高中生物竞赛知识点：植物生理(1)

1.已知某植物细胞内含有带负电荷的不扩散离子浓度为0.01mol／L，把这样的细胞放在Na ＋和Cl－浓度为0.01mol／L的溶液中，这时膜内Na＋浓度为0.01mol／L。

当达到杜南平衡时，膜内〔Na＋〕是膜外〔Na＋〕的多少倍？（假设膜外体积等于膜内体积）分析植物细胞的质膜是一个半透膜，细胞内含有许多大分子化合物（如蛋白质，R－），不能扩散到细胞外，成为不扩散离子，它可以与阳离子形成盐类（如蛋白质的钠盐，NaR），设其浓度为Ci。

若把这样的细胞放在浓度为C0的NaCl溶液中，由于细胞内没有Cl－，所以Cl－由外界溶液扩散入细胞中，Na＋同时也跟着进去，否则外界溶液的电位就有差异。

可是R－不能跑到细胞外，因此细胞内的Na＋也就被保留在细胞内。

经过一段时间后，细胞内外离子扩散速度相等，达到杜南平衡状态，即［Na＋i］×［Cl－i］＝［Na＋0］×［Cl－0］。

值得注意的是：在解答有关杜南平衡的问题时必须是在细胞内电荷（位）先平衡的前提下，再来求平衡时离子浓度。

解：依题意，起始状态时，细胞［R内］＝0.01mo／L，［Na＋内］＝0.01mo／L，细胞［Na＋外］＝0.01mo／L，〔Cl－外〕＝0.01mol／L。

设由细胞外进入到细胞内的Cl－离子浓度为x，则此时细胞内的〔Cl－内〕＝x，［Na＋内］＝0.01＋x，而细胞外的〔Cl－外〕＝0.01－x，［Na＋外］＝0.01－x，当达到杜南平衡以后，根据杜南平衡原理，即此时应存在［Na＋内］×［Cl－内］＝［Na＋外］×［Cl－外］，即（0.01＋x）×x＝（0.01－x）×（0.01一x）。

解该方程得x ＝0.01／3，则细胞内的［Na＋内］＝0.01＋0.01 / 3，细胞外的［Na＋外］＝0.01－0.01 / 3，故［Na＋内］/［Na＋外］＝2，则达到杜南平衡时，膜内［Na＋内］是膜外［Na＋外］的2倍。

2.在含有Fe、K、P、Ca、B、Mg、Cu、S．Mn等营养元素的培养液中培养棉花，当棉苗第四片叶展开时，在第一片叶上出现了缺绿症，问该缺乏症是由于上述元素中哪种元素含量不足而引起的？为什么。

分析在上述元素中，能引起植物缺绿症的元素有Mg、Cu、S、Mn，这四种元素中只有Mg是属于可再利用的元素，它的缺乏症一般首先表现在老叶上，而Cu、S、Mn属于不能再利用的元素，它们的缺乏症一般首先表现在嫩叶上。

