Aqu @teach：植物解剖学、生理学和生长要求

2020年9月3日 · Aqu@teach

#植物解剖

植物解剖学描述了细胞、组织和植物器官的结构和组织关系到它们的发育和功能。开花植物由三个植物器官组成：(一) 根系，主要用于提供锚固、水和营养物质，以及储存糖和淀粉；(二) 提供支撑的茎；(三) 通过光合作用产生有机物质的叶子。根部生长下来响应重力。一般来说，幼苗会产生直接向下生长的原始根，并产生次生侧根。它们可能产生第三级根源，而后者又可能分枝，这一过程几乎无限期地持续下去。生长发生在根尖或顶点，这是由根盖保护。根不断生长和分支，在他们寻找矿物质和水。根作为吸收器官的效率取决于其吸收表面积相对于其体积，这是由根毛和复杂的分支系统创建的。

图 7 显示了植物的基本解剖结构。下 cotyl 是茎的一部分，它在其基部与根部联系。在茎的另一端是终端芽，或者顶芽，这是生长点。茎通常分为节点和节点间。节点保持一个或多个叶子，叶柄附着在茎上，以及可以生长成树叶或花的树枝的芽。节点间距离一个节点与另一个节点的距离。茎及其树枝可以安排叶片，以最大限度地暴露在阳光下，并安排花朵以最好地吸引授粉者。分支产生于顶端和腋窝芽的活动。顶点主导地位发生时，拍摄顶点抑制横向芽的生长，使植物可以垂直生长。芽，其中包含叶子，鲜花和水果，向光源生长。叶片通常含有颜料，是光合作用的位置（见 4.3.2.1）。叶子还含有气孔、毛孔，水出口和气体交换（二氧化碳进入和氧气排出）。

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图 7：植物的解剖

射击系统 2. 根系统 3. 下 cotyl. 4. 终端芽 5. 叶片. 6. 节点间 7. 腋窝芽 8. 节点 9 干. 10. 叶蒂奥尔 11 轻点 “根目录”。根毛 13. 根提示 14. 根帽 https://en.wikipedia.org/wiki/Plant_anatomy#/media/File:Plant_Anatomy.svg

#植物生理学系

植物生理学是一个广泛的课题，涵盖基本过程，如光合作用，呼吸，植物营养，植物激素功能，补充性，摄影，光发生，昼夜节律，环境应激生理学，种子萌发，休眠，气孔功能和蒸腾。在这里，我们将专注于最重要的生理过程，以及它们如何受到生长条件的影响。

光合作用

所有绿色植物产生自己的食物使用光合作用。光合作用是植物能够通过固定 CO ₂ 来产生能量和碳水化合物的过程：

2 美元 + 6 英镑 → 2 美元

虽然光合作用发生在植物的所有绿色部分，但这一过程的主要部位是叶。被称为叶绿体的小细胞包含叶绿素，这种颜料使用阳光下的能量来产生高能量的糖分子，如葡萄糖。一旦创建，糖分子就会被运输到整个植物中，它们被用于所有生理过程，如生长、繁殖和新陈代谢。光合作用需要光、二氧化碳和水。

# 呼吸

植物呼吸的过程涉及使用光合作用过程中产生的糖加氧，以产生植物生长的能量：

美元 6 亿美元-{12} _6 + 6 _2 → 6 _ 2 + 6 _ 2+ 汇率

光合作用只发生在叶子和茎，而植物的所有部分都会发生呼吸。植物通过气孔从空气中获取氧气，并呼吸发生在细胞的线粒体中存在氧气。植物呼吸每天 24 小时发生，但由于光合作用过程停止，夜间呼吸更为明显。在夜间，这是非常重要的是，温度比白天凉爽，因为这降低了呼吸速率，从而允许植物积累葡萄糖和合成其他物质，需要植物的生长。夜间温度高会导致高呼吸率，从而导致花卉损伤和植物生长不良。

# 渗透和溶浆

渗透是水进入植物根部并移动到植物叶片的过程（图 8）。在大多数土壤中，少量盐溶解在大量水中。相反，植物细胞中含有较少量的浓缩盐、糖和其他物质的水。在渗透过程中，水分子试图平衡它们的浓度在细胞膜的两侧。因此，当水从土壤中移动，在那里它是最丰富的，它 ‘寻求’ 稀释的溶液在细胞。进入细胞的水存储在一个大型的中央真空吸尘器中。当一个细胞变得浑浊（完全膨胀），吸水速度会减慢。细胞涡轮给充满水的组织带来坚定性。脆和枯萎的生菜叶片之间的区别说明了浑浊和非浑浊（松弛）细胞的性质。大多数植物种在积累大量盐类的土壤中枯萎，即使有足够的水。这种盐水土壤的含水量低于根细胞，所以根部会失去水分，因为渗透流向反转。这个过程被称为等浆溶解。一个细胞开始收缩，没有足够的内部水。经过长时间的水流失，细胞开始崩溃，没有任何内部水支持。完全细胞崩溃是很少可逆的。当细胞开始崩溃从水流失，该植物通常注定因为它的细胞死亡。

