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编辑推荐

适读人群 ：适读人群 ：生命科学相关专业本科生、研究生及从事植物生理学研究的人员

《植物生理学（第五版）》内容体系结构合理，图文并茂，反映了植物生理学领域各个方向的研究内容和*新进展，适合植物科学领域的教学和研究参考。

内容简介

《植物生理学（第五版）》英文版（第五版）由国际著名植物学家Lincoln Taiz 和Eduardo Zeiger 等著，Sinauer Associates 公司出版，是当今国际上植物生物学领域的重要教科书。《植物生理学（第五版）》围绕植物对水分和矿质营养的吸收和转运，光合作用、呼吸作用等植物体内的生化和代谢过程，以及植物生长发育及其调控3个单元精心组织内容，共计26 章。

目录

第1章 植物细胞
1.1 植物生命：一些统一的原理
1.2 植物结构总览
1.3 植物细胞器
1.4 内膜系统
1.5 来源于内膜系统的独立分裂的细胞器
1.6 能独立分裂的半自主型细胞器
1.7 细胞骨架
1.8 细胞周期调控
1.9 胞间连丝
小结

第2章 基因组结构与基因表达
2.1 核基因组结构
2.2 植物细胞质基因组：线粒体和叶绿体
2.3 核基因表达的转录调节
2.4 核基因表达的转录后调节
2.5 基因功能的研究工具
2.6 作物遗传改良
小结

第3章 水和植物细胞
3.1 植物生命中的水
3.2 水的结构和特征
3.3 扩散和渗透作用
3.4 水势
3.5 植物细胞的水势
3.6 细胞壁和细胞膜的特性
3.7 植物的水分状态
小结

第4章 植物的水分平衡
4.1 土壤中的水分
4.2 根对水分的吸收
4.3 水分通过木质部运输
4.4 水分从叶片散失到大气中
总述：土壤-植物-大气连续体
小结

第5章 矿质营养
5.1 必需元素、必需元素缺乏和植物失调症
5.2 营养缺乏的治疗
5.3 土壤、根和微生物
小结

第6章 溶质的运输
6.1 被动运输和主动运输
6.2 离子的跨膜运输
6.3 膜的转运过程
6.4 膜转运蛋白
6.5 根中的离子运输
小结

第7章 光合作用：光反应
7.1 高等植物中的光合作用
7.2 基本概念
7.3 了解光合作用的关键实验
7.4 光合细胞器的构成
7.5 吸光天线系统的构造
7.6 电子传递的机制
7.7 叶绿体中的质子转运和ATP合成
7.8 光合作用系统的修复和调节
7.9 光合作用系统的遗传、组装和进化
小结

第8章 光合作用：碳反应
8.1 卡尔文-本森循环
8.2 卡尔文-本森循环的调控
8.3 C2氧化光合碳循环
8.4 无机碳浓缩机制
8.5 无机碳浓缩机制：C4碳循环
8.6 无机碳浓缩机制：景天酸代谢(CAM)
8.7 光合作用中淀粉和蔗糖的积累与分流
8.8 叶绿体淀粉产生与动员
8.9 蔗糖生物合成及其信号途径
小结

第9章 光合作用：生理和生态思考
9.1 光合作用是叶片的基本功能
9.2 结构和功能完整的叶片对光的光合响应策略
9.3 光合作用对温度的响应
9.4 光合作用对二氧化碳的响应
9.5 揭示不同的光合途径
小结

第10章 韧皮部转运
10.1 韧皮部转运的途径
10.2 转运模式：源到库
10.3 韧皮部转运物质
10.4 转运速率
10.5 韧皮部运输的压力流动模型——被动运输
10.6 韧皮部装载
10.7 韧皮部卸载及库到源的转变
10.8 光合产物的分布：分配和分割
10.9 信号转导分子的运输
小结

