逆境植物細(xì)胞生物學(xué)

前言

　　眾所周知，低溫、干旱和鹽漬化是全球普遍存在的三大主要自然災(zāi)害，嚴(yán)重地影響植物的生長和繁衍，阻礙農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，破壞人類的綠色家園。并且，其危害程度還在加劇，正日益嚴(yán)酷地挑戰(zhàn)人類的生存環(huán)境。不正常的氣候變化日益劇烈，許多地區(qū)的干旱和鹽漬化正以極高的速度蔓延，使包括人類在內(nèi)的所有生物群體的生存空間日益縮小，并使人類健康遭受嚴(yán)重危害。因此，防治這些自然災(zāi)害是人類社會發(fā)展規(guī)劃中最重要的戰(zhàn)略任務(wù)。當(dāng)今，全世界各國政府領(lǐng)導(dǎo)人對這一問題給予了極大關(guān)注，如何制訂既能開發(fā)利用，又有周密的科學(xué)保護(hù)的政策和措施，防止進(jìn)一步的破壞，并研究科學(xué)的恢復(fù)方法，提高植物對這些逆境的抵抗能力和適應(yīng)性，是戰(zhàn)勝這種自然災(zāi)害的一個重要方面。　　植物與其生存環(huán)境的適應(yīng)關(guān)系是矛盾統(tǒng)一體的兩個方面，二者始終處在動態(tài)變化之中，不利的環(huán)境條件（如低溫、干旱和鹽漬化）給植物的生活和生存造成壓力（stress），一方面導(dǎo)致植物體一系列形態(tài)學(xué)、生理學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)的變化，影響植物的生長，甚至危害其生存；另一方面，植物為了生存會使它的機體結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變，其結(jié)果是適應(yīng)者生存，不適應(yīng)者滅亡?？茖W(xué)研究的任務(wù)和作用，是揭示和認(rèn)識植物的這種適應(yīng)性變化的規(guī)律，進(jìn)而幫助植物如何更有效地去適應(yīng)這種逆境，尤其是要幫助那些重要的農(nóng)作物提高它們的抗逆能力，減輕逆境的危害，保持較好的產(chǎn)量和質(zhì)量。因此，聯(lián)合國教科文組織和許多發(fā)達(dá)國家都已將植物的抗逆性列為重大科研計劃；許多綜合大學(xué)的生命科學(xué)院系和農(nóng)林院校開設(shè)了“逆境植物生物學(xué)或生理學(xué)”課程；許多著名的國際學(xué)術(shù)刊物都設(shè)有“植物抗逆性”（plantstressresistance）論文專欄；植物抗逆性國際學(xué)術(shù)討論會幾乎連年舉行；不僅有大量的植物抗逆性的研究論文和綜述發(fā)表，而且不斷有許多抗逆性專著出版。所有這些，其目的都是為了動員各種力量去戰(zhàn)勝低溫、干旱和鹽漬化等逆境自然災(zāi)害，保護(hù)人類的綠色家園和健康的生活環(huán)境。

內(nèi)容概要

本書分為兩篇。第一篇是正常條件下植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能，包括11章，系統(tǒng)地敘述了植物細(xì)胞內(nèi)各種細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)與功能，作為逆境中細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能變化對比分析的基礎(chǔ)。第二篇是低溫、干旱和鹽脅迫下植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能的反應(yīng)與適應(yīng)，包括13章，敘述了各類細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)與功能、物質(zhì)代謝以及基因表達(dá)在逆境中的變化，全面反映了當(dāng)今國際上在植物抗寒、抗旱和抗鹽機制及基因工程研究中細(xì)胞和分子水平上的最新研究成果，內(nèi)容豐富，具有較高的學(xué)術(shù)水平。    本書可供綜合性高等院校、農(nóng)林院校及科研機構(gòu)植物生物學(xué)、植物生理學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)等專業(yè)的研究人員與教學(xué)人員、研究生和大學(xué)生參考。

