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第二章植物的水分代谢复习题参考答案

一、名词解释

1、水分代谢 ( water metabolism)：植物对水分的吸收、运输、利用和散失

的过程。

2、水势 (water potential )：每偏摩尔体积水的化学势差。符号：ψw

3、渗透势 (osmotic potential )：由于溶液中溶质颗粒的存在而引起的水

势降低值，符号ψπ。用负值表示。亦称溶质势（ψs）。

4、压力势 (water potential) ：由于细胞壁压力的存在而增大的水势值。一般为正值。符号：ψp。初始质壁分离时，ψp 为0；剧烈蒸腾时，ψp 会呈负值。

由于细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水

5、衬质势 (water potential):

的束缚而引起的水势降低值，以负值表示。符号：ψm

6、重力势 (water potential) ：由于重力的存在而使体系水势增加的数值。

符号：ψ g 。

7、自由水：距离胶粒较远而可以自由流动的水分。

8、束缚水：靠近胶粒而被胶粒所束缚，不易自由流动的水分。

9、渗透作用：水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象。

10、吸涨作用：亲水胶体吸水膨胀的现象。

11、代谢性吸水：利用细胞呼吸释放出的能量，使水分经过质膜进入细胞

的过程。

12、水的偏摩尔体积：在温度、压强及其他组分不变的条件下，在无限大

的体系中加入 1 摩尔水时，对体系体积的增量。符号 V-w

13、化学势：一种物质每 mol 的自由能就是该物质的化学势。

14、水通道蛋白：存在于生物膜上的一类具有选择性、高效转运水分功能

的内在蛋白，亦称水孔蛋白。

15、吐水：从未受伤的叶片尖端或边缘的水孔向外溢出液滴的现象。

16、伤流：从受伤或折断的植物器官、组织伤口处溢出液体的现象。

17、根压：植物根部的生理活动使液流从根部上升的压力。

18、蒸腾拉力：由于蒸腾作用产生的一系列水势梯度使导管中水分上升的

力量。

19、蒸腾作用：水分以气体状态通过植物体表面从体内散失到体外的现象。

20、蒸腾速率：又称蒸腾强度，指植物在单位时间内，单位叶面积通过蒸

腾作用而散失的水分量。（g/dm2·h）

21、蒸腾比率：植物每消耗 1kg 水时所形成的干物质重量（g）。

22、蒸腾系数：植物制造 1g 干物质所需消耗的水分量（g）。又称为需水量。它是蒸腾比率的倒数。

23、小孔扩散律：指气孔通过多孔表面的扩散速率不与其面积成正比，而与小孔的周长成正比的规律。

24、永久萎蔫：萎蔫植物若在蒸腾速率降低以后仍不能恢复正常，这样的萎蔫就称为永久萎蔫。

25、临界水势：气孔开始关闭的水势。

26、水分临界期：植物对水分缺乏最敏感的时期。一般为花粉母细胞四分体形成期。

27、生理干旱：盐土中栽培的作物，由于土壤溶液的水势低，吸收水分较为

困难或者是原产热带的作物遇低于10℃的温度时而出现的萎蔫现象。

28、内聚力学说：又称蒸腾流一内聚力—张力学说。即以水分的内聚力来解

释水分沿导管上升的原因的学说。

29、初干：在蒸腾失水过多或水分供应不足的条件下，细胞间隙及气孔下腔

不再为水蒸气所饱和，这时即使气孔张开，蒸腾作用也受到抑制的现象。

30、节水农业：是充分利用水资源、采取水利和农业措施提高水分利用率

和生产效率，并创造出有利于农业可持续发展的生态环境的农业。

二、写出下列符号的中文名称

1、 atm—大气压；

2、bar —巴；

3、MPa—兆帕；

4、Pa—帕（斯卡）；

5、PMA —苯汞乙酸；

6、RH—空气相对湿度；

7、RWC—相对含水量；

8、μw—化学势；

9、 V-w—偏摩尔体积； 10、Wact—实际含水量； 11、Ws—水分饱和时的含水量； 12、WUE—蒸腾效率； 13、ψW—水势； 14、ψp—压力势； 15、ψs—溶质势； 16、ψm—衬质势； 17、ψπ—渗透势； 18、 AQP—水孔蛋白； 19、RDI—调亏灌溉； 20、SPAC—土壤 - 植物 - 大气连续体。