第11章 呼吸作用与脂代谢
11.1 植物的呼吸作用
11.2 脂代谢
小结

第12章 矿质营养的同化
12.1 环境中的氮
12.2 硝酸盐的同化
12.3 铵的同化
12.4 氨基酸的生物合成
12.5 生物固氮
12.6 硫的同化
12.7 磷酸盐的同化
12.8 阳离子的同化
12.9 氧的同化
12.1 0营养物质同化的能学
小结

第13章 次生代谢和植物防御反应
13.1 次生代谢
13.2 萜类
13.3 酚类化合物
13.4 含氮化合物
13.5 诱导植物防御反应抵抗植食昆虫
13.6 植物对病原菌的防御反应
小结

第14章 信号转导
14.1 植物细胞与动物细胞的信号转导
14.2 信号传递的时空性
小结

第15章 细胞壁：结构、生物合成和扩展
15.1 植物细胞壁的结构和合成
15.2 细胞的扩张方式
15.3 细胞的扩张速率
小结

第16章 生长与发育
16.1 植物生长发育总览
16.2 胚胎发生：极性的起源
16.3 分生组织：无限生长型的基础
16.4 根顶端分生组织
16.5 茎顶端分生组织
16.6 营养器官发生
16.7 衰老和细胞程序性死亡
小结

第17章 光敏色素和光调控的植物发育
17.1 光敏色素的光化学和生物化学特性
17.2 光敏色素诱导反应的特点
17.3 光敏色素蛋白的结构和功能
17.4 光敏色素功能的遗传分析
17.5 光敏色素信号途径
17.6 昼夜节律
17.7 生态学功能
小结

第18章 蓝光反应：形态建成和气孔运动
18.1 蓝光反应的光生理学
18.2 蓝光反应的调节
18.3 蓝光受体
小结

第19章 生长素——第一种被发现的植物生长激素
19.1 生长素慨念的出现
19.2 主要的生长素：吲哚-3-乙酸
19.3 生长素的运输
19.4 生长素信号转导途径
19.5 生长素的作用：细胞伸长
19.6 生长素的作用：植物的向性
19.7 生长素对生长发育的影响
小结

第20章 赤霉素：植物高度和种子萌发的调节因子
20.1 赤霉素的发现及其化学结构
20.2 赤霉素对生长和发育的影响
20.3 赤霉素的生物合成与失活
20.4 赤霉素信号途径：响应突变体的重要性
20.5 赤霉素响应：DELLA蛋白的早期靶标
20.6 赤霉素响应：谷类植物糊粉层
20.7 赤霉素响应：花药发育和雄性育性
20.8 赤霉素响应：茎的生长
小结

第21章 细胞分裂素：细胞分裂的调节因子
21.1 细胞分裂和植物发育
21.2 细胞分裂素的发现、鉴定和特性
21.3 细胞分裂素的生物合成、代谢和运输
21.4 细胞分裂素在细胞和分子水平上的作用模式
21.5 细胞分裂素的生物学功能
小结

第22章 乙烯：气体激素
22.1 乙烯的结构、生物合成及测定
22.2 乙烯信号转导途径
22.3 乙烯调控基因表达
22.4 乙烯在植物发育和生理反应中的作用
小结

第23章 脱落酸：种子成熟和胁迫反应激素
23.1 ABA的产生、化学结构和测定
23.2 ABA的生物合成、代谢和运输
23.3 ABA信号转导途径
23.4 ABA调节基因表达
23.5 ABA在发育中的作用和生理效应
小结

第24章 油菜素甾醇：细胞扩大和发育的调节子
24.1 油菜素甾醇的结构、发生及遗传分析
24.2 油菜素甾醇的信号转导途径
24.3 油菜素甾醇的生物合成、代谢及运输
24.4 油菜素甾醇对生长和发育的影响
24.5 油菜素甾醇在农业上的应用前景
小结

第25章 开花的控制
25.1 花分生组织和花器官的发育
25.2 花发端的内在和外在因素
25.3 茎尖和时相变化
25.4 近似昼夜节律(circadian rhythm)：内在的生物钟
25.5 光周期现象：监测日长
25.6 春化作用：冷处理可以促进植物开花
25.7 与开花有关的长距离信号过程
小结

