植物生理学答案(1)

第一章植物的水分生理一、名词解释。

渗透势(solute potential):由于溶液中溶质颗粒的存在,降低了水的自由能而引起的水势低于纯水水势的值,此值为负值.其也称为溶质势.质外体途径(apoplast pathway): 指水分通过细胞壁、细胞间隙等没有细胞质部分的移动，阻力小，移动方式速度快。

共质体途径(symplast pathway): 指水分从一个细胞的细胞质经过胞间连丝，移动到另一个细胞的细胞质，形成一个细胞质的连续体，移动速度较慢。

渗透作用(osmosis):物质依水势梯度而移动,指溶液中的溶剂分子通过半透膜扩散的现象.对于水溶液而言,就是指水分子从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象.蒸腾作用(transpiration): 指水分以气体状态,通过植物体的表面，从体内散失到体外的现象。

二、思考题1、将植物细胞分别放在纯水和1mo l／L蔗糖溶液中，细胞的渗透势、压力势、水势及细胞体积各会发生什么变化？答：在正常情况下，植物细胞的水势为负值，在土壤水分充足的条件下，一般植物的叶片水势为-0.8～-0.2MPa。

将植物细胞放在纯水中时，纯水的水势为0，故植物细胞会吸水，渗透势、压力势及水势均上升，细胞体积变大。

当吸水达到饱和时，细胞体积达最大，水势最终变为0，渗透势和压力势绝对值相等、符号相反，各组分不再变化。

当植物细胞放于1mo l ／L蔗糖溶液中时，根据公式计算蔗糖溶液的水势（设温度为27 ℃，已知蔗糖的解离系数i＝1）＝-icRT＝-1mol／L×0.0083L·MPa／（mol·K）×(273+27)K＝-2.49MPa,由于细胞的水势大于蔗糖溶液的水势，因此细胞放入溶液后会失水，渗透势、压力势及水势均减少，体积也缩小，严重时还会发生质壁分离现象。

如果细胞处于初始质壁分离状态，其压力势为0，水势等于渗透势。

2、植物叶片的气孔为什么在光照条件下会张开，在黑暗条件下会关闭？答：①保卫细胞细胞壁具有伸缩性，细胞的体积能可逆性的增大40-100%；②保卫细胞细胞壁的厚度不同，分布不均匀。

双子叶植物保卫细胞是肾形，内壁厚，外壁薄，外壁易于伸长，吸水时向外扩展，拉开气孔；禾本科植物的保卫细胞是哑铃形，中间厚，两头薄，吸水时，横向膨大，使气孔张开；③保卫细胞的叶绿体在光下会形成蔗糖，累积在液泡中，降低渗透势，于是吸水膨胀，气孔张开；在黑暗条件下，进行呼吸作用，消耗有机物，升高了渗透势，于是失水，气孔关闭。

第二章植物的矿质营养一、名词解释矿质营养(mineral nutrition)：通常把植物对矿物质的吸收、转运和同化的过程称为矿质营养。

溶液培养(solution culture method)：亦称水培法，是指在含有全部或部分营养元素的溶液中栽培植物的方法。

单向运输载体(uniport carrier)：指能催化分子或离子单方向的顺着电化学势梯度跨质膜运输的载体蛋白。

质膜上已知的单向运输载体有运输等载体。

生物固氮(biological nitrogen fixation)：指某些微生物把空气中的游离氮固定转化为含氮化合物的过程。

诱导酶(induced enzyme)：是指植物本来不含某种酶，但在特定外来物质的诱导下，可以生成这种酶，这种现象就是酶的诱导形成，所形成的酶偏叫做诱导酶或适应酶。

