植物生理生态学PDF电子书下载

1 生态生理学的含义 1

2 生态生理学的根基 1

第1章 假说和研究方法 1

3 生理生态学和生物的分布 2

4 植物对环境反应的时间尺度 3

5 推理方法和实验方法 5

6 生态生理学的新方向 5

7 本书的结构 6

第2章 光合作用 8

1 概述 8

2 光合器官的总体特征 8

2.1 光合作用的光反应和暗反应 8

2.1.1 光子的吸收 8

2.1.4 光合碳循环 9

2.1.2 激发态叶绿素的命运 9

2.1.3 膜束缚光合电子传递和生物能量学 9

2.1.5 加氧反应和光呼吸 11

2.2 光合过程中CO2的供应和需求 12

2.2.1 CO2反应曲线 12

2.2.2 CO2的供应：气孔和界面层传导 12

2.2.3 内传导 13

3 光合作用对光的反应 14

3.1 冠层下部光的特性 14

3.2 阳叶、阴叶的生理、生化和解剖结构上的差异 14

3.2.1 阳叶和阴叶的光反应曲线 14

3.2.2 阳叶和阴叶的解剖与亚显微结构 16

3.2.3 阳叶与阴叶的生物化学差异 17

3.2.4 阳叶和阴叶的光反应曲线 18

3.2.5 叶绿体适阴性的环境信号 19

3.3 光照过强的影响 20

3.3.1 叶黄素循环中类胡萝卜素对光抑制的保护 20

3.3.2 不同光强下叶绿体的运动 21

3.4 对光强变化的动态反应 21

3.4.1 光合诱导 21

3.4.2 Rubisco的光激活 23

3.4.3 光照后的CO2同化和光斑的有效利用 23

3.4.4 阳叶和阴叶的代谢库 24

3.4.5 光斑对植物碳同化量和生长的影响 24

4 光合产物的分配和反馈机制的调节 25

4.1 细胞内光合产物的分配 25

4.2 反馈机制对光合速率的调节 26

5 水分供应对光合作用的影响 27

4.4 通过库—源关系调节的生态作用 27

4.3 葡萄糖对卡尔文循环的酶基因编码的抑制作用 27

5.1 气孔开度的调节 28

5.2 水分胁迫对A-Pi曲线的影响 29

5.3 与水分利用效率有关的碳同位素鉴别 30

5.4 引起C3植物碳同位素含量变化的其他原因 30

6 土壤养分供应对光合作用的影响 31

6.1 光合作用与氮的关系 31

6.2 N、光和水对光合作用的交互作用 32

6.3 光合作用、N素营养和叶片寿命之间的关系 32

7 光合作用和叶片温度 33

7.1 高温对光合作用的影响 34

7.2 低温对光合作用的影响 34

9.2 C4植物的生物化学和解剖学特征 36

9.1 引言 36

9 C4植物 36

8 大气污染对光合作用的影响 36

9.3 C4光合作用的生理学特征 39

9.4 C4植物的代谢产物在细胞间和细胞内的运输 39

9.5 C4植物的光合氮利用效率、水分利用效率和耐高温性 40

9.6 C4—C3中间类型 41

9.7 C4植物的进化和分布 43

9.8 C4植物的碳同位素成分 44

10 CAM植物 44

10.1 引言 44

10.2 CAM植物的生理生化和解剖学特性 45

10.3 水分利用效率 48

10.4 不完全CAM植物和兼性CAM植物 48

10.5 CAM植物种类的分布和进化 49

10.6 CAM植物的碳同位素成分 50

11 水生植物获得光合碳源的特殊机制 51

11.1 引言 51

11.2 水中CO2的供应 51

11.3 水生植物对碳酸氢盐的利用 52

11.4 从沉淀物中利用CO2 52

11.5 水生植物的景天酸代谢途径（CAM） 54

11.6 水生植物间、水生和陆生植物间的碳同位素组成差异 54

11.7 水生植物对碳酸盐沉淀的作用 54

12 空气中CO2浓度增加的效应 55

12.1 光合作用对CO2浓度增高的适应性 56

12.2 CO2浓度升高对C3、C4和CAM植物的不同效应 57

13 结语 57

2.1 呼吸商 69

2 呼吸系统的基本特征 69

1 概述 69

第3章 呼吸作用 69

2.2 糖酵解、戊糖磷酸途径和三羧酸（TCA）循环 70

2.3 线粒体代谢 71

2.3.1 电子传递链中的复合物 71