第26章 非生物胁迫的应答与适应
26.1 适应性与表型可塑性
26.2 非生物环境及其对植物的生物学影响
26.3 水分亏缺与洪涝
26.4 土壤中矿质元素的失衡
26.5 温度胁迫
26.6 强光胁迫
26.7 保护植物抵御极端环境的生长发育和生理机制
小结
参考文献
附录1 能量和酶
A1.1 生命系统中的能量流
A1.2 能和功
A1.3 自发过程的方向
A1.4 自由能和化学势
A1.5 氧化还原反应
A1.6 电化学势
A1.7 酶：生命的催化剂
附录2 植物生长分析
A2.1 生长速率和生长曲线
附录3 激素生物合成途径
A3.1 氨基酸途径
A3.2 类异戊二烯途径
A3.3 脂类
索引

精彩书摘

第1章
植物细胞
1.1植物生命:一些统一的原理
所周知，植物的大小和形态丰富多样?植物体的高度从小于1 cm直到大于100 m?植物形态，或者说形状，也有惊人的多样性?小小的浮萍(Lemma)似乎和巨大的仙人掌或红杉树没什么相似之处?没有一种植物能够表现出地球上的植物对于环境所具有的全部适应性，因此植物生理学家选择研究模式生物(model organism)?那些生长周期短?基因组小的植物被选为模式植物(参见Web Topic1.1 )?这些模式植物非常有用，如果不考虑它们各自的适应性，所有植物基本都进行着相似的活动，并且基于相同的结构模式?可以将决定植物生活方式的主要因素概括如下?
(1)作为地球上的初级生产者，绿色植物是太阳能最终的收集者?它们通过转化光能为化学能来收集太阳能，化学能储存在二氧化碳和水合成碳水化合物时形成的化学键中?
(2)除了一些生殖细胞，植物是不移动的?为了弥补这一不足，植物进化出了在生命周期中向重要资源(如光?水和矿质营养)生长的能力?
(3)陆生植物在向光生长时，通过增强结构来支撑其质量，以对抗向地的重力?
(4)陆生植物具有将土壤中的水分和矿物质运输到光合作用和生长所需要地方的机制，以及将光合作用产物转移到非光合作用器官和组织的机制?
(5)陆生植物通过蒸腾作用连续失水，并进化出防止脱水的机制?
1.2 植物结构总览
虽然外观各异，但是所有种子植物(参见Web Topic1.2 )都有相同的基本形体轮廓(图1.1 )?营养体由3种器官组成:叶?茎和根?叶的主要功能是光合作用，茎用于支撑，根起固定及吸收水分和矿质营养的作用?叶在节上和茎相连，两个节之间的区域称为节间，茎和叶一起统称为地上部?
种子植物有两类:裸子植物和被子植物?裸子植物(Gymnosperm)(来自于希腊文，是种子裸露之意)较低等，已知的大约有700种?裸子植物中最大的类群PLANT PHYSIOLOGY
图1.1　典型双子叶植物的示意图?是松类(“松果产生者”)，包括一些重要的经济森林树种，如松树?枞树?云杉和红杉?
被子植物(Angiosperm)(来自于希腊文，是种子在罐中之意)，是种子植物中较高等的，在1亿年前的白垩纪开始大量出现?现在它们在植被中占有绝对优势，远胜于裸子植物?已知的约有25 万种，但是还有许多没有进行分类?种子植物的主要进化是出现了花，因此也称为开花植物(flowering plant)(参见Web Topic 1.3 )?
1.2.1 植物细胞被坚硬的细胞壁包围
植物和动物的一个基本区别是每个植物细胞被一层坚硬的细胞壁(cell wall)包围?在动物中，胚性细胞能从一个位置移动到另一个位置，因此发育中的组织和器官可以包含起源于生物体不同部位的细胞?而在植物体中没有这样的细胞移动?每个带细胞壁的细胞与相邻细胞都由胞间层(middle lamella)粘合起来，因此，不同于动物发育，植物发育只依赖细胞分裂和细胞增大的模式?
