现代植物生理学重点课后题答案

1第一章植物细胞的亚显微结构和功能一、名词解释流动镶嵌模型与单位膜模型一样，膜脂也呈双分子排列，疏水性尾部向内，亲水性头部朝外。但是，膜蛋白并非均匀地排列在膜脂两侧，而是有的在外边与膜脂外表面相连，称为外在蛋白，有的嵌入膜脂之间甚至穿过膜的内外表面，称为内在蛋白。由于膜脂和膜蛋白分布的不对称，致使膜的结构不对称。膜具有流动性，故称之为流动镶嵌模型。共质体也叫内部空间，是指相邻活细胞的细胞质借助胞间连丝联成的整体。质外体又叫外部空间或自由空间，是指由原生质体以外的非生命部分组成的体系，主要包括胞间层、细胞壁、细胞间隙和导管等部分。二简答题1.原核细胞和真核细胞的主要区别是什么？原核细胞低等生物（细菌、蓝藻）所特有的，无明显的细胞核，无核膜，由几条DNA构成拟核体，缺少细胞器，只有核糖体，细胞进行二分体分裂，细胞体积小，直径为1~10μm。真核细胞具有明显的细胞核，有两层核膜，有各种细胞器，细胞进行有丝分裂，细胞体积较大，直径10～100μm。高等动、植物细胞属真核细胞。2、流动镶嵌模型的基本要点，如何评价。膜的流动镶嵌模型有两个基本特征：（1）膜的不对称性。这主要表现在膜脂和膜蛋白分布的不对称性。①膜脂在膜脂的双分子层中外半层以磷脂酰胆碱为主，而内半层则以磷脂酰丝氨酸和磷脂酰乙醇胺为主；同时不饱和脂肪酸主要存在于外半层。②膜蛋白膜脂内外两半层所含的内在蛋白与膜两侧的外在蛋白其种类及数量不同，膜蛋白分布不对称性是膜功能具有方向性的物质基础。③膜糖糖蛋白与糖脂只存在于膜的外半层，而且糖基暴露于膜外，呈现出分布上的绝对不对称性。（2）膜的流动性①膜蛋白可以在膜脂中自由侧向移动。②膜脂膜内磷脂的凝固点较低，通常呈液态，因此具有流动性，且比蛋白质移动速度大得多。膜脂流动性大小决定于脂肪酸不饱和程度，不饱和程度愈高，流动性愈强。23、细胞壁的主要生理功能（1）稳定细胞形态和保护作用（2）控制细胞生长扩大（3）参与胞内外信息的传递（4）防御功能（5）识别功能（6）参与物质运输4、“细胞壁是细胞中非生命组成部分”是否正确？为什么？不是。除了含有大量的多糖之外，也含有多种具有生理活动的蛋白质，参与多种生命活动过程，对植物生存有重要意义。第二章植物的水分生理一、名词解释自由水指未与细胞组分相结合能自由活动的水。束缚水亦称结合水，指与细胞组分紧密结合而不能自由活动的水。渗透作用水分通过半透膜从水势高的区域向水势低的区域运转的作用。吸胀作用细胞质及细胞壁组成成分中亲水性物质吸水膨胀的作用。水势每偏摩尔体积水的化学势差。用Ψw表示，单位MPa。Ψw＝(μw-μwo)/Vw，m，即水势为体系中水的化学势与处于等温、等压条件下纯水的化学势之差，再除以水的偏摩尔体积的商。用两地间的水势差可判别它们间水流的方向和限度，即水分总是从水势高处流向水势低处，直到两处水势差为O为止。渗透势亦称溶质势，是由于溶液中溶质颗粒的存在而引起的水势降低值。用Ψs表示,一般为负值。蒸腾作用水分从植物地上部分表面以水蒸汽的形式向外界散失的过程。根压由于根系的生理活动而使液流从根部上升的压力。水分临界期植物对水分不足特别敏感的时期。如花粉母细胞四分体形成期。水孔蛋白一类具有专一选择性、高效运转水分的跨膜内在蛋白或通道蛋白的总称，又称水通道蛋白。小孔律气体通过多孔表面的扩散速率不与小孔面积成正比，而与小孔周长成正比的规律。二、简答题31、一个细胞放在纯水中其水势及体积如何变化？水势变大，体积变大。纯水的水势高于细胞，水从高水势向低水势渗透。细胞体积吸水体积变大，水势变大。2、植物体内水分存在的形式与植物代谢强弱、抗逆性有何关系？植物体内水分的存在状态与代谢关系极为密切，并且与抗性有关。一般说来，束缚水不参与植物的代谢反应，若植物某些组织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，仅以极低微的代谢强度维持生命活动，但其抗性却明显增强，能渡过不良的环境条件。而自由水直接参与植物体内的各种代谢反应，含量多少还影响着代谢强度，含量越高，代谢越旺盛。因此，常以自由水/束缚水的比率作为衡量植物代谢强弱的指标之一。3、试述气孔运动的机制及其影响因素？