三、填空题

1、渗透性吸水，吸胀吸水，代谢性吸水；

2、气孔关闭，初干，暂时萎蔫；

3、蒸腾作用，吐水；

4、自由水，束缚水；

5、液泡膜，质膜，磷酸化 / 脱磷酸化；

6、判断膜的半透性，判断细胞死活，测定细胞渗透势；

7、越旺盛，越强；

8、ψπ+ψp+ψm，ψπ+ψp，ψm；

9、渗透性；10、吸胀作用；11、渗透势；12、溶质颗粒总数； 13、ψπ，零；14、零，相等；15、不变；16、水势差异； 17、～ 18.

主动吸水被动吸水 19. 吐水伤流永久萎蔫点； 21、角质蒸腾，气孔蒸腾； 22、500；23、经死，经活； 24、孕穗期，灌浆始期—乳熟末期； 25、蒸腾速率，蒸腾比率，蒸腾系数； 26、光，温度， CO2浓度； 27、光，空气相对湿度，温度，

CO2浓度； 28、大； 29、叶片相对含水量，叶片渗透势，水势，气孔阻力或开度；

30、精确灌溉，调亏灌溉，控制性分根区交替灌溉。

四、选择题

1、B；

2、B；

3、B；

4、B；

5、C；

6、C；

7、D；

8、A；

9、B；10、

A ；11、B，C；12、C；13、A，B，D；14、C；15、A，D；16、

B ；17、B，D；18、A，B；19、A；20、 A， B，C，D。

五、是非判断改错题

1、√；

2、×（每偏摩尔体积水的化学势差）；

3、×（不需）；

4、√；

5、×（植物根系）；

6、×（越弱）；

7、×（等于渗透势）；

8、×（水势为零）；

9、×（水势相等）；10、×（不一定）；11、√； 12、×（蒸腾减弱）；13、×（促进气孔张开，促进气孔迅速关闭）；14、×（水势下降）；15、×（ C4植物比

C3植物要多 1—2 倍）； 16、×（增强减弱）；17、√ ； 18、×（生理指标更灵敏）；19、√； 20、√。

六、简答题

1、植物水分代谢包括哪些过程

答：植物从环境中不断地吸收水分，并通过茎导管运到叶片及其他器官，以满

足正常的生命活动的需要。但是，植物又不可避免地要丢失大量水分到环境中去。具体而言，植物水分代谢可包括三个过程：（1）水分的吸收；（2）水分在植物体内的运输；（3）水分的排出。

2、植物体内水分的存在状态与代谢关系如何

答：植物体中水分的存在状态与代谢关系极为密切，并且与抗性有关。一般

来说，束缚水不参与植物的代谢反应，在植物某些细胞和器官主要含束缚水时，则其

代谢活动非常微弱，如越冬植物的休眠芽和干燥种子，仅以极弱的代谢维持生命活动，但其抗性却明显增强，能渡过不良的逆境条件。而自由水主要参与植物体内的

各种代谢反应，含量多少还影响代谢强度，含量越高，代谢越旺盛。因此常以自由水/ 束缚水比值作为衡量植物代谢强弱和抗性的生理指标之一。

3、植物细胞吸水有哪几种方式

答：植物细胞吸水有三种方式：（1）未形成液泡的细胞，靠吸胀作用去吸水；（2）液泡形成之后，细胞主要靠渗透性吸水；（3）与渗透作用无关，而与代谢

过程密切相关的代谢性吸水。

4、利用细胞质壁分离现象可以解决哪几个问题

答：（ 1）说明原生质层是半透膜。（ 2）判断细胞死活。只有活细胞的原生质层才是半透膜，才有质壁分离现象；如细胞死亡，则不能产生质壁分离现象。（3）测定细胞的渗透势。5、水分是如何通过膜系

