1 .植物器官脱落与植物激素有何关系?
1 .①生长素:试验证明,叶片年龄增长,生长素含量下降,从而不能阻止脱落的发生。Addicott 等( 1955年)提出脱落的生长素梯度学说,认为不是叶片内生长素的绝对含量,而是横过离层区两边生长素的浓度梯度影响脱落。梯度大时,即远轴端生长素含量高,不易脱落;梯度小时,即近轴端生长素含量高于或等于远轴端的量,则促进脱落。此外,已证明有些果实的自然脱落与生长素含量的降低也密切相关。在生长素产生少的时期,往往引起大量落果。②脱落酸:幼果和幼叶的脱落酸含量低,当接近脱落时,它的含量最高。主要原因是可促进分解细胞壁的酶的活性,抑制叶柄内生长素的传导。③乙烯:棉花子叶在脱落前乙烯生成量增加一倍多,感病植株乙烯释放量增多,会促进脱落。④赤霉素:促进乙烯生成,也可促进脱落。细胞分裂素延缓衰老,抑制脱落。
2 .油料种子的油脂形成有什么特点?2 .有两个特点。①成熟期所形成的大量游离脂肪酸,随着种子的成熟逐渐合成复杂的油脂。②种子成熟时先形成饱和脂肪酸,然后再转变成不饱和脂肪酸。
3 .北方小麦与南方小麦相比,哪个蛋白质含量高?为什么?3 .北方小麦蛋白质含量高。因为水分供应不良对淀粉合成的影响比对蛋白质的影响大。在小麦成熟期,北方雨量及土壤水分比南方少,所以北方小麦蛋白质含量高。
4 .导致脱落的外界因素有哪些?
4 .①氧浓度:氧分压过高过低都能导致脱落。高氧促进乙烯的形成,低氧抑制呼吸作用。②温度:异常温度加速器官脱落,高温促进呼吸消耗。此外,高温还会引起水分亏缺,加速叶片脱落。
③水分:干旱缺水会引起叶、花、果的脱落。这是一种保护性反映,以减少水分散失。干旱会促进乙烯、脱落酸增加,促进离层形成,引起脱落。④光照:光照弱,脱落增加,长日照可以延迟脱落,短日照促进脱落。⑤矿质元素:缺Zn、N、P、K、Fe等都可能导致脱落。
5 .到了深秋,树木的芽为什么会进入休眠状态?5 .到了深秋,导致树木形成休眠芽进入休眠状态的原因主要是由于日照时数的缩短。秋天的短日照作为进入休眠的信号,这一信号由叶片中的光敏色素感受后,便促进甲羟戊酸合成ABA,并转移到生长点,抑制mRNA和tRNA的生物合成,因而也就抑制了蛋白质与酶的生物合成,进而抑制芽的生长,使芽进入休眠状态。
6 .气象条件如何影响种子的化学成分?6 .①风旱不实现象:就是干燥和热风使种子灌浆不足而减产的现象。因为叶细胞必须在水分充足时才能将光合产物运输到种子,在“干热风”袭来造成萎蔫的情况下,同化物便不能继续流向正在灌浆的籽粒;干旱缺水时,籽粒中合成酶活性降低,而水解酶活性增强,妨碍贮藏物质的积累;由于水分向籽粒运输与分配减少,使籽粒过早干缩和过早成熟,造成籽粒瘦小,产量大减。“干热风”也可使种子在较早时期干缩,合成过程受阻,可溶性糖来不及转变为淀粉即被糊精粘结在一起,形成玻璃状而不形成粉状的籽粒。
②温度:温度对油料种子的含油量和油脂品质的影响也很大。种子成熟期间,适当的低温有利于油脂的累积,温度较低而昼夜温差大时,有利于不饱和脂肪酸的形成。所以,一般产于南方高温条件下的油料种子,含油率较低,油脂中的饱和脂肪酸含量高,故碘值、蛋白质含量较高;北方较低温度条件下的油料种子则相反。干性油的油脂中不饱和脂肪酸含量高,油脂品质好。又如水稻在高温下成熟时米质疏松,腹白大,质量差;相反,温度较低时,有机物质累积较多,质量较好,所以一般晚稻米的质量要比早稻米的好。
7 .跃变型果实与非跃变型果实有何区别?
7 . (1 )在果实是否表现出呼吸跃变现象方面:①跃变型果实,在成熟期出现呼吸跃变现象,属于这一类的果实有苹果、梨、杏、无花果、香蕉、番茄等。②非跃变型果实,在成熟期不发生呼吸跃变现象。这类果实又可分为呼吸渐减型(如柑橘、葡萄、樱桃等)和呼吸后期上升型(如某些品种的柿子、桃等)。(2 )乙烯生成的特性不同:跃变型果实中乙烯生成有两个调节系统,系统Ⅰ负责跃变前果实中低速率的基础乙烯生成;系统Ⅱ负责伴随成熟过程(跃变)中乙烯
自我催化且大量生成。非跃变型果实乙烯生成速率相对较低,变化平稳,整个过程中只有系统Ⅰ活动,缺乏系统Ⅱ。(3)两类果实对乙烯反应不同:对于跃变型果实,外源乙烯只在跃变前起作用,诱导呼吸上升;同时启动系统Ⅱ,形成乙烯自我催化,促进乙烯大量增加,但不改变呼吸跃变顶峰的高度;它所引起的反应是不可逆的,一旦反应发生后,即可自动进行下去,即使将乙烯除去,反应仍可进行,而且反应的程度与所用乙烯的浓度无关。非跃变型果实相反,外源乙烯在整个成熟期间都能起作用,促进呼吸增加,其反应大小与所用乙烯浓度高低成比例;是可逆的,当处理乙烯除去后,其影响也就消失,呼吸下降恢复原有水平,同时不会促进乙烯增加。
8 .目前有关植物衰老机理的假说有哪些,并叙述自由基伤害假说的基本内容。8 .关于植物衰老机理的假说有三种:一是营养亏缺假说,二是植物激素调控理论,三是自由基伤害假说。自由基伤害假说认为衰老过程即氧代谢失调、自由基累积的过程。研究表明,植物细胞通过多种途径产生超氧阴离子自由基、羟自由基和过氧化氢、单线态氧等活性氧。同时,植物细胞本身具有清除自由基活性氧的酶保护系统和非酶保护系统。在正常情况下,细胞自由基活性氧的产生与清除处于动态平衡状态,自由基活性氧浓度很低,不会引起伤害。但在植物衰老劣变过程中,特别是处于干旱、高盐、SO2等逆境条件下,这种平衡遭到破坏,结果自由基活性氧的浓度超过了伤害“阈值”导致蛋白质、核酸的氧化破坏,特别是膜脂中的不饱和双链酸最易受自由基的攻击发生过氧化作用;过氧化过程产生新的自由基,会进一步促进膜脂质过氧化,膜的完整性受到破坏,最后导致植物伤害或死亡。
9 .影响果实着色的因素有哪些?
9 .果实着色与花色素苷、类胡萝卜素等色素分子在果皮中积累有关,因而凡是影响色素分子合成与积累的因素都会影响果实着色,主要的影响因素如下。①碳水化合物的积累:花色素苷的生物合成与碳水化合物的转化有关,因此促进光合作用以及有利于糖分积累的因素都能促进果实着色。②温度:高温往往影响花色素苷的合成,因而不利于果实着色。我国南方苹果着
色很差的原因主要就在于此。③光:类胡萝卜素和花色素苷的合成需要光,如紫色的葡萄只有在阳光照射下才能显色,苹果也要在直射光下才能着色。④氧气:果实的褐变主要是由于酚被氧化生成褐黑色的醌类所致。⑤植物生长物质:乙烯、2 , 4-D、多效唑、B9、茉莉酸甲酯等都对果实着色有利。
10 .顽拗性种子不耐脱水的主要原因有哪些?如何保存?
10 .顽拗性种子成熟时有较高的含水量,贮藏时不耐干燥与低温。顽拗性种子不耐脱水的主要原因可能与缺少LEA蛋白有关,LEA蛋白有很高的亲水性,易被干旱诱导合成,推测LEA蛋白可作为脱水保护剂稳定细胞的结构。由于顽拗性种子植物大多生长在温湿地区,体内LEA蛋白合成与积累不多,因而表现出对脱水的敏感性。一旦脱水,细胞的结构被破坏,影响萌发,导致生活力的迅速丧失。目前贮存顽拗性种子主要采用适温保湿法,以防止脱水伤害和低温伤害,从而使种子寿命延长至几个月甚至一年。另一种比较有希望的方法是用液氮贮藏离体胚(或胚轴)。
11 .简述果实个体发育中呼吸速率有哪些变化?11 .果实个体发育期中呼吸速率的变化可分为三个时期:①呼吸强盛期:这是细胞分裂正在迅速进行时的幼果所特有的,对苹果来说这一时期发生在受精后3～4周的时期内。②呼吸降落期:在这一时期的果实,细胞分裂已基本停止,已形成的细胞正在迅速膨大并出现细胞间隙,这时果实的体积增大很快,但呼吸速率则逐渐下降。③呼吸跃变期:果实体积长成后,果实即开始进入成熟阶段。当果实采收后,呼吸即降到最低水平;但在成熟之前,呼吸又进入一次高潮,几天之内达到最高峰,称做呼吸高峰;然后又下降直至很低的水平。果实成熟前出现呼吸高峰的现象,称为呼吸跃变。发生呼吸跃变的时期,称为呼吸跃变期。
12 .器官脱落有哪些类型?器官脱落有什么生物学意义?
12 .器官脱落有三种类型:一是正常脱落,由于衰老或成熟引起的脱落,比如果实和种子的成熟
脱落。二是胁迫脱落,由于逆境引起的脱落。三是生理脱落,因植物自身的生理活动而引起的脱落,如营养生长与生殖生长竞争而造成的脱落。器官脱落具有重要的生物学意义,是植物在一定环境条件下的自我调控手段。如干旱、结果太多、矿质营养亏缺等引起的落花落果,有利于淘汰掉发育不良的果实,保证留存果实的营养供给。干旱引起的落叶,可减少蒸腾,增强抗旱力。从农业生产的角度看,脱落给生产带来损失。所以,过多的脱落是要防止和避免的。
六、论述题
1 .试述乙烯与果实成熟的关系及作用机理
1 .果实的成熟是一个复杂的生理过程,果实的成熟与乙烯的诱导有关。①伴随果实成熟,乙烯产生量逐渐增加,增加到一定阈值,诱导果实成熟;②如果促进或抑制果实内乙烯的合成,也会相应地促进或延迟果实成熟;③用人为方法除去果实内部的乙烯或人工应用乙烯利,也可相应地推迟或促进果实成熟;④番茄突变体的研究也表明,突变体R in失去了乙烯合成能力,突变体Nor乙烯生成量仅为正常番茄的5 %～1
2 % ,使本来为跃变型的果实变为非跃变型的果实,成熟受到阻碍;⑤利用反义RNA技术将ACC合成酶或ACC氧化酶的cDNA反义系统导入番茄,转基因番茄果实的乙烯合成严重受抑,不出现吸收高峰,果实不能正常成熟。从上可见,果实成熟与乙烯作用直接有关,尤其是跃变型果实。乙烯促进果实成熟的原因可能是:①乙烯与细胞膜结合,改变了膜的透性,诱导呼吸高峰出现,加速了果实的物质转化,促进了果实成熟;
②乙烯引起与成熟相关的酶的活性变化,如乙烯处理后,纤维素酶、过氧化物酶、苯丙氨酸解氨酶、磷酸酯酶的活性增强;③乙烯诱导与成熟相关的酶的合成,包括与呼吸酶相关的mRNA的合成。
2 .种子成熟时,主要发生哪些生理生化变化?2 .种子成熟时的主要生理生化变化与种子萌发时的基本相反。(1 )种子成熟时贮藏物质的变化:大体上和种子萌发时的变化相反,植物营养器官制造的养料以可溶性的低分子化合物如蔗糖和氨基酸等运往种子;在种子内逐渐转化为不
溶性的高分子化合物淀粉、蛋白质和脂肪等并贮藏起来。油料种子在成熟过程中,一般先积累糖类,然后才积累脂肪和蛋白质。其脂肪代谢具有以下特点:①随着种子的成熟,脂肪含量不断提高,而淀粉和可溶性糖含量相应下降。说明脂肪是由碳水化合物转化来的。②种子的酸价逐渐降低,表明种子成熟初期含较多的游离脂肪酸,在成熟过程中游离脂肪酸逐渐减少。
③种子的碘价逐渐提高,表明种子成熟初期先形成饱和脂肪酸,然后再转变为不饱和脂肪酸,使组成油脂的脂肪酸不饱和程度与数量增加。豆科种子在成熟过程中,先在豆荚中合成蛋白质,成为暂时的贮存状态;然后以酰胺态运至种子,转变为氨基酸,再由氨基酸合成蛋白质。当种子成熟脱水时,肌醇六磷酸(植酸)常与Ca、Mg等结合形成非丁(植酸钙镁)。很多种子中的磷以非丁的形式积累。(2 )呼吸作用变化:种子成熟过程是有机物质合成积累的过程,需要大量的能量供应,因而种子中有机物的积累与呼吸速率密切相关。试验证明,干物质积累迅速时,呼吸速率旺盛;种子接近成熟时干物质积累缓慢,呼吸速率就逐渐降低。(3 )水分含量、状态的变化:随着种子成熟,其含水量逐渐下降,自由水逐渐减少,束缚水相对增加,原生质胶体由溶胶态渐变为凝胶状态,种子逐渐转入代谢微弱的休眠状态。(4 )激素变化:小麦种子成熟过程中,植物激素最高含量顺序的出现,可能与它们的作用有关。首先出现的是玉米素,可能调节籽粒的细胞分裂过程;然后是GA,随后是IAA,可能调节有机物向籽粒的运输和积累;此外,籽粒成熟期ABA大量增加,可能调节籽粒生长后期的成熟和休眠。
3 .种子休眠的原因是什么?人工如何控制?