作者簡介

簡令成，1933年生，1957年北京大學(xué)生物系畢業(yè)，中國科學(xué)院植物研究所研究員，1993-2001年任美國明尼蘇達(dá)大學(xué)農(nóng)學(xué)院園藝系客座教授，從事植物抗寒機理細(xì)胞生物學(xué)研究40余年，并涉及抗旱、抗鹽和抗病機理的細(xì)胞學(xué)研究。主要探討了膜結(jié)構(gòu)和細(xì)胞骨架的冷穩(wěn)定性以及細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平和胞間連絲動態(tài)與植物抗寒性發(fā)展的關(guān)系，為闡述抗寒機理提出了有細(xì)胞生物學(xué)特色的學(xué)術(shù)見解，改善了種質(zhì)超低溫保存技術(shù)；并在膜穩(wěn)定物質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，成功研制出“水稻育秧防寒劑”和“CM抗逆靈”藥劑，后者登記為美國農(nóng)業(yè)部專利。共計發(fā)表論文110余篇，抗寒專著一本。曾獲1991年中國農(nóng)業(yè)部科技進(jìn)步二等獎和1992年中國科學(xué)院自然科學(xué)二等獎。

書籍目錄

序前言第一篇  正常條件下植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能　第一章  整體植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)模式和它的基本組分  　一、莖尖、根尖和形成層三個特區(qū)的分生組織細(xì)胞是植物生長發(fā)育、新器官產(chǎn)生的源頭　  二、分生細(xì)胞的特征及其發(fā)育過程　  三、成熟細(xì)胞的特征  　四、植物整體細(xì)胞結(jié)構(gòu)的基本模式　  五、生物膜是細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)　  六、水是細(xì)胞生命活動最根本的要素　  七、糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸是構(gòu)造細(xì)胞、行使生命活動的四大類基本物質(zhì)　  八、植物細(xì)胞的生命活動需要17種元素　  九、植物的生長發(fā)育需要一個適宜的溫度、水分和土壤環(huán)境條件　第二章  細(xì)胞壁　  一、細(xì)胞壁的成分和結(jié)構(gòu)　  二、細(xì)胞壁的形成　  三、細(xì)胞生長與細(xì)胞壁的伸展變化　  四、特殊類型細(xì)胞的細(xì)胞壁的次生修飾　  五、細(xì)胞壁的構(gòu)建受微管骨架的引導(dǎo)　第三章  質(zhì)膜　  一、質(zhì)膜的超微結(jié)構(gòu)　  二、質(zhì)膜的成分和結(jié)構(gòu)模型　  三、質(zhì)膜的主要功能　  四、質(zhì)膜與細(xì)胞壁的聯(lián)系　第四章  細(xì)胞核　  一、核被膜和核膜孔　  二、染色質(zhì)　  三、核仁　  四、核骨架　第五章  質(zhì)體：葉綠體和造淀粉體　  一、葉綠體　    （一）葉綠體的發(fā)育、形成與增殖　    （二）葉綠體的超微結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分　    （三）葉綠體的主要功能——光合作用　  二、造淀粉體　    （一）造淀粉體的發(fā)育及其結(jié)構(gòu)　    （二）造淀粉體的淀粉粒合成　    （三）淀粉粒的超微結(jié)構(gòu)與化學(xué)成分　第六章  線粒體　  一、線粒體的形態(tài)、數(shù)量、分布與增殖  　二、線粒體的超微結(jié)構(gòu)　  三、線粒體的化學(xué)組成和酶的定位　  四、線粒體的功能　  五、線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)的新概念　第七章  核糖核蛋白體　  一、一種專一合成蛋白質(zhì)的細(xì)胞器　  二、核糖體的結(jié)構(gòu)與成分　  三、核糖體的合成與組裝　  四、多聚核糖體與蛋白質(zhì)合成　第八章  細(xì)胞質(zhì)微管骨架　  一、微管的形態(tài)結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成　  二、微管在細(xì)胞有絲分裂中的動態(tài)：微管周期　  三、微管的組裝及其組織中心　  