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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CO252

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