第一章植物的水分生理一、名詞解釋1.水分代謝：植物對水分的吸收、運輸、利用和散失的過程。2.水勢：每偏摩爾體積水的化學勢差，符號?w。3.滲透勢：由于溶液中溶質顆粒的存在而引起的水勢降低值，符號?e。用負值表示，又稱溶質勢（?s）。4.壓力勢：由于細胞壁壓力的存在而增大的水勢值，一般為正值，符號?ｐ。5.襯質勢：由于細胞膠體物質親水性和毛細管對自由水的束縛而引起的水勢降低值，以負值表示，符號?m。6.內聚力學說：又稱蒸騰流－內聚力－張力學說。即以水分的內聚力來解釋水分沿導管上升的原因的學說。7.自由水：距離膠粒較遠而可以自由流動的水分。8.束縛水：靠近膠粒而被束縛，不易自由流動的水分。9.滲透作用：水分從水勢高的系統通過半透膜向水勢低的系統移動的現象。10.吸脹作用：親水膠體吸水膨脹的現象。11.代謝性吸水：利用細胞呼吸釋放出的能量，使水分經過質膜進入細胞的過程。12.滲透性吸水：（見滲透作用）13.吸漲性吸水：（見吸脹作用）14.水通道蛋白：存在于生物膜上的一類具有選擇性、高效運轉水分功能的內在蛋白，亦稱水孔蛋白。15.吐水：從未受傷的葉片尖端或邊緣的水孔向外溢出液滴的現象。16.傷流：從受傷或折斷的植物器官、組織或傷口溢出液體的現象。17.根壓：植物根部的生理活動使液流從根部上升的動力。18.蒸騰拉力：由于蒸騰作用產生的一系列水勢梯度使導管中水分上升的力量。19.蒸騰作用：水分以氣體狀態通過植物體表面從體內散發到體外的現象。20.蒸騰速率：又稱蒸騰強度。指植物在單位時間內，單位葉面積通過蒸騰作用而散失的水分量（g/dm2/h）。21.蒸騰效率：植物每消耗1kg水時所形成的干物質量（g）。22.蒸騰系數：植物制造1g干物質所需消耗的水分量（g），又稱為需水量。23.小孔擴散律：氣孔通過多孔表面的擴散速率不與其面積成正比，而與小孔的周長成正比的規律。24.水分臨界期：植物對水分缺乏最敏感的時期，一班為花粉母細胞四分體形成期。25.共質體：植物體活細胞的原生質體通過胞間連絲形成的連續整體。26.質外體：質膜以外的胞間層、細胞壁及細胞間隙形成的連續整體。二、填空1.植物細胞內水分存在的狀態有（自由水）和（束縛水）。2．植物細胞吸水方式有（滲透性吸水）、（吸漲性吸水）和（代謝性吸水）。3．植物散失水分的方式有（蒸騰作用）和（吐水）。4．植物調節蒸騰的方式有（氣孔關閉）、（初干）和（暫時萎蔫）。5．水孔蛋白存在于細胞的（液泡膜）和（質膜）上。水孔蛋白活化依靠（磷酸化）作用調節。6．細胞質壁分離現象可以解決下列問題：（判斷細胞是否存活）、（判斷膜的半透性）和（測定細胞滲透勢）。7．自由水/束縛水比值越大，則代謝（越旺盛）；其比值越小，則植物的抗逆性（越強）。8．一個典型細胞的水勢等于（?e+?ｐ+?ｍ）；具有液泡的細胞的水勢等于（?e+?ｐ）；干種子細胞的水勢等于（?ｍ）。9．形成液泡后，細胞主要靠（滲透性）吸水。10．風干種子的萌發吸水主要靠（吸脹作用）。11．溶液的水勢就是溶液的（滲透勢）。12．溶液的滲透勢決定于溶液中（溶質顆粒總數）。13．在細胞初始質壁分離時，細胞的水勢等于（?e），壓力勢等于（零）。14．當細胞吸水達到飽和時，細胞的水勢等于（零），滲透勢與壓力勢絕對值（相等）。15．將一個ψp=-?s的細胞放入純水中，則細胞的體積（不變）。16．相鄰兩細胞間水分的移動方向，決定于兩細胞間的（水勢差異）。17．植物可利用水的土壤水勢范圍是（-0.05Mpa~-0.30Mpa）。18．植物根系吸水方式有：（主動吸水）和（被動吸水）。后者的動力是（蒸騰拉力）。19．證明根壓存在的證據有（吐水）和（傷流）。20．對于大多數植物，當土壤含水量達到永久萎蔫系數時，其水勢約為-1.5MPa，該水勢稱為（永久萎蔫點）。21．葉片的蒸騰作用有兩種方式：（角質蒸騰）和（氣孔蒸騰）22．某植物制造10克干物質需消耗5公斤水，其蒸騰系數（500）。23．水分在莖、葉細胞內的運輸有兩種途徑1.（經死）細胞，2（經活）.細胞。24．小麥的第一個水分臨界期是（孕穗期），第二個水分臨界期是（灌漿始期~乳熟末期）。25．常用的蒸騰作用的指標有（蒸騰速率）、（蒸騰比率）和（蒸騰系數）。26．影響氣孔開閉的因子主要有（光）、（溫度）和（CO2濃度）。27．影響蒸騰作用的環境因子主要是（光）、（空氣相對濕度）、（溫度）和（CO2濃度）。28．C3植物的蒸騰系數比C4植物（大）。29．可以較靈敏地反映出植物的水分狀況的生理指標有（葉片相對含水量）、（葉片滲透勢）、（水勢）和（氣孔阻力或開度）。30．近年來出現的新型的灌溉方式有（精確灌溉）、（調虧灌溉）和（控制性分根區交替灌溉）。三、選擇題1．植物在烈日照射下，通過蒸騰作用散失水分降低體溫，是因為（B）A、水具有高比熱B、水具有高氣化熱C、水具有表面張力D、水分子具有內聚力2．一般而言，進入冬季越冬作物組織內自由水/束縛水的比值（B）。A、升高B、降低C、不變D、無規律3．有一個充分為水飽和的細胞，將其放入比細胞液濃度低10倍的溶液中，則細胞體積：（B）A、變大B、變小C、不變D、可能變小，也可能不變4．已形成液泡的植物細胞吸水靠（B）。A、吸漲作用B、滲透作用C、代謝作用D、擴散作用5．已形成液泡的細胞，其襯質勢通常省略不計，其原因是（C）。A、初質勢很低B、襯質勢不存在C、襯質勢很高，絕對值很小D、襯質勢很低，絕對值很小6．植物分生組織的細胞吸水靠（C）。A、滲透作用B、代謝作用C、吸漲作用D、擴散作用7．將一個細胞放入與其滲透勢相等的外界溶液中，則細胞（D）A、吸水B、失水C、既不吸水也不失水D、既可能失水也可能保持平衡8.在土壤水分充足的條件下，一般植物的葉片的水勢為(A)A.-0.2～-0.8MpaB.-2～-8MpaC.-0.02～-0.08MpaD.0.2-0.8MPa9．在氣孔張開時，水蒸氣分子通過氣孔的擴散速度（B）。A、與氣孔的面積成正比B、與氣孔周長成正比C、與氣孔周長成反比D、與氣孔面積成反比10．蒸騰作用快慢，主要決定于（A）A、葉內外蒸汽壓差大小B、氣孔長度C、葉面積大小D、葉片形狀11．保衛細胞的水勢變化與下列哪些無機離子有關（BC）A、Ca2+B、K+C、Cl-D、Mg2+12.保衛細胞的水勢變化與下列哪些有機物質有關（C）。A、丙酮酸B、脂肪酸C、蘋果酸D、草酸乙酸13.調節植物葉片氣孔運動的主要因素是(ABD)。A.光照B.溫度C.氧氣D.二氧化碳14．根部吸水主要在根尖進行，吸水能力最大的是（C）A、分生區B、伸長區C、根毛區D、根冠15．土壤通氣不良使根系吸水量減少的原因是（AD）A、缺乏氧氣B、水分不足C、水分太多D、CO2濃度過高16.植物體內水分長距離運輸的途徑是（B）。A.篩管和伴胞B.導管和管胞C.通道細胞D.胞間連絲17.植物體內水分向上運輸的動力有(BD)。A.大氣溫度B.蒸騰拉力C.水柱張力D.根壓18．土壤溫度過高對根系吸水不利，因為高溫會（AB）A、加強根的老化B、使酶鈍化C、使生長素減少D、原生質粘度增加19．植物的水分臨界期是指植物（A）。A、對水分缺乏最敏感的時期B、需水量最多的時期C、需水終止期D、生長最快的時期20.作為確定灌溉時期的灌溉生理指標有：(ABCD)A.葉片水勢B.細胞汁液濃度C.滲透勢D.氣孔開度四、判斷題1．影響植物正常生理活動的不僅是含水量的多少，而且還與水分存在的狀態有密切關系。（√）2．在植物生理學中被普遍采用的水勢定義是水的化學勢差。（×）3．種子吸脹吸水和蒸騰作用都是需要呼吸作用直接供能的生理過程。（×）4．植物根系吸水快慢和有無，決定于導管汁液與外界溶液之間的水勢差異的大小有無。（√）5．植物細胞吸水方式有主動吸收和被動吸水。（×）6．