植物生理學(xué)講座·第五卷·物質(zhì)交換與運(yùn)輸

• 目錄

• 序

• 1． 物質(zhì)交換和能量交換的器官以及輸導(dǎo)組織的結(jié)構(gòu)和功能

• 2．水分的交換與運(yùn)輸

• 3．根對(duì)無(wú)機(jī)離子的吸收 （平田）

• 4．葉子的CO₂交換

• 5．植物體內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸 （熊澤）

• 譯后記

• 索引

此書(shū)是日本出版的《植物生理學(xué)講座》（共五卷）的第五卷，共分5章．第1章討論了細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與透性以及莖、根、葉的結(jié)構(gòu)與功能；在葉子部分，對(duì)葉子與外界環(huán)境間氣體交換的途徑與機(jī)理以及氣孔的開(kāi)閉運(yùn)動(dòng)等方面的討論特別詳盡。第2章為水分的交換與運(yùn)輸，強(qiáng)調(diào)水分勢(shì)這一概念的應(yīng)用。第3章為根對(duì)無(wú)機(jī)離子的吸收，著重研究細(xì)胞水平及組織水平上無(wú)機(jī)離子的吸收情況．第4章說(shuō)明葉子的二氧化碳交換、實(shí)即光合作用，內(nèi)容與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐關(guān)系較大．第5章討論根部吸收的水分及無(wú)機(jī)離子以及植物體內(nèi)的同化產(chǎn)物的運(yùn)輸．關(guān)于各種因素對(duì)一些生理過(guò)程的影響，本書(shū)也作了深度不等的討論，其中有些與生產(chǎn)實(shí)踐具有較大的關(guān)系。本書(shū)還著重從植物的分類(lèi)位置及生態(tài)性質(zhì)來(lái)分析水分、光合作用等生理特性，特別著眼于分析對(duì)比C₃－植物及C₄－植物間各種生理特性的差別，取材較新穎，資料也較多．

本書(shū)適合于農(nóng)林院校及大學(xué)生物科學(xué)專(zhuān)業(yè)師生的閱讀參考；也可供農(nóng)林科技人員及其他生物科學(xué)工作者參閱．

植物生命活動(dòng)中所需的多種物質(zhì)是由其組成部分（器官、組織等）分別吸收和合成的。因此，植物體內(nèi)各部分間必須有物質(zhì)的相互交換，才能維持整體的生存。細(xì)胞是植物體各部分的構(gòu)成單位，是外面由膜包圍的相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)。物質(zhì)交換可以通過(guò)細(xì)胞膜的轉(zhuǎn)移和細(xì)胞間的運(yùn)輸進(jìn)行。高等植物由于具有由根、莖、葉所組成的高大軀體，單靠細(xì)胞間物質(zhì)運(yùn)輸不足以應(yīng)付不同器官間的物質(zhì)交換，它們?cè)谶M(jìn)化中發(fā)展形成輸送效率較高的通道維管系統(tǒng)，以進(jìn)行體內(nèi)的長(zhǎng)距離運(yùn)輸。

物質(zhì)通過(guò)細(xì)胞膜的轉(zhuǎn)移 　細(xì)胞膜由脂類(lèi)物質(zhì)組成，中間鑲嵌有少量蛋白質(zhì)類(lèi)物質(zhì)，還有許多小孔。膜不僅使細(xì)胞內(nèi)含物與外界分開(kāi)，從而保持了自身成分的特點(diǎn)和穩(wěn)定性，而且也是細(xì)胞內(nèi)外進(jìn)行有選擇的物質(zhì)交換的通道。高分子顆粒以及帶有電荷的親水性強(qiáng)的分子通常都難于通過(guò)細(xì)胞膜。

植物生理學(xué)定義

植物生理學(xué)（plant physiology）是研究植物生命活動(dòng)規(guī)律及其與環(huán)境相互關(guān)系、揭示植物生命現(xiàn)象本質(zhì)的科學(xué)。

植物生理學(xué)意義

植物生理學(xué)是植物學(xué)的一部分。但它同時(shí)也可看作普通生理學(xué)的一個(gè)分支。植物的基本組成物質(zhì)如蛋白質(zhì)、糖、脂肪和核酸以及它們的代謝都與其他生物（動(dòng)物、微生物）大同小異。但是，植物本身又有一些獨(dú)特的地方，如：①能利用太陽(yáng)能 ，用來(lái)自空氣中的CO2和土壤中的水及礦物質(zhì)合成有機(jī)物，因而是現(xiàn)代地球上幾乎一切有機(jī)物的原初生產(chǎn)者。②植物扎根在土中營(yíng)固定式生活，趨利避害的余地很小，必須能適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件并演化出對(duì)不良環(huán)境的耐性與抗性。③植物的生長(zhǎng)沒(méi)有定限，雖然部分組織或細(xì)胞死亡，仍可以再生或更新，不斷地生長(zhǎng)。④植物的體細(xì)胞具全能性，在適宜的條件下，一個(gè)體細(xì)胞經(jīng)過(guò)生長(zhǎng)和分化，就可成為一棵完整的植株。因此植物生理學(xué)在實(shí)踐上、理論上都具有重要的意義。