3 . (1 )种子休眠的原因:①种皮障碍在三个方面影响种子休眠:不透水,不透气,对胚具有机械阻碍作用。②胚未发育完全。一般植物种子成熟时,胚已分化发育完全。但有些植物如白蜡、银杏、人参等种子,虽然完全成熟,并已脱离母体,但胚的生长和分化未完成,采收后胚尚需要吸收胚乳中养料,继续生长,达到发育完全方能萌发。③种子未完成后熟。某些植物种子如蔷薇科的苹果、桃、樱桃和松柏类种子,胚的分化发育虽已完成,但生理上尚未成熟,经一段后熟期
后,才能破除休眠。④种子内含有抑制萌发的物质。有些植物种子不能萌发,是由于种子或果实内含有抑制物质。这些物质种类很多,因植物而异。如ABA、水杨酸、香豆素、氨、氰化物、芥子油、植物碱及醛酚等。如梨、柑橘等果实的果肉,甘蓝种子的种皮,苹果种子的胚乳及菜豆种子的子叶中均含有抑制物质。还应指出,不少种子休眠有多个原因,如松柏类种子的种皮不透氧,同时胚也需要经过后熟。不适宜的环境条件也是种子休眠的原因。(2 )种子休眠的破除:①机械破损:对种皮过厚或紧实不透水的种子,可用碾擦破种皮,例如苜种子。②低温湿沙层积法(沙藏法) :对于胚已长成或胚已分化完成,但需要完成生理后熟的种子,如苹果、桃、梨及松柏类种子。③晒种或加热处理:棉花、小麦等种子,在播种前晒种或在35～40℃高温下经一定的时间,可促进后熟,提高发芽率。④化学药剂处理:可以用生长调节剂处理,如刚收获的马铃薯块茎切块,冲洗过后,用0 .5～1mg/ L的GA3处理10～30分钟,就能破除休眠,使其萌发。⑤清水冲洗:如番茄、西瓜等种子,从果实中取出后,用水冲洗干净,以除去附着在种子上的抑制物质而解除休眠。(3 )延长休眠、抑制发芽除打破植物的休眠外,在生产实践中,也有需要延长休眠防止发芽的问题。在生产上,某些作物种子的休眠期是较短的,可在成熟时喷施ABA或PP3 3 3等植物生长延缓剂,延缓种子萌发。
4 .肉质果实成熟时,有哪些生理生化变化?发生变化的原因是什么?
4 . ( 1)果实色泽的变化:未熟果实表皮细胞具有叶绿体,呈现绿色。成熟时叶绿素消失,类胡萝卜素的颜色呈现出来,因而果实底色由绿变黄。同时,由于花青素的新合成,它在酸性溶液中呈红色,在碱性溶液中呈蓝色,在中性溶液中呈紫色;因不同果实细胞液pH不同,而呈现不同色泽。在足够的糖、较高温度和一定光照下形成花青素较多,因而光照充足、日夜温差较大的地区有利果实着色。( 2)果实硬度的变化:果肉细胞具有由纤维素等组成的坚硬细胞壁,其中沉积了不溶于水的原果胶。成熟时水解酶类形成,原果胶酶水解原果胶产生可溶性果胶,果胶酶分解果胶形成果胶酸,果胶酸酶又分解果胶酸或果胶形成半乳糖醛酸。同时,胞间层的果胶酸
钙也进行分解,使细胞彼此分离,组织软化。另外,细胞壁纤维素长链水解变短,果实内含物由不溶态变为可溶态(如淀粉转变为可溶性糖)等也与软化有关。( 3)果实香气的形成:果实成熟时常常有芳香气散发出来。这些物质主要是酯类,包括脂肪族和芳香族的酯;另外还有一些特殊的醛类和酮类,苹果为乙基-2-甲基丁酯,柠檬、橘子为柠檬醛,香蕉为乙酸戊酯等。( 4 )果实味道的变化:果实成熟时甜味增加、酸味减少、涩味消失,是良好食用品质的重要标志,与果实内碳水化合物、有机酸、单宁变化密切相关。①碳水化合物的转化:由叶子运来的糖,主要以淀粉形式贮存于果肉细胞中,因而果实生硬而无甜味。伴随成熟,淀粉降解,果糖、葡萄糖、蔗糖等可溶性糖增加,因而果实甜味增加。②有机酸的变化:未成熟的果实含有很多有机酸,因而具有酸味。果实中主要是柠檬酸、苹果酸、酒石酸,以上三种酸称为果酸。此外,果实中还含有少量琥珀酸、延胡索酸、草酸和水杨酸等。果实成熟过程中含酸量的减少,是因为一部分酸用于结构物质的合成,一部分酸转变为糖,或因呼吸氧化分解,或为钾、钙等中和形成有机酸盐所致。因此,果实酸味减少而甜味相对增加,糖酸比提高。③单宁的变化:未成熟的果实往往具有涩味,这是由于细胞中糖类经不完全氧化形成单宁的缘故。成熟后期,单宁被氧化成无涩味的过氧化物,或单宁凝结成不溶于水的胶状物质,因而涩味消失。
5 .试述果实成熟调控的分子生物学进展。5 .目前对果实成熟分子水平上的研究工作主要是以番茄为材料并围绕调控乙烯等几个主要影响果实成熟衰老的因子进行的。Rattenapanone等( 1978年)最先证明番茄果实成熟中mRNA发生变化,发现至少有6种存在于未成熟果实中的mRNA。后来的研究确认这些新增加的mRNA中被鉴定为PG基因, ACC氧化酶基因, ACC合成酶基因。这几个基因成为目前研究果实乙烯生物合成、作用机理及控制成熟衰老的最为重要的基因。转基因研究结果说明,虽然PG对果胶降解十分重要,但肯定不是果实软化的决定因素,果实的软化可能不仅仅只与果胶的降解有关。由于乙烯是发动和促进跃变型果实成熟的激素,所以人们将注意力转向通过分子调控手段从根本上控制内
源乙烯的产生,以阻止或延缓果实成熟,达到提高果实贮藏性的目的。Oeller等( 1991年)将ACC合成酶cDNA的反义系统导入番茄,转基因番茄果实的乙烯合成严重受抑,果实不能正常成熟,不出现呼吸高峰。在常温下或在植株上90～120天不变红、不变软,也无香味,只有通过外源乙烯或丙烯处理后才能诱导呼吸高峰出现和果实成熟,成熟果实在质地、颜色、香味和硬度等方面与正常番茄无明显差异。Hamilton等( 1990年)将ACC氧化酶的反义基因p TOM 13转入番茄,所得的转基因植株在伤害和果实成熟时的乙烯增加都被抑制,而且抑制程度与转入的基因数相关。转基因番茄在美、英市场已批准上市;此外,转基因的桃子、苹果、香蕉、甜瓜等已相继获得。在我国也积极开展了有关工作,如汤福强等( 1993年)获得了控制番茄ACC合成酶表达的转基因植株。罗云波等( 1994年)进一步获得了转基因番茄果实,其乙烯释放量仅为对照的10 % ,成熟速度明显减慢,用外源乙烯处理后的品质与对照无明显差异。乙烯受体蛋白能被CO2、Agtisot hiocyanate (异硫氰酸盐) ,以及DACP (重氮基环戊二烯)抑制,尤其是DACP被很多研究证明为乙烯受体蛋白的专一抑制剂。因此利用DACP对乙烯受体蛋白合成的专一抑制,可望在不久的将来克隆编码乙烯受体蛋白的基因,进而得到调节乙烯生理功能的新途径。利用基因工程改变果实色泽,提高果实品质方面的研究也取得一定进展。如将反义p TO M5 n导入番茄,转基因植株花呈浅黄色,成熟果实呈黄色,果实中检测不到番茄红素。
6 .试述衰老过程中植物细胞结构、生理生化的变化。
6 .衰老是导致植物自然死亡的一系列恶化过程,也是植物器官或整株生命活动自然结束的衰退过程。它可以在细胞、组织、器官以及整株水平上发生。(1 )细胞结构的变化细胞衰老过程中,结构上有明显衰退,且有一定顺序。在叶细胞中,叶绿体破坏最早,其次是内质网、高尔基体和线粒体等,核和质膜破坏较迟。叶子在衰老的早期,叶绿体变小,基粒数量减少,叶绿体内核糖体数量急剧减少。叶衰老晚期的特征是叶绿素完全破坏,基粒类囊体完全破坏;液泡膜溶解,
液泡中的酶分散到整个细胞质中,内质网和高尔基体消失;此刻线粒体的数量大大减少,剩余的线粒体膨胀,并不再有任何可见的结构。在衰老的最后阶段,细胞核有时也遭到破坏,但有时即使在极其衰老的细胞中,核也保持完整无损,衰老的过程以质膜的破坏而告终。虽然衰老时最早的可见信号表现在叶绿体中,但有试验表明,叶绿体并不是启动细胞衰老的部分,启动叶绿体破坏的因子来自细胞质。(2 )生理生化的变化①生活力显著下降:明显表现在生长速率上,生长速率下降是植物开始衰老的普遍现象,因而恢复生长的措施(如摘花、摘果)均可延缓植物衰老。②蛋白质含量显著下降:它比叶绿素下降发生得早,但其变化没有叶绿素剧烈。蛋白质丧失的原因,一般认为是合成能力下降,或分解增强的结果,也有认为二者兼有之。③核酸含量下降:在叶片衰老过程中, RNA含量也下降,与RNA合成能力降低和降解速度增快有关。各种核酸中, rRNA减少最明显, DNA的下降速率较RNA为小。④光合能力和呼吸速率下降:光合能力的下降是叶片衰老的主要指标,它在叶片完全展开后即开始,并伴随着叶绿素含量的下降,叶色变黄。整株植物的光合速率在开花开始后下降,在衰老过程中,叶绿素a较叶绿素b降解快,类胡萝卜素比叶绿素降解晚。呼吸速率也随叶龄而下降,但下降速度较光合速率为慢。有些植物叶片的呼吸保持平稳,但在后期出现一个呼吸高峰,以后呼吸则迅速下降,和跃变型果实表现相似。⑤内含物的转移和再分配:叶子脱落前,衰老叶中的有机养料和矿质大部分被运到植物仍然生长的部位。试验证明,植物衰老时物质转运的形式不同于一般生长状态,大分子的贮藏物质不仅降解成小分子物质的形式,在组织之间、细胞之间进行着转移,而且还发生着大分子物质的大量而彻底的转移。衰老的组织内所含的内含物大量向幼嫩的部分或子代转移和再分配,这是生物学中的一个普遍规律。物质向幼芽或子代转移愈快,器官衰老得也愈快。
7 .器官脱落过程的解剖学特点及主要生理生化变化。7 .植物器官的脱落是一种生理活动的结果。在外表上,在许多脱落器官基部特定部位———离区具有痕迹,内部解剖上有离层的产
生。离层是脱落器官基部离区的一部分薄壁细胞,细胞呈圆形,较小,具有很多淀粉粒和浓厚的细胞质。离层在器官未长成前就已形成,并在器官长成中进行几次分裂;但形成以后,可以长期潜伏,维持原状而不发生变化。在脱落前,离层细胞衰退,变得中空与脆弱,果胶酶和纤维素酶活性增强,导致纤维素与果胶物质解体,细胞彼此分离。在离层细胞分离之后,脱落器官靠维管束与着生部位连接,在重力或风的作用下,维管束易折断,于是器官脱落。维管束的断口为树胶或胼胝质所堵塞,暴露面上形成“保护层”,以防过度失水及微生物侵害。离层形成,导致器官脱落,不是离层细胞机械的破裂,而是一个在活细胞中进行的活跃的生理生化过程,包括细胞分裂和水解酶诱导两个重要过程。二者都以活跃的代谢作用为基础。脱落过程中离层伴随较高的呼吸强度;若降低氧浓度,则延缓脱落过程。离区的蛋白质和RNA明显增加,各种代谢抑制剂和蛋白合成抑制剂都能抑制离层形成。脱落伴随果胶酶和纤维素酶的合成及活性增强。蛋白质合成抑制剂可使多聚半乳糖醛酸酶活性及脱落受到抑制。可见,脱落虽发生于脱落器官的生长和活跃代谢停止以后,但离层形成本身并不是衰老,而是植物生长发育的一个既定程序,是器官衰老带来的结果,离区代谢所需养分来源于衰老器官中细胞的释放。