二、思考题。

1、无土栽培技术在农业生产上有哪些应用？答：无土栽培可以替代天然土壤的功能，能为植物提供更好的水、肥、气等根际环境。

无土栽培技术目前主要应用于蔬菜、优质蔬菜和食用菌、花卉和药用植物等地栽培以及牧草、果树和树苗的生产。

①反季节蔬菜、优质蔬菜和食用菌的栽培。

如高产、早熟、优质的番茄、黄瓜等蔬菜的栽培。

②花卉栽培。

多用于草本和木本花卉的栽培，其特点是花朵较大、鲜艳、品质优并且花期较长。

③药用植物的栽培。

主要是名贵草本药用植物的栽培。

④植物营养的研究。

在植物营养生理、环境生理、快速繁殖等研究领域应用十分普遍。

⑤在家庭庭院中应用。

在庭院、阳台或楼房顶层上利用无土栽培技术养花、栽培蔬菜等。

⑥在戈壁滩、盐碱地、沙漠等土壤严重退化或受到严重污染不适宜生产蔬菜和花卉的地区，无土栽培则是最有效的栽培技术。

2、在作物栽培是为什么不能施用过量的化肥？怎样施肥才比较合理？答：过量施肥时，可使植物的渗透势降低，根系吸水困难，烧伤作物，影响植物的正常生理过程，同时，根部也吸收不了，造成浪费。

合理施肥就是要适时、适量施肥。

适时就是要注意在植物营养最大效率和营养临界期施肥，适量就是要根据不同植物及同一植物不同生育期的需肥量施肥。

不同植物、同一植物不同的生育期对矿质元素的需要量不同。

大多数一年生植物生长旺盛期在春秋两季，因而施肥多在春秋季进行。

肥料种类应根据植物种类和生长发育的不同时期进行选择，一般苗期以氮肥为主，花芽分化期和开花结果期以磷肥为主。

春天可多施氮肥，越冬前氮肥要少施。

以茎叶为收获目的的植物可适当施氮肥，禾谷类作物生长前期要多施氮肥，生长后期则应以多施磷肥和钾肥为主。

作物一般在开花结实期需肥量最大，以后随着植物的衰老，需肥量逐渐减少，最后完全停止，表现出“低-高-低”的规律。

具体的施肥时间和数量还要根据植株的生长状况来决定。

合理施肥还要根据植株的形态特征和生理特征确定，在施足底肥的基础上，分期适时适量追肥，以满足不同植物以及同一植物不同生育期的需要。

3、细胞吸收水分和吸收矿质元素有什么关系？有什么异同？答：植物根系吸收水分和吸收矿质元素是相互依赖又相对独立的过程，两者有一定的联系，但不存在直接的依赖关系。

相关性表现在：①矿物质要溶于水后才能被植物吸收和运输，根系吸水时，溶于水的矿质元素的一部分会进入植物体内，并随蒸腾流运输到植株各部分，但矿物质不是由水分顺便“带进”植物体内的；②根系对矿质的吸收能引起根部的水势降低，有利于水分进入根部；③水分的蒸腾产生蒸腾拉力，有利于溶于水中的矿质元素的吸收和运输，但两者不成比例关系；④水分上升使导管保持低盐浓度，促进矿质吸收。

相互独立性表现在：①根系吸收水分与吸收矿质的机制不同，吸收水分一般是以被动吸收为主，而矿质吸收则以主动吸收为主，有选择性和饱和效应；②植物吸收矿质元素的量和吸收水分的量不成比例关系；③两者的运输方向不同，水分主要被运输到叶片用于蒸腾消耗，而矿质元素一般运输到生长中心供生长。

第三章植物的光合作用一、名词解释。

反应中心(reaction centre)：由参与能量转换的特殊叶绿素a对、脱镁叶绿素和醌等电子受体分子组成的将光能转化成化学能的膜蛋白复合体。

光合链(photosynthetic chain)：在类囊体膜上的PSⅡ和PSⅠ之间几种排列紧密的电子传递体完成电子传递传递的总轨道。

光合速率（photosynthetic rate）：指单位时间、单位叶面积吸收CO2的量或放出O2的量，或者是积累干物质的量。

卡尔文循环(Calvin cycle)：以核酮糖-1，5-二磷酸（亦称RuBP）为CO2受体，CO2固定后的最初产物为一种三碳化合物甘油酸-3-磷酸（亦称PGA）的光合途径，亦称C3途径。