四、微管與其他結(jié)構(gòu)成分的聯(lián)系及其連接蛋白　  五、與微管蛋白和微管特異結(jié)合的藥物　  六、微管的功能　第九章  內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-高爾基體系統(tǒng)　  一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)　    （一）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與分布　    （二）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的化學(xué)組成　    （三）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能　  二、高爾基體　    （一）高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu)　    （二）高爾基體的功能　  三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-高爾基體系統(tǒng)與囊泡運輸　第十章  液泡　  一、液泡的發(fā)生和它的溶酶體性質(zhì)　  二、液泡的內(nèi)含物和它的功能　  三、液泡膜的結(jié)構(gòu)和它的運輸功能　第十一章  細(xì)胞間運輸：胞間連絲和傳遞細(xì)胞　  一、胞間連絲　    （一）胞間連絲的結(jié)構(gòu)　    （二）胞間連絲的初生和次生形成　    （三）胞間連絲通道對運輸物質(zhì)分子大小的限度　    （四）胞間連絲對大分子蛋白質(zhì)和核酸的運輸功能　    （五）共質(zhì)體分區(qū)及其功能　  二、傳遞細(xì)胞　    （一）傳遞細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特征　    （二）傳遞細(xì)胞的分布及其功能　  三、植物體內(nèi)的共質(zhì)體運輸和質(zhì)外體運輸?shù)诙? 低溫、干旱和鹽脅迫下植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能的反應(yīng)與適應(yīng)　第十二章  質(zhì)膜結(jié)構(gòu)與功能對低溫、干旱和鹽脅迫的反應(yīng)與適應(yīng)　  一、質(zhì)膜透性的變化是逆境傷害最普遍的共同象征　  二、逆境脅迫改變了質(zhì)膜的分子結(jié)構(gòu)　  三、質(zhì)膜穩(wěn)定性在植物抗逆性中的關(guān)鍵作用　  四、質(zhì)膜穩(wěn)定性的分子機制　  五、原生質(zhì)體脫水收縮中的質(zhì)膜行為　  六、質(zhì)膜是防止細(xì)胞內(nèi)結(jié)冰的屏障　  七、質(zhì)膜對K+的選擇性吸收和對Na+的外排作用　  八、杜氏鹽藻質(zhì)膜對滲透沖擊的特異性反應(yīng)與適應(yīng)　第十三章  低溫、干旱和鹽漬化逆境中細(xì)胞核結(jié)構(gòu)與功能的變化　  一、核膜孔——核/質(zhì)間交通的改變　  二、低溫、干旱和鹽脅迫對核仁的影響　  三、低溫、干旱和鹽脅迫中染色質(zhì)狀態(tài)的變化　  四、核骨架在低溫、干旱和鹽脅迫下的變化　  五、核基因DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄活動對低溫、干旱和鹽漬化脅迫的反應(yīng)與適應(yīng)　  六、核在“程序性細(xì)胞死亡”中的先導(dǎo)作用　第十四章  細(xì)胞骨架對低溫、干旱和鹽脅迫的反應(yīng)與適應(yīng)　  一、細(xì)胞骨架是反應(yīng)外界刺激最好的信息傳遞結(jié)構(gòu)　  二、胞質(zhì)骨架作為反應(yīng)外界刺激信息傳遞結(jié)構(gòu)的再證實　  三、滲透脅迫下細(xì)胞骨架網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重新布局及其作用　  四、微管骨架存在冷敏感性和冷穩(wěn)定性的差異　  五、抗寒鍛煉過程中微管從冷敏感性轉(zhuǎn)變成冷穩(wěn)定性　  六、微管的短暫性解聚起著引發(fā)和增強抗寒鍛煉的作用　  七、微管的解聚與重建及其冷穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)因素　  