8 .试述调控植物器官脱落和衰老的途径。8 . (1 )植物衰老的调控①应用基因工程。植物的衰老过程受多种遗传基因控制,并由衰老基因产物启动衰老过程。通过抗衰老基因的转移可对植物或器官的衰老进行调控,以加速或延缓衰老。②应用植物生长物质。CT K,低浓度IAA , GA, BR , PA可延缓植物衰老; ABA,乙烯, JA,高浓度IAA可促进植物衰老。③改变环境条件。适度光照能延缓多种作物(如小麦、菜豆、烟草等)连体叶片或离体叶片的衰老,而强光会加速衰老;短日照处理可促进衰老,而长日照则延缓衰老,干旱和水涝都能促进衰老。营养(如N , P, K , Ca, Mg )缺乏也会促进衰老。高浓度氧会加速自由基形成,引发衰老,而高浓度二氧化碳抑制乙烯形成,因而延缓衰老。其他环境胁迫,如高温、低温、大气污染、病虫害等都不同程度地促进植物或器官的衰老。可见,通过现代科学的栽培技术措施,为植物提供一个适宜的生态、
生理环境,是使植物生长良好,延缓衰老的根本途径。而针对栽培目的的需要,有针对性的利用某些植物生长物质调控植物或器官衰老也是个有效途径。(2 )器官脱落的调控器官脱落对农业生产影响较大,所以常常需要采取措施对脱落进行适当调控。①应用植物生长调节剂。应用各类生长调节剂可促进或延缓脱落。如给叶片施用生长素类化合物,可延缓果实脱落;采用乙烯合成抑制剂,如AVG能有效地防止果实脱落;生产上有时还需要促进器官脱落,如应用乙烯利来促进叶片脱落。②改善肥水条件。增加肥水供应和适当修剪,可使花、果得到足够养分,从而减少脱落。③基因工程。可通过基因工程,调控与衰老有关的基因表达,进而影响脱落。
1 .如何证明光合作用中释放的O2是来自H2O而不是来自CO2?1 .用氧同位素标记的H2O 饲喂植物,照光后如果释放的O2是同位素标记的O2,则说明O2来自H2O。或用希尔反应证明,在离体的叶绿体中加入氢受体,如Fe3 +等,在没有CO2参与的条件下照光后有O2的释放。
2 .植物的叶片为什么是绿色的?秋天树叶为什么会呈现黄色和红色?2 .光合色素主要吸收红光和蓝紫光,对绿光吸收很少,所以植物的叶片呈绿色。秋天树叶变黄是由于低温抑制了叶绿素的生物合成,已形成的叶绿素也被分解破坏,而类胡萝卜素比较稳定,所以叶片呈现黄色。至于红叶,是因为秋天降温,体内积累较多的糖分以适应寒冷,体内可溶性糖多了,就形成较多的花色素,叶子就呈红色。
3 .简要介绍测定光合速率的三种方法及原理。3 .①改良半叶法:主要是测定单位时间、单位面积叶片干重的增加量。②红外线二氧化碳分析法:其原理是二氧化碳对特定波长红外线有较强的吸收能力,二氧化碳量的多少与红外线辐射能量降低量之间有一线性关系。③氧电极法:氧电极由铂和银所构成,外罩以聚乙烯薄膜,当外加极化电压时,溶氧透过薄膜在阴极上还原,同时产生扩散电流。溶氧量越高,电流愈强。
4 .光合作用的全过程大致分为哪三大步骤?4 .①原初反应,即光能的吸收、传递和转变为电能的过程。②电子传递和光合磷酸化;即电能转变为活跃的化学能过程。③碳同化,即活跃化学能转变为稳定的化学能过程。
5 .在光合作用电子传递中, PQ有什么重要的生理作用?5 .光合作用电子传递链中质体醌数量比其他传递体成员的数量多出好几倍,具有重要的生理作用:①PQ具有脂溶性,在类囊体膜上易于移动,可沟通数个电子传递链,也有助于两个光系统电子传递均衡运转。②伴随着PQ 的氧化还原,将2H+从间质移至类囊体的膜内空间,既可传递电子,又可传递质子,有利于质子动力势形成,进而促进AT P的生成。
6 .光合磷酸化有几个类型?其电子传递有什么特点?6 .光合磷酸化可分为三个类型:①非环式光合磷酸化,其电子传递是一个开放通路。②环式光合磷酸化,其电子传递是一个闭合的回路。
③假环式光合磷酸化,其电子传递也是一个开放的通路,但其最终电子受体不是NADP+,而是O2。
7 .高等植物的碳同化途径有几条?哪条途径才具备合成淀粉等光合产物的能力?
7 .高等植物碳同化途径有三条:卡尔文循环、C4途径和景天科植物酸代谢途径。只有卡尔文循环具备合成淀粉等光合产物的能力,而C4途径和景天科酸代谢途径只起到固定和转运二氧化碳的作用。
8 . C3途径是谁发现的?分哪几个阶段?每个阶段的作用是什么?8 . C3途径是卡尔文(Calvin )等人发现的。它可分为三个阶段:①羧化阶段。二氧化碳被固定,生成3-磷酸甘油酸,为最初产物。②还原阶段。利用同化力( NADPH、AT P )将3-磷酸甘油酸还原成3-磷酸甘油醛,即光合作用中的第一个三碳糖。③更新阶段。光合碳循环中形成的3-磷酸甘油醛,经过一系列的转变,再重新形成RuBP的过程。
9 .光合作用中卡尔文循环的调节方式有哪几个方面?9 .①酶活性调节。光通过光反应改变叶
的内部环境,间接影响酶的活性。如基质中pH值的升高, Mg2 +浓度升高,可激活RuBPCase和Ru5P激酶等;如在暗中这些酶活性下降。②质量作用的调节。代谢物的浓度可以影响反应的方向和速率。③转运作用的调节。从叶绿体运到细胞质的磷酸丙糖的数量,受细胞质里的Pi数量所控制。Pi充足,进入叶绿体内多,就有利于叶绿体内磷酸丙糖的输出,光合速率就会加快。
10 .在维管束鞘细胞内, C4途径的脱羧反应类型有哪几种?10 .①NADP苹果酸酶类型;②NAD苹果酸酶类型;③P EP羧激酶类型。
11 .简述CAM植物同化二氧化碳的特点。11 .这类植物晚上气孔开放,吸进二氧化碳,在P EP 羧化酶作用下与PEP结合形成苹果酸,累积于液泡中。白天气孔关闭,液泡中的苹果酸便运到细胞质,放出二氧化碳,放出的二氧化碳参与卡尔文循环,形成淀粉等。CAM植物具有两步羧化的特点。
12 .氧抑制光合作用的原因是什么?12 .①加强氧与二氧化碳对RuBP的结合竞争,提高光呼吸速率。②氧能与NADP+竞争接受电子,使NADPH合成量减少,使碳同化需要的还原能力减少。③氧接受电子后形成的超氧阴离子会破坏光合膜。④在强光下氧参与光合色素的光氧化,破坏光合色素。
13 .作物为什么会出现“午休”现象?13 .植物种类不同、生长条件不同,造成光合“午休”的原因也不同。有以下几种原因:①中午水分供给不足、气孔关闭。②二氧化碳供应不足。
③光合产物淀粉等来不及分解运走,累积在叶肉细胞中,阻碍细胞内二氧化碳的运输。④中午时的高温低湿降低了碳同化酶的活性。⑤生理钟调控。
14 .追施氮肥为什么会提高光合速率?14 .原因有两方面:一方面是间接影响,即能促进叶片面积增大,叶片数目增多,增加光合面积。另一方面是直接影响,即促进叶绿素含量急剧增加,加速光反应。氮亦能增加叶片蛋白质含量,而蛋白质是酶的主要组成成分,使暗反应顺利进行。总
之施氮肥可促进光合作用的光反应和暗反应。
15 .分析植物光能利用率低的原因。15 .光能利用率低的原因:①辐射到地面的光能只有可见光的一部分能被植物吸收利用。②照到叶片上的光被反射、透射。
吸收的光能大量消耗于蒸腾作用。③叶片光合能力的限制。④呼吸的消耗。⑤二氧化碳、矿质元素、水分等供应不足。⑥病虫危害。
16 .作物的光合速率高,产量就一定高,这种说法是否正确,为什么?16 .不正确。因为产量的高低取决于光合性能的五个方面,即光合速率、光合面积、光合时间、光合产物分配和光合产物消耗。
17 .为什么说二氧化碳是一种最好的抗蒸腾剂?17 .所有的抗蒸腾剂都是通过降低气孔导度来减少蒸腾的,气孔导度降低的同时不可避免地限制了二氧化碳向叶肉内的扩散,降低了光合速率。而增加二氧化碳不仅可以降低气孔导度,减少蒸腾,同时也增加了二氧化碳向叶肉内的扩散速度,不至于因气孔导度的降低使光合作用下降。
18 .把大豆和高粱放在同一密闭照光的室内,一段时间后会出现什么现象?为什么?18 .大豆首先死亡,一段时间后高粱也死亡。因为大豆是C3植物,它的二氧化碳补偿点高于C4植物高粱。随着光合作用的进行,室内的二氧化碳浓度越来越低,当低于大豆的二氧化碳补偿点时,大豆便没有净光合,只有消耗,不久便死亡。此时的二氧化碳浓度仍高于高粱的二氧化碳补偿点,所以高粱仍然能够进行光合作用。当密闭室内的二氧化碳浓度低于高粱的二氧化碳补偿点时,高粱便因不能进行光合作用而死亡。
19 .如何证明C3途径二氧化碳的受体是RuBP,而二氧化碳固定后的最初产物是3 - PGA ?19 .给植物饲喂标记的1 4CO2,在不同的照光时间下,分别浸在沸酒精中将植物杀死,提取1 4C化合物,利用放射性同位素示踪和纸层析分析方法追踪1 4C在各种化合物出现的先后次序。最早标记的化合物即为二氧化碳固定后的最初产物,在C3植物中最早标记的化合
物是3-PGA。用同样的技术结合动力学实验,当CO2浓度突然下降时, RuBP的量急剧增高,而3-PGA的量则相应急剧下降,说明3-PGA是RuBP的羧化产物。也就是说当二氧化碳浓度降低时, 3-PGA突然下降,同时说明3-PGA可转变为RuBP ,否则RuBP的量不至于升高。
20 .植物激素如何调节有机物质的运输与分配?20 .植物激素对有机物质的运输分配有着重要的影响。除ET H以外,其他几种激素都有促进有机物质运输的作用。IAA有吸引有机物质向它所在的器官积累的功能。关于植物激素促进有机物运输的机理有以下几个方面的解释:①激素与质膜上的受体结合,产生去极化作用,降低膜势;②植物激素改变膜的物理、化学性质,提高膜透性;③植物激素促进RNA与蛋白质的合成,合成某些与同化物运输有关的酶。
21 .何谓源-库单位?为什么在有机物质的分配问题上会出现源-库单位的现象?21 .源的同化产物主要供给相应的库。相应的源与库以及二者之间的输导系统,共同构成一个源-库单位。源-库单位的形成首先符合器官的同伸规律(相应部位的根、茎、叶、蘖在生长时间上的同步性) ;其次还与维管束的走向、距离远近有关,它决定了有机物质分配的特点。
22 .叶片中制造的有机物质是如何装载到韧皮部筛管分子的?有哪些证据证明有机物质的装载是一个主动过程?22 .首先,叶片制造的光合产物蔗糖释放到质外体,然后蔗糖分子再进入筛管-伴胞复合体。质外体中的蔗糖分子进入筛管-伴胞复合体是与质子协同进行的。因此,有人提出了糖-质子协同转移模型。该模型的要点如下:在筛管分子或伴胞的质膜中, H+-A TP酶不断地将H+泵到细胞壁(质外体) ,质外体中H+浓度较共质体高,于是形成了跨膜的电化学势差。当H+趋于平衡而回流到共质体时,通过质膜上的蔗糖/ H+共向转运器, H+与蔗糖一同进入筛管分子。
23 .有机物质的分配与产量的关系如何?23 .作物的经济产量=生物产量×经济系数,而经济系数与同化物的分配有关。在一定的营养生长的基础上,应该促使光合产物尽可能地分配到
产品器官上,提高经济系数,否则,生物产量高,经济产量并不一定高。
24 .为什么“树怕剥皮”?24 .因为根系需要地上部供应有机营养,而叶片制造的有机物质正是通过韧皮部向下运输的。树剥皮后,韧皮部被破坏,影响了有机物质的运输,时间一长就会影响根系的生长,进而影响地上部的生长。