高等植物器官間物質(zhì)的長(zhǎng)距離運(yùn)輸在維管系統(tǒng)中進(jìn)行。水分、礦質(zhì)元素和有機(jī)物質(zhì)各有其主要的運(yùn)輸通道，如導(dǎo)管、篩管等。水分和礦質(zhì)元素主要由木質(zhì)部的導(dǎo)管運(yùn)輸。導(dǎo)管由一連串已失去原生質(zhì)和細(xì)胞壁端壁的細(xì)胞空腔連接而成，是質(zhì)外體的主要組成部分。根系從土壤中吸收水分和礦質(zhì)元素以后，靠根壓和由于葉片蒸騰失水而造成的蒸騰拉力將其運(yùn)送至地上部分。導(dǎo)管空腔口徑較大,因而對(duì)液流的阻力小,蒸騰流的速度可以高達(dá)每小時(shí)幾十米。有機(jī)物質(zhì)主要由韌皮部的篩管從有機(jī)物質(zhì)的“源”向“庫(kù)”運(yùn)輸?！霸础蓖ǔＶ改苓M(jìn)行光合作用的葉片；“庫(kù)”指消耗光合產(chǎn)物的器官，包括正在生長(zhǎng)中的營(yíng)養(yǎng)體的尖端以及正在形成中的果實(shí)、塊莖等。組成篩管的細(xì)胞內(nèi)尚有原生質(zhì)存在，端壁則特化為具有篩孔的篩板。篩孔內(nèi)時(shí)常有一些纖絲結(jié)構(gòu)（P-蛋白）。有機(jī)物質(zhì)經(jīng)由篩孔的纖絲結(jié)構(gòu)運(yùn)送時(shí)，阻力較大，除靠“源”與“庫(kù)”兩端間的膨壓差推動(dòng)外，還可能需要輸導(dǎo)組織附近活細(xì)胞的中間推動(dòng)作用。篩管運(yùn)輸速度遠(yuǎn)低于導(dǎo)管，每小時(shí)僅幾十厘米。一個(gè)器官是“源”還是“庫(kù)”，隨植物生長(zhǎng)發(fā)育的情況而變。如葉片衰老時(shí)，光合功能漸趨微弱，將細(xì)胞內(nèi)含物降解輸出至其他新生部位后,不再能合成新的有機(jī)物質(zhì),“源”的作用就逐漸消失。種子在形成期是消耗有機(jī)物的“庫(kù)”，到了萌發(fā)期就成為供應(yīng)有機(jī)物的“源”。稻麥子粒在成熟后期,不僅調(diào)運(yùn)營(yíng)養(yǎng)體當(dāng)時(shí)的同化產(chǎn)物,甚至?xí)?dòng)員營(yíng)養(yǎng)體長(zhǎng)期積累的細(xì)胞內(nèi)含物使之降解并向子粒集中。人工調(diào)節(jié)繁殖器官與營(yíng)養(yǎng)器官之間的源、庫(kù)關(guān)系，可對(duì)作物產(chǎn)量發(fā)生重要影響。除了維管系統(tǒng)外，不少高等植物如橡膠樹(shù)還有乳管系統(tǒng)，乳汁在其中轉(zhuǎn)移。

一方面是質(zhì)外體和導(dǎo)管，另一方面是共質(zhì)體和篩管，構(gòu)成了植物體內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸途徑的兩大網(wǎng)絡(luò)，分別承擔(dān)水分、礦物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)的運(yùn)輸。但二者之間并不完全隔離。根部從土壤中吸收的水分和無(wú)機(jī)離子經(jīng)由質(zhì)外體向根的木質(zhì)部進(jìn)行橫向運(yùn)輸時(shí)，由于內(nèi)皮層有凱氏帶的阻礙，常要經(jīng)過(guò)共質(zhì)體，才能抵達(dá)導(dǎo)管。相反,葉肉細(xì)胞的光合產(chǎn)物除主要通過(guò)共質(zhì)體外,也部分通過(guò)質(zhì)外體移向篩管。

另外，在維管束中的導(dǎo)管和篩管之間，還摻雜著機(jī)械組織和包括形成層、轉(zhuǎn)移細(xì)胞和伴胞等在內(nèi)的多種薄壁組織。被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)還常通過(guò)這些組織，從一個(gè)系統(tǒng)向另一個(gè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移。因而不同的運(yùn)輸途徑常交錯(cuò)發(fā)揮運(yùn)輸作用。植物體內(nèi)的縱向運(yùn)輸?shù)淖枇Ρ葯M向運(yùn)輸?shù)淖枇π?。葉的光合產(chǎn)物一般主要供應(yīng)同側(cè)器官。只有當(dāng)縱向運(yùn)輸受阻時(shí)，橫向運(yùn)輸才加強(qiáng)。