统进出细胞的呢

答：水分进出细胞有两种途径：一种是单个水分子通过膜脂间隙扩散进出细

胞；另一种是以水集流方式通过质膜上水孔蛋白组成的水通道进出细胞。

6、蒸腾作用有什么生理意义

答：（ 1）是植物对水分吸收和运输的主要动力。（2）促进植物对矿物质和

有机物的吸收及其在植物体内的运输。（ 3）能够降低叶片的温度，以免灼伤。

7、水分从被植物吸收至蒸腾到体外，需要经过哪些途径动力如何

答：水分自根毛→根的皮层→根中柱→根的导管→茎的导管→叶脉导管→叶肉

细胞→叶细胞间隙与气孔下腔→气孔→大气。在导管中水分运输的动力是蒸腾拉

力和根压，其中蒸腾拉力占主要地位，在活细胞间的水分运输主要为渗透作用。

8、简述根系吸收水分的方式与动力。

答：根系吸收水分的方式有 2 种：主动吸水与被动吸水。主动吸水的动力为

根压，消耗生物能。而被动吸水的动力为蒸腾拉力，不消耗生物能。

9、为什么通过气孔蒸腾的水量为同等面积自由水面蒸发量的几十至一百倍

答：因为气体分子通过气孔扩散时，孔中央水蒸汽分子彼此碰撞，扩散速率

很慢；在孔边缘，水分子相互碰撞机会少，扩散速率快。而对于大孔，其边缘周

长所占的比例小，故水分子扩散速率与大孔的面积成正比。气孔很小，数目很多，边缘效应显著，故蒸腾速率很高。

10、内聚力学说的主要内容是什么

答：此学说又叫蒸腾－内聚力－张力学说。是解释水分在导管内连续不断上

运的学说。其内容主要是水分子间有很大的内聚力，可达30MPa，它远远大于水柱的张力（约～）。同时水分子与导管纤维素分子间还有很强的附着力，故导管或管胞中的水流可成为连续的水柱。

11、土壤温度过低为什么对根系吸水不利

答：（ 1）原生质粘度增大，水不易透过生活组织，植物吸水减弱。（ 2）水分运动减慢，渗透作用降低。（3）根系生长受抑，吸收面积减少。（4）根系呼吸速率降低，主动吸水减弱。