25 .一株马铃薯在100天内块茎增重250g ,其中有机物质占24 % ,地下茎韧皮部横截面积为0 .004cm2,求同化物运输的比集转运速率。25 .该株马铃薯同化物运输的比集转运速率=单位时间内转运的物质的量/韧皮部的横截面积= (250×40 % )/ ( 0 .004×24×100 ) = 6 .25[ g/ ( cm2·h) ]
七、论述题
1 .试评价光呼吸的生理功能。
1 .光呼吸是具有一定的生理功能的,但也有害处。①回收碳素:通过C2循环可回收乙醇酸中3/ 4的碳素( 2个乙醇酸转化1个PGA,释放1个CO2)。②维持C3光合碳循环的运转:在叶片气孔关闭或外界CO2浓度降低时,光呼吸释放的CO2能被C3途径再利用,以维持C3光合碳循环的运转。③防止强光对光合机构的破坏:在强光下,光反应中形成的同化力会超过暗反应的需要,叶绿体中NADPH/ NADP、AT P/ADP的比值增高,由光激发的高能电子会传递给O2,形成超氧阴离子自由基O-.2, O-.2对光合机构具有伤害作用,而光呼吸可消耗过剩的同化力和高能电子,减少O-.2的形成,从而保护光合机构。④消除乙醇酸:乙醇酸对细胞有毒害作用,它的产生在代谢中是不可避免的。光呼吸是消除乙醇酸的代谢,使细胞免受伤害。另外,光呼吸代谢中涉及多种氨基酸的转化过程,它可能对绿色细胞的氮代谢有利。⑤有害方面:减少了光合产物的形成和累积,不仅不能贮备能量,还消耗大量能量。
2 . C4植物比C3植物的光呼吸低,试述其原因?
2 . C4植物在叶肉细胞中只进行由PEP羧化酶催化的羧化活动,且P EP羧化酶对二氧化碳亲
和力高,固定二氧化碳的能力强,在叶肉细胞形成C4二羧酸之后再转运到维管束鞘细胞,脱羧后放出二氧化碳,就起到了“二氧化碳泵”的作用,增加了维管束鞘细胞中的二氧化碳浓度,抑制了鞘细胞中Rubisco的加氧活性,并提高了它的羧化活性,有利于二氧化碳的固定和还原,不利于乙醇酸形成,也不利于光呼吸进行,所以C4植物光呼吸值很低。而C3植物,在叶肉细胞内固定二氧化碳,叶肉细胞的CO2/ O2的比值较低,此时RuBP加氧酶活性增强,有利于光呼吸的进行,而且C3植物中RuBP羧化酶对二氧化碳亲和力低,光呼吸释放的二氧化碳不易被重新固定。
3 .论述提高植物光能利用率的途径和措施。
3 .①增加光合面积:合理密植;改善株型。②延长光合时间:提高复种指数;延长生育期;补充人工光照。③提高光合速率:增加田间二氧化碳浓度;降低光呼吸;减缓逆境对光合的抑制作用;减轻光合午休;延缓早衰。
4 .试说明测定光呼吸的方法和原理。
4 .①光呼吸受氧浓度的影响。当大气中含氧量从21 %降至1 %～3 %时, C3植物的净光合率约增高30 %～50 % ,增加的这部分就代表在高氧气条件下光呼吸的消耗,因此可以分别测定3 %和21 %氧气下的光合速率,两者之差便为光呼吸速率。②测定叶片在光下的吸氧量。在光下测定在无二氧化碳空气中叶片的吸氧量;也可以用1 8O2标记,测定叶片在光下对1 8O2的吸收速率。③测定无二氧化碳空气中二氧化碳的释放量。在光下,通入无二氧化碳的气体到叶室中,然后测定叶片二氧化碳的释放量。也可以用1 4CO2饲喂,先使叶片在光下同化1 4CO2一段时间,然后通入无二氧化碳的气体,并测定叶片释放出的1 4CO2量。可以用光下释放的1 4CO2量和黑暗中释放的1 4CO2量的比值表示。④测定从光转暗后的二氧化碳猝发。将C3植物叶片放入叶室,光照一段时间后停止,则有二氧化碳释放高峰。一般认为停止光照后的二氧化碳猝发为光呼吸的残余。
5 .试述环境因素对有机物质运输的影响?5 .环境因素(水分、光照、温度、矿质等)对同化物的运输均有较大的影响。①温度:糖的运输速率以20～30℃最快,高于或低于这个温度范围,运输速率下降。②光照:光照可以通过光合作用,影响同化物的运输与分配。功能叶白天的输出率高于夜间。③水分:水分亏缺胁迫使水势降低,光合作用降低,叶片中可运态蔗糖的浓度降低,影响输出速率。④矿物质:如氮、磷、钾、硼等都会对有机物质的运输产生影响。氮:氮多,营养生长过旺,不利于物质向产品器官输出;氮少则会引起叶片的早衰, C/ N值适中对运输有利。磷:磷可以促进光合,促进可运态蔗糖浓度的提高,促进A TP的合成,所以可以促进物质的运输。钾:钾能促进库内蔗糖向淀粉的转化,维持库源两端的压力差,有利于物质的运输。硼:硼与糖结合成复合物,有利于透过质膜,从而有利于物质的运输。
6 .试述收缩蛋白学说与细胞质泵动学说的主要内容,这两个学说主要解决了运输方面的哪些问题?6 .①收缩蛋白学说认为,筛管分子的内腔有一种由微纤丝相连接的网状结构,微纤丝由收缩蛋白的收缩丝组成。收缩蛋白分解AT P,将化学能转化为机械能,通过收缩与舒张进行同化物的长距离运输。②细胞质泵动学说认为,筛管分子内腔的细胞质呈几条长丝,形成胞纵连束,纵贯筛管分子,在束内呈环状的蛋白质丝反复地、有节奏地收缩与舒张,把细胞质长距离泵走,糖分随之流动。③这两个学说共同的特点是,认为有机物质的运输需要能量供应,同时解决了筛管中有机物质的双向运输问题。
7 .试述作物产量形成的库-源关系。7 .作物产量形成的库-源关系有三种类型:①源限制型;
②库限制型;③源库协调型。源与库共同存在于一个统一体中,两者相互依赖、相互制约。要高产不仅需要有大的源与大的库,还要源与库的协调统一。同时,库大会促进源,源大会促进库;库小会抑制源,源小会抑制库。两者相互依赖、相互制约。适当地增源或增库以及协调二者之间的关系,都会达到增产的效果。
8 .植物体内有机物质运输分配的规律如何?8 .有机物质的分配受供应能力、竞争能力及运输
能力的影响。①供应能力。供应能力是指源的同化物能否输出以及输出的多少。当源的同化物产生较少,本身生长又需要时,基本不输出;只有同化物形成超过自身需要时,才能输出。且生产越多,外运潜力越大。源似乎有一种“推力”,把叶片制造的光合产物的多余部分向外“推出”。②竞争能力。竞争能力是指库对同化物的吸引和“争调”的能力。生长速度快、代谢旺盛的部位,对养分竞争的能力强,得到的同化物多。③运输能力。源与库之间的输导系统的联系、畅通程度和距离远近有关。源、库之间联系直接、畅通,且距离又近,则库得到的同化物就多。在这三个因素中,竞争能力起着重要作用。
9 .何谓压力流动学说?实验依据是什么?该学说还有哪些不足之处?9 .压力流动学说又叫集流学说,其要点是同化物在筛分子-伴胞( SE-CC)复合体内随着液流的流动而移动,而液流的流动是由于在源库两端之间SE-CC复合体内渗透作用所产生的压力势差引起的。在源端(叶片) ,光合产物被不断地装载到SE-CC复合体中,浓度增加,水势降低,从邻近的木质部吸水膨胀,压力势升高,推动物质向库端流动;在库端,同化物不断地从SE-CC复合体卸出到库中去,浓度降低,水势升高,水分则流向邻近的木质部,从而引起库端压力势下降,于是在源库两端便产生了压力势差,推动物质由源到库源源不断地流动。其实验依据是:①溢泌现象表明,筛管内有正压力的存在;②在接近源、库的两端存在着糖的浓度梯度,这种梯度的大小与运输相一致;
③生长素实验表明,生长素的运输能够随着筛管内集流流动。其不足之处是:①无法解释筛管中有机物质的双向运输问题;②物质在筛管进行集流运动,其运动速度很快,需要的压力差并非筛管两端的蔗糖浓度差所能给出的。
10 .试绘制一般植物的光强-光合曲线,并对曲线的特点加以说明。
10 .一般植物的光强-光合曲线如图所示,在暗中叶片无光合作用,只有呼吸作用释放二氧化碳(图中的OD为呼吸速率)。随着光强的增高,光合速率相应提高,当达到某一光强时,叶片的光合速率与呼吸速率相等,净光合速率为零,这时的光强称为光补偿点。在一定范围内,光合速
2014 高级植物生理学专题复习题 一、将下列英文名词翻译成中文并用中文简要解释 phytochrome polyamines calmodulin Rubisico elicitor phytoalexin lectins systemin oligosaccharinaquaporin Phosphotidylinositol Osmotin 二、问答题 1. 举例说明突变体在植物生理学研究中的应用。2. 简述由茉莉酸介导的植物伤信号转导过程。3. 植物体内产生NO 形成途径主要有哪些？NO 在植物体内的生理作用怎样？4. 简述由水杨酸介导的植物抗病信号转导过程。5. 试论述在逆境中，植物体内积累脯氨酸的作用。6. 简述激光扫描共聚焦显微术在生物学领域的应用7. 什么是活性氧？简述植物体内活性氧的产生和消除机制。8. 植物抗旱的生理基础有哪些？植物如何感受干旱信号？9.盐胁迫的生理学基础有哪些？如何提高植物的抗盐性？ 10.说明干旱引起气孔关闭的信号转导机制。 11.为什么在植物生理分子研究中选拟南芥、蚕豆、番茄作为模式植物？ 12.试述植物对逆境的反应和适应机理(阐述1－2 种逆境即可) 13.简述高等植物乙烯生物合成途径与调节 (文字详述与详细图解均可14.以乙烯为例说明激素的信号转导过程。 15.什么是光呼吸与光抑制？简要阐明光合作用的限制因素(包括外界环境因素与植物本身 calcium messenger systym late embryogenesis abundent protein hypersensitive response pathogenesis-related protein induced systemic resistance heat shock protein calcium-dependent protein kinases mitogen-activated protein kinase laser scanning confocal microscopy Partial rootzone irrigation Original fluorescence yield Maximal fluoreseence yield photoihibition photooxidation photoinactivation photodamage photobleaching solarization