植物细胞有两种细胞壁:初生细胞壁(primary cell wall)和次生细胞壁(secondary cell wall)(图1.2 )?初生细胞壁通常很薄(小于1 μm)，通常存在于幼嫩和正在生长的细胞中?次生细胞壁比初生细胞壁更厚，更强韧，并且在大多数细胞增大终止后沉积?次生细胞壁的强度和韧性是由木质素(lignin)决定的，木质素是一种易碎的?胶状的物质(见第15 章)?次生细胞壁上的圆形豁口形成了单纹孔(simple pit)，并且一个细胞的单纹孔经常和相邻细胞壁上的单纹孔相对?相连的单纹孔称为纹孔对(pit-pair)?
图1.2　图示初生细胞壁和次生细胞壁及其与细胞其他部分的关系?
木质化次生细胞壁的出现使植物结构得到强化，使得植物能够在土壤之上进行垂直生长并且定植于土壤中?而缺少木质化细胞壁的苔藓植物，如苔藓和地钱，在地面生长高度则不超过几厘米?
1.2.2 新细胞产生于分生组织
植物生长主要集中于特定的细胞分裂区域，这些区域称为分生组织(meristem)?几乎所有的核分裂(有丝分裂)和细胞分裂(胞质分裂)都发生于这些分生区域?在幼嫩植物中，最活跃的分生组织称为顶端分生组织(apical meristem)，它们位于茎尖和根尖(图
1.1 )?在节上，腋芽(axillary bud)包含侧枝的顶端分生组织?侧根产生于中柱鞘(pericycle)，这是一个内部的分生组织(图1.1C )?靠近(相邻)分生区并与之重叠的区域是细胞伸长区?在伸长区中细胞的长度和宽度大幅度增加?细胞通常在它们伸长后分化成特定的类型?
产生新器官和形成基本植物模式的发育期称为初生生长(primary growth)?初生生长是顶端分生组织活动的结果，在此期间细胞进行分裂，紧接着是细胞逐步增大，主要是细胞伸长，产生轴向(基-顶)的极性?当某个区域中的伸长完成后，可能发生次生生长(secondary growth)，产生径向(内-外)的极性?次生生长有两种侧生分生组织参与:维管形成层(vascularcambium ，复数cambia)和木栓形成层(cork cambium)?维管形成层产生次生木质部(木材)和次生韧皮部?木栓形成层产生周皮，主要由木栓细胞组成?
1.2.3 三种主要组织系统组成了植物体
三种主要组织系统存在于所有的植物器官:表皮组织?基本组织和维管组织?图1.3 中简明地标出了这些组织?关于这些植物组织更详细的描述参见Web Topic1. 4 ?
1.3 植物细胞器
所有植物细胞都具有真核细胞所共有的细胞器，包括一个细胞核?细胞质和亚细胞器，并且它们被包被在作为边界的膜中，除此之外，还有富含纤维素的细胞壁(图1.4 )?某些结构，包括细胞核，在细胞成熟过程中可能消失，但是所有的植物细胞开始时都含有相似的细胞器?这些细胞器根据它们的产生方式主要被分为以下三大类?
(1)内膜系统:指内质网?核膜?高尔基体?内体和质膜?内膜系统在分泌?膜再循环及细胞周期等过程中有着重要的作用?质膜调控着细胞运输的整个过程?内体就是来源于质膜的囊泡并且对囊泡中的内含物进行加工和再循环?
(2)起源于内膜系统的能独立分裂的细胞器:包括油体?过氧化物酶体，以及在脂类储藏和碳循环中发挥作用的乙醛酸循环体?
(3)能独立分裂的半自主型细胞器:包括质体和作用于能量代谢和储藏的线粒体
由于所有的这些细胞器都是膜构成的区室，因此先从膜的结构和功能开始描述?
1.3.1 生物膜由含有蛋白质的磷脂双分子层 构成