植物的臨界水勢越高，則耐旱性越強。(×)7．在細胞初始質壁分離時，細胞水勢等于壓力勢。（×）8．在細胞為水充分飽和時，細胞的滲透勢為零。（×）9．把一個細胞放入某溶液中體積不變，說明該細胞液的濃度與此溶液的濃度相等（×）。10．蒸騰效率高的植物，一定是蒸騰量小的植物。（×）11．蒸騰作用與物理學上的蒸發不同，因為蒸騰過程還受植物結構和氣孔行為的調節。（√）12．空氣相對濕度增大，空氣蒸汽壓增大，蒸騰加強。（√）13．低濃度CO2促進氣孔關閉，高濃度CO2促進氣孔迅速張開。（×）14．糖、蘋果酸和K+、Cl-進入液泡，使保衛細胞壓力勢下降，吸水膨脹，氣孔張開。（×）15．就利用同單位的水分所產生的干物質而言，C3植物比C4植物要多1-2倍。（×）16．干旱時細胞內磷酸酯酶活性減弱；硝酸還原酶活性增強。（×）17.植物輕度缺水時，光合作用尚未受影響，但生長已受抑制。(√)18.灌溉的形態指標易于觀察，它比生理指標更及時和靈敏。(×)19.植物體內的水分平衡是有條件的、短暫的。(√)20.作物一定時期缺水并不一定會降低產量，還可能對作物增產更為有利。(√)五、簡答題1、植物水分代謝包括哪些過程？答：植物從環境中不斷吸收水分，并通過莖導管運到葉片及其他器官，以滿足正常的生命活動的需要。但是，植物又不可避免地要丟失大量水分到環境中去。具體而言，植物水分代謝可包括三個過程：（1）水分的吸收；（2）水分在植物體內的運輸；（3）水分的排出。2、植物體內水分的存在狀態與代謝關系如何？答：植物體中水分的存在狀態與代謝關系極為密切，并且與抗性有關。一般來說，束縛水不參與植物的代謝反應，在植物某些細胞和器官主要含束縛水時，則其代謝活動非常微弱，如越冬植物的休眠芽和干燥種子，僅以極弱的代謝維持生命活動，但其抗性卻明顯增強，能渡過不良的逆境條件。而自由水主要參與植物體內的各種代謝反應，含量多少還影響代謝強度，含量越高，代謝越旺盛。因此常以自由水/束縛水比值作為衡量植物代謝強弱和抗性的生理指標之一。3、植物細胞吸水有哪幾種方式？答：有三種方式：（1）未形成液泡的細胞，靠吸脹作用去吸水；（2）液泡形成之后，細胞主要靠滲透性吸水；（3）與滲透作用無關，而與代謝過程密切相關的代謝性吸水。4、利用細胞質壁分離現象可以解決哪幾個問題？答：（1）說明原生質層是半透膜。（2）判斷細胞死活。只有活細胞的原生質層才是半透膜，有質壁分離現象；死亡的細胞不能產生質壁分離現象。（3）測定細胞的滲透勢。5、水分是如何通過膜系統進出細胞的呢？答：有兩種途徑：一是單個水分子通過膜脂間隙擴散進出細胞；二是以水集流方式通過質膜上水孔蛋白組成的水通道進出細胞。6、簡述蒸騰作用的部位及生理意義？答：（1）是植物對水分吸收和運輸的主要動力。（2）促進植物對礦物質和有機物的吸收及其在植物體內的運輸。（3）能夠降低葉片的溫度，以免灼傷。7、水分從被植物吸收至蒸騰到體外，需要經過哪些途徑？動力如何？答：水分自根毛→根的皮層→根中柱→根的導管→莖的導管→葉脈導管→葉肉細胞→葉細胞間隙與氣孔下腔→氣孔→大氣。在導管中水分運輸的動力是蒸騰拉力和根壓，其中蒸騰拉力占主要地位，在活細胞間的水分運輸主要為滲透作用。8、簡述根系吸收水分的方式與動力。答：根系吸收水分的方式有2種：主動吸水與被動吸水。主動吸水的動力為根壓，消耗生物能；而被動吸水的動力為蒸騰拉力，不消耗生物能。9、為什么通過氣孔蒸騰的水量為同等面積自由水面蒸發量的幾十至一百倍？答：因為氣體分子通過氣孔擴散時，孔中央水蒸汽分子彼此碰撞，擴散速率很慢；在孔邊緣，水分子相互碰撞機會少，擴散速率快。而對于大孔，其邊緣周長所占的比例小，故水分子擴散速率與大孔的面積成正比。氣孔很小，數目很多，邊緣效應顯著，故蒸騰速率很高。10、內聚力學說的主要內容是什么？答：它是解釋水分在導管內連續不斷上運的學說。其內容主要是水分子間有很大的內聚力，可達30MPa，它遠遠大于水柱的張力（約0.5～3.0Mpa）。同時水分子與導管纖維素分子間還有很強的附著力，故導管或管胞中的水流可成為連續的水柱。11、土壤溫度過低為什么對根系吸水不利？答：（1）原生質粘度增大，水不易透過生活組織，植物吸水減弱。（2）水分運動減慢，滲透作用降低。（3）根系生長受抑，吸收面積減少。（4）根系呼吸速率降低，主動吸水減弱。12、與表皮細胞相比，保衛細胞有什么特點？答：（1）細胞體積很小，并有特殊結構，有利于膨壓迅速而顯著的改變。而表皮細胞大，又無特別形狀；（2）胞壁中有徑向排列的輻射狀微纖束與內壁相連，便于對內壁施加作用；（3）細胞質中有一整套細胞器，且數目多；（4）葉綠體有明顯的基粒構造，而表皮細胞無葉綠體。13、根據性質和作用方式，抗蒸騰劑可分為哪三類？舉例說明。答：（1）代謝型抗蒸騰劑：如阿特拉津，可使氣孔開度減小，苯汞乙酸可改變膜透性，使水分不易向外界擴散。（2）薄膜型抗蒸騰劑：如硅酮，可在葉面形成單分子薄層，阻礙水分散失。（3）反射型抗蒸騰劑：如高嶺土，可反射光，降低葉溫，從而減少蒸騰量。14、若施肥不當，會產生“燒苗”現象，原因是什么？答：一般土壤溶液的水勢都高于根細胞水勢，根系順利吸水。若施肥太多或過于集中，會造成土壤溶液水勢低于根細胞水勢，根系不但不能吸水還會喪失水分，故引起“燒苗”現象。15、用小液流法測得某細胞在0.3mol/L蔗糖溶液中體積不變。已知細胞的滲透勢為－0.93MPa，求該細胞的水勢及壓力勢（t=27℃）。答：根據公式：ψw=CRTi溶液水勢：ψw=-0.3×0.008314×300≈-0.75(MPa)因為細胞水勢與溶液水勢等，所以：細胞水勢為-0.75MPa,細胞壓力勢0.18MPa。六、論述題1、水分子的理化性質與植物生理活動有何關系？答：水分子是一個極性分子，可與纖維素、蛋白質分子相結合。水分子具有高比熱，可在環境溫度變化較大的條件下，植物體溫仍相當穩定。水分子還有較高的氣化熱，使植物在烈日照射下，通過蒸騰作用散失水分就可降低體溫，不易受高溫危害。水分子是植物體內很好的溶劑，可與含有親水基團的物質結合形成親水膠體，水還具有很大的表面張力，使水與細胞膠體物質產生吸附作用，并借毛細管力進行運動。2、試述水分的生理生態作用。答：（1）水是細胞原生質的主要組成成分；（2）水分是重要代謝過程的反應物質和產物；（3）細胞分裂及伸長都需要水分；（4）水分是植物對物質吸收和運輸及生化反應的一種良好溶劑；（5）水分能使植物保持固有的姿態，有利于光合和傳粉;（6）可以通過水的理化特性以調節植物周圍的大氣濕度、溫度等。對維持植物體溫穩定也有重要作用。3、氣孔開關機理假說有哪些？并加以說明。答：（1）淀粉－糖變化學說：在光照下保衛細胞進行光合作用合成可溶性糖。另外，由于光合作用消耗CO2使保衛細胞pH值升高，淀粉磷酸化酶水解細胞中淀粉形成可溶性糖，細胞水勢下降。當保衛細胞水勢低于周圍的細胞水勢時，便吸水迫使氣孔張開，在暗中光合作用停止，情況與上述相反，氣孔關閉。（2）K+積累學說：在光照下，保衛細胞質膜上具有光活化H+泵ATP酶，分解光合磷酸化產生的ATP并將H+分泌到細胞壁，同時將外面的K+通過膜上的內流鉀通道吸收到細胞中來，Cl-也伴隨著K+進入，Cl-與蘋果酸負離子平衡K+電性。保衛細胞中積累較多的K+、Cl-和蘋果酸，降低水勢而吸水，氣孔就張開，反之，則氣孔關閉。（3）蘋果酸代謝學說：在光下保衛細胞內的CO2被利用，pH值就上升（8.0～8.5），從而活化PEPC，剩余的CO2就轉變成重碳酸鹽（HCO3-），PEP與HCO3-作用形成草酰乙酸，然后還原成蘋果酸，蘋果酸解離為2H+和蘋果酸根，在H+／K+泵驅使下，K+與H+交換，K+進入保衛細胞，Cl－也伴隨進入與蘋果酸負離子一起平衡K+電性。