简述细胞膜的功能。农谚讲“旱长根，水长苗”是什么意思﹖请简述其生理原因。 分室作用，生化反应场所，物质运输功能，识别与信息传递该农谚是一种土壤水分供应状况对根冠比调节的形象比喻。 功能。植物地上部分生长和消耗的水分完全依靠根系供应，土壤含 光合作用的生理意义是什么。水量直接影响地上部分和根系的生长。一方面，当土壤干旱，把无机物变成有机物，将光能转变为化学能，放出O2保持大 水分不足时，根系的水分供应状况比地上部分好，仍能较好 气成分的平衡。地生长，而地上部分因为缺水生长受阻，根冠比上升，即为 简述气孔开闭的无机离子泵学说。旱长根；另一方面，土壤水分充足时，地上部分生长旺盛， 白天：光合→ATP增加→K离子泵打开→细胞内K离子浓度上 消耗大量光合产物，使输送给根系的有机物减少，削弱根系 升→细胞浓度增加，水势下降→吸水→气孔开放；晚上相反。生长。如果土壤水分过多，则土壤通气不良，严重影响根系 简述IAA 的酸生长理论。 的生长，根冠比下降，即为“水长苗”。 质膜H+ATP酶被IAA 激活→细胞壁H离子浓度上升→多糖水 农谚讲“旱长根，水长苗”是什么意思？道理何在？ 解酶活化→纤维素等被水解→细胞松弛水势降低→吸水→伸这是指水分供应状况对植物根冠比调节的一个形象比喻。植 长生长物地上部生长和消耗的大量水分，完全依靠根系供应，土壤 外界环境因素是如何影响植物根系吸收矿质元素的？有效水的供应量直接影响枝叶的生长，因此凡是能增加土壤1).PH 值2) ．温度3) ．通气状况4) ．土壤溶液浓度 有效水的措施，必然有利地上部生长；而地上部生长旺盛， 粮食贮藏为什么要降低呼吸速率？消耗耗大量光合产物，使输送到根系扔机物减少，又会削弱 1）呼吸作用过强，消耗大量的有机物，降低了粮食的质量； 2）呼吸产生水会使贮藏种子的湿度增加；呼吸释放的热又使 根系的生长，加之如果水分过多，通气不良，也会限制根系 活动，这些都将使根冠比减少。干旱时，由于根系的水分环 种子温度升高，反过来促使呼吸加强；严重时会使种子发霉境比地上部好，根系仍能较好地生长；而地上部则由于抽水， 变质。枝叶生长明显受阻，光合产物就可输入根系，有利根系生长，比较IAA 与GA的异同点。 使根冠比增大。所以水稻栽培中，适当落干晒田，可对促进 1) 相同点：a.促进细胞的伸长生长 b. 诱导单性结实 c. 促进 根系生长，增加根冠比。 坐果2) 不同点：a.IAA 诱导雌花分化,GA 诱导雄花分化；NO3－进入植物之后是怎样运输的？在细胞的哪些部分、在什 b.GA 对整株效果明显, 而IAA 对离体器官效果明显； c.IAA 有双重效应, 而GA没有类似效应么酶催化下还原成氨？ 植物吸收NO3－后，可以在根部或枝叶内还原，在根内及枝叶 试说明有机物运输分配的规律。 总的来说是由源到库，植物在不同生长发育时期，不同部位内还原所占的比值因不同植物及环境条件而异，苍耳根内无硝酸盐还原，根吸收的NO3－就可通过共质体中径向运输。即 组成不同的源库单位，以保证和协调植物的生长发育。总结根的表皮→皮层→内皮层→中柱薄壁细胞→导管，然后再通 其运输规律：（1）优先运往生长中心；（2）就近运输；（3） 纵向同侧运输（与输导组织的结构有关）；（4）同化物的再 过根流或蒸腾流从根转运到枝叶内被还原为氨，再通过酶的 催化作用形成氨基酸、蛋白质，在光合细胞内，硝酸盐还原 分配即衰老和过度组织（或器官）内的有机物可撤离以保证为亚硝酸盐是在硝酸还原酶催化下，在细胞质内进行的，亚 生长中心之需。硝酸还原为氨则在亚硝酸还原酶催化下在叶绿体内进行。在 引起种子休眠的原因有哪些？生产上如何打破种子休眠？农作物中，硝酸盐在根内还原的量依下列顺序递减；大麦＞ 1) 引起种子休眠的原因：种皮限制、种子未成熟后熟、胚休 眠、抑制物质（2) 生产上打破种子休眠方法：机械破损、 向日葵＞玉米＞燕麦。同一植物，在硝酸盐的供应量的不同 时，其还原部位不同。例如在豌豆的枝叶及根内硝酸盐还原 层积处理、药剂处理的比值随着NO3－供应量的增加而明显升高。 水分在植物生命活动中的作用有哪些？简述气孔开闭的主要机理。 1）水是原生质重要组分；2）水是植物体内代谢的反应物质； 气孔开闭取决于保卫细胞及其相邻细胞的水势变化以及引起 3）水是对物质吸收和运输的溶剂；4）水能保持植物固有姿 态；5）水的理化性质为植物生命活动带来各种有利条件。 这些变化的内、外部因素，与昼夜交替有关。在适温、供水 充足的条件下，把植物从黑暗移向光照，保卫细胞的渗透势 试述光敏素与植物成花诱导的关系。显著下降而吸水膨胀，导致气孔开放。反之，当日间蒸腾过 光敏素的两种类型Pr 和Pfr 的可逆转化在植物成花中起着重 多，供水不足或夜幕布降临时，保卫细胞因渗透势上升，失 要的作用：当Pfr/Pr 的比值高时，促进长日植物的开花；当 水而缩小，导致气孔关闭。气孔开闭的机理复杂，至少有以 Pfr/Pr 的比值低时，促进促进短日植物的开花。下三种假说：（1）淀粉——糖转化学说，光照时，保卫细胞 试述生长、分化与发育三者之间的区别与关系？内的叶绿体进行光合作用，消耗CO2，使细胞内PH值升高，①在生命周期中，生物细胞、组织和器官的数目、体积或干促使淀粉在磷酸化酶催化下转变为1－磷酸葡萄糖，细胞内的重等不可逆增加的过程称为生长；②从一种同质的细胞类型葡萄糖浓度高，水势下降，副卫细胞的水进入保卫细胞，气转变成形态结构和功能与原来不相同的异质细胞类型的过程孔便张开。在黑暗中，则变化相反。（2）无机离子吸收学说，成为分化；③而发育则指在生命周期中，生物组织、器官或保卫细胞的渗透系统亦可由钾离子（K＋）所调节。光合磷酸 整体在形态结构和功能上的有序变化。④三者紧密联系，生化产生ATP。ATP使细胞质膜上的钾－氢离子泵作功，保卫细 长是基础，是量变；分化是质变。一般认为，发育包含了生胞便可逆着与其周围表皮细胞之间的离子浓度差而吸收钾离 长和发育子，降低保卫细胞水势，气孔张开。（3）有机酸代谢学说，植物体内哪些因素决定组织中IAA 的含量﹖ 淀粉与苹果酸存在着相互消长的关系。气孔开放时，葡萄糖 ①IAA 生物合成；②可逆不可逆地形成束缚IAA；③IAA 的运 增加，再经过糖酵解等一系列步骤，产生苹果酸，苹果酸解 输（输入、输出）；④IAA 的酶促氧化或光氧化；⑤IAA 在生离的H+可与表皮细胞的K＋交换，苹果酸根可平衡保卫细胞理活动中的消耗。所吸入的K＋。气孔关闭时，此过程可逆转。总之，苹果酸与 试述光对植物生长的影响。K＋在气孔开闭中起着互相配合的作用。①光合作用的能源；②参与光形态建成；③与一些植物的开呼吸代谢的多条途径对植物生存有何适应意义？花有关；④日照时数影响植物生长与休眠；⑤影响一些植物植物代谢受基因的控制，而代谢（包括过程、产物等）又对的种子萌发；⑥影响叶绿素的生物合成；⑦影响植物细胞的基因表达具控制作用，基因在不同时空的有序即表现为植物伸长生长；⑧调节气孔开闭；⑨影响植物的向性运动、感性的生长发育过程，高等植物呼吸代谢的多条途径（不同底物、运动等等。 呼吸途径、呼吸链及末端氧化等）使其能适应变化多端的环植物休眠有何生物学意义﹖为什么休眠器官的抗逆力较强﹖境条件。如植物遭病菌浸染时，PPP增强，以形成植保素，木
第一章植物的水分生理 ●水势：（water potential）水溶液的化学势与纯水的化学势之差，除以水的偏 摩尔体积所得商。 ●渗透势：（osmotic potential）亦称溶质势，是由于溶质颗粒的存在，降低了 水的自由能，因而其水势低于纯水水势的水势下降值。 ●压力势：（pressure potential）指细胞的原生质体吸水膨胀，对细胞壁产生一 种作用力相互作用的结果，与引起富有弹性的细胞壁产生一种限制原生质体膨胀的反作用力。 ●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：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。 ●根压：（root pressure）由于水势梯度引起水分进入中柱后产生的压力。 ●蒸腾作用：(transpiration)指水分以气体状态，通过植物体的表面（主要是叶 子），从体内散失到体外的现象。 ●蒸腾速率：（transpiration rate）植物在一定时间内单位叶面积蒸腾的水量。 ●蒸腾比率：（transpiration ratio）光合作用同化每摩尔CO2所需蒸腾散失的水 的摩尔数。 ●水分利用率：（water use efficiency）指光合作用同化CO2的速率与同时蒸腾 丢失水分的速率的比值。 ●内聚力学说：（cohesion theory）以水分具有较大的内聚力足以抵抗张力，保 证由叶至根水柱不断来解释水分上升原因的学说。 ●水分临界期：（critical period of water）植物对水分不足特别敏感的时期。 第二章植物的矿质营养 ●矿质营养：（mineral nutrition）植物对矿物质的吸收、转运和同化。 ●大量元素：（macroelement）植物需要量较大的元素。 ●微量元素：（microelement）植物需要量极微，稍多即发生毒害的元素。 ●溶液培养：（solution culture method）是在含有全部或部分营养元素的溶液中 栽培植物的方法。 ●透性：（permeability）细胞膜质具有的让物质通过的性质。 ●选择透性：（selective permeability）细胞膜质对不同物质的透性不同。 ●胞饮作用：（pinocytosis）细胞通过膜的内陷从外界直接摄取物质进入细胞的 过程。 ●被动运输：（passive transport）转运过程顺电化学梯度进行，不需要代谢供给 能量。 ●主动运输：（active transport）转运过程逆电化学梯度进行，需要代谢供给能 量。 ●转运蛋白：（transport protein）包括两种通道蛋白和载体蛋白。 通道蛋白：横跨两侧的内在蛋白，分子中的多肽链折叠成通道，内带电荷并充满水。 载体蛋白：跨膜的内在蛋白，形成不明显的通道，通过自身构象的改变转运物质。 ●单向运输载体：（uniport carrier）能催化分子或离子单方向地顺着电化学势梯
