全球变化背景下的植物生理研究进展
杨光
（西南大学生命科学学院 2010级
222010317011003）
【摘要】植物生理学自从19 世纪末诞生以来，对人类文明和社会进步产生过重要影响。
近十多年来分子生物学蓬勃发展，不断向植物生理学渗透，使传统植物生
理学方法难以解决的问题不断得到解决，随着生物技术的不断发展，以及物理、化学、计算机学科的不断进步，植物生理学在生活生产实际中的应用也日趋重要，发展趋势也趋向多元化，但同时也存在一定的挑战。
【关键词】植物生理学发展意义挑战展望趋势
引言：植物生理学是研究植物生命活动规律的科学，是植物学的一部分，但它同时
也可看作普通生理学的一个分支。植物的生命活动是十分复杂的，他的内容大致可分为生长发育与形态建成、物质与能量转化、信息传递和信号转导等三个方面。
植物生理学的任务是研究和了解植物在各种不同环境条件下进行生命活动的规律和机制，并将这些研究成果用于一切利用植物生产的事业中。我们认识了植物生理、生化过程和本质，就可以合理地利用光、气、水、土资源，发展农（林）业生产，保护和改造自然环境，为加快社会主义建设和实现农业现代化服务。
一、植物生理学的产生
植物生理学的起源一般都追溯到16世纪荷兰人范埃尔蒙的实验。他把一条柳枝栽在盆中，每天浇水，5年以后柳枝增重30倍，而盆中土的重量减少甚微，因此他认为植物的物质来源不是土而是水。这是第一次用实验的方法研究植物的生理现象。随着知识的积累和系统化，1800年，瑞士的J·塞内比埃撰写并出版了世界上第一部《植物生理学》。
早在六七千年以前，我国劳动人民就以农耕为主要生产活动，因此与农业生产密切相关的植物生理学知识就不断得到孕育和总结，内容十分丰富。
在古时，罗马人所用的肥料，除动物的排泄物外，好包括某些矿物质（如：灰分、石膏和实灰等）。他们也知道绿肥的作用。他们记载的方法很多和我国古代劳动人民总结的相似。
二、 植物生理学的发展
1、植物生理学的发展大致可分为三个阶段：
（1） 植物生理学的孕育时期（16世纪—17世纪）；
（2） 植物生理学的奠基听与成长时期（18世纪—19世纪）； （3）植物生理学的发展时期（20世纪至今）。
2、随着物理学、化学与计算机科学的研究成就的积累以及研究仪器与方法的改进，使得分析结更加精细和准确；随着细胞生物学、分子生物学、遗传学、生物化学与生物物理学等学科的交叉渗透，植物生理学的各个方面都有突破性的进展。
例如：基于植物细胞全能性的概念，成功地进行细胞培养和组织培养，形成完整植株，在生产上发挥很大作用；光合作用中光反应、碳反应、光呼吸，C3、C4和CAM途径的发现，把光合作用的研究推向崭新的阶段；生长发育过程中的光周期
和光敏色素、向光素、隐花色素等的发现，成花诱导途径的阐明都为植物生长发育打下理论基础。等等这些都说明植物生理学在我们人类文明不断发展中所占据的重要作用。
3、我国植物生理学的研究起步较晚，发展缓慢。20世纪70年代到80年代，我国科学家在花药盒花粉培养、单倍体育中方面做了大量工作，使700余种植物能够通过茎尖或原生质体获得再生，一些成果被应用到生产上，植物激素在组织培养中的应用得到重视，研究成果不少。
改革开放以后，随着国家973项目、863项目、国家自然科学基金的大力投入和中国科学院知识创新体系的推行，海外留学归来的学者日益增多，我国植物生理学研究队伍的素质和研究水平迅速提高。
近年来，我国植物生理学研究在国际上有影响力的工作主要表现在： （1） 水稻基因组测序、功能基因组研究和转基因方面取得进展；
（2） 以拟南芥为材料，在研究激素信号转导、光形态建成、胁迫反应、染色质和
microRNA调解发育、生殖发育、代谢的植物生理的各个方面取得重要进展。
三、植物生理学发展面临的挑战 1、作用意义
当今世界面临着食物、能源、资源、环境和人口等五大问题。这些问题均和生物学有关。植物生理学在解决这五大问题中扮演着重要角色。
环境保护，防止污染，也涉及植物生理学研究。如用植物固沙防风、净化水源等。70年代提出，由于工业发展，化石燃料燃烧量大,空气中C显著增加以致影响气候，增加植物光合来吸收C是对策之一。
最近更突出的问题是新能量来源的开发。由于古代留存的化石燃料资源总有枯竭的一天，各国对于寻求可以更新的能源均很重视。现时地球上捕获转化太阳能的最重要的途径还是绿色植物的光合作用,每年能固定3×10^21焦耳，虽然它只是落在地球上日光能总量的千分之一不到，但已经10倍于世界上每年的能量消耗。
提出的办法如：①利用现有的植物残渣制成沼气，在中国很多地方已经推广应用；②使植物产物发酵制造酒精，在某些国家已大量生产；③利用不适于耕种的土地栽植产油脂或碳氢化物的植物以提取燃料；④利用藻类或离体的叶绿体在光下产生氢气；⑤用提取的叶绿素及人造的无机半导体物质来模拟分解水来放氢，这些都是从植物生理学研究发展出来的。太阳光能，取之不尽用之不竭。如果能用来产生氢作为燃料，氧化燃烧后又成水，可反复使用，且不会造成污染。