2.3.2 抗氰末端氧化酶 72

2.3.3 底物、抑制剂与解偶联剂 72

2.3.4 呼吸作用的控制 72

2.4 植物呼吸作用主要控制点概述 72

2.5 离体线粒体和体内线粒体的ATP产生 74

2.5.1 氧化磷酸化：化学渗透模型 74

2.5.2 体内ATP量 74

2.6 通过细胞色素途径与交替途径的电子传递调节 75

2.6.1 竞争或溢流 75

3.1 产热 76

2.6.2 交替氧化酶的复杂调控 76

3 交替途径的生理生态功能 76

3.2 能否真正测定交替途径的活性 77

3.3 交替途径作为一种能量溢流 78

3.4 在应急情况下的交替途径运行 78

3.5 高能荷下的NADH氧化作用 78

3.6 当细胞色素途径活性受到抑制时呼吸作用的延续 79

4 环境条件对呼吸过程的影响 79

4.1 受淹、缺O2和无O2土壤 79

4.1.1 根系有氧呼吸的抑制 79

4.1.2 发酵 79

4.1.3 细胞质酸化 80

4.1.4 避免缺O2：形成通气组织 80

4.2 盐分和水分胁迫 81

4.3 养分供应 82

4.4 光照 83

4.5 温度 83

4.6 低pH和高Al浓度 85

4.7 CO2分压 86

4.8 植物病原体的影响 87

5 呼吸作用在植物碳平衡中的作用 87

5.1 碳平衡 87

5.1.1 根系呼吸作用 87

5.1.2 植株其他部分呼吸作用 88

5.2 与生长、维持及离子吸收相关的呼吸作用 88

5.2.1 维持呼吸作用 89

5.2.2 生长呼吸作用 89

5.2.3 与离子运输有关的呼吸作用 92

5.2.4 实验证据 93

6 结语 95

第4章 同化物的长距离运输 104

1 引言 104

2 韧皮部中的主要运输化合物：为什么不是葡萄糖？ 104

3 韧皮部的结构与功能 105

3.1 韧皮部装载的共质与质外途径 105

3.2 小叶脉解剖结构 107

3.3 糖的逆浓度梯度运输 107

3.4 运输能力的变化 108

4 韧皮部装载与植物的生态分布 109

5 韧皮部卸出 109

6 攀缘植物的运输问题 110

7 结语 110

1.1 水对植物机能的作用 113

第5章 植物水分关系 113

1 引言 113

1.2 蒸腾作用是光合作用不可避免的结果 114

2 水势 114

3 土壤中的水分有效性 115

3.1 不同土壤的田间持水量 115

3.2 水分向根运动 116

3.3 土壤水分与根系分布 116

3.4 根系对水势梯度的反应及趋水生长 117

4 细胞的水分关系 117

4.1 渗透调节 118

4.2 细胞壁弹性 118

4.3 进化方面的有关问题 120

5.2 根系中的水分 121

5.1 概况 121

5 植物中的水分运动 121

5.3 茎中的水分 124

5.3.1 能测量负木质部压妈？ 124

5.3.2 木质部中的水分传输 125

5.3.3 气穴和阻塞：木质部水流的阻断 127

5.3.4 阻塞的导管能恢复其功能吗？ 128

5.3.5 传导与安全之间的权衡 128

5.3.6 木质部的传输能力与叶面积 129

5.3.7 茎中的水分储存 130

5.4 叶片水分和叶片失水 131

5.4.1 土壤干旱对叶片导度的影响 131

5.4.2 气孔运动和气孔导度的调控 133

5.4.3 蒸气压差或蒸腾速率对叶片传导的影响 134

5.4.4 光照和CO2对叶片传导的影响 135

5.4.5 角质层传导和界面层传导 136

5.4.6 影响叶温和叶片失水的叶片特征 136

5.4.7 气孔调控：碳获得和水分损失的一种妥协 137

5.4.8 叶片中的水分储存 139

5.5 水生植物 139

6 水分利用效率 139

7 水分有效性和植物生长 140

8 干旱适应性 141

8.1 避免脱水：一年生和干旱落叶植物 141

8.2 耐脱水：常绿灌木 142

8.3 “回生植物” 142

11 讨论 144

10 耐盐性 144

9 冬季水分关系和耐冻性 144

第6章 叶片能量收支：辐射与温度效应 154