第一章植物的水分生理 ●水势：水溶液的化学势与纯水的化学势之差，除以水的偏摩尔体积所得商。 ●渗透势：亦称溶质势，是由于溶质颗粒的存在，降低了水的自由能，因而其水势低于纯水水势的水势下降值。 ●压力势：指细胞的原生质体吸水膨胀，对细胞壁产生一种作用力相互作用的结果，与引起富有弹性的细胞壁 产生一种限制原生质体膨胀的反作用力。 ●质外体途径：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，移动速度快。 ●共质体途径：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：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。 ●根压：由于水势梯度引起水分进入中柱后产生的压力。 ●蒸腾作用：指水分以气体状态，通过植物体的表面（主要是叶子），从体内散失到体外的现象。 ●蒸腾速率：植物在一定时间内单位叶面积蒸腾的水量。 ●蒸腾比率：光合作用同化每摩尔CO2所需蒸腾散失的水的摩尔数。 ●水分利用率：指光合作用同化CO2的速率与同时蒸腾丢失水分的速率的比值。 ●内聚力学说：以水分具有较大的内聚力足以抵抗张力，保证由叶至根水柱不断来解释水分上升原因的学说。 ●水分临界期：植物对水分不足特别敏感的时期。 1.将植物细胞分别放在纯水和1mol/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：在纯水中，各项指标都增大；在蔗糖中，各项指标都降低。 2.从植物生理学角度，分析农谚“有收无收在于水”的道理。答：水，孕育了生命。陆生植物是由水生植物进化而来的，水是植物的一个重要的“先天”环境条件。植物的一切正常生命活动，只有在一定的细胞水分含量的状况下才能进行，否则，植物的正常生命活动就会受阻，甚至停止。可以说，没有水就没有生命。在农业生产上，水是决定收成有无的重要因素之一。水分在植物生命活动中的作用很大，主要表现在4个方面：水分是细胞质的主要成分。细胞质的含水量一般在70~90%使细胞质呈溶胶状态，保证了旺盛的代谢作用正常进行，如根尖、茎尖。如果含水量减少，细胞质便变成凝胶状态，生命活动就大大减弱，如休眠种子。水分是代谢作用过程的反应物质。在光合作用、呼吸作用、有机物质合成和分解的过程中，都有水分子参与。水分是植物对物质吸收和运输的溶剂。一般来说，植物不能直接吸收固态的无机物质和有机物质，这些物质只有在溶解在水中才能被植物吸收。同样，各种物质在植物体内的运输，也要溶解在水中才能进行。水分能保持植物的固有姿态。由于细胞含有大量水分，维持细胞的紧张度（即膨胀），使植物枝叶挺立，便于充分接受光照和交换气体。同时，也使花朵张开，有利于传粉。 3.水分是如何跨膜运输到细胞内以满足正常的生命活动的需要的？答：通过膜脂双分子层的间隙进入细胞。膜上的水孔蛋白形成水通道，造成植物细胞的水分集流。植物的水孔蛋白有三种类型：质膜上的质膜内在蛋白、液泡膜上的液泡膜内在蛋白和根瘤共生膜上的内在蛋白，其中液泡膜的水孔蛋白在植物体中分布最丰富、水分透过性最大。 4.水分是如何进入根部导管的？水分又是如何运输到叶片的？答：进入根部导管有三种途径：质外体途径：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，移动速度快。跨膜途径：水分从一个细胞移动到另一个细胞，要两次通过质膜，还要通过液泡膜。共质体途径：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。这三条途径共同作用，使根部吸收水分。根系吸水的动力是根压和蒸腾拉力。运输到叶片的方式：蒸腾拉力是水分上升的主要动力，使水分在茎内上升到达叶片，导管的水分必须形成连续的水柱。造成的原因是：水分子的内聚力很大，足以抵抗张力，保证由叶至根水柱不断，从而使水分不断上升。 5.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：保卫细胞细胞壁具有伸缩性，细胞的体积能可逆性地增大40~100%。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。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。 6.气孔的张开与保卫细胞的什么结构有关？答：细胞壁具有伸缩性，细胞的体积能可逆性地增大40~100%。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。 第二章植物的矿质营养 ●矿质营养：植物对矿物质的吸收、转运和同化。
《植物生理学》问答题 1、试述植物光呼吸和暗呼吸的区别。 答： 比较项目暗呼吸光呼吸 底物葡萄糖乙醇酸 代谢途径糖酵解、三羧酸循环等途径乙醇酸代谢途径 发生部位胞质溶胶、线粒体叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 发生条件光、暗处都可以进行光照下进行对O2、CO2浓度的反应无反应高O2促进，高CO2抑制 2、光呼吸有什么生理意义 答：（1）光呼吸使叶片在强光、CO2不足的条件下，维持叶片内部一定的CO2水平，避免光合机构在无CO2时被光氧化破坏。 （2）光呼吸过程消耗大量O2，降低了叶绿体周围O2浓度和CO2浓度之间的比值，有利于提高RuBP氧化酶对CO2的亲和力，防止O2对光合碳同化 的抑制作用。 综上，可以认为光呼吸是伴随光合作用进行的保护性反应。 3、试述植物细胞吸收溶质的方式和机制。 答：（1）扩散： ①简单扩散：简单扩散是指溶质从高浓度区域跨膜移向临近低浓度区域的过程。不 需要细胞提供能量。 ②易化扩散：又名协助扩散，是指在转运蛋白的协助下溶质顺浓度梯度或电化学梯度的跨膜 转运过程。不需要细胞提供能量。 （2）离子通道：离子通道是指在细胞膜上由通道蛋白构成的孔道，作用是控制离子通过细胞膜。 （3）载体：载体是跨膜转运的内在蛋白，在夸膜区域不形成明显的孔道结构。 ①单向运输载体：单向运输载体能催化分子或离子顺电化学梯度单向跨膜转运。 ②反向运输器：反向运输器与膜外的H+结合时，又与膜内的分子或离子结合，两者朝相反 的方向运输。 ③同向运输器：同向运输器与膜外的H+结合时，又与膜外的分子或离子结合，两两者朝相 同的方向运输。 （4）离子泵：离子泵是膜上的ATP酶，作用是通过活化ATP推动离子逆化学势梯度进行跨膜转运。 （5）胞饮作用：胞饮作用是指细胞通过膜的内陷从外界直接摄取物质进入细胞的过程。 4、试述压力流动学说的基本内容。
以下观点是否正确为什么⑴将一个细胞放入某一浓度的溶液中，若细胞浓度与外界浓度相等，则体积不变（X）水势相等⑵若Ψp=Ψπ将其放入L溶液中，V不变（X）变小Ψw=0放入纯水中V不变⑶若Ψw=Ψπ，将其放入纯水中，则V不变（X）有Ψp、Ψπ、Ψg的影响⑷有一充分为水饱和的细胞将其放入细胞液浓度低50倍的溶液中，V不变（X）变小。 如何确定一种元素是否为植物必须元素a：溶液培养法：亦称水培法，是在含有全部或部分营养元素的溶液中培养植物的方法。b：砂基培养法：是在洗净的石英砂或玻璃球等基质中加入营养液来培养植物的方法。 判断植物必需的矿质元素的标准 a：不可缺少性：缺乏该元素时不能完成生活史b:不可替代性：有专一缺乏症，加入其它元素不能恢复c:功能直接性：缺素症状是由元素直接作用，并不是通过影响土壤，微生物等的间接作用。 植物必需元素有哪些生理作用一般生理作用：①细胞结构物质的组分②生命活动的调节者③参与植物体内的醇基酯化④电化学作用参与调节，胶体的稳定和电荷的中和等⑤缓冲作用。 N：生命元素：AA，核酸，激素，维生素等。叶片等营养体的生长 P:⑴是磷酸磷脂的组成成分⑵促进物质运输，糖类转移，生殖器官长得好 K：含量最多的金属元素，以离子存在，调节气孔开闭，某些反应中酶的活化剂 Ca：⑴维持膜结构的稳定性⑵信号物质：第二信使⑶中和有机酸：果实成熟时的酸味消失。 植物缺绿病症有的出现在顶端幼嫩枝叶上，有的出现在下部老叶上，为什么举例说明缺绿元素有：N，Mg，Fe，Mn，Cu，Zn，其中既有可再利用元素，也有不可再利用元素。N是可移动元素，缺乏时老叶先出现症状，Ca是不可移动的元素，缺乏时新叶先出现症状。 ATP酶是如何参与矿质元素的主动转运的首先，H+-ATP酶水解ATP释放能量，将H+逆电化学势梯度泵出细胞，形成跨膜的质子驱动力，在质子的驱动力的作用下，启动其它载体和离子通道，将物质运输过膜，除H+向胞外转运直接消耗能量外，其它物质的跨膜都不直接消耗能量，但却依赖于H+转运形成的电化学势梯度，所以其它转运过程间接需要代谢能量。 说明叶绿素a和叶绿素b吸收光谱的特点叶绿素a：蓝绿色，大部分用于补光，少部分用于强化光能叶绿素b：黄绿色，全部用于补光。 试用化学渗透学说解释关合磷酸化机理 根据化学渗透学说，光合电子传递的作用是建立在一个跨类囊体的质子动力势能，在质子动力势能作用下，类囊体摸上的ATP合成酶合成ATP，根据化学渗透学说，光合磷酸化过程可分为两个阶段，一是质子动力势的建立，二是ATP的合成。Pi+ADP--ATP（条件是PMF和ATP合成酶） 简述C4植物与CAM植物在糖代谢途径上的异用相同点：都是低CO2浓度和干旱等逆境条件下形成的光合碳同化的特殊适应类型。不同点：C4两次羧化反应是在空间上分开--叶肉细胞和维管束鞘细胞 CAM两次羧化反应是在时间上分开——白天和晚上。 如何理解蔗糖是高等植物韧皮部光合同化物运输的主要形式最主要原因是蔗糖的运输效率高：（1）蔗糖是光合产物的主要形式（2）蔗糖的溶解度高，在0℃时，100ml 水中可溶解179克蔗糖。在100℃时，可溶解487克（3）蔗糖是还原性糖，化学性质稳定不易分解，也不易与其它物质反应，不会中途终止运输，此外蔗糖的糖苷键水解时所需的能量较多。 试述同化物是如何装载和卸出筛管的装载：同化物以合成部位进入筛管的过程，主动运输途径：质外体途径（主要）共质体途径机理：①装载途径与所运输糖的形式有关②蔗糖装载机理（蔗糖——质子共运输）卸出：光合同化物从SE—CL复合体运出并进入库C（接受C）的过程库端韧皮部的卸出和源端的装载基本上是两个相反的过程途径：①共质体途径：SE—CL 复合体与周围C间有胞间连丝②质外体途径：SE—CL复合体与周围C间缺少胞间连
一、水分代谢 一、名词解释 1.水势：物系中的水势是同温度下物系中的水与纯水间每偏摩尔体积的化学势 差。 2.渗透势：溶质势Ψs于溶质颗粒的存在而使水势的降低。Ψs小于0 3.自由水：距离胶粒较远而可以自由流动的水分 4.束缚水：靠近胶粒而被胶粒吸附束缚不易自由流动的水分 5.渗透作用：水分子通过半透膜的由水势高的系统向水势低的系统移动的现 象。 6.根压：根系生理活动而引起的吸水过程，与地上部分的活动无关。 7.气孔蒸腾P19 8.蒸腾拉力：由于地上部分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。 9.蒸腾作用：植物体内的水分以气体状态向外界扩散的生理过程。 10.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。 11.蒸腾系数：又称为需水量植物制造1g干物质所需消耗的水分量（g）。 二、简述 1.水分在根内的运输途径。 质外体途径共质体途径跨膜途径 2.气孔运动的机理。 ，保卫细胞细胞质pH （1）.淀粉与糖转化学说。在光下，光合作用消耗了CO 2 增高到7，淀粉磷酸化酶催化正向反应，使淀粉水解为糖，引起保卫细胞渗透势下降，水势降低，从周围细胞吸取水分，保卫细胞膨大，因而气孔张开。黑暗中， 积累pH下降到5左右，淀粉磷保卫细胞光合作用停止，而呼吸作用仍进行，CO 2 酸化酶催化逆向反应，使糖转化成淀粉，溶质颗粒数目减少，细胞渗透势升高，水势亦升高，细胞失水，膨压丧失，气孔关闭。 （ 2.）K+积累学说。研究表明K+从副卫细胞转运到保卫细胞中引起渗透势下降，气孔张开；K+反向转运，则气孔关闭。即在光下保卫细胞叶绿体通过光合磷酸化合成ATP，活化了质膜H+-ATP酶，使K+主动吸收到保卫细胞中，K+浓度增高引起渗透势下降，水势降低，促进保卫细胞吸水，气孔张开。平衡K+电性的阴离子是苹果酸根，而其H+则与K+发生交换转运到保卫细胞之外，Cl-进入保卫细胞内，导致保卫细胞渗透势下降而吸收水分，气孔张开。在黑暗中，K+从保卫细胞扩散出去，细胞水势提高，失去水分，气孔关闭。 （ 3.）果酸代谢学说。在光照下，保卫细胞内的部分CO 被利用时，pH值就上 2 升至8.0～8.5，从而活化了PEP羧化酶，它可催化由淀粉降解产生的PEP与HCO- 3结合形成草酰乙酸，并进一步被NADPH还原为苹果酸。苹果酸解离为2 H+和苹果酸根，在H+ /K+泵驱使下，H+与K+交换，保卫细胞内K+浓度增加，水势降低；苹果酸根进入液泡和Cl-共同与K+在电学上保持平衡。同时，苹果酸也可作为渗透物质降低水势，促使保卫细胞吸水，气孔张开。当叶片由光下转入暗处时，过程逆转。