八、微管冷穩(wěn)定性的機制　  九、周質(zhì)細(xì)胞骨架對質(zhì)膜冷穩(wěn)定性的作用　  十、微絲和微管骨架參與氣孔開關(guān)運動的調(diào)節(jié)　第十五章  低溫、干旱和鹽漬化逆境中葉綠體結(jié)構(gòu)與功能的變化　  一、葉綠體結(jié)構(gòu)和功能對低溫的反應(yīng)與適應(yīng)　  二、葉綠體結(jié)構(gòu)和功能對干旱的反應(yīng)與適應(yīng)　  三、葉綠體的結(jié)構(gòu)與功能對鹽漬化的反應(yīng)與適應(yīng)　  四、葉綠體結(jié)構(gòu)與功能對低溫、干旱和鹽脅迫反應(yīng)與適應(yīng)的共同特征　第十六章  低溫、干旱和鹽漬化逆境中線粒體結(jié)構(gòu)與功能的變化　  一、低溫脅迫下線粒體結(jié)構(gòu)與功能的變化　  二、鹽漬化脅迫下線粒體結(jié)構(gòu)與功能的變化　  三、干旱脅迫下線粒體結(jié)構(gòu)與功能的變化　  四、線粒體釋放細(xì)胞色素c介導(dǎo)程序性細(xì)胞死亡（PCD）　第十七章  液泡對逆境的反應(yīng)與適應(yīng)　  一、液泡與滲透調(diào)節(jié)：液泡內(nèi)離子和溶質(zhì)的積累　  二、液泡在避免鹽毒害中的作用　  三、液泡在低溫逆境中的自衛(wèi)反應(yīng)與適應(yīng)　  四、液泡膜H+-ATPase（V-ATPase）對低溫、干旱和鹽脅迫的反應(yīng)與適應(yīng)　  五、液泡對低溫、干旱和鹽脅迫中Ca2+動態(tài)的調(diào)節(jié)作用　  六、液泡釋放的水解酶參與逆境中自主性細(xì)胞死亡　第十八章  細(xì)胞壁對低溫、干旱和鹽漬化的適應(yīng)性變化　  一、細(xì)胞壁對細(xì)胞膨壓的反應(yīng)與適應(yīng)　  二、細(xì)胞壁在抵抗胞外冰晶進(jìn)入胞內(nèi)的屏障作用　  三、在水分脅迫中細(xì)胞壁伸展的適應(yīng)性變化　  四、細(xì)胞壁的修飾與傳遞細(xì)胞的形成在適應(yīng)鹽生境中的作用　第十九章  氣孔開關(guān)運動的調(diào)節(jié)與植物的逆境適應(yīng)　  一、氣孔的結(jié)構(gòu)特性　  二、氣孔開關(guān)運動的影響因素及其作用機制　  三、適應(yīng)干旱的氣孔關(guān)閉與C4和景天酸代謝植物光合碳途徑的改變　  四、光和H+泵引發(fā)K+流入導(dǎo)致氣孔張開　  五、保衛(wèi)細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)的Ca2+增加在氣孔關(guān)閉中的中心作用　  六、一氧化氮（NO）引發(fā)氣孔關(guān)閉　  七、氣孔保衛(wèi)細(xì)胞的離子通道對刺激信號的整合以及各信號分子的會聚與信息交流  　八、編碼氣孔保衛(wèi)細(xì)胞離子通道的基因及其突變體的分析　第二十章  主動程序性細(xì)胞死亡與植物的逆境適應(yīng)　  一、程序性細(xì)胞死亡的特征　  二、低溫、干旱和鹽脅迫下程序性細(xì)胞死亡的表現(xiàn)　  三、程序性細(xì)胞死亡的調(diào)控因素　  四、程序性細(xì)胞死亡的調(diào)控基因　第二十一章  脯氨酸和甜菜堿的滲透調(diào)節(jié)與保護(hù)作用　  一、脯氨酸和甜菜堿的生物合成及其酶的基因表達(dá)　  二、脯氨酸和甜菜堿的積累與抗逆性的增強　  三、脯氨酸和甜菜堿在植物逆境適應(yīng)中的生理功能和作用機制　第二十二章  Ca2+在植物細(xì)胞對逆境反應(yīng)和適應(yīng)中的調(diào)節(jié)作用　  一、Ca抖的亞細(xì)胞定位與分布　  二、Ca2+信號的發(fā)生與傳遞　  三、Ca2+充當(dāng)?shù)蜏匦盘柕膫鬟f分子誘導(dǎo)抗寒鍛煉　  四、細(xì)胞內(nèi)高水平Ca2+的持久性調(diào)控越冬木本植物的生理休眠　  五、Ca2+對干旱、鹽漬化及其滲透脅迫的調(diào)節(jié)作用　  六、Ca2+參與氣孔開關(guān)運動的調(diào)節(jié)　  七、Ca2+參與細(xì)胞壁加固和加厚的調(diào)節(jié)作用　第二十三章  活性氧在植物細(xì)胞對低溫、干旱和鹽脅迫反應(yīng)中的雙重作用：損傷作用和信號分子　  一、細(xì)胞內(nèi)活性氧的發(fā)生部位　  二、細(xì)胞內(nèi)活性氧的消除　  三、逆境脅迫下活性氧穩(wěn)態(tài)平衡的破壞　  