12、与表皮细胞相比，保卫细胞有什么特点

答：（ 1）细胞体积很小，并有特殊结构，有利于膨压迅速而显著的改变。

而表皮细胞大，又无特别形状；（ 2）胞壁中有径向排列的辐射状微纤束与内壁

相连，便于对内壁施加作用；（ 3）细胞质中有一整套细胞器，且数目多；（ 4）叶绿体有明显的基粒构造，而表皮细胞无叶绿体。

13、根据性质和作用方式，抗蒸腾剂可分为哪三类举例说明。

答：（ 1）代谢型抗蒸腾剂：如阿特拉津，可使气孔开度减小，苯汞乙酸

可改变膜透性，使水分不易向外界扩散。

（2）薄膜型抗蒸腾剂：如硅酮，可在叶面形成单分子薄层，阻碍水分散失。

（3）反射型抗蒸腾剂：如高岭土，可反射光，降低叶温，从而减少蒸腾量。

14、若施肥不当，会产生“烧苗”现象，原因是什么

答：一般土壤溶液的水势都高于根细胞水势，根系顺利吸水。若施肥太多或

过于集中，会造成土壤溶液水势低于根细胞水势，根系不但不能吸水还会丧失水

分，故引起“烧苗”现象。

15、用小液流法测得某细胞在 L 蔗糖溶液中体积不变。已知细胞的渗透势

为－，求该细胞的水势及压力势（ t=27 ℃）。

答：根据公式：ψ w=CRTi溶液水势：ψ w =××300≈(MPa)因为细胞水势与溶

液水势等，所以：细胞水势为 , 细胞压力势。

七、论述题

1、水分子的理化性质与植物生理活动有何关系

答：水分子是一个极性分子，可与纤维素、蛋白质分子相结合。水分子具有高比

热，可在环境温度变化较大的条件下，植物体温仍相当稳定。水分子还有较高的

气化热，使植物在烈日照射下，通过蒸腾作用散失水分就可降低体温，不易受高

温危害。水分子是植物体内很好的溶剂，可与含有亲水基团的物质结合形成亲水胶体，水还具有很大的表面张力，使水与细胞胶体物质产生吸附作用，并借毛细管

力进行运动。

2、试述水分的生理生态作用。

答：（1）水是细胞原生质的主要组成成分；（2）水分是重要代谢过程的反应

物质和产物；（ 3）细胞分裂及伸长都需要水分；（4）水分是植物对物质吸收和

运输及生化反应的一种良好溶剂；（5）水分能使植物保持固有的姿态，有利于光

合和传粉 ; （6）可以通过水的理化特性以调节植物周围的大气湿度、温度等。对维

持植物体温稳定也有重要作用。

3、气孔开关机理假说有哪些并加以说明。

答：（ 1）淀粉－糖变化学说：在光照下保卫细胞进行光合作用合成可溶性

糖。另外由于光合作用消耗 CO2使保卫细胞 pH值升高，淀粉磷酸化酶水解细胞

中淀粉形成可溶性糖，细胞水势下降。当保卫细胞水势低于周围的细胞水势时，

便吸水迫使气孔张开，在暗中光合作用停止，情况与上述相反，气孔关闭。（2）

+

H泵 ATP酶，分解光合磷酸

++

化产生的 ATP并将 H 分泌到细胞壁，同时将外面的 K 通过膜上的内流钾通道吸收

-+-+

到细胞中来， Cl 也伴随着 K 进入，Cl 与苹果酸负离子平衡K 电性。保卫细胞中

+-

积累较多的 K 、 Cl 和苹果酸，降低水势而吸水，气孔就张开，反之，则气孔关

闭。（ 3）苹果酸代谢学说：在光下保卫细胞内的CO2被利用， pH值就上升（～），

从而活化 PEPC，剩余的 CO2就转变成重碳酸盐（- -

作用形成草HCO3），PEP与

HCO3

酰乙酸，然后还原成苹果酸，苹果酸解离为2H+和苹果酸根，在 H+／ K+泵驱使下，K+与 H+交换， K+进入保卫细胞， Cl －也伴随进入与苹果酸负离子一起平衡 K+电性。同时苹果酸也可作为渗透调节物与 K+、 Cl －共同降低保卫细胞的水势。保卫细胞吸水，气孔打开。反之，气孔关闭。

K+积累学说：在光照下，保卫细胞质膜上具有光活化

4、试述外部因子对气孔运动的影响。

答：许多因子都能调节气孔运动，可归纳为以下几方面：

（1）CO2叶片内低 CO2分压，可使气孔打开，高 CO2分压，使气孔关闭。

（2）光一般情况下，光照使气孔打开，黑暗使气孔关闭，但 CAM植物则

相反。另外，光质对气孔运动的影响与对光合作用的影响相似，即蓝光和红光

最有效。

（3）温度气孔开度一般随温度上升而增大， 25℃以上气孔开度最大，但30－35℃会引起气孔开度减小，低温下气孔关闭。

（4）水分叶水势下降时气孔开度减小或关闭。但久雨天气叶表皮细胞含水

量高，体积增大，挤压保卫细胞引起气孔关闭。

（5）风微风有利气孔打开，大风可使气孔关闭。

（6）植物激素CTK 促使气孔张开， ABA可促进气孔关闭。

5、禾谷类作物的水分临界期在什么时期为什么

答：禾谷类作物有2 个水分临界期，一个在孕穗期，即花粉母细胞四分体到

花粉粒形成阶段。因为此阶段小穗正在分化，茎、叶、穗迅速发育，叶面积快速

扩大，代谢较旺盛，耗水量最多，若缺水，小穗发育不良、植株矮小、产量低。

另一个是在开始灌浆到乳熟末期。此时主要进行光合产物的运输与分配，若缺水，有机物运输受阻，造成灌浆困难，功能叶早衰，籽粒瘦小，产量低。

6、蒸腾作用的强弱与哪些因素有关为什么

答：蒸腾速率与扩散力成正比与扩散阻力成反比。因此，凡是影响二因子的

内外条件均影响蒸腾速率。概括如下二方面：

（1）内部因素：气孔和气孔下腔都直接影响蒸腾速率。气孔频度和开度大。

气孔下腔容积大等都促进蒸腾作用。

（2）外部因素： a. 光照光照对蒸腾起决定性的促进作用，叶片吸收的辐射能大部分用于蒸腾。光能促使气孔张开，又能提高叶片温度，使内部阻力减小和叶内外蒸汽压差增大，加速蒸腾。 b. 大气相对湿度当大气相对湿度大时，大气蒸汽压也增大，叶内外蒸汽压差就变小，蒸腾变慢；反之，加快。 C.大气温度叶温高于气温，尤其在太阳直射下叶温较气温一般高 2～ 10℃，厚叶更显著。气温增高时，叶内外蒸汽压差增大，蒸腾加快。 D.风微风可吹走气孔外的界面层，补充一些蒸汽压低的空气，外部扩散阻力减小，蒸腾加快。但大风引起气孔关闭。使蒸腾减弱 ; e. 土壤条件凡是影响根系吸水的各种土壤条件，如土温、土壤通气状况、土壤溶液浓度等均可间接影响蒸腾作用。