二、问答题 生物膜在结构上的特点与其功能有什么联系？逆境会对生物膜造成哪些破坏？植物如何来响应逆境？ 植物细胞的胞间连丝有哪些功能？ 温度为什么会影响根系吸水？ 试述将鲜的蒜头浸入蔗糖与食醋配制的浓溶液中制成糖醋蒜的原理。 试用苹果酸代谢学说解释气孔开闭的机制。 一组织细胞的Ψs为-0.8MPa，Ψp为0.1MPa，在27℃时，将该组织放入0.3mol·L-1的蔗糖溶液中，该组织的重量增加还是减小？（R=0.0083 L·MPa·mol-1·k-1） 若室温为27℃，将洋葱鳞叶表皮放在0.45 mol·L-1的蔗糖溶液中，细胞发生细胞质壁分离；放在0.35 mol·L-1的蔗糖溶液中，细胞有胀大的趋势；放在0.4 mol·L-1的蔗糖溶液中，细胞基本上不发生变化，试计算细胞的水势？（R=0.0083 L·MPa·mol-1·k-1） 有A、B两细胞，A细胞的Ψπ＝-106Pa，Ψp＝4×105Pa，B细胞的Ψπ＝-6×105Pa，Ψp ＝3×105Pa。请问：(1) A、B两细胞接触时，水流方向如何？(2) 在28℃时，将A细胞放入0.12 mol·L -1蔗糖溶液中，B细胞放入0.2 mol·L-1蔗糖溶液中。假设平衡时两个细胞的体积没有发生变化，平衡后A、B两细胞的Ψw、Ψπ和Ψp各为多少？如果这时它们相互接触，其水流方向如何？ 3个相邻细胞A、B、C的Ψs、Ψp如下图，三细胞的水势各为多少？用箭头表示出三细胞之间的水分流动方向。 A Ψs＝-1Mpa Ψp＝0.4Mpa B Ψs＝－0.9Mpa Ψp＝0.6Mpa C Ψs＝－0.8Mpa Ψp＝0.4Mpa 为什么不能大量施用单一肥料？ 选择10种植物必需的矿质元素，说明其在光合作用中的生理作用。 根外施肥主要的优点和不足之处各有哪些？ 试分析植物失绿的可能原因。 为什么在叶菜类植物的栽培中常多施用氮肥，而栽培马铃薯和甘薯则较多地施用钾肥？ 为什么水稻秧苗在栽插后有一个叶色先落黄后返青的过程？ 植物根系吸收矿质有哪些特点？ 说明光合作用过程中，光反应与暗反应的关系？ 什么是光呼吸？为什么说光呼吸与光合作用总是伴随发生的？ C3途径可分为哪几个阶段？各阶段的作用是什么？C4植物与C3植物在碳代谢途径上有何
简答题 1、简述氧化酶的生物学特性与适应性。 植物体内含有多种呼吸氧化酶，这些酶各有其生物学特性(如对温度的要求和对氧气的反应，所以就能使植物体在一定范围内适应各种外界条件。 以对温度的要求来说，黄酶对温度变化反应不敏感，温度降低时黄酶活性降低不多，故在低温下生长的植物及其器官以这种酶为主，而细胞色素氧化酶对温度变化的反应最敏感。在果实成熟过程中酶系统的更替正好反映了酶系统对温度的适应。例如，柑橘的果实有细胞色素氧化酶、多酚氧化酶和黄酶，在果实末成熟时，气温尚高，呼吸氧化是以细胞色素氧化酶为主；到果实成熟时，气温渐低，则以黄酶为主．这就保证了成熟后期呼吸活动的水平，同时也反映了植物对低温的适应。 以对氧浓度的要求来说，细胞色素氧化酶对氧的亲和力最强，所以在低氧浓度的情况下，仍能发挥良好的作用；而酚氧化酶和黄酶对氧的亲和力弱，只有在较高氧浓度下才能顺利地发挥作用。苹果果肉中酶的分布也正好反映了酶对氧供应的适应，内层以细胞色素氧化酶为主，表层以黄酶和酚氧化酶为主。水稻幼苗之所以能够适应淹水低氧条件，是因为在低氧时细胞色素氧化酶活性加强而黄酶活性降低之故。 2、长期进行无氧呼吸会导致植株死亡的原因是什么？ 长时间的无氧呼吸会使植物受伤死亡的原因：第一，无氧呼吸产生酒精，酒精使细胞质的蛋白质变性；第二，因为无氧呼吸利用每摩尔葡萄糖产生的能量很少，相当于有氧呼吸的百分之几（约8%），植物要维持正常的生理需要，就要消耗更多的有机物，这样，植物体内养料耗损过多；第三，没有丙酮酸氧化过程，许多由这个过程的中间产物形成的物质就无法继续合成。作物受涝死亡，主要原因就在于无氧呼吸时间过久。 3.举出三种测定光合速率的方法，并简述其原理及优缺点。 （1）改良半叶法，选择生长健壮、对称性较好的叶片，在其一半打取小圆片若干，烘干称重，并用三氯醋酸对叶柄进行化学环割，以阻止光合产物外运，到下午用同样方法对另一半叶片的相对称部位取相同数目的小圆片，烘干称重，两者之差，即为这段时间内这些小圆片累积的有机物质量。此法简便易行，不需贵重设备，但精确性较差。 （2）红外线CO2分析法原理是：气体CO2对红外线有吸收作用，不同浓度的CO2对红外线的吸收强度不同，所以当红外线透过一定厚度的含CO2的气层之后，其能量会发生损耗，能量损耗的多少与CO2的浓度紧密相关。红外线透过气体CO2后的能量变化，通过电容器吸收
离子通道:细胞膜中一类具有选择性功能的横跨膜两侧的孔道蛋白。 原初主动运转:把H+-ATP酶“泵”出H+的过程, 产生△μH+或质子动力的过程。 次级主动运转:以△μH+或质子动力作为驱动力的离子运转 生理碱性盐：根系吸收阴离子多于阳离子而使介质变成碱性的盐类 天线色素：大多数的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素以及藻胆素不能参与光化学反应 原初反应：从光合色素分子受光激发，到引起第一个光化学反应为止的过程。 红降现象：当光的波长大于680nm时，但光合量子产额急剧下降的现象 爱默生增益效应：在长波红光之外再加上较短波长的光促进光和效率的现象 光合链：指定位在光合膜上的，由多个电子传递体组成的电子传递的总轨道 光合磷酸化：指光下在叶绿体(或载色体)中发生的由ADP与Pi合成ATP的反应 卡尔文循环：卡尔文等人探明了光合作用中从CO２到葡萄糖的一系列反应步骤，推导出一个光合碳同化的循环途径，这条途径被称为卡尔文循环 C３途径：C３途径亦即卡尔文循环，由于这条光合碳同化途径中CO２固定后形成的最初产物PGA为三碳化合物，所以叫做C3途径C３植物：只具有C３途径的植物 C4途径：C4途径亦称哈奇和斯莱克途径，由于这条光合碳同化途径中CO２固定后首先形成四个C的草酰乙酸由此的一个C同化途径C4植物：具有C4途径的植物 景天科酸代谢途径：夜间固定CO2产生有机酸，白天有机酸脱羧释放CO2，用于光合作用，与有机酸合成日变化有关的光合碳代谢途径CAM植物：具有景天科酸代谢途径的植物。光呼吸：指植物的绿色组织以光合作用的中间产物为底物而发生的吸收氧气、释放二氧化碳的过程，由于此过程只在光照下发生，故称为光呼吸 光补偿点：当到达某一光强时，叶片的光合速率等于呼吸速率，即CO2吸收量等于CO2释放量，表观光合速率为零，这时的光强称为光补偿点。 光饱和点：当达到某一光强时，光合速率就不再增加，而呈现光饱和现象。开始达到光合速率最大值时的光强称为光饱和点。 CO2补偿点：当光合速率与呼吸速率相等时，环境中的CO2浓度即为CO2补偿点 CO2饱和点：当达到某一浓度(S)时，光合速率便达最大值(Pm)，开始达到光合最大速率时的糖酵解：指己糖在细胞质中分解成丙酮酸的过程 三羧酸循环(TCAC)：指丙酮酸在有氧条件下进入线粒体，逐步脱羧脱氢，彻底氧化分解,形成水和二氧化碳并释放能量的过程。 磷酸戊糖途径(PPP)：这是葡萄糖在细胞质内直接氧化脱羧，并以戊糖磷酸为重要中间产物的有氧呼吸途径。 呼吸链：呼吸代谢中产生的电子和质子，在线粒体内膜上沿着一系列呼吸传递体传递到分子氧的“轨道” 氧化磷酸化：电子从NADH或FADH2经呼吸链传递给分子氧生成水,并偶联ADP和Pi生成ATP的过程。 呼吸速率：是指单位时间单位样品所吸收的O2释放出的CO2或消耗有机质的数量。 无氧呼吸消失点：指无氧呼吸停止进行的最低氧浓度。 呼吸跃变：指当果实成熟到一定时期，呼吸速率突然增高，然后又迅速降低的现象 源：（代谢源），生产同化物以及向其他器官提供营养的器官或组织。 库：（代谢库），消耗或积累同化物的器官或组织。 转移细胞：在共质体-质外体交替运输中起转运过渡作用的特化细胞（TC） 质量运输速率（MTR）：单位时间单位韧皮部或筛管横切面所运转的干物质的量。 韧皮部装载：同化物从合成部位通过共质体或质外体胞间运输，进入伴胞和筛管的过程。韧皮部卸出：光合同化物从SE-CC复合体进入库细胞的过程。
植物生理学2015年研究生考试题及答案 一、填空题（每空1分，共计28分） 1、海芋植物的佛焰花序比一般植物的呼吸放出的热量比一般植物高，是因 为存在抗氧呼吸的缘故。 2、与植物耐旱性有重要相关性的氨基酸是，它能增强细胞 的。 3、植物叶绿体的丙酮提取液透射光下呈，反射光下 呈。 4、根据种子的吸水量，可将种子的萌发分为吸胀吸水阶段、停止吸水阶段，重 新吸水阶段。 5、GA和ABA生物合成的前体是甲瓦龙酸，在短光照下形成ABA。 6、膜脂的组成与膜脂的抗冷性有关，不饱和程度，固化温度 高，不利发生膜变相，植物的抗冷性越小。 7、植物组织培养的理论基础是细胞全能性，用来培养的植物体部分叫外植 体。 8、保卫细胞质的膜上存在着 H+ATP 酶，在光照下，将H+分泌到保卫细胞外， 使保卫细胞 HP升高，驱动 H+ 进入保卫细胞，导致保卫细胞吸水，气孔张开。 9、跨膜信号传导主要是通过和完成。 10、土壤缺氮时，根冠比高，水分过多时，根冠比低。 11、具有远红光和红光逆转效应的是，它的生色团与叶绿体 的 结构相似。 12、成熟的水果变甜，是因为淀粉转化成糖，未成熟的水果有涩味是因为 含有单宁。 13、植物组织培养的理论依据是细胞全能性，用来培养的植物的部分叫外 植体。 二、单项选择（每题1分，共计20分） 略！