四、逆境脅迫下活性氧增加的兩種后果　  五、活性氧誘導(dǎo)和調(diào)控程序性細(xì)胞死亡（PCD）　  六、活性氧參與氣孔關(guān)閉的調(diào)控　  七、活性氧信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑　第二十四章  抗性基因表達(dá)與基因工程　  一、低溫、干旱和高鹽誘導(dǎo)的基因表達(dá)與鑒定　  二、低溫和滲透脅迫誘導(dǎo)的基因表達(dá)產(chǎn)物的功能　  三、脅迫反應(yīng)基因表達(dá)過程中信號的傳遞途徑　  四、轉(zhuǎn)錄因子CBF對脅迫反應(yīng)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)作用　  五、脅迫反應(yīng)基因表達(dá)中依賴ABA途徑的調(diào)節(jié)機制　  六、抗性基因的交叉誘導(dǎo)與表達(dá)（交叉抗性）　  七、基因工程　  八、春小麥在低溫馴化下的遺傳變異與獲得性遺傳：不抗凍的春小麥在連續(xù)秋播條件下轉(zhuǎn)變成抗凍的冬性小麥主要參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第一篇　正常條件下植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能　　第一章　整體植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)模式和它的基本組分　　細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能的論述是分別按照細(xì)胞內(nèi)所包含的各種細(xì)胞器進(jìn)行的，即論述各種細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)與功能。在分別探討各種細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)與功能之前，無疑需要有一個完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu)的概念。　　一、莖尖、根尖和形成層三個特區(qū)的分生組織　　細(xì)胞是植物生長發(fā)育、新器官產(chǎn)生的源頭　　植物體是由各種器官和組織以及各種類型的細(xì)胞構(gòu)建而成的，它們有一個發(fā)育過程。高等植物種子中的胚與脊椎動物的胚胎有著很大的差異，脊椎動物的成熟胚胎幾乎已經(jīng)具備成年個體的所有器官，而植物種子中的幼胚尚不具備成年植物體的許多器官和組織，只是幼胚的頂端分生細(xì)胞具備了產(chǎn)生各種新器官的能力；并且，其新器官的產(chǎn)生是有時序性的。早期不斷產(chǎn)生新的根、莖、葉，稱為營養(yǎng)生長期；然后進(jìn)入生殖生長期、生育后期，產(chǎn)生花和果實（種子）。這樣一個生長、發(fā)育過程都是通過細(xì)胞的分裂增殖和分化來完成的。植物體從小到大依賴于三個特定區(qū)域中的分生組織細(xì)胞：根尖的分生組織、莖尖（包括側(cè)芽）的分生組織，以及莖中和根中的形成層分生組織（圖1—1）。根尖分生組織細(xì)胞通過分裂、分化產(chǎn)生根系統(tǒng)；莖尖分生組織細(xì)胞通過分裂、分不斷向上增加莖干的高度，并不斷產(chǎn)生新的枝條和葉片，最后發(fā)育出花和果實；形成層分生組織細(xì)胞通過其分裂與分化，產(chǎn)生維管束組織，增加韌皮部和木質(zhì)部的厚度，使根和莖干增粗。

編輯推薦

　　《逆境植物細(xì)胞生物學(xué)》，是對植物在細(xì)胞及分子水平研究中取得的新成果的一個較全面、系統(tǒng)的總結(jié)，具有很高的學(xué)術(shù)水平。書中的第一篇“正常條件下植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能”，既是該書中逆境植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能變化的對比分析的基礎(chǔ)，也彌補了以前的細(xì)胞生物學(xué)書籍闡述植物細(xì)胞的特異結(jié)構(gòu)與功能相對較少的不足?！赌婢持参锛?xì)胞生物學(xué)》的出版，對于我國進(jìn)一步開展植物抗逆性和普通細(xì)胞生物學(xué)的研究與教學(xué)將起到重要作用。

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