同時蘋果酸也可作為滲透調節物與K+、Cl－共同降低保衛細胞的水勢。保衛細胞吸水，氣孔打開。反之，氣孔關閉。4、試述外部因子對氣孔運動的影響。答：許多因子都能調節氣孔運動，可歸納為以下幾方面：（1）CO2：葉片內低CO2分壓，可使氣孔打開，高CO2分壓，使氣孔關閉。（2）光：一般情況下，光照使氣孔打開，黑暗使氣孔關閉，但CAM植物則相反。另外，光質對氣孔運動的影響與對光合作用的影響相似，即藍光和紅光最有效。（3）溫度：氣孔開度一般隨溫度上升而增大，25℃以上氣孔開度最大，但30－35℃會引起氣孔開度減小，低溫下氣孔關閉。（4）水分：葉水勢下降時氣孔開度減小或關閉。但久雨天氣葉表皮細胞含水量高，體積增大，擠壓保衛細胞引起氣孔關閉。（5）風：微風有利氣孔打開，大風可使氣孔關閉。（6）植物激素：CTK促使氣孔張開，ABA可促進氣孔關閉。5、禾谷類作物的水分臨界期在什么時期？為什么？答：禾谷類作物有2個水分臨界期，一個在孕穗期，即花粉母細胞四分體到花粉粒形成階段。因為此階段小穗正在分化，莖、葉、穗迅速發育，葉面積快速擴大，代謝較旺盛，耗水量最多，若缺水，小穗發育不良、植株矮小、產量低。另一個是在開始灌漿到乳熟末期。此時主要進行光合產物的運輸與分配，若缺水，有機物運輸受阻，造成灌漿困難，功能葉早衰，籽粒瘦小，產量低。6、蒸騰作用的強弱與哪些因素有關？為什么？答：蒸騰速率與擴散力成正比與擴散阻力成反比。因此，凡是影響二因子的內外條件均影響蒸騰速率。概括如下二方面：（1）內部因素：氣孔和氣孔下腔都直接影響蒸騰速率。氣孔頻度和開度大。氣孔下腔容積大等都促進蒸騰作用。（2）外部因素：一，光照：光照對蒸騰起決定性的促進作用，葉片吸收的輻射能大部分用于蒸騰。光能促使氣孔張開，又能提高葉片溫度，使內部阻力減小和葉內外蒸汽壓差增大，加速蒸騰。二：大氣相對濕度：當大氣相對濕度大時，大氣蒸汽壓也增大，葉內外蒸汽壓差就變小，蒸騰變慢；反之，加快。三，大氣溫度：葉溫高于氣溫，尤其在太陽直射下葉溫較氣溫一般高2～10℃，厚葉更顯著。氣溫增高時，葉內外蒸汽壓差增大，蒸騰加快。四：風：微風可吹走氣孔外的界面層，補充一些蒸汽壓低的空氣，外部擴散阻力減小，蒸騰加快。但大風引起氣孔關閉。使蒸騰減弱。五，土壤條件：凡是影響根系吸水的各種土壤條件，如土溫、土壤通氣狀況、土壤溶液濃度等均可間接影響蒸騰作用。7、合理灌溉增產的原因是什么？答：（1）干旱時，灌溉可使植株保持旺盛的生長和光合作用。（2）減緩“午休”現象。（3）促使莖葉輸導組織發達，提高同化物的運輸速率，改善光合產物的分配利用。（4）改變栽培環境：如早稻秧田在寒潮來臨前深灌，起保暖防寒作用；晚稻在寒露風來臨前灌深水，有防風保暖作用；鹽堿地灌水，有洗鹽和壓制鹽分上升的作用；施肥后灌水，有溶肥作用。8、試述高等植物體內水分上運的動力及其產生原因。答：水分上運的動力有根壓和蒸騰拉力。土壤溶液沿質外體向內擴散，其中的離子則通過依賴于細胞代謝活動的主動吸收進入共質體中，這些離子通過連續的共質體進入中柱活細胞，然后釋放導管中，引起離子積累。其結果是，內皮層以內的質外體滲透勢低，而內皮層以外的質外體滲透勢高，水分通過滲透作用透過內皮層細胞到達導管內，這樣在中柱內就產生了一種靜水壓力，這就是根壓。當植物進行蒸騰時，水便從氣孔蒸騰到大氣中，失水的細胞便向水勢較高的葉肉細胞吸水，如此傳遞，接近葉脈導管的細胞向葉脈導管、莖導管、根導管和根部吸水。這樣便產生了一個由低到高的水勢梯度，使根系再向土壤吸水。這種因蒸騰作用所產生的吸水力量，叫做蒸騰拉力。9、土壤通氣不良造成的根系吸水困難的原因是什么？答：主要原因有：（1）根系環境內O2缺乏，CO2積累，呼吸作用受到抑制，影響根系吸水。（2）長期缺氧條件下根進行無氧呼吸，產生并積累較多的乙醇，使根系中毒受傷。（3）土壤處于還原狀態，加之土壤微生物的活動，產生一些有毒物質，造成“黑根”或“爛根”。農業生產中的中耕耘田、排水曬田等措施就是為了增加土壤的透氣性。10、以下論點是否正確？為什么？（1）將一個細胞放入某一濃度的溶液中，若細胞液濃度與外界溶液的濃度相等，則體積不變。（2）若細胞的ψp=-?e,將其放入0.001mol/L的溶液中，則體積不變。（3）若細胞的ψW=?e，將其放入純水中，則體積不變。（4）有一充分為水飽和的細胞，將其放入比細胞液濃度低50倍的溶液中，則體積不變。答：（1）該論點不完全正確。因為除了處于初始質壁分離狀態的細胞（ψp=0）之外，當細胞內溶液濃度與外液濃度相等時，由于細胞ψp的存在，因而，細胞水勢會高于外液水勢而發生失水，體積就會變小。（2）該論點不正確。因為ψp=-?e時，細胞ψw=0,把該細胞放入任一溶液時，都會失水，體積會變小。（3）該論點不正確。因為當細胞的ψw=?e時，將其放入純水（ψw=0）中，由于該細胞ψp=0，而?e為一負值，即其ψw低于0，故細胞吸水，體積會變大。（4）該論點也不正確。因為為水充分飽和的細胞ψw=0,而任何稀溶液的ψw總是低于0，故該細胞會失水，體積變小。11、設一個細胞的ψe為-0.8mpa，將其放入ψe為-0.3Mpa的溶液中，試問細胞的壓力勢為何值時，才發生如下三種變化？（1）細胞體積減小；（2）細胞體積增大；（3）細胞體積不變。答：（1）細胞體積減小：8MPa≥ψp>5MPa。（2）細胞體積增大：0MPa≤ψp<5MPa。（3）細胞體積不變：ψp=5MPa。第二章植物的礦質營養一、名詞解釋1.礦質營養：指植物對礦質元素的吸收、運轉和同化等過程以及礦質元素在植物生命活動中的作用。2.大量元素：在植物體內含量較多，占植物體干重0.01%以上的元素，稱為大量元素。植物必需的大量元素是：鉀、鈣、鎂、硫、磷、氮、碳、氫、氧九種元素。3.微量元素：植物體內含量甚微，約占植物體干重0.01%以下的元素，稱為微量元素。植物必需的微量元素是鐵、錳、硼、鋅、銅、鉬和氯等七種元素，稍多既發生毒害。4.溶液培養法：用純化的化合物配制成水溶液來培養植物以確定植物必需的礦質元素種類和數量，也稱水培方法。5.灰分元素：除C、H、O、N等元素分別以CO2、H2O、N和S的氧化物等形式揮發外，植物體所含的不能揮發的殘余物質稱為灰分，占干物質的5-10%。灰分中存在的元素稱為灰分元素，又稱為礦質元素。6.砂基培養法：即將洗凈的石英砂、珍珠巖或蛭石作為支持物或介質加入營養液中來栽培植物的方法。7.離子拮抗：在發生單鹽毒害的溶液中加入少量不同化合價的金屬離子，就可解除單鹽毒害。這種現象即離子拮抗。8.通道運輸：細胞質膜上有由蛋白質構成的孔道橫跨膜兩側從而形成跨膜通道，經激活控制離子順電化學梯度被動地單方向挎質膜運輸。9.載體運輸：質膜上的蛋白油選擇地與質膜一側的分子或離子結合，形成載體-物質復合物，通過載體構象變化透過質膜把物質釋放到質膜的另一側。10.協助擴散：一些非脂溶性或低脂溶性物質能依賴鑲嵌在細胞膜上的特殊蛋白質分子的功能活動來實現跨膜轉運，稱為易化擴散或協助擴散。11.原初主動運輸：質膜H+-ATP酶利用ATP水解產生的能量，把細胞質內的H+向外泵出，產生質子驅動力的過程。12.營養臨界期：植物最需要營養的時期或缺乏營養減產最敏感的時期。13.胞飲作用：細胞可通過質膜吸附物質并進一步通過膜的內折兒將物質轉移到胞內，細胞吸收物質的這種方式被稱為胞飲作用。14.次級主動運輸：兩種離子同時被跨膜運輸的過程，是以質子驅動力為動力的分子或離子的轉運，又稱次級共轉運。15.單鹽毒害：植物被培養在某種單一的鹽溶液中，不久即呈現不正常狀態，最后死亡。這種現象叫單鹽毒害。16.單向運輸載體：具有催化分子或離子單方向地順著電化學梯度跨質膜運輸的載體蛋白。17.反向運輸載體：具有催化兩種分子或離子分別順著和逆著電化學梯度跨質膜運輸的載體蛋白。