当棉苗第四叶（新叶）展开时，在第一片叶（老叶）上出现了缺绿症，可见缺乏的是再利用元素Mg而不是其他元素。

3.下列反应均为光合作用过程的一部分：（1）将H从NADPH2传给一种有机物；（2）使CO2与一种有机物结合；（3）将H从H2O传递给NADP＋。

试问，这些反应中哪些是属于光合作用的暗反应的？A 只有（1）B 只有（2）C 只有（3）D （1）和（2）分析光合作用的暗反应是指CO2的固定与还原。

CO2的固定是指CO2与RuBP（1，5–二磷酸核酮糖）结合，产生了2分子的3–磷酸甘油酸。

还原主要是磷酸甘油酸被NADPH和ATP还原成三碳糖。

至于将H从H2O传递给NADP＋形成NADPH则是属于光合作用的光反应的。

【参考答案】D。

题目!!!（三）判断1.在无氧低温条件下，细胞对环境中离子的吸收将导致细胞内外可扩散离子浓度的乘积。

2.硝酸还原酶是一种适应酶，它催化NO3-－NH3的反应。

3.酰胺是植物体内NH3的最常见与最有效的贮存形式。

4.植物细胞吸附矿质离子，实际上是细胞的H+和HCO3-与环境中的阳离子和阴离子等价交换的过程。

5.NO2-的还原只在叶中进行驶，原因是光反应形成的Fd还是NO2-还原的唯一还原力。

6.杜南平衡属于植物主动吸收矿质元素的一种方式。

7.生物固氮只有在无氧条件下才能进行，因为氢化酶怕氧。

8.植物缺Mo时，即使增施NO3-态氮，亦表现出缺N症状。

9.缺N时植物幼叶首先变黄。

10.硝酸盐还原速率，夜间快于白天。

11.土壤施磷过多时会导致玉米出现花白叶病。

12.N不是矿质元素，而是灰分元素。

13.K在植物体内一般不形成稳定的结构物质。

14.在植物体内大量积累的元素，必定是植物必需的元素。

15.达到杜南平衡时是指细胞内外的阴阳离子浓度相等时的平衡。

16.灰分元素就是植物必需的矿质元素。

17.向土壤中施入过是的磷肥，易引起植物缺锌症。

18.生长在同一培养液中的任何植物，其灰分中各种元素的含量完全相同。

19.进入根表观自由空间的矿质元素完全可以被水提取出来。

20.CaM在植物体内可起第二信使的作用。

（四）概念必需元素稀土元素协合作用与竞争载体学说大量元素可再利用元素作用离子泵学说微量元素不可再利用元素浓缩效应与稀释离子通道学说有益元素胞饮作用效应正负离子平衡学水培法与砂培法平衡溶液杜南平衡说生理酸性盐钙调蛋白运输酶根外追肥生理碱性盐单盐毒害外连丝缺素培养生理中性盐离子拮抗载体跨膜电位。

（五）问题1．列举出10种元素，说明它们在光合过程中的作用。

2．请设计一实验，证明Mg是植物必需营养元素。

3．请设计一实验，证明根系吸盐是主动的生理过程。

4．简述土壤状况对根系吸收矿质元素的影响。

5．简述采用水培法确定必需营养元素实验时应注意的事项。

6．简述硝酸盐（NO3-）同化到氨基酸水平的生化过程。

·7．简述硝酸盐同化与光合作用的关系。

8．概要说明必需营养元素的生理作用。

9．简述确定必需营养元素的标准。

(五〉问题①N:叶绿素、Cyt类。

酶类、光合胲等的组分，参与光反应和暗反应。

②P:同化力（ATP、NADPH2)的组分，参与光反应与暗反应，尤其是在光合碳循环中的中间产物均含磷酸基，与淀粉合成有关的ADPG，与蔗糖合成有关的UDPG与C3环代谢调节有关的Pi运转。

③K:调节气孔幵放运动，以利C02进人叶绿体，合成有机物和促进光合产物运输。

@Mg:叶绿素组分，参与光反应（光能的吸收、传递与转换）；某些酶的激活剂，参与暗反应；作为2H+ 的对应体，形成挎膜的质子动力势差（Apmf)。

⑤Fe: Cyt类、Fd. Fe_S蛋白的组分，促进叶绿素合成，参与光反应。

⑥Cu: PC组分，稳定叶绿素，参与光反应。

⑦Mn:参与02的释放（水的光解）。

⑤S: Fe_S蛋白组分，光合月莫组分，酶蛋白组分，参与光、暗反应。

®B:参与UDPG 的生成，以利蔗糖合成；与糖分子结合，以利光合产物运输。

⑩C1:参与光合放02。

（11) Zn：碳酸酥酶的组分，促进C02的同化。

①按Knop营养湳配方，配制完全营养湳与玦Mg营养液，装于容积相同的容器咅2个，前者为对照（CK)，后者为处理（TR〉；②每个容器栽植根系无损、叶片完整、大小一致的向曰葵1株，罝于温室观察；©3TR组下部叶片变黄时，采取两种措施。