所有细胞被包裹于作为外部边界的质膜中，质膜将胞质和外界环境隔离?这层质膜(plasma membrane) (也称plasmalemma)使得细胞能吸收和保留某些物质而排出其他物质?各种镶嵌在质膜上的转运蛋白负责溶质?水溶性离子和不带电荷的小分子的选择性跨膜运输?通过转运蛋白而在胞质中积累离子和分子的过程需要消耗能量?膜同样也为特化的胞内细胞器划定了边界，并能够调控离子和代谢产物进出这些区域?
根据流动镶嵌模型(fluid-mosaic model)，所有的生物膜都有相同的基本分子结构?它们由蛋白质镶嵌于其中的磷脂(在叶绿体中为糖基甘油酯)双分子层(bilayer )构成(图1.5A，C)?每一层称为双分子层中的层(leaflet )?在大部分质膜中，蛋白质占据了其中的一半?但是，各种膜的脂类成分和蛋白质性质不尽
图1.3　百岁兰(Welwitschia mirabilis )叶片的外表皮(表皮组织)(120×)(A)?
3种基本组织的示意图:薄壁组织(B)?厚角组织(C)?厚壁组织(D)与木质部和韧皮部的运输细胞
1. 磷脂
磷脂(phospholipid )是一种由两个脂肪酸和甘油共价结合形成的脂类，其中的甘油又和一个磷酸基团共价结合?另外有一些可变的成分与磷酸基团相连，称为头部基团(head group )，如丝氨酸?胆碱或肌醇(图1.5C )?脂肪酸的非极性碳水化合物链形成一个疏水区域?与脂肪酸不同，头部基团呈高度极性，因此磷脂分子是兼性分子(amphipathic )，同时具有亲水性和疏水性?各种磷脂不对称地镶嵌在质膜中，赋予了质膜方向性?对着细胞外侧的质膜层与对着胞质的质膜层的磷脂构成是不同的?
一类称为质体(plastid)(它是包括叶绿体在内的一类膜包围的细胞器)的特化细胞器的膜脂成分几乎都是糖基甘油酯(glycosylglyceride)而不是磷脂?在糖基甘油酯中，极性的头部集团由半乳糖?双半乳糖或硫化半乳糖组成，而没有磷酸基团(参见Web Topic 1.5 )?
虽然磷脂和糖基甘油酯的脂肪酸链长度是可变的，但是它们通常由14~24 个碳组成?如果碳原子之间由单键连接，脂肪酸链则是饱和的(带有氢原子)，如果含有一个或多个双键，该链则称为不饱和脂肪酸链?
脂肪酸链中的双键能在链中旋转形成一个结节，从而防止双分子层中磷脂的紧密堆积(例如，这些键采用了结节状的顺式构象，而不是非结节状的反式构象)?这些结节增加了膜的流动性?而流动性又在膜的许多功能中起到重要作用?温度也强烈影响膜的流动性?因为植物基本不能调控体温，而低温会降低膜的流动性，所以它们经常存在如何维持低温下膜的流动性的问题?为此，植物磷脂中含有大量不饱和脂肪酸，如十八烯酸(oleic acid )(一个双键)?亚油酸(linoleic acid)(两个双键)和α-亚麻酸(α-linolenic acid)(3个双键)，从而增强膜的流动性(见第26章)?
2. 蛋白质
和脂类双分子层相结合的蛋白质主要有3种类型:整合蛋白?外周蛋白和锚定蛋白?另外，蛋白质和脂类能在膜中形成暂时的聚集体，称为脂筏(lipid raft )?
整合蛋白(integral protein)嵌在双层脂中?多数整合蛋白横跨磷脂双分子层，因此蛋白质的一部分与细胞外部互作，一部分与膜的疏水核心互作，还有一部分与细胞内部——胞质部分互作?作为离子通道的蛋白质(见第6章)都是整合蛋白，并作为参与某些信号转导途径的受体(见第14 章)?在质膜外表面的一些受体样蛋白识别并紧密结合细胞壁组分，使质膜和细胞壁有效交联?
图1.5　A. 质膜?内质网和由镶嵌在磷脂双分子层中的蛋白质组成的植物

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