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图 8：植物细胞的 Turgor 压力 < https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Turgor_pressure_on_plant_cells_diagram.svg >

蒸腾

蒸腾是水蒸汽形式的植物的水损失。这种水被替换为额外的吸收水通过根部，导致植物内的水连续列。蒸腾过程为植物提供蒸发冷却、营养物质、二氧化碳输入和水，以提供植物结构。当植物转移时，它的气孔是开放的，允许大气和叶子之间的气体交换。开放的气孔允许水蒸汽离开叶片，同时也允许光合作用所需的二氧化碳 (CO ₂) 进入。温度对蒸腾速度有很大影响。随着空气温度的增加，这种空气的保水能力急剧增加。因此，温暖的空气会增加蒸腾的驱动力，而冷却的空气将减少蒸腾的驱动力。

光性

光热带性是一种方向性反应，它允许植物向光源生长，或在某些情况下远离光源。正光向量是指向光源的增长；负光热带性是远离光线的生长。芽或植物的地上部分，通常呈阳性。这种响应有助于植物的绿色部分，以更接近光能源，然后可以用于光合作用。根，在另一方面，将倾向于远离光。控制光向度的激素是金黄素。其主要功能是刺激细胞长度的增加，特别是在茎和根尖附近。在从上面照明的茎中，细胞经历相同的伸长率，从而导致垂直生长。但是，当从一侧点亮时，茎会改变方向，因为 Auxin 积聚在阴影侧，导致细胞的生长速度超过那些朝向光线的细胞。因此，光致性可能导致植物在伸展和弯曲以找到足够的光源时长大而薄。

# 摄影周期

摄影是调节生理或发展的响应一天的长度，这允许一些植物物种开花 — 切换到繁殖模式 — 只有在一年中的某些时间。植物一般分为三种光周期类别：长日植物、短日植物和日中性植物。效果的摄影在植物不限于何时他们会花。它也可以影响根茎的生长，以及叶片的损失（脓肿）在不同季节。长天的植物通常在夏季的月份开花，当夜晚很短。长日植物的例子是卷心菜，生菜，洋葱和菠菜。另一方面，短一天的植物在夜间较长的季节开花。它们需要持续的黑暗，才能开始花卉生长。草莓是短天的植物。一些植物的开花，被称为日中性植物，与某个特定的光周期没有连接。这些包括辣椒，黄瓜和西红柿。商业种植者可以利用关于植物光周期的知识，通过在植物自然开花之前操纵植物进行开花。例如，植物可以通过暴露或限制其接触光线而被迫开花，然后被操纵在其通常季节以外生产水果或种子 (Rauscher 2017)。

需求增长

影响植物生长的主要环境因素包括：光、水、二氧化碳、营养物质（见第 5 章）、温度和相对湿度。这些影响植物的生长激素，使植物生长更快或更慢。

灯

适当数量和质量的光传输对于最佳光合作用、生长和产量至关重要。太阳产生的光子具有广泛的波长范围（图 9）：UVC 100-280 纳米（纳米）、UVB 280-315 纳米、UVA 315-400 纳米、可见或光合有源辐射（PAR）400-700 纳米、远红色 700-800 纳米和红外 800-4000 纳米。在光谱的可见范围内，波带可以进一步划分为颜色：蓝色 400-500 纳米、绿色 500-600 纳米和红色 600-700 纳米。

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图 9：叶绿素吸收光谱 https://www.flickr.com/photos/145301455@N07/29979758460

叶绿素 a 有两种不同类型的叶绿素 — 叶绿素 a 和叶绿素 b，叶绿素 a 是最常见的光合色素，并吸收可见光谱中的蓝色、红色和紫色波长。它主要参与氧化光合作用，其中氧是该过程的主要副产品。叶绿素 b 主要吸收蓝光，并通过扩大光合生物能够吸收的光波长范围来补充叶绿素 a 的吸收光谱。这两种类型的叶绿素协同工作，以允许在蓝色到红色光谱中最大限度地吸收光线。

植物光响应不断演变，可帮助植物适应各种光照条件。所有植物对高光和低光条件的反应不同，但有些物种适应在充满阳光下最佳表现，而其他物种则更喜欢遮荫。在黑暗中，植物呼吸并产生 _二氧化碳。随着光强度的增加，光合速率也会增加，在一定的光强度（光补偿点）下，呼吸速率等于光合作用速率（无净摄入或缺失 CO ₂）。除了光强度之外，光的颜色也会影响光合作用的速度。植物能够使用 400 纳米和 700 纳米之间的波长进行光合作用。该波段被称为光合有源辐射 (PAR) (戴维斯 2015)。

