长、促进休眠、促进气孔关闭、提高抗逆性（胁迫激素）。
- 乙烯
- 作用：促进果实成熟、促进器官脱落、促进开花和衰老。
- 生长素
- 植物生长调节剂
- 定义：人工合成的,对植物生长发育有调节作用的化学物质。
- 应用：如 2,4-D（除草剂）、乙烯利（催熟剂）、矮壮素（矮化防倒伏）。
植物的生长、发育与运动
- 植物的生长
- 生长大周期：慢-快-慢的“S”型曲线。
- 相关性：顶端优势（顶芽优先生长，抑制侧芽）、地上部与地下部的协调。
- 植物的发育
- 生命周期：从种子萌发到开花结果、衰老死亡的全过程。
- 春化作用：低温诱导植物开花的过程。
- 光周期现象：日照长度影响植物开花的过程（长日照、短日照、日中性植物）。
- 植物的运动
- 向性运动：受单向外界刺激引起的定向运动（向光性、向重力性、向化性）。
- 感性运动：无定向刺激引起的运动（感夜性、感震性）。
植物的抗逆生理
- 抗逆性的概念
植物对逆境（如干旱、盐碱、高温、低温、病害等）的抵抗和适应能力。
- 主要逆境类型及植物响应
- 干旱胁迫：积累渗透调节物质（如脯氨酸），关闭气孔,产生ABA。
- 盐胁迫：离子毒害和渗透胁迫，植物通过区隔化离子、合成有机溶质来适应。
- 温度胁迫：高温使蛋白质变性，低温造成膜脂相变，植物通过合成抗冻蛋白、可溶性糖来保护。
- 病害胁迫：植物通过产生病程相关蛋白、酚类物质、过敏性反应等进行防御。
总结与应用
- 核心主线：水分和矿质营养是基础，光合作用是能量和物质的来源，呼吸作用是能量供应和物质转化的中心，植物激素是信息调控网络，最终表现为生长、发育和繁殖，并在逆境下表现出抗逆性。
- 联系：所有生理过程相互关联、相互影响，气孔的开闭同时受光合作用（需要CO₂）、蒸腾作用（失水）和ABA（抗逆信号）的共同调节。
这份思维导图可以作为你学习和复习植物生理学的框架，你可以根据自己的理解在每个分支下填充更详细的例子、实验和图表。