7、合理灌溉增产的原因是什么

答：（1）干旱时，灌溉可使植株保持旺盛的生长和光合作用。（ 2）减缓

“午休”现象。（3）促使茎叶输导组织发达，提高同化物的运输速率，改善光合产物的分配利用。（ 4）改变栽培环境：如早稻秧田在寒潮来临前深灌，起保暖防寒

作用；晚稻在寒露风来临前灌深水，有防风保暖作用；盐碱地灌水，有洗盐和压制盐分上升的作用；施肥后灌水，有溶肥作用。

8、试述高等植物体内水分上运的动力及其产生原因。

答：水分上运的动力有二，根压和蒸腾拉力。

关于根压产生的原因目前认为，土壤溶液沿质外体向内扩散，其中的离子则通过依赖于细胞代谢活动的主动吸收进入共质体中，这些离子通过连续的共质体进

入中柱活细胞，然后释放导管中，引起离子积累。其结果是，内皮层以内的质外体渗透势低，而内皮层以外的质外体渗透势高，水分通过渗透作用透过内皮层

细胞到达导管内，这样在中柱内就产生了一种静水压力，这就是根压。

当植物进行蒸腾时，水便从气孔蒸腾到大气中，失水的细胞便向水势较高的叶

肉细胞吸水，如此传递，接近叶脉导管的细胞向叶脉导管、茎导管、根导管和

根部吸水。这样便产生了一个由低到高的水势梯度，使根系再向土壤吸水。这种因

蒸腾作用所产生的吸水力量，叫做蒸腾拉力。

9、土壤通气不良造成的根系吸水困难的原因是什么

答：主要原因有：（ 1）根系环境内 O2缺乏， CO2积累，呼吸作用受到抑制，

影响根系吸水。（ 2）长期缺 O2条件下根进行无 O2呼吸，产生并积累较多的乙

醇，使根系中毒受伤。。（3）土壤处于还原状态，加之土壤微生物的活动，产生一

些有毒物质，造成“黑根”或“烂根” 。农业生产中的中耕耘田、排水晒田等措施

就是为了增加土壤的透气性。

10、以下论点是否正确为什么

（1）将一个细胞放入某一浓度的溶液中，若细胞液浓度与外界溶液的浓度

相等，则体积不变。

（2）若细胞的ψp =- ψπ , 将其放入 L 的溶液中，则体积不变。

（3）若细胞的ψW=ψπ，将其放入纯水中，则体积不变。

（4）有一充分为水饱和的细胞，将其放入比细胞液浓度低 50 倍的溶液中，则

体积不变。

答：（ 1）该论点不完全正确。因为除了处于初始质壁分离状态的细胞（ψ p=0）

之外，当细胞内溶液浓度与外液浓度相等时，由于细胞ψp 的存在，因而，细胞水

势会高于外液水势而发生失水，体积就会变小。

（2）该论点不正确。因为ψp=- ψπ时，细胞ψw=0, 把该细胞放入任一溶液

时，都会失水，体积会变小。

（3）该论点不正确。因为当细胞的ψw=ψπ时，将其放入纯水（ψw=0）中，

由于该细胞ψp =0，而ψπ为一负值，即其ψ w低于0，故细胞吸水，体积会变大。

（4）该论点也不正确。因为为水充分饱和的细胞ψw=0, 而任何稀溶液的ψw总

是低于 0，故该细胞会失水，体积变小。

11、设一个细胞的ψπ为，将其放入ψπ为的溶液中，试问细胞的压力势为何

值时，才发生如下三种变化（ 1）细胞体积减小；（ 2）细胞体积增大；（3）细胞

体积不变。

答：（ 1）细胞体积减小： 8MPa≥ψp>5MPa。

（2）细胞体积增大： 0MPa≤ψp<5MPa。

（3）细胞体积不变：ψp=5MPa。