1 植株能量平衡 154

1.1 引言 154

1.2 能量的收入和支出 154

1.2.1 叶片能量平衡研究的简要回顾 154

1.2.2 太阳短波辐射 154

1.2.3 长波辐射 156

1.2.4 对流热传导 157

1.2.5 蒸发能量交换 159

1.2.6 代谢热的产生 160

1.3 能量平衡各项对叶温影响的模型——研究热点总结 160

2.2 辐射 161

2.2.1 强辐射对植物的影响 161

2 辐射和温度对植物的影响 161

2.1 引言 161

2.2.2 紫外线的影响 162

2.3 极端温度的影响 164

2.3.1 植物如何避免低温下的自由基危害？ 164

2.3.2 热激蛋白 164

2.3.3 异戊二烯的释放也是植物适应高温的一种机制？ 164

2.3.4 冷害和耐冷性 165

2.3.5 与耐霜性相关的糖类和蛋白 165

2.4 全球变化和未来的作物 166

3 气体交换和能量平衡：从叶片水平到冠层水平 166

3.1 引言 166

3.2 冠层的水分利用 167

3.3 冠层CO2通量 168

3.5 冠层对小气候的影响：实例研究 169

3.4 冠层水分利用效率 169

3.6 高水平目标 170

第7章 矿质养分 172

1 引言 172

2 养分获取 172

2.1 土壤养分 172

2.1.1 养分供应速率 172

2.1.2 养分向根表运动 174

2.2 决定养分获取的根系特性 176

2.2.1 增加根的吸收表面 176

2.2.2 运输蛋白：离子通道与载体 176

2.2.3 吸收动力学的适应与调节 177

2.2.4 氮的获取 180

2.2.5 磷的获取 181

2.2.6 根际化学变化 183

2.2.8 养分丰富区域根系的扩展 186

2.2.7 根际矿化 186

2.2.9 磷获取有关参数的敏感性分析 187

3 “有毒”或“极端”土壤中养分的获取 189

3.1 酸性土 189

3.1.1 铝的毒性 189

3.1.2 改善土壤缓解中毒症状 191

3.1.3 铝的抗性 191

3.2 钙质土壤 192

3.3.2 用植物净化污染水和土壤：植物修复 193

3.3.3 重金属对植物的毒害作用 193

3.3.4 抗重金属植物 193

3.3.1 土壤中重金属浓度高的原因 193

3.3 重金属含量水平高的土壤 193

3.3.5 抗性型和敏感型植物的生物产量 196

3.4 盐土 196

3.4.1 淡土植物和盐生植物 196

3.4.2 根系能量依赖的盐外泌 196

3.4.3 木质部能量依赖的盐外泌 197

3.4.4 Na＋从叶片运输到根部和经盐腺体的分泌 197

3.4.5 细胞内盐分的区室化和共溶物的积累 199

3.5 淹土 199

4 植物养分利用效率 199

4.1 养分浓度的变化 200

4.1.1 组织养分浓度 200

4.1.2 组织养分需求 200

4.2.2 植物养分的平均滞留时间 202

4.3 植物的养分损失 202

4.2 养分生产力和平均滞留时间 202

4.2.1 养分生产力 202

4.3.1 淋洗损失 203

4.3.2 衰老引起的养分损失 203

4.4 生态系统的养分利用率 204

5 结语 205

第8章 生长与分配 216

1 引言：什么是生长？ 216

2 植物整株和单个器官的生长 216

2.1 整株植物的生长 216

2.1.1 高叶面积比促进植物生长 216

2.1.2 养分浓度高的植物生长是否较快？ 217

2.2.1 细胞分裂和细胞伸长：Lockhart方程 218

2.2.2 细胞壁酸化作用和钙的去除降低细胞壁刚性 218

2.2 细胞的生长 218

2.2.3 分生组织的细胞伸展受细胞壁伸展性而不是受膨压控制 219

2.2.4 屈服临界值和细胞壁屈服系数的物理和生化基础 220

2.2.5 分生组织大小的重要性 220

3 养分供应充足的条件下植物RGR变异的生理基础 220

3.1 SLA是与RGR变异相关的主要因子 221

3.2 叶片厚度和叶质密度 221

3.3 与叶质密度相关的解剖学和化学差异 222