18.同向運輸載體：具有催化兩種分子或離子同時順著或逆著電化學梯度跨質膜運輸的載體蛋白。19.最高生產效率期：植物的施肥營養效果最好的時期，通常是生殖生長期。20.質子泵：H＋泵，主要有質膜、液泡膜、葉綠體和線粒體H+ATP酶等。二、填空1．確定某種元素是否為植物所必需，最好的辦法是（溶液培養法）和（砂基培養法）2．氮、磷、鉀是（大量）元素，首先在（老）組織中出現缺乏癥狀；鈣、硼、銅、錳、鐵、硫是（微量）元素，首先在（幼嫩）組織中出現缺乏癥狀。3．缺氮時某些作物的莖葉變紅時由于（糖）轉化為（花色素）積累與液泡中所致。4．油菜“花而不實”主要是缺乏（硼）元素。5．膜轉運蛋白可分為（通道蛋白）和（載體蛋白）兩類。6．載體蛋白有（單向運輸載體）、（同向運輸載體）和（反向運輸載體）三種類型。7．植物細胞吸收礦質元素的方式共有（被動吸收）、（主動吸收）和（胞飲作用）三種類型。8．（單純擴散）是一種最簡單的轉運方式，既不需要（消耗代謝能），也不需要（專一的載體分子），只要在膜兩側保持一定的（濃度差）就可發生這種運輸。9．植物主要通過根系的（根尖）來吸收礦質元素，其中（根毛區）是吸收最活躍的部位；其中離子進入根內部的方式主要有兩種途徑，分別是（共質體途徑）和（質外體途徑）。10．肥料三要素是指（N、P、K），其中（K）是植物體內含量最高的金屬元素。11．硝酸還原酶是一種（載體）酶。12．植物根部呼吸釋放的（CO2）與土壤中的H2O形成（H2CO3），土粒表面的（K+）離子與H2CO3的（H+）進行離子交換并逐步進入根系內部。13．硝酸鹽在（硝酸還原酶）的催化下還原為亞硝酸鹽，在細胞的（細胞質）中進行；亞硝酸鹽在（亞硝酸還原酶）的催化下還原為氨，在細胞的（葉綠體）或者（根中）進行。14．根部吸收的礦質元素主要通過（木質部的導管）向上運輸。15．追肥的形態指標有（相貌）和（葉色）；追肥的生理指標有（葉中元素含量）、（葉綠素含量）、（酰胺和淀粉含量）、（酶活性）。16．一般作物的營養最大效率期是（生殖生長時期）。17．水稻、小麥的營養臨界期是（分蘗-抽穗期）。18．影響礦質元素吸收的因素有（溫度）、（通氣狀況）、（溶液濃度）和（氫離子濃度）。三、選擇題1．NH4NO3是一種(A)。A．生理酸性鹽B．生理堿性鹽C．生理中性鹽D．以上都不是2．高等植物的嫩葉先出現缺素癥，可能是缺乏(C)。A．鎂B．磷C．硫D．氮3.NO-3還原過程中所需的還原力是由(A)提供的。A．光合作用B．呼吸作用C．胞飲作用D．蒸騰作用4．影響根毛區主動吸收無機離子最重要的因素是(D)。A．土壤溶液pH值B．土壤中氧濃度C．土壤中鹽含量D．土壤溫度5．高等植物的老葉首先出現缺素癥狀，可能是缺乏（D）。A．鎂B．鐵C．硫D．氮6．植物細胞對離子吸收和運輸時膜上起致電離子泵作用的是(C)。A．NAD激酶B．過氧化氫酶C．ATP酶D．硝酸還原酶7．硝酸還原酶分子中含有(C)。A．FAD，MnB．FMN，MoC．FAD，MoD．FMN，Mn8．植物體內氨基酸合成的主要方式有(B)。A．還原氨基化B．氨基交換作用C．固氮作用D.氧化磷酸化9．反映植株需肥的形態指標中，最敏感的是(C)。A．株高B．節間長度C．葉色D．株型10、能反映水稻葉片氮素營養水平的氨基酸是(B)。A．蛋氨酸B．天冬氨酸C．丙氨酸D．非丁四、判斷正誤1．在植物體內大量積累的元素必定是植物必需元素。(×)2．植物對鎂的需要是極微的，稍多即發生毒害。所以，鎂屬于植物微量元素。（×）3．硅對水稻有良好的生理效應，屬于植物必需元素。(×)4．小麥葉鞘中淀粉含量高時不用施氮肥。(×)5．缺氮時，植物幼葉首先變黃；缺硫時，植物老葉葉脈失綠。(×)6．植物細胞內ATP酶活性與吸收無機離子速率呈負相關。(×)7．植物根部進行離子交換吸附的速度很快，是需要消耗代謝能的。(×)8．（NH4）2SO4是生理酸性鹽（√）9．植物根系可吸收難溶于水的礦物質。(√)10．植物生長在堿性土壤中容易缺磷。(×)11．根部吸收的氮的運輸方式，主要以有機物的形式向上運輸。（√）12．在植物體內的微量元素鉬不是植物必需元素。(×)五、問答題1．如何確定一種元素是否為植物必需元素？答：一，若缺少該元素，植物生長發育受到限制而不能完成其生活史；二，若缺少該元素，植物將表現出專一的病癥，提供該元素可預防或消除此病癥；三，該元素在植物營養生長中的作用是直接的，而不是因土壤、培養液或介質的物理、化學或微生物條件所引起的結果。2．植物必需元素有哪些生理作用？答：（1）是細胞結構物質的組分；（2）作為酶或輔酶的組成部分或激活劑等，參與調節酶的活動；（3）起到電化學作用和緩沖作用。3．下雨后為什么要進行中耕松土？答：雨后土壤易發生板結。適時中耕松土可以防止土壤板結，使植物易于吸收礦質營養，且有效抑制無氧呼吸，促進根系的生長發育。4．硝態氮進入植物體之后是怎樣運輸的？如何同化成氨基酸的？答：植物吸收NO3-后，可從在根中或枝葉內還原。在根內及枝葉內還原所占的比值，因不同植物及環境條件而異，如蒼耳根內無硝酸鹽還原，根吸收的NO3-就可通過共質體中徑向運輸，即根的表皮→皮層→內皮層→中柱薄壁細胞→導管，然后再轉運到枝葉內被還原為氨，再通過酶的催化作用形成氨基酸、蛋白質。在光合細胞內，硝酸鹽還原為亞硝酸鹽是在硝酸還原酶催化下在細胞內完成的；亞硝酸還原為氨是由亞硝酸還原酶催化下在葉綠體內完成的。硝酸鹽在根內還原的量依下列順序遞減：大麥>向日葵>玉米>燕麥。同一作物在枝葉與根內硝酸鹽還原的比值，隨NO3-供應量增加而明顯升高。5．為什么把氮稱為“生命元素”?答：氮是植物體內許多重要化合物的成分，如核酸、蛋白質、磷脂、維生素等；同時也是參與物質和能量代謝的ADP、ATP、CoA等物質的組分。6．ATP酶是如何參與礦質元素的主動轉運的？答：溶質中的H+、K+、Na+、Ca2+等陽離子及Cl-等陰離子可利用ATP酶水解ATP時釋放的能量直接進行主動轉運。轉運這些離子的ATP酶相應地被稱為質子泵、鉀泵、鈉泵、鈣泵等。7．試分析植物失綠（發黃）的可能原因。答：植物呈現綠色是因其細胞內含有葉綠體，而葉綠體中含有綠色的葉綠素的緣故。因而凡是影響葉綠素代謝的因素都會引起植物失綠。可能的原因有：（1）光：光是影響葉綠素形成的主要條件。從原葉綠素酸酯轉變為葉綠酸酯需要光，而光過強，葉綠素反而會受光氧化而破壞。（2）溫度：葉綠素的生物合成是一系列酶促反應，受溫度影響。葉綠素形成的最低溫度約為2℃，最適溫度約為30℃，最高溫度約為40℃。高溫和低溫都會使葉片失綠。在高溫下葉綠素分解加速，褪色更快。（3）營養元素：氮和鎂都是葉綠素的組成成分，鐵、錳、銅、鋅等則在葉綠素的生物合成過程中有催化功能或其它間接作用。因此，缺少這些元素時都會引起缺綠癥，其中尤以氮的影響最大，因此葉色的深淺可作為衡量植株體內氮素水平高低的標志。（4）氧：缺氧能引起Mg-原卟啉Ⅸ或Mg-原卟啉甲酯的積累，影響葉綠素的合成。（5）水：缺水不但影響葉綠素的生物合成，而且還促使原有葉綠素加速分解。此外，葉綠素的形成還受遺傳因素控制，如水稻、玉米的白化苗以及花卉中的花葉不能合成葉綠素。有些病毒也能引起花葉病。8．植物缺綠病癥有的出現在頂端幼嫩枝葉上，有的出現在下部老葉上，為什么?請舉例加以說明。答：植物體內的礦質元素，根據它在植株內能否移動和再利用可分為二類。一類是非重復利用元素，如鈣、硫、鐵、銅等；一類是可重復利用的元素，如氮、磷、鉀、鎂等。在植株旺盛生長時，如果缺少非重復利用元素，缺素病癥就首先出現在頂端幼嫩葉上，例如，大白菜缺鈣時心葉呈褐色。如果缺少重復利用元素，缺素病癥就會出現在下部老葉上，例如，缺氮時葉片由下而上褪綠發黃。9．