三、名词解释（每题3分，共计30分） 1、次级共运转（次级主动运输）：以质子动力作为驱动力的跨膜离子运转，使质 膜两边的渗透能增加，该渗透能是离子或者中性分子跨膜转运的动力。 2、细胞信号传导：偶联各种胞外刺激信号与其相应的生理反应之间的一系列分 子反应。 3、希尔反应：离体叶绿体在光下所进行的分解水并放出氧气的反应。 4、渗透调节：植物细胞通过主动增加溶质降低渗透势，增强吸水和保水能力， 以维持正常细胞膨压的作用。 5、交叉适应：植物经历了某种逆境之后，能提高对另一逆境的抵抗能力，对不 同逆境间的相互适应作用。 6、光饱和点：在一定范围内，光合速率随着光照强度的增加而加快，光合速率 不再继续增加是的光照强度称为光饱和点。 7、光的形态建成：依赖光控制细胞分化、结构和功能的改变，最终汇集成组织 和器官的建成，就称为光形态建成。 8、极性运输：生长素只能从植物体形态学上端向下端运输，不能反之。 9、单盐毒害：植物培养在单盐溶液中所引起的毒害作用. 10、水孔蛋白：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。 四、简答题（每题7分，共计42分） 1、生物膜结构成分与抗寒性有何关系。 生物膜主要由脂类和蛋白质镶嵌而成，具有一定的流动性，生物膜对低温敏感，其结构成分与抗寒性密切相关。低温下，质膜会发生相变，质膜相变温度随脂肪酸链的加长而增加，随不饱和脂肪酸如油酸、亚油酸、亚麻酸等所占比例的增加而降低，不饱和脂肪酸越多，越耐低温。在缓慢降温时，由于膜脂的固化使得膜结构紧缩，降低了膜对水和溶质的透性；温度突然降低时，由于膜脂的不对称性，膜体紧缩不均而出现断裂，造成膜是破损渗漏，透性加大，胞内溶质外流。生物膜对结冰更为敏感，发生冻害时膜的结构被破坏，与膜结合的酶游离而失去活性。此外，低温也会使膜蛋白质大分子解体为亚基，并在分子间形成二硫键，产生不可逆的凝聚变性，使膜受到伤害。经抗寒锻炼后，由于膜脂中不饱和脂肪酸增多，膜变相的温度降低，膜透性稳定，从而可提高植物的抗寒性。同时，细胞内的NADPH/NADP的比值增高，ATP
一、名词解释（分/词×10词＝15分） 1．生物膜 2．水通道蛋白 3．必需元素 4．希尔反应 5．糖酵解 6．比集转运速率 7．偏上生长 8．脱分化 9．春化作用 10．逆境 二、符号翻译（分/符号×10符号＝5分） 1．ER 2．Ψw 3．GOGAT 4．CAM 5．P/O 6．GA 7．LAR 8．LDP 9．SSI 10．SOD 三、填空题（分/空×40空＝20分） 1．植物细胞区别于动物细胞的三大结构特征是、和。 2．由于的存在而引起体系水势降低的数值叫做溶质势。溶质势表示溶液中水分潜在的渗透能力的大小，因此，溶质势又可称为。溶质势也可按范特霍夫公式Ψs＝Ψπ＝来计算。 3．必需元素在植物体内的生理作用可以概括为三方面：(1) 物质的组成成分，(2) 活动的调节者，(3)起作用。 4．类囊体膜上主要含有四类蛋白复合体，即、、、和。由于光合作用的光反应是在类囊体膜上进行的，所以也称类囊体膜为膜。 5．光合链中的电子传递体按氧化还原电位高低，电子传递链呈侧写的形。在光合链中，电子的最终供体是，电子最终受体是。 6．有氧呼吸是指生活细胞利用，将某些有机物彻底氧化分解，形成和，同时释放能量的过程。呼吸作用中被氧化的有机物称为。 7．物质进出质膜的方式有三种：(1)顺浓度梯度的转运，(2)逆浓度梯度的转运，(3)依赖于膜运动的转运。 8．促进插条生根的植物激素是；促进气孔关闭的是；保持离体叶片绿色的是；促进离层形成及脱落的是；防止器官脱落的是；使木本植物枝条休眠的是；促进无核葡萄果粒增大的是。 9．花粉管朝珠孔方向生长，属于运动；根向下生长，属于运动；含羞草遇外界刺激，小叶合拢，属于运动；合欢小叶的开闭运动属于运动。 10．植物光周期的反应类型主要有3种：植物、植物和植物。 11．花粉的识别物质是，雌蕊的识别感受器是柱头表面的。 四、选择题（1分/题×30题＝30分） 1．一个典型的植物成熟细胞包括。 A．细胞膜、细胞质和细胞核 B．细胞质、细胞壁和细胞核 C．细胞壁、原生质体和液泡 D．细胞壁、原生质体和细胞膜
绪论 1．植物生理学的发展大致经历了哪几个阶段？ 2．21世纪植物生理学的发展趋势如何？ 3．近年来，由于生物化学和分子生物学的迅速发展，有人担心植物生理学将被其取代，谈谈你的观点。 参考答案 1．答：植物生理学的发展大致经历了以下三个阶段： 第一阶段：植物生理学的奠基阶段。该阶段是指从植物生理学学尚未形成独立的科学体系之前，到矿质营养学说的建立。 第二阶段：植物生理学诞生与成长阶段。该阶段是从1840年Liebig建立营养学说时起，到19世纪末植物生理学逐渐形成独立体系。 第三阶段：植物生理学的发展阶段。从20世纪初到现在，植物生理学逐渐在植物学科中占中心地位，所有各个植物学的分支都离不开植物生理学。 2．答：．①与其他学科交叉渗透，从研究生物大分子到阐明个体生命活动功能、生产应用，并与环境生态相结合等方面。微观方面，植物生命活动本质方面的研究向分子水平深入并不断综合。在宏观方面，植物生理学与环境科学、生态学等密切结合，由植物个体扩大到群体，即人类地球-生物圈的大范围，大大扩展了植物生理学的研究范畴。 ②对植物信号传递和转导的深入研究，将为揭示植物生命活动本质、调控植物生长发育开辟新的途径。在21世纪，对光信号、植物激素信号、重力信号、电波信号及化学信号等所诱导的信号传递和转导机制的深入研究，将会揭开植物生理学崭新的一页。 ③植物生命活动过程中物质代谢和能量转换的分子机制及其基因表达调控仍将是研究的重点。在新世纪里，对植物生命活动过程中物质代谢和能量代谢转换的深入研究占有特别重要的位置。目前，将光和能量转换机制与生理生态联系起来进行研究正在走向高潮，从而将光和能量转换机制研究与解决人类面临的粮食、能源问题紧密联系起来，以便在生产中发挥更大的指导作用。 第一章植物的水分代谢 问答题 1、土壤里的水从植物的哪部分进入植物，双从哪部分离开植物，其间的通道如何？动力如何？ 2、植物受涝后，叶片为何会萎蔫或变黄？ 3、低温抑制根系吸水的主要原因是什么？ 4、简述植物叶片水势的日变化 5、植物代谢旺盛的部位为什么自由水较多？ 6、简述气孔开闭的主要机理。 7、什么叫质壁分离现象？研究质壁分离有什么意义？ 8、简述蒸腾作用的生理意义。 9、解释“烧苗”现象的原因。 10、在农业生产上对农作物进行合理灌溉的依据有哪些？ 参考答案 1、土壤里的水从植物的哪部分进入植物，双从哪部分离开植物，其间的通道如何？动力如何？ 水分进入植物主要是从根毛——皮层——中柱——根的导管或管胞——茎的导管或管胞——叶的导管或管胞——叶肉细胞——叶细胞间隙——气孔下腔——气孔，然后到大气中去。 在导管、管胞中水分运输的动力是蒸腾拉力和根压，其中蒸腾拉力占主导地位。在活细胞间的水分运输主要靠渗透。 2、植物受涝后，叶片为何会萎蔫或变黄？ 植物受涝后，叶子反而表现出缺水现象，如萎蔫或变黄，是由于土壤中充满着水，短时期内可使细胞呼吸减弱，根压的产生受到影响，因而阻碍吸水；长时间受涝，就会导致根部形成无氧呼吸，产生和累积较多的乙醇，致使根系中毒受害，吸水更少，叶片萎蔫变质，甚至引起植株死亡。 3、低温抑制根系吸水的主要原因是什么？
第一章植物的水分生理 1.将植物细胞分别放在纯水和1mol/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：在纯水中，各项指标都增大；在蔗糖中，各项指标都降低。 2.从植物生理学角度，分析农谚“有收无收在于水”的道理。 答：水，孕育了生命。陆生植物是由水生植物进化而来的，水是植物的一个重要的“先天”环境条件。植物的一切正常生命活动，只有在一定的细胞水分含量的状况下才能进行，否则，植物的正常生命活动就会受阻，甚至停止。可以说，没有水就没有生命。在农业生产上，水是决定收成有无的重要因素之一。 水分在植物生命活动中的作用很大，主要表现在4个方面： ●水分是细胞质的主要成分。细胞质的含水量一般在70~90%，使细胞质呈溶胶状态，保证了旺盛的代谢作用正常进行，如根尖、茎尖。如果含水量减少，细胞质便变成凝胶状态，生命活动就大大减弱，如休眠种子。 ●水分是代谢作用过程的反应物质。在光合作用、呼吸作用、有机物质合成和分解的过程中，都有水分子参与。 ●水分是植物对物质吸收和运输的溶剂。一般来说，植物不能直接吸收固态的无机物质和有机物质，这些物质只有在溶解在水中才能被植物吸收。同样，各种物质在植物体内的运输，也要溶解在水中才能进行。 ●水分能保持植物的固有姿态。由于细胞含有大量水分，维持细胞的紧张度（即膨胀），使植物枝叶挺立，便于充分接受光照和交换气体。同时，也使花朵张开，有利于传粉。 3.水分是如何跨膜运输到细胞内以满足正常的生命活动的需要的？ ●通过膜脂双分子层的间隙进入细胞。 ●膜上的水孔蛋白形成水通道，造成植物细胞的水分集流。植物的水孔蛋白有三种类型：质膜上的质膜内在蛋白、液泡膜上的液泡膜内在蛋白和根瘤共生膜上的内在蛋白，其中液泡膜的水孔蛋白在植物体中分布最丰富、水分透过性最大。 4.水分是如何进入根部导管的？水分又是如何运输到叶片的？ 答：进入根部导管有三种途径： ●质外体途径：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，移动速度快。 ●跨膜途径：水分从一个细胞移动到另一个细胞，要两次通过质膜，还要通过液泡膜。 ●共质体途径：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。 这三条途径共同作用，使根部吸收水分。 根系吸水的动力是根压和蒸腾拉力。 运输到叶片的方式：蒸腾拉力是水分上升的主要动力，使水分在茎内上升到达叶片，导管的水分必须形成连续的水柱。造成的原因是：水分子的内聚力很大，足以抵抗张力，保证由叶至根水柱不断，从而使水分不断上升。 5.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？ ●保卫细胞细胞壁具有伸缩性，细胞的体积能可逆性地增大40~100%。 ●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。 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。 6.气孔的张开与保卫细胞的什么结构有关？ ●细胞壁具有伸缩性，细胞的体积能可逆性地增大40~100%。 ●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