2、挑战
当前植物生理学面临的挑战主要来自分子生物学方面。因为随着分子生物学的兴起和发展, 植物生命活动规律中的许多问题可以借助分子生物学的思想、 观点、 方法和技术来解决, 所以十多年前就有人预言植物生理学将在最富有侵略性的分子生物学攻击下不复存在。
尽管十多年后的今天,植物生理学依然蓬勃发展,取得了相当大的进展,但仍然有人对植物生理学的前途心存疑虑。分子生物学可以解决一些植物生理学问题, 但不是全部问题。 从植物生理学的学科特点来看,其研究对象、 研究内容等实在是独一无二的,其他学科,包括分子生物学根本无法取代其地位。
植物生理学是研究植物生命活动规律的科学, 分子生物学充其量可为解决植物生理学问题提供思想、 方法和技术,虽然我们不能低估分子生物学对植物生理学发展的强大推动力,但这种推动主要表现在方方面,更何况植物生理学问题并
不全是分子水平的问题。
目前, 以分子生物学的思想、 方法和技术研究植物生命活动规律方面的主要进展大致可概括为三点:
（1）、是运用基因克隆技术获得了许多与植物生命活动过程有关的基因,如与光合作用有关的RUBP 羧化酶大、 小亚基基因、 在生长发育过程中有重要作用的光敏色素和钙调素基因、 在植物氮代谢中起重要作用的还原酶基因及与果实成熟有关的聚半乳糖醛酸酶基因等;
（2）、是利用植物细胞转化及基因转移技术获得一大批转基因植物,使得对基因表达的进行分析研究成为可能;
（3）、是各种转化植物和突变体的获得为深入研究某一特定基因产物在有关生理过程中的作用提供了一种有力手段。
由上述几方面进展可以看到, 分子生物学不仅没有取代植物生理学, 反而为其研究提供了新的技术、 新的观念和新的思考问题的方式,使传统植物生理学方法难以解决的问题得到解决,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, 极其有力的推动了植物生理学的发展。
四、 植物生理学发展展望：
1、特点：随着人类社会的不断发展、科技的不断进步、地球环境的不断改变，植物生理学的研究发展可总结为一下四个特点：
（1）、研究层次越来越宽广：已从个体研究深入到器官、组织、细胞、细胞器一直到分子水平的研究，不断的向围微观发展。
（2）、科学之间相互渗透：不断引进相关学科新的概念、新的方法以增强本学科活力，解决理论和实际问题。
（3）、理论联系实际：它是一门基础学科，其任务是运用理论于生产实践，满足人类需要。有普遍性和指导性作用。
（4）、研究手段现代化：数学、物理、化学等学科的发展，实验技术的精致、仪器设备的创新和改进，使得植物生理学的研究更加现代化，精密化。
2、趋势：从近年获得的成果推测，植物生理学研究形成了以下四个方面的发展趋势或动向： （1）、从生物大分子到复杂生命活动——基因组学和基因结构与功能研究
随着分子生物学、分子生态学和分子进化论等领域的发展，提出了人、动物、植物和微生物的基因组计划。植物生理学的研究在强调植物分子生理学的同时，也在注重植物生理学与农业和生态学的结合。在已经完成的构建水稻基因物理图谱和遗传图谱的基础上，水稻基因组计划的实施，已进入国际分工基因全序列的测定阶段，同时开展功能基因组的研究。包括水稻和拟南芥在内的多种模式植物突变库的建立，为基因的功能研究奠定了坚实的基础。
（2）、生命的能量和物质基础——代谢及调节
当前光合作用的研究热点主要集中在氧的释放和反应机理，以及光合膜四大复合体的结构和功能上。 对人类来说，植物次生代谢涉及许多有实用价值的天然产物，对植物来说，次生代谢涉及众多的代谢调节、信号转导和防卫物质，所以植物次生代谢研究正在受到极大的关注。
（3）、生命整体性的实现——信号转导
信号转导是生物与外界、生物体细胞间相互沟通的一种高度复杂的网络状态系统。生物具有多样性，但同样有许多共同点，信号转导就是其中之一。这方面的研究主要涉及化学和物理信号感受、胞内第二信使系统、胞间信号传递等方面。
（4）、植物与环境——协同进化和适应
对植物与环境的研究，也有一个从宏观到微观的发展过程。植物对非生物胁迫的反应和适应，一直受到研究者的关注，在“植物生理2000”年会上有数篇该领域的论文。但在植物整体中，这是一个十分复杂的过程，需要进行深入研究。
植物生理学的产生和发展，决定于生产的发展和其它学科的发展，而植物生理学的发展又反过来促进农、林业等生产的发展。
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