設計兩個實驗，證明根系吸收礦質元素是主動的生理過程。答：（1）用放射性同位素（如32P）示蹤：用32P飼喂根系，然后用呼吸抑制劑處理根系，在處理前后測定地上部分32P的含量。可知：呼吸被抑制后，32P的吸收減少。（2）測定溶液培養植株根系對礦質吸收量與蒸騰速率之間不成比例。這說明根系吸收礦質元素有選擇性，是主動的生理過程。10．請說明外界條件是如何影響植物對礦質元素的吸收的。答：一，土壤溫度：土壤溫度過高或過低，都會使吸收物質的速率下降。溫度過高（40℃）會使酶鈍化影響根部代謝，也使細胞透性加大而引起礦物質被動外流。溫度過低，代謝減弱，主動吸收慢，細胞質粘性也增大，離子進入困難。同時，土壤中離子擴散速率降低。只有當土壤溫度在合適的范圍內才有利于根系對礦物質元素的吸收，并且隨著溫度的升高，吸收速率也提高。二，土壤通氣狀況：土壤通氣好課加速氣體交換，從而增加CO2的積累增加了呼吸作用和ATP的供應，促進根系對礦物質的吸收。三，土壤溶液濃度：一定范圍內時，增大其濃度，根部吸收離子的量也隨之增加。土壤濃度高出一定范圍時，土壤溶液濃度增大，土壤水勢降低還可能造成根系吸水困難。四，土壤溶液pH值：直接影響根系的生長、土壤微生物的活動和土壤中礦物質中的可利用性。11．為什么土壤溫度過低，植物吸收礦質元素的速率下降?答:溫度過低，代謝減弱，主動吸收慢，細胞質粘性也增大，離子進入困難。同時，土壤中離子擴散速率降低。12．結合植物礦質營養的特點討論鹽堿地改良的方法。答：鹽堿地的土壤里含有過多的可溶性鹽類，作物不能很好地從土壤中吸收水分，因此會影響作物的生長。解決的方案有:①改變作物的種植,如旱改水。②選擇耐鹽堿地的水稻等品種種植。③在田里開挖深溝,結合灌排沖洗,以降低土壤中無機鹽的濃度。④此外，增施有機肥，種植綠肥等,都可以使鹽堿土地得以改良。13．合理施肥增產的原因是什么?答：施肥增產的實質在于改善光合性能可增強光合性能，如增大光合面積，提高光合能力。延長光合時間，利于光合產物分配利用，等等。施肥還能改善栽培環境，特別是土壤條件。第三章植物的呼吸作用一、名詞解釋1.有氧呼吸：植物細胞在O2的參與下，將某些有機物逐步徹底氧化分解，并釋放大量能量的過程。2.無氧呼吸：在無氧或缺氧條件下，植物細胞將有機物分解為不徹底的氧化產物，同時釋放出少量能量的過程。3.糖酵解：葡萄糖在細胞質中，經氧化分解生成丙酮酸，并釋放能量的過程。4.三羧酸循環：需氧生物體普遍存在的代謝途徑，即從兩個碳原子的乙酰CoA與四個碳原子的草酰乙酸合成六碳的檸檬酸開始，反復脫氫氧化又生成草酰乙酸，再重復循環反應的過程。5.戊糖磷酸途徑：機體某些組織經催化形成6-磷酸葡萄糖酸，進而代謝生成磷酸戊糖為中間代謝物的過程。6.呼吸鏈：電子從NADH或FADH2經一系列氫傳遞體和電子傳遞體到O2的傳遞所經過的途徑組成的電子傳遞系統。7.氧化磷酸化：電子從NADH或FADH2經電子傳遞鏈傳遞到分子氧形成水，同時偶聯ADP磷酸化生成ATP的過程。8.P/O比：每消耗1mol原子氧時生成的ATP的摩爾數。9.末端氧化酶：處于呼吸鏈末端，負責將電子傳遞給O2，并使氧活化，形成H2O或H2O2的酶。10.交替氧化酶：抗氰呼吸鏈末端的氧化酶，含Fe，不受CN-等的抑制。11.巴斯德效應：O2對無氧呼吸發酵作用產生抑制作用的現象。12.抗氰呼吸：對于CN-不敏感的呼吸作用。13.呼吸商：指植物組織在一定時間內放出CO2的量與吸收O2的量之比，又稱呼吸系數。14.溫度系數：溫度升高10℃引起呼吸速率的增加的比例，簡稱Q10。15.安全含水量：入庫種子的最高含水量標準，又稱臨界含水量。二、填空1.呼吸作用可分為（有氧呼吸）和（無氧呼吸）兩大類。2.呼吸作用生成的水中的氧來自于（O2），生成的CO2來自于（呼吸底物）。3．請寫出下列途徑的細胞學定位：EMP途徑（細胞質）；PPP途徑（細胞質）；酒精發酵（細胞質）；TCAC（線粒體）。4.TCAC的酶系統集中在線粒體的（基質）中。5.電子傳遞和氧化磷酸化的酶系統集中位于線粒體中的（內膜）上。6.組成呼吸鏈的傳遞體可分為（H+）傳遞體和（電子）傳遞體。7.呼吸鏈中每個FADH2氧化，產生（2）個ATP，每個NADH氧化產生（3）個ATP。8.植物呼吸作用的末端氧化酶有（細胞色素氧化酶）、（交替氧化酶）、（酚氧化酶）、（維生素C氧化酶）和（乙醇酸氧化酶）等。9.線粒體氧化磷酸化活力的一個重要指標是（P/O比）。10.如果細胞的腺苷酸全部為ATP，則能荷為（1）。12.以葡萄糖為呼吸底物并徹底氧化分解時，呼吸商為（1），以富含氫的脂肪或蛋白質為呼吸底物并徹底氧化分解時，呼吸商為（小于1）。13．早稻浸種催芽時，用溫水淋種和時常翻種，其目的是使種子的（有氧呼吸）正常進行。14．需要呼吸作用提供能量的生理過程有（主動吸收礦質元素），（細胞分裂），（有機物的合成）等，不需要呼吸作用直接提供能量的生理過程有（光反應），（蒸騰作用），（干種子吸脹）。三、選擇1．蘋果儲藏久了，組織內部會發生（B）。A．抗氰呼吸B．酒精發酵C．糖酵解2．植物組織衰老或受傷時，PPP途徑在呼吸代謝途徑中所占的比例（A）。A．上升B．下降C．維持一定水平3．種子萌發時，種皮未破裂之前主要進行（B）。A．有氧呼吸B．無氧呼吸C．抗氰呼吸4.油料種子的主要呼吸底物是（C）。A.淀粉B.糖C.油脂5．在呼吸鏈中的電子傳遞體是（A）。A．細胞色素系統B．NAD+C．FAD6．交替氧化酶途徑的P/O比值為（A）。A．1B．2C．37．細胞色素氧化酶對氧的親和力（A）。A．高B．低C．中等8．當植物從缺氧環境轉移到空氣中時，糖酵解則（A）。A．減慢B．加快C．不變9．PPP途徑的主要調節物是（C）。A．ATPB．ADPC．NADPH10.根據化學滲透學說，線粒體電子傳遞形成的ATP是在（D）上合成的。A．線粒體基質B.線粒體外膜C.線粒體內膜上ATP酶D.線粒體電子傳遞鏈復合體11.當CO2的含量增加到（A）時，對呼吸作用有一定的抑制。A．3%-5%B.1%-2%C.0.1%-0.5%D.0.02%-0.5%12.水稻之所以能適應淹水低氧條件，因為缺氧時下列一種酶活性增強。（C）A．細胞色素氧化酶B.抗壞血酸氧化酶C.乙醇酸氧化酶D.酚氧化酶13.在有氧呼吸中，O2的作用是（D）。A．參與底物氧化B.參與氫的傳遞C.參與電子傳遞D.作為電子的最終受體14.正常情況下，植物細胞內葡萄糖降解主要是通過（A）。A．EMP-TCAB.PPPC.TCAD.乙醇酸氧化途徑15.在戊糖磷酸途徑中，糖氧化時的氫受體是（B）。A．NAD+B.NADP+C.FADD.CoQ16.與氧分子親和力最高的末端氧化酶是（A）。A．細胞色素氧化酶B.抗壞血酸氧化酶C.交替氧化酶D.酚氧化酶四、判斷正誤1．糖酵解是指在細胞質內發生的，將葡萄糖分解為丙酮酸的過程。（×）2．三羧酸循環的酶類都在線粒體內膜上。（×）3．呼吸作用未必有氧的消耗和CO2的釋放。（√）4．以發展的觀點來看，有氧呼吸是無氧呼吸進化而來的。（√）5．PPP途徑在幼嫩組織中所占比例較大，在衰老組織中所占比例較小。（×）6．馬鈴薯塊蘋果削皮或受傷后出現褐色，是多酚氧化酶作用的結果。（√）7．用DNP等藥劑可阻礙電子傳遞，但不影響氧化磷酸化。（×）8．光合作用釋放的氧，可供呼吸利用，而呼吸釋放的CO2不能被光合作用利用。（×）9．提高環境中氧含量，可使EMP加快。（×）10．如果呼吸底物是有機酸，其RQ會大于1。（√）11．呼吸作用的最適溫度比光合作用的最適溫度高。（√）12．如果沒有呼吸作用，光合作用就無法進行。（√）五、問答題1．什么是呼吸作用？其生理意義有哪些？答：呼吸作用是指在酶的參與下，植物細胞內的有機物逐步氧化分解、釋放能量的過程。