是所有植物光合作用碳同化的基本途径，大致可分为3个阶段，即羧化阶段、还原阶段和更新阶段。

C4途径（C4 pathway）：指以叶肉细胞质中的PEP为CO2受体，CO2固定后的最初产物为四碳二羧酸化合物的光合途径。

该途径由PEP固定CO2开始至PEP再生结束，其反应步骤可分为：羧化、转变、脱羧与还原、再生。

光呼吸（photoresperation）：是指植物的绿色细胞依赖光照，吸收O2和放出CO2的过程。

这是一个氧化过程，被氧化的底物是乙醇酸。

又称乙醇酸氧化途径。

CO2补偿点（CO2 compensation point）：指同一叶子在同一时间内，光合过程中吸收的CO2 与光呼吸和呼吸作用过程中放出的CO2等量时的光照强度。

二、思考题。

1、试比较PSⅠ和PSⅡ的结构及功能特点。

答：PSⅠ复合体颗粒较小，直径为11nm，仅位于基质片层和基粒片层的非堆叠区，PSⅠ核心复合体由反应中心色素P700、电子受体和PSⅠ捕光复合体3部分组成，它们都结合在蛋白亚基上，其反应中心色素最大吸收波长700nm，PSⅠ捕光复合体是由不同的捕光色素蛋白复合体LHCI组成。

PSⅠ的功能是将电子从PC传递给铁氧还蛋白。

PSⅡ复合体颗粒较大，直径为17.5nm，位于近内腔一侧，多存在于基粒片层的堆叠区。

PS Ⅱ主要由PSⅡ反应中心、捕光复合体Ⅱ和放氧复合体等亚单元组成，其反应中心色素最大吸收波长680nm。

PSⅡ的功能是利用光能氧化水和还原质体醌，这两个反应分别在类囊体膜的两侧进行，即在腔一侧氧化水释放质子于腔内，在基质一侧还原质体醌，于是在类囊体两侧建立H+质子梯度。

2、光合作用的碳同化有哪些途径？试述水稻、玉米、菠萝的光合碳同化途径有什么不同？答：碳同化途径有三条，即C3途径、C4途径和CAM（景天酸代谢）途径。

水稻为C3途径；玉米为C4途径；菠萝为CAM;C3 C4 CAM固定酶 Rubisco PEPcase/Rubisco PEPcase/RubiscoCO2受体 RUBP RUBP/PEP RUBP/PEP初产物 PGA OAA OAA3、一般来说，C4植物比C3植物的光合产量要高，试从它们各自的光合特征及生理特征比较分析。

答：①高光效。

C4植物转运1mol CO2要消耗2mol ATP,但CO2在鞘细胞中浓缩3～10倍，有利于羧化反应。

②C4植物的PEP羧化酶对CO2亲和力高，能利用低浓度的CO2。

C3植物CO2的固定式通过Rubisco的作用来实现的，而在C4植物中CO2首先被PEP羧化酶固定。

尽管是当外界干旱，气孔关闭时，C4植物能利用细胞间隙中低浓度的CO2，继续生长。

③低光呼吸。

C4植物途径具有CO2泵的作用，把外界CO2泵入维管束薄壁细胞，增加维管束薄壁细胞的CO2／O2的比值，使Rubisco向更有利于羧化方向进行，因此C4植物光呼吸的速率非常低。

另外，C4植物的光呼吸只局限在鞘细胞，光呼吸放在的CO2被“花环”结构叶肉细胞利用，不易露出。

在高光强、高温及干燥气候条件下，C4植物的光合速率远远高于C3植物。

④鞘细胞中缺少PSⅡ，鞘细胞光合固碳时放O2较少，有利于羧化反应。

⑤C4植物的光合产物就近运输到维管束，避免积累光合产物，对光合作用产生抑制。

4、从光呼吸的代谢途径来看，光呼吸有什么意义？答：光呼吸的途径经过3种细胞器，即在叶绿体中合成乙醇酸，在过氧化物酶体中氧化乙醇酸，在线粒体中释放CO2。

光呼吸在生理上的意义主要有：①回收碳素。

通过C2碳氧化环可回收乙醇酸中3／4的碳。