3.4 净同化率、光合作用和呼吸作用 222

3.5 RGR和叶片伸长及叶片出生速率 222

3.6 RGR和单位质量活性 223

3.7 RGR与植物性状 223

4 贮藏分配 223

4.1 贮藏的概念 223

4.2 贮藏物的化学形态 225

4.3 一年生植物的贮藏和再动用 225

4.5 多年生植物的贮藏 226

4.4 二年生植物的贮藏 226

4.6 生长和贮藏的成本：最优化 227

5 环境影响 227

5.1 光照对生长的影响 228

5.1.1 阴暗处的生长 228

5.1.2 光周期的影响 231

5.2 温度对生长的影响 231

5.2.1 低温对根系功能的影响 232

5.2.2 分配模式的变化 232

5.3 土壤水势和盐分对生长的影响 233

5.3.1 根系识别干燥土壤然后发送信号给叶片吗？ 233

5.3.2 ABA和叶细胞壁硬化 233

5.3.4 水分胁迫对生物量分配的假定模式 234

5.4 限制养分供应时的生长 234

5.3.3 对根伸长的影响 234

5.4.1 根系和叶片之间氮的循环 235

5.4.2 经木质部到叶片的激素信号 235

5.4.3 从叶片到根系传输的信号 235

5.4.4 来自叶片和根系的综合信号 236

5.4.5 氮供应对叶片解剖学和化学的影响 236

5.4.6 光强对不同叶片中氮的分配 236

5.5 土壤紧密度对植物生长的影响 237

5.5.1 对生物量分配的影响：与ABA有关吗？ 237

5.5.2 根长和直径的变化：Lockhart方程的修正 238

5.6 土壤淹水对生长的影响 238

5.6.1 乙烯的关键作用 239

5.6.2 对水分吸收和叶片生长的影响 240

5.6.3 对不定根形成的影响 240

5.7 触碰和风对生长的影响 240

5.8 大气CO2浓度升高对生长的影响 241

6.1 速生和缓生种 242

6 与生长速率遗传变异有关的适应性 242

6.2 资源限制条件下速生和缓生种类的生长 243

6.2.1 养分供应受限制条件下的生长 243

6.2.2 遮荫时的生长 243

6.3 种生态优势与高或低的RGR值相关吗？ 244

6.3.1 各种假说 244

6.3.2 是选择RGRmax本身，还是选择与RGRmax相关的性状？ 244

6.3.3 评价植物分布需要生态生理学方面的信息 244

7 生长与分配：关于植物信息的有关信息 245

第9章 生命周期：环境影响和适应性 257

1 引言 257

2 种子休眠和萌发 257

2.1 硬种皮 257

2.3 硝酸盐的影响 258

2.2 种子萌发抑制剂 258

2.4 其他化学信号 259

2.5 光的影响 259

2.6 温度影响 262

2.7 休眠生理学 262

2.8 种子发芽和休眠生态学问题的总结 263

3 发育阶段 264

3.1 幼苗期 264

3.2 青年期 265

3.2.1 二年生植物的开花延迟 265

3.2.2 青年期和成年期的性状 265

3.2.3 无性繁殖 266

3.2.4 热带树木在叶片发育期延迟转绿 267

3.3.1 识别日长定时：长日植物和短日植物 268

3.3 生殖生长 268

3.3.3 感温定时：春化作用 269

3.3.4 温度对植物发育的影响 269

3.3.5 吸引授粉者 269

3.3.2 植物能感受春季和秋季特定日长的差异吗？ 269

3.4 结实 270

3.5 种子落粒 272

3.5.1 落粒机制 272

3.5.2 相关的生活史 272

4 结语 272

1.1 引言 278

1.2 菌根 278

1.2.1 内生或外生菌根是否对植物生长有利？ 278

1 共生关系 278

第10章 生物因子的影响 278

1.2.2 非菌根物种及其与菌根物种的互作 282

1.2.3 与磷的关系 282

1.2.4 对氮吸收的影响 285

1.2.5 对水分吸收的影响 286

1.2.6 菌根共生体的碳消耗 286

1.2.7 农业和生态前景 286

1.3 与固氮生物的关系 287