它提供植物生命活動可利用的能量；提供其他有機物合成的原料；提供還原力；提高抗病免疫能力。2.高等植物的無氧呼吸是如何發生的？它對植物有何利弊？答：在無氧或缺氧條件下，細胞仍然能夠通過EMP途徑把有機物質分解為不徹底的氧化產物。優點是可以保證植物在無氧或缺氧條件下暫時、短期維持生理活動，是植物適應多變環境的表現；缺點是無氧呼吸產物（酒精或乳酸）積累過多會對植物細胞產生毒害；無氧呼吸釋放能量少，無法維持植物的正常生命活動；造成合成其他物質的原料的缺乏。3．植物的生命活動能否依靠無氧呼吸長時間維持？為什么？答：不能。無氧呼吸產物（酒精或乳酸）積累過多會對植物細胞產生毒害；無氧呼吸釋放能量少，無法維持植物的正常生命活動；沒有丙酮酸的有氧分解過程，缺少合成其他物質的原料。4．簡要說明植物體存在抗氰呼吸的生理意義。答：抗氰呼吸是一種與正常呼吸途徑交替進行的適應性過程。它有利于種子萌發；促進果實成熟；增強植物抗病能力；還可以參與代謝協同調控。5．呼吸代謝的多條途徑對植物生存有何適應意義？答：當某一途徑受阻時，呼吸作用可以從其他的支路進行。它們互相聯系，互相制約，組成了極其復雜、調節自如的代謝網絡，從而使植物能在多變的環境條件下生長發育。6.植物不同器官、不同生理狀態呼吸速率的變化規律如何？答：通常花的呼吸速率最高；其次是萌發種子、分生組織、形成層、嫩葉、幼枝、根尖和幼果等，而處于休眠狀態的組織和器官的呼吸速率最低。7.影響植物呼吸作用的因素有哪些？它們是如何影響的？答：內部因素：植物種類、器官、生理狀態。外部因素：一，溫度：在到達最適溫度之前，呼吸速率隨溫度上升而增加；之后，呼吸速率反而隨溫度上升而下降。二，水分：干種子含水量低時，呼吸速率隨含水量增加而升高；生活植株呼吸速率一般不受水分變化影響，但失水萎蔫時呼吸速率反而上升。三，氧氣：地上部分一般不受影響，地下部分隨氧氣濃度上升而增加。四，二氧化碳：呼吸速率隨二氧化塘濃度上升而抑制。五，機械損傷和病菌感染：二者都能使呼吸速率上升。8.在農業生產上，有哪些措施是通過調節植物的呼吸作用來達到增加產量和提高品質的目的？答：種子的溫湯浸種和催芽中的換水、翻拌；植株的合理密植、灌水降溫；寒潮前后分別灌水護秧和適時排水；適時中耕松土等。9．糧油種子儲藏時需要注意哪些方面的問題？說明其原理。答：首先，種子應貯藏在低溫、干燥條件下。處于風干狀態的種子所含水分都是束縛水，呼吸極為微弱，可以安全貯藏。如果入庫種子的含水量高于安全含水量，種子就不耐貯藏。其次，缺氧條件有利于控制種子呼吸和延長種子壽命；另外，種子貯藏時還應注意通風，散熱散濕，進而起到抑制呼吸的作用。10．如何應用呼吸原理進行果實、蔬菜的保鮮貯藏？答：果蔬貯藏的原則是降低呼吸速率，延遲呼吸躍變的產生。通常采用溫控法或氣控法。前者即低溫貯藏，即降低了呼吸速率又抑制乙烯生成；后者即控制周圍環境的氣體成分，減少氧氣，增加二氧化碳和氮氣濃度，可以間接地抑制呼吸躍變的到來。11.如何協調溫度、濕度及氣體間的關系來做好果蔬的貯藏？答：（同上）12.呼吸作用是怎樣影響植物的水分吸收、礦質營養等生理活動的？答：當植物主動吸收水分、礦質營養及物質運輸時需要代謝供能，而呼吸作用的一個重要生理意義就是提供生命活動所需能量。第四章植物的光合作用一、名詞解釋1．光合作用：綠色植物吸收光能，同化二氧化碳也水、制造有機物質并釋放氧氣的過程。2．光合色素：即葉綠體色素，主要有葉綠素、類胡蘿卜素和藻膽素三類。3．聚光色素：又稱天線色素，只吸收光能，并把吸收的光能傳遞到反應中心的色素。4．反應中心色素少數特殊狀態的葉綠素a分子屬于此類。它屬于光化學活性，既能捕獲光能，又能將光能轉換為電能（稱為陷阱）。5．熒光現象：葉綠素溶液在透射光下呈綠色，而在反射光下呈紅色，這種現象稱為葉綠素熒光現象。6．磷光現象：處在第一二線態的葉綠素分子回到基態時所發出的光。7．原初反應：指光合色素分子對光能的吸收、傳遞與轉換過程。8．紅降現象：即每吸收一個光子后釋放出的養分分子數，發現用波長大于685nm的遠紅照射材料時，雖然光子仍被葉綠素大量吸收，但量子產量急劇下降。這種現象被稱為紅降。9．雙光增益效應：在遠紅光條件下，如補充紅光（波長650nm），則量子產額大增，并且高于這兩種波長的光單獨照射時的總和。這種兩種波長的光促進光合效率的現象即雙光增益效應，又稱愛默生效應。10．光合鏈：定位在光合膜上的一系列互相銜接的電子傳遞體組成的地啊你傳遞的總軌道。11．希爾反應：將離體的葉綠體加到具有氫受體（Ａ）的水溶液中，光照后即發生水的分解而放出氧氣。12．光合磷酸化：葉綠體在光下吧無機磷與ADP合成ATP的過程。13．非環式光合磷酸化：水光解放出的電子經PSⅡ和PSⅠ兩個光系統，最終傳給O2的電子傳遞。14．光飽和點：在一定光強范圍內，植物的光合強度隨光照度的上升而增加；當光照度上升到某一數值之后，光合強度不再繼續提高時的光照度值。15．光補償點：隨著CO2濃度增高，光合速率增加，當光合速率與呼吸速率相等時，外界環境的CO2濃度即光補償點。16．光能利用率：單位面積上植物光合作用積累的有機物質所含的化學能，占同一期間入射光能的百分率。17．光呼吸：植物的綠色細胞在光下吸收O2并放出CO2的過程。二、寫出下列英文縮寫的中文名稱1．LHC：聚光色素復合體2．Pheo：褐藻素3．PQ：質體醌4．P680：PSⅡ反應中心色素分子5．P700：PSⅠ反應中心色素分子6．PSⅡ：光系統Ⅱ7．PSⅠ：光系統Ⅰ8．PC：質藍素9．Rubisco：1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶10．RuBP：核酮糖-1，5-二磷酸三、填空1.光合色素包括（葉綠素A）、（葉綠素B）、（胡蘿卜素）、（葉黃素）四種，所有的綠色植物都含有（葉綠素）。2.根據在光合作用中所起的作用，高等植物含有的光合色素可分為（聚光色素）、（反應中心色素）兩類。反應中心色素分子是一種特殊性質的（葉綠體A）分子，它不僅能捕獲光能，還具有光化學活性，能將（光）能轉換成（電）能。3.礦質元素（N）和（Mg）是組成葉綠素的組成成分，缺乏時不能形成葉綠素，而（Fe）、（Mn）、（Cu）、(Zn)等元素也是葉綠素形成所必需的，缺乏時也產生缺綠病。4.葉綠素對光最強的吸收區有兩處：波長640～660nm的（紅）光部分和430～450nm的（藍紫）光部分。葉綠素對（綠）光的吸收最少。5.類胡蘿卜素的吸收帶在400～500nm的（藍紫）光區，它們基本不吸收（紅橙黃）光，從而呈現黃色。6.葉綠體由被膜、（基質）和（片層）三部分組成。葉綠體中起吸收并轉變光能的部位是（類糖體）膜，而固定和同化CO2的部位是（基質）。7.基質是進行（CO2固定和還原）的場所，它含有還原CO2與合成淀粉的全部酶系，其中（Rubisco）酶占基質總蛋白的一半以上。8.類囊體膜上主要含有四類蛋白復即（PSI）、（PSⅡ）、（Cytb6/f）和（ATPase）。由于光合作用的光反應是在類囊體膜上進行的，所以稱類囊體膜為（光合）膜。9.PSI中，電子的原初供體是（PC），電子原初受體是（Ao）。PSⅡ中，電子的原初供體是（Yz），電子原初受體是（Pheo）。10.光合磷酸化有（非環式）、（假環式）和（環式）三種類型，通常情況下（非環式）占主要地位。11.根據能量轉變的性質，可將光合作用分為：（原初）反應、（電子）傳遞和（光合）磷酸化、以及（CO2固定和還原）等階段。12.原初反應包括光能的（吸收）、（傳遞）和（轉換）反應，其速度非常快，且與（溫度）無關。13.葉綠體色素吸收光能后，其光能在色素分子之間傳遞。在傳遞過程中，其波長逐漸（變長），能量逐漸（減低）。