按Knon配方中的Ms盐浓度，一是加入溶湳中（TR1) ，二是喷洒叶片（TR2);④结果：经过Mg处理后，经过一段时间（3〜5天），已黄叶片又变成绿色。

根据必需元素的标©Mg是植物的必需元素。

主动吸收是植物消耗代谢能的生理过程，必然与呼吸作用有关。

采用水培法（营养液中加入一定浓度的32P) 培养向日葵植株，分三种处理：一是正常条件，作为对照（CK) ，二是培养液中加根系呼吸抑制剂（如NaN3)(TR1);三是培养湳中加冰块（t=0tO (TR2)。

处理后经过一段时间（1〜2h)，切断茎技，收集伤流，并分别测定伤流体积和伤流中32P的量。

结果是：CK伤流量最多，32P最多；TR1与TR2的伤流量少于CK,伤流中的量也少于CK。

由此证明：呼吸强，产能多，吸收矿质也多。

©温虔状况：在一定范围内，随看土温升高根系吸盐速率加快，但土温过高，酶纯化，细胞透性増大，导致矿质外流，同时高温亦能加根系木质化，降低吸盐能力；土温过低，酶的活性下降，细胞质粘性増大，离子难于进入，通常低温的影响大于高温。

©通气状况：02分压高C02分压低，有利于根系呼吸，促进吸盐；反之，则降低吸盐。

©PH状况：首先，构成原生质的蛋白质是两性电解质。

在弱酸条件下，氨基酸带正电荷，易于吸收外液的阴离子；在弱碱条件下，氨基酸带负电荷，易于吸收外湳的阳离子。

其次当土填碱性加强时，Fe2+，Ca2+, Mg2+,Zn2+，P043-等逐渐变为不溶状态，不利于植物吸收；当土壇酸性加强时，K'Ca2+，Mg2+，P043-等易溶解，易被雨水淋浴同时某些重金属盐类（Pb2+，Cd2+,Mn2+等）溶解虔加大，导致植物中毒。

@离子状况：一是协合作用，一种离子的存在促进植物对另一种离子的吸收，如光下N03-促进K+的吸收，NH4+促进P043-的吸收；二是竞争作用，一种离子的存在抑制植物对另一种离子的吸收，如Br-、I-的存在抑制植物对CI-的吸收；此外，尚有浓缩效应与稀释效应。

⑤毒物状况：土壌中的Fe2++H2S (Cytaa3的抑制剂）、某些有机酸（甲酸、乙酸、丁酸），伤害根系，降低吸收能力。

©溶液状况：低浓虔下，有利于植物吸收；高浓虔下无明显影响，但对植物易造成生理干旱。

首先，配制营养湳：①作为必需营养元素的制剂要纯净；©水质应纯净（重蒸或过树脂的无离子水）；©容器为瓷质、破璃、塑料，不能用陶质；@溶液的浓度、矿质比例要适宜（按配方）；⑤PH适宜。

其次，培养管理：①植株根系完好，大小一致，发肓正常；©移栽时，苗应固定好，根系浸入溶液；©按时通气与更换营养液，调整PH值；@_旦发现杂菌感染根系，立即消毒处理；⑤做好观察记录。

硝酸盐同化到氨基酸水平，大致经历如下生化过程：①N03-—N02-:在硝酸还原酶（NR)催化下，由NADH2作为还原力，N03- + NADH2—N02- + NAD+ + H20©N02-—NH3:在亚硝酸还原酶（MR〉催化下，利用光反应形成的Fd还作为还原力，即：N02-+Fd还NH3+Fd 氧©NH3—谷酰胺：在谷酰胺合成酶的催化下进行，即：谷氨酸+ NH3+ATP—谷敌胺+ADP+Pi©谷酰胺—谷氨酸：在谷氨酸合成酶的催化下进行，即：谷酰胺十a__戊二酸十NAD (P) H2—2谷氨酸十NAD (P) +硝酸盐同化与光合作用的关系表现在如下三个方面：①光合作用提供还原力：在叶片中，N03-—N02-时在细胞中进行，直接还原力为NADH2,但光反应形成的则是NADPH2,后者不能透过叶绿体胲进人细胞质，然而可通过四碳二羧酸穿梭式反应（通过二羧酸载体完成〉，即0AA+2H+ MAL-2H+可将叶绿体内的NADPH2转换成细胞质中的NADH2。