可供植物使用的光量在全球各地和整个季节变化很大。例如，在太阳海拔较低的情况下，光必须在到达地球表面之前穿过更大体积的大气层，这会导致光谱的变化，因为大气过滤较短波长的光，所以它过滤的紫外线比蓝色多，蓝色比绿色多或红色。光谱组成随季节和位置的变化影响植物光响应（戴维斯 2015）。

水

许多营养物质的可用性取决于水的 pH 值。一般来说，大多数植物的公差范围是 pH 5.5-7.5。如果 pH 值超出了这个范围，植物会出现营养成分锁定，这意味着虽然水中存在营养物质，但植物无法使用。这是特别适用于铁，钙和镁。然而，有证据表明，在成熟的水生子系统中营养素锁定不如在水培系统中那么常见，因为水生是一个整个生态系统，而水培是一项半无菌的工作。因此，在水生系统中，植物根系、细菌和真菌之间存在生物相互作用，即使在高于 pH 7.5 的水平下也可能允许营养素摄取。然而，最好的行动方法是尝试保持轻微酸性 pH 值（6—7），但要了解更高的 pH 值（7—8）也可能起作用（[萨默维尔 * 等人 * 2014c]（https://learn.farmhub.ag/resources/small-scale-aquaponic-food-production/））。

大多数植物在水中需要高浓度（> 3 毫克/升）的溶解氧（DO）。这种氧气使植物能够更轻松地将营养物质运输到根表面并将其内部化。没有它，植物可以经历根腐烂，其中根死亡和真菌生长。此外，许多植物根源病原体在低溶解氧水平下运作，因此如果水中氧气较低，它可以给这些病原体攻击根部的机会（Pantanella 2012）。

大多数蔬菜的理想水温范围为 14-22 C，但不同植物种类的最佳生长温度会有所不同（见第 7 章）。一般来说，对植物影响最大的是水温，而不是空气温度。生活在水生系统中的细菌和其他微生物也具有优先的温度范围。例如，将氨转化为硝酸盐的硝化细菌倾向于平均温度约为 20 摄氏度（潘塔内拉 2012；萨默维尔 * 等人 * 2014 年 c)。

_{## # 二氧化碳 (二氧化碳)}

在光合作用过程中，植物使用 CO ₂ 制作食物，并释放氧气。 CO ₂ 浓度的增加会增加光合作用，刺激植物生长。新鲜空气中的 _二氧化碳含量约为 0.037%，但在密闭的温室或种植室中，环境 _二氧化碳可以很快用完。例如，在塑料温室中，在日出后 1-2 小时内，CO ₂ 水平就可以降低到 0.02% 以下。如果水平低于 0.02%，植物生长将受到极大限制，在 0.01% 以下的水平下，植物将完全停止生长。通过将 _二氧化碳含量提高到 0.075-0.15%，种植者可以预期产量比环境 _二氧化碳水平提高 30-50%，结实和开花的时间可以缩短 7-10 天。然而，过多的 _二氧化碳浓缩可能会产生不利影响。 0.15% 以上的水平被认为是浪费的，而 0.5% 以上的水平则是有害的。过多的水平会导致植物叶片上的气孔关闭，暂时停止光合作用，而且由于植物在气孔闭合时无法充分传出水蒸气，叶子会变焦。

# 温度

温度是影响植物植物生长过程的主要环境因素，从发育的初始阶段到花卉形成。每个植物物种都有自己的最佳温度范围。植物 “寻求” 达到最佳温度，空气温度、相对湿度和光线之间的平衡是很重要的。如果光水平较高，植物会升温，导致植物温度和空气温度之间的差异。为了降温，植物的蒸腾速度必须增加。生长环境中的极低温或高温可能对各种代谢过程造成不利影响，例如营养素吸收、叶绿素的形成和光合作用。一般来说，温度升高或降低高于或低于最佳水平，已知会改变植物的几个生理过程，并损害植物细胞，从而改变生长。

相对湿度

相对湿度 (RH) 是空气中存在的水蒸汽量，表示为在同一温度下饱和所需量的百分比。相对湿度直接影响植物的水关系，并间接影响叶片生长、光合作用和疾病的发生。在高 RH 条件下蒸腾速率降低，膨胀压力较高，植物细胞生长。当 RH 低时，蒸腾增加，导致植物缺水，可能导致植物枯萎。缺水会导致气孔部分或全部闭合，从而阻碍二氧化碳的进入并抑制光合作用。在高湿度条件下，昆虫害虫和疾病的发病率很高，而且高 RH 也有利于在植物叶片上易于发芽的真菌孢子。