14.光合鏈中的電子傳遞體按氧化還原電位高低，電子傳遞鏈呈側寫的（Z）形。在光合鏈中，電子的最終供體是（H2O），電子最終受體是（NADP+）。15.非環式電子傳遞指（H2O）中的電子經PSⅡ與PSⅠ一直傳到（NADP+）的電子傳遞途徑。假環式電子傳遞的電子最終受體是（O2）。16.光合碳循環中，每固定3CO2，可形成（1）C3糖，要消耗（2）NADPH2和（3）ATP。17.在光合碳循環中，PEP羧化酶催化（PEP）和（HCO3-）生成（OAA）。RuBP羧化酶催化（RUBP）和（CO2）生成（3-PGA）。18.寫出下列生理過程的部位：光合磷酸化（類糖體膜）；CAM途徑（細胞質）；C4植物的C3途徑（葉綠體）。19.CAM植物的有機酸含量白天比夜間（低），而碳水化合物含量則是白天比夜間（高）。20.光呼吸的底物是（乙醇酸），光呼吸中底物的形成和氧化分別在（葉綠體）、（線粒體）和（過氧化物體）三個細胞器中進行。21.根據植物碳同化過程中最初產物所含碳原子的數目以及碳代謝的特點，可將碳同化途徑分為（C3）途徑、（C4）途徑和（CAM）途徑三種類型。22.與C3植物相比C4植物的PEPC的Km較（小），對CO2親和力較（大）。23.核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶簡稱（Rubicso），它既能使RuBP與CO2起（羧化反應），推動C3碳循環，又能使RuBP與O2起（加氧反應）而引起光呼吸。24.C3途徑每同化一個CO2需要消耗（3）個ATP和（2）個NADPH，還原3個CO2可輸出1個（磷酸丙糖）；C4植物每同化1分子CO2，需要消耗（5）分子ATP和（2）分子NADPH。25.C3途徑形成的磷酸丙糖可運出葉綠體，在（細胞質）中合成蔗糖或參與其它反應；形成的磷酸己糖則可在（葉綠體）中轉化成淀粉而被臨時貯藏。26.CAM途徑的特點是：晚上氣孔（開放），在葉肉細胞的（胞質）中由（PEP）固定CO2，形成的蘋果酸貯藏于液泡，使液泡的pH（降低）；白天氣孔（關閉），蘋果酸脫羧，釋放的CO2由（Rubisco）羧化。四、選擇1．將葉綠素提取液放在直射光下，可觀察到（B）。A．反射光是綠光，透射光是紅光B．反射光是紅光，透射光是綠光C．反射光和透射光都是綠光2．早春秧苗葉片有時呈淺綠色，主要原因是（C）。A．光照不足B．肥料不足C．氣溫偏低D．O2不足3．在培養植物的暗室內，安全燈最好選用（B）。A．紅光燈B．綠光燈C．白熾燈4．兩個光系統的重要發現人是（B）。A．HillB．EmersonC．CalvinD．Arnon5．光合作用中釋放的氧來源于（A）。A．H2OB．CO2C．RuBPD．PEP6．發現光合作用中固定CO2的C4途徑的植物生理學家是（A）。A．HatchB．CalvinC．Arnon7．指出下列物質中哪一組合為光合碳循環所必需（C）。A．Chl、CO2、H2OB．CO2、H2O、ATPC．CO2、ATP、NADPH8．光合作用中蔗糖形成的部位是（）。A．葉綠體間質B．葉綠體類囊體C．細胞質9．維持植物正常生長所需要的最低光照強度是（B）。A．等于光補償點B．大于光補償點C．小于光補償點10．增加CO2濃度時植物的光飽和點（A）。A．隨之上升B．降低C．維持原狀11．一般植物光合作用最適溫度是（B）。A．10℃B．25℃—35℃C．40℃五、判斷正誤1.葉綠體色素都吸收藍紫光，而在紅光區域的吸收峰則為葉綠素特有。（√）2.水的光解和氧的釋放是光合作用原初反應的一部分。（×）3.RuBP羧化酶/加氧酶，是一個具雙重催化功能酶，在大氣氧濃度條件下，降低CO2濃度，則促進加氧酶的活性，增加CO2濃度時，則促進羧化酶的活性。（√）4.PEP羧化酶對CO2的親和力和Km值均比RuBP羧化酶高。（×）5.光合作用是一個放氧的過程，不放氧的光合作用是沒有的。（×）6.綠色植物的氣孔都是白天開放，夜間閉合。（×）7.高產植物都是低光呼吸植物，因此低光呼吸植物都是高產植物。（×）8.增加CO2濃度，光飽和點不變。（×）9.黃化剛轉綠的植物，其光合速率和光飽和點比正常綠色植物低。（√）六、問答題1.光合作用的生理意義是什么？答：(1)光合作用把CO2轉化為碳水化合物。(2)光合作用將太陽能轉變為可貯存的化學能。(3)光合作用中釋放氧氣，維持了大氣中CO2和氧氣的平衡。2.用什么簡便方法可以證明光合作用的存在？答：把薄荷枝條和燃燒著的蠟燭放在一個密封的鐘罩內，蠟燭不易熄滅；將小鼠與綠色植物放在同一個鐘罩內，小鼠也不易窒息死亡。3.簡述葉綠體的結構和功能。答：葉綠體具雙層膜，即外膜和內膜，二者合成被膜，是控制內外物質交流的屏障；葉綠體內有類囊體垛疊形成的基粒，懸浮在間質中，在間質里可固定二氧化碳和貯藏淀粉；類囊體上有葉綠體色素，它的作用是完成對光能的吸收、傳遞和光能轉換為電能，以及將電能轉換為化學能。4.簡述光合色素的種類及其作用。答：光合色素有葉綠素a，葉綠素b，胡蘿卜素和葉黃素四種。作用：吸收和傳遞光能，傳遞吸收的光能，將光能吸收后進行轉換成電能。5.說明葉綠素a和葉綠素b吸收光譜的特點。答：兩者在紅光區（640～660nm）和藍紫光區（430～450nm）均有一個吸收高峰，但兩者吸收光譜的范圍，及吸收峰的位置和寬窄不同。6.影響葉綠素生物合成的外部因素有哪些？是如何影響的？答：（1）光是影響葉綠素形成的主要條件。除了680nm以上波長光以外，可見光中各波長的光照都能促進葉綠素的合成。但離體葉綠素在強光下易分解。（2）溫度通過影響酶活性來影響葉綠素的合成。葉綠素合成的最低溫度2℃～4℃，最適溫度30℃，最高溫度40℃。（3）礦質元素也有影響。組成葉綠素的N、Mg不可缺少；Fe、Mn、Cu、Zn等元素起間接作用。（4）葉子缺水不但影響合成，而且促進已合成的葉綠素加速分解，造成葉子變黃。7.說明原初反應的過程及在光合作用中的作用。答：原初反應包括光能的吸收、傳遞與轉換，即光合色素分子捕獲光能，能量在色素分子間傳遞，最終引起一個光化學反應，即由光能引起的氧化還原反應。原初反應是光合作用的起點。8.光反應的兩個系統是通過什么實驗證明的？答：它們是通過希爾反應證明的。希爾反應：將離體葉綠體加入含有適當電子受體的水溶液中，光照后有氧的釋放，這就是水的光解，也稱希爾反應。9.說明光合電子傳遞三種途徑的過程、產物及在光合作用中的意義。答：1.非環式電子傳遞：過程：H2O→PSⅡ→PQ→Cytb6/f→PC→PSⅠ→Fd→FNR→NADP+。產物：O2、NADPH、ATP。2.環式電子傳遞：PSⅠ→Fd→PQ→Cytb6/f→PC→PSⅠ。產物：ATP。3.假環式電子傳遞：HVO→PSⅡ→PQ→Cytb6/f→PC→PSⅠ→Fd→O2。產物：H2O2。意義：分別與不同類型的光合磷酸化偶聯，進而將光合作用的能量儲存在NADPH和ATP中。10.試用化學滲透學說解釋光合磷酸化機理。答：光合磷酸化可分為兩個階段。首先，光能驅動電子傳遞。在該過程中，在類囊體膜內側積累H+形成跨膜的質子梯度；然后，類囊體膜上ATP合成酶利用H+跨膜梯度驅動ATP的合成。11.請簡述C3途徑可分幾個階段？各階段的作用是什么？答：全過程分為羧化、還原、再生3個階段。（1）羧化階段：指進入葉綠體的CO2與受體RuBP結合，并水解產生PGA的反應過程。羧化階段分兩步進行，即羧化和水解。（2）還原階段；指利用同化力將3-磷酸甘油酸還原為甘油醛-3-磷酸的反應過程.有磷酸化和還原兩步反應。(3)再生階段：指由甘油醛-3-磷酸經過一系列的轉變重新形成核酮糖-1,-5-二磷酸的過程。2甘油醛-3-磷酸在一系列酶的作用下，可形成磷酸化的多碳糖，最后再形成核酮糖，構成一次循環。