1.3.1 共生固氮只存在于很有限的物种中 287

1.3.2 豆科与根瘤菌共生中寄主与宿主的专一性 287

1.3.3 豆科与根瘤菌间的感染过程 288

1.3.4 固氮酶活性与有机氮的合成 292

1.3.5 根瘤的碳和能量代谢 292

1.3.6 固氮作用的测定 292

1.3.7 与固氮微生物非共生关系的生态意义 294

1.3.9 低pH值和结合态氮供应充足时豆科与根瘤菌的共生受抑 295

1.3.8 豆科与根瘤菌共生碳的消耗 295

1.4 内源共生体 296

1.5 微生物共生体中的植物生命 297

2 生态生物化学：异生相克和防御食草生物 303

2.1 引言 303

2.2 异生相克（他感作用） 303

2.3 化学防御机制 305

2.3.1 防御食草生物 305

2.3.2 质量与数量型防御化合物 305

2.3.3 植物与食草生物间的“军备竞赛” 307

2.3.4 植物是如何避免被自身毒素毒害的？ 309

2.3.5 药用和作物保护用的次生代谢物 310

2.4.1 非生物因子 312

2.4 环境对植物次生代谢物形成的影响 312

2.4.2 相邻植株间防御的诱导与交流 313

2.4.3 植物与其防卫者的交流 314

2.5 化学防御的代价 315

2.6 本节讨论的次生化合物和信使 315

3 病菌的影响 319

3.1 引言 319

3.2 组成性抗菌防御物 319

3.3 植物对微生物侵袭的反应 321

3.4 有机体间的信号传递 323

4 寄生关系 325

4.1 引言 325

4.2 生长和发育 326

4.2.1 种子萌发 326

4.2.3 寄生物对寄主发育的影响 328

4.2.2 寄生根的形成 328

4.3 水分与矿质营养 329

4.4 碳 330

4.5 结语 332

5 植物间的相互作用 334

5.1 引言 334

5.2 竞争机制理论 335

5.3 植物如何识别相邻生物的存在 335

5.4 植物特性与竞争力性状的相互关系 338

5.4.1 生长速率和组织转换 338

5.4.2 分配方式、生长形态和组织质量密度 339

5.4.3 可塑性 339

5.5.1 养分 341

5.5 与特定资源竞争有关的性状 341

5.5.2 水分 342

5.5.3 光 342

5.5.4 二氧化碳 342

5.6 植物之间的正向互作 343

5.7 植物与微生物的共生体 344

5.8 演替 345

5.9 结语 346

6 食肉植物 352

6.1 引言 352

6.2 与捕获有关的结构和捕获物中吸取营养 353

6.3 某些案例分析 353

6.3.1 维那斯捕蝇树（Dionaea muscipula） 353

6.3.2 狸藻（Utricularia） 353

6.4 结论 354

6.3.3 茅膏菜（Drosera） 354

第11章 分解和生态生理控制在生态系统和全球活动中的作用 355

1 分解 355

1.1 引言 355

1.2 枯枝落叶的质量和分解速率 355

1.2.1 植物种对枯枝落叶质量的影响：与生态对策的关系 355

1.2.2 环境对分解的影响 356

1.3 分解速率和养分矿化的关系 356

1.3.1 枯枝落叶质量对矿化的影响 356

1.3.2 根系分泌和根际效应 357

1.4 分解的最终产物 358

2 生态生理控制 360

2.1 引言 360

2.2.2 生产力的生理学基础 361

2.2.1 从植物至生态系统的分级 361

2.2 生态系统生物量与生产力 361

2.2.3 干扰和演替 363

2.2.4 光合作用和光的吸收 363

2.2.5 生态系统的碳净平衡 364

2.2.6 全球碳循环 366

2.3 养分循环 366

2.3.1 植被对养分吸收和损失的控制 366

2.3.2 植被对矿化的控制 366

2.4 生态系统能量交换和水分循环 367

2.4.1 植被对能量交换的影响 367

2.4.2 植被对水分循环的影响 369

2.5 从生理学到全球的分级 369

名词解释 373

单位与转换 386

缩写 387