12.簡述C4植物與CAM植物在碳代謝途徑上的異同。答：共同點：都含有卡爾文循環。不同點：①C4途徑和CAM途徑都有一個固定CO2的附加過程，外界CO2先同化為四碳二羧酸，再經脫羧后固定形成碳水化合物。即：C4和CAM植物都有兩次CO2的固定，PEP的羧化起臨時固定和濃縮的作用，只有卡爾文循環才能最終同化CO2。②C4植物CO2的固定和還原在空間上是分開的，分別在葉肉細胞和維管束鞘細胞中進行；而CAM植物CO2的固定和還原則是在時間上隔開的，所有的過程都在同一細胞內進行。③產物形成部位：C3和CAM植物的光合產物在葉肉細胞中形成；C4植物的光合產物在維管束鞘細胞中形成。13.說明C3途徑和C4途徑在CO2同化上的區別。答：C3植物C4植物（1）碳同化途徑C3C3和C4（2）CO2固定場所葉肉細胞葉肉細胞（3）CO2還原場所葉肉細胞維管束鞘細胞（4）CO2原初受體RuBPPEP（5）催化CO2固定的酶及對CO2的親和力Rubisco，低PEP羧化酶，高（6）CO2固定的原初產物PGA（C3）草酰乙酸（C4）（7）同化1CO2需ATP35（8）同化1CO2需光量子15（在1%O2中為12）1414.為什么說光呼吸與光合作用是伴隨發生的？答：光呼吸與光合作用伴隨發生的根本原因主要是由Rubisco的性質決定的，Rubisco是雙功能酶，它既能催化羧化反應，又能催化加氧反應。即CO2和O2競爭Rubisco的同一個活性部位，并互為加氧與羧化反應的抑制劑。因此在O2和CO2共存的大氣中，光呼吸與光合作用同時進行，伴隨發生，既相互抑制又相互促進，如光合放氧可促進加氧反應，而光呼吸釋放的CO2又可作為光合作用的底物。15.光呼吸有何生理功能？答：在干旱和高輻射期間，氣孔關閉，CO2不能進入，會導致光抑制。光呼吸會釋放CO2，消耗多余的能量，對光合器官起到保護的作用，避免產生光抑制。16.為什么C4植物光呼吸低于C3植物？答：：(1)維管束鞘細胞中有高的CO2濃度：C4植物的光呼吸代謝是發生在BSC中，C4途徑的脫羧使BSC中CO2濃度提高，促進了Rubisco的羧化反應，抑制了Rubisco的加氧反應。(2)PEPC對CO2的親和力高：由于C4植物葉肉細胞中的PEPC對CO2的親和力高，即使BSC中有光呼吸的CO2釋放，CO2在未跑出葉片前也會被葉肉細胞中的PEPC再固定。17.為什么在高溫、高光強條件下，C4植物光合效率高于C3植物？答：（1）C4植物存在C3和C4兩條同化途徑，C3途徑在維管束鞘細胞中進行，其作用是還原CO2;C4途徑發生于葉肉細胞和維管束細胞，它的作用是固定CO2，和向維管束鞘細胞輸送CO2，由于C4途徑的作用，維管束鞘細胞的CO2濃度增大，提高了Rubisco的羧化活性，降低加氧活性，抑制光呼吸和提高光合效率。而C3植物只有C3途徑，存在于葉肉細胞，沒有C4途徑的CO2濃縮作用，Rubisco的羧化活性較低，有較強的光呼吸。但由于C4植物的PEP羧化酶對CO2的親和力高于C3植物的Rubisco。在高溫低濕條件下，葉片氣孔變小，細胞中的CO2溶解量降低，C4植物對CO2的固定高于C3植物。（2）C4植物葉肉緊密，而且PEP羧化酶對CO2的親和力高，可以重新固定維管束鞘細胞光呼吸和呼吸釋放的CO2。而C3植物在高溫低濕條件下光呼吸和呼吸增強。（3）高光條件可滿足C4植物對光能的額外需求。18.簡述外界條件對光合作用的影響。答：（1）光：光在幾個方面影響光合作用：（1）光是光合作用的能量來源；（2）光是葉綠素生物合成的必需因子；（3）光調節氣孔開閉；（4）光調節反應中一些光調節酶的活性（Rubisco、PEPC、FBP、SBP酯酶）。光照也不是越強越好，在一定范圍內，光合速率隨光照強度的增加而加快，當光照達到強度時，光合速率達到最大值，以后，光合速率不再隨光照強度的增加而加快，這種現象稱為光飽和現象。光飽和點超高，植物利用強光的能力超強。除了光強影響光合作用，光質也影響光合作用，多數植物在紅光下光合效率最高，藍光次之，綠光最差。（2）溫度：溫度即影響光合作用的光反應，又影響暗反應。在低溫條件下光合速率降低，因為（1）暗反應的酶鈍化；（2）光反應中的NADP還原酶和ATP合成酶鈍化；（3）膜流動性變小，抑制電子傳遞，從而降低光合磷酸化；（4）使氣孔關閉；（5）影響CO2擴散。高溫同樣也抑制光合作用：因為（1）使暗反應的酶變性失活；（2）使光反應中的NADP還原酶和ATP合成酶變性失活；（3）增大膜透性，這一方面破壞質子動力勢的形成，抑制光合磷酸化，另一方面，使光合碳還原循環中的中間產物外滲。降低暗反應速度；（4）溫度升高也增大呼吸和光呼吸，使表觀光合速率降低；（5）蒸騰過快氣孔關閉。（3）CO2：CO2是光合作用的原料，在一定范圍內，光合速率隨CO2濃度升高而增大。光合作用也存在CO2飽和現象。在一定范圍內，O2濃度變化主要影響C3植物的光合作用，對C4植物的光合影響很小。（4）水分：水分是光合作用的原料，又是光合作物的條件。缺水時，光合作用降低：（1）缺水時，氣孔關閉，減少CO2的供應；（2）缺水時促進淀粉分解，抑制光合產物的外運，發生反饋抑制。（3）嚴重缺水時，會導致光合結構的破壞。（5）礦質元素：礦質元素在多方面參與光合作用，缺乏時光合作用降低。19.目前作物光能利用率低的原因及提高光能利用率的途徑是什么？答：原因：（1）漏光損失。在作物生長初期，植株小葉面積小，日光大部分直射地面而損失；（2）飽和和浪費。夏季太陽有效輻射可達1800～2000umd·m-2·s-1，但大多數植物的光飽和點達不到這個水平，大約有50%～70%的太陽輻射能被浪費掉。（3）環境脅迫，如缺水缺肥，高溫低溫，鹽堿脅迫，病蟲害等。提高途徑：（1）減少漏光損失，如合理密植、間混套作、促進苗期早發、促進葉面積發展、及早封壟等。（2）加強田間管理，如合理施肥、合理灌溉、防治病蟲害等。（3）提高植物的光能轉化效率。20.說明光合作用和呼吸作用的區別及聯系。答：（1）光合作用和呼吸作用是剛好相反的兩個過程，兩者的區別如下：光合作用：①在植物的葉綠體內進行；②在光照下才能進行；③吸收二氧化碳，放出氧氣；④制造有機物，貯藏能量。呼吸作用：①植物成活部分都能進行；②有光無光都能進行；③吸收氧氣，放出二氧化碳；④分解有機物，釋放能量。（2）光合作用與呼吸作用的聯系：光合作用為呼吸作用提供物質（有機物和氧氣），呼吸作用為光合作用提供原料，兩者相互依存和對立。21.假定中國長江流域年總輻射量為5.0×106kJ?m-2，一年二熟，水稻產量每100m2為75kg，小麥產量每100m2為60kg。經濟系數水稻為0.5，小麥為0.4，含水量稻谷13%，小麥籽粒為12%，干物質含能量均按1.7×10４kJ?kg-1計算，試求該地區的光能利用率。答：光能利用率＝(光合產物中積累的能量/輻射總量)×100%光合產物中積累的能量＝[75kg·100m-2÷0.5×(1-13%)＋60kg·100m-2÷0.4×(1-12%)]×1.7×10４kJ·kg-1＝4.4625×10４kJ·m2光能利用率＝(4.4625×104kJ·m-2/5.0×106kJ·m-2)×100%＝0.89%第五章植物同化物的運輸與分配一、名詞解釋l．代謝源：指能夠制造并輸出同化物的組織、器官或部位。2．代謝庫：指消耗或貯藏同化物的組織、器官或部位。3．比集運轉率：指單位時間篩管面積上通過的干物質的量。4．源強：源器官同化物形成和輸出的能力。5．庫強：庫器官接納和轉化同化物的能力，即競爭能力的大小，稱為庫強。二、填空l．韌皮部裝載存在（共質體）和（質外體）二條途徑。2．長距離運輸是指通過（維管系統）的運輸