机制假说（1）淀粉与糖转化学说在光下，光合作用消耗了二氧化碳，于是保卫细胞细胞质的pH增高到7以上，淀粉磷酸化酶催化淀粉水解为糖，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。在黑暗中，保卫细胞光合作用停止，而呼吸作用扔进行，二氧化碳积累，pH下降到5左右，淀粉磷酸化酶催化G-1-P转化成淀粉，溶质颗粒数目减少，细胞溶质势升高，水势亦增大，细胞失水，膨压丧失，气孔关闭。（2）无机离子泵学说又称K+泵假说。在光下，K+由表皮细胞和副卫细胞进入保卫细胞，保卫细胞中K+浓度显著增加，溶质势降低，引起水分进入保卫细胞，气孔就张开；暗中，K+由保卫细胞进入副卫细胞和表皮细胞，使保卫细胞水势升高而失水，造成气孔关闭。这是因为保卫细胞质膜上存在着H+-ATP酶，它被光激活后能水解保卫细胞中由氧化磷酸化或光合磷酸化生成的ATP，并将H+从保卫细胞分泌到周围细胞中，使得保卫细胞的pH升高，质膜内侧的电势变低，周围细胞的pH降低，质膜外侧电势升高，膜内外的质子动力势驱动K+从周围细胞经过位于保卫细胞质膜上的内向K+通道进入保卫细胞，引发气孔开张。（3）苹果酸代谢学说在光下，保卫细胞内的部分CO2被利用时，pH上升至8.0～8.5，从而活化了PEP羧化酶，PEP羧化酶可催化由淀粉降解产生的PEP与HCO3-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2H+和苹果酸根，在H+/K+泵的驱使下，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，苹果酸的存在还可降低水势，促使保卫细胞吸水，气孔张开。当叶片由光下转入暗处时，该过程逆转。（4）玉米黄素假说玉米黄素是叶绿体中叶黄素循环的三大组分之一，叶黄素循环在保卫细胞中起着信号转导的作用。气孔对蓝光反应的强度取决于保卫细胞中玉米黄素的含量和照射蓝光的总量，而玉米黄素的含量则取决于类胡萝卜素库的大小和叶黄素循环的调节。气孔对蓝光反应的信号转导是从玉米黄素被蓝光激发开始的，蓝光激发的最可能的光化学反应是玉米黄素的异构化，引起其脱辅基蛋白发生构象改变，以后可能是通过活化叶绿体膜上的Ca2+-ATPase,4将胞基质中的钙泵进叶绿体，胞基质中钙浓度降低，又激活质膜上的H+-ATPase，不断泵出质子，形成跨膜电化学势梯度，推动钾离子的吸收，同时刺激淀粉的水解和苹果酸的合成，是保卫细胞的水势降低，气孔张开。影响因素：气孔蒸腾显著受光、温度和CO2等因素的调节。（1）光光是气孔运动的主要调节因素。光促进气孔开启的效应有两种，一种是通过光合作用发生的间接效应；另一种是通过光受体感受光信号而发生的直接效应。光对蒸腾作用的影响首先是引起气孔的开放，减少内部阻力，从而增强蒸腾作用；其次，光可以提高大气与叶片温度，增加叶内外蒸气压差，加快蒸腾速率。（2）温度气孔运动是与酶促反应有关的生理过程，因而温度对蒸腾速率影响很大。当大气温度升高时，叶温比气温高出2～10℃，因而，气孔下腔蒸气压的增加大于空气蒸气压的增加，这样叶内外蒸气压差加大，蒸腾加强。当气温过高时，叶片过度失水，气孔就会关闭，从而使蒸腾减弱。（3）CO2对气孔运动影响很大，低浓度CO2促进气孔张开，高浓度CO2能使气孔迅速关闭（无论光下或暗中都是如此）。在高浓度CO2下，气孔关闭可能的原因是：①高浓度CO2会使质膜透性增加，导致K+泄漏，消除质膜内外的溶质势梯度。②CO2使细胞内酸化，影响跨膜质子浓度差的建立。因此，CO2浓度高时，会抑制气孔蒸腾。（4）水分当叶水势下降时，气孔开度减小或关闭。缺水对气孔开度的影响尤为显著，它的效应是直接的，即由于保卫细胞失水所致。（5）风高速风流可使气孔关闭。这是因为高速气流下蒸腾加快，保卫细胞失水过多所致，微风促进蒸腾作用。4、试述水分进出植物体的途径及动力。植物细胞吸水主要有两种类型：一是渗透性吸水，指具中心液泡的成熟细胞，依靠渗透作用，沿着水势梯度进行的吸水过程。渗透吸水又分为主动吸水和被动吸水。主动吸水被动吸水的动力是蒸腾拉力，主动吸水的动力是根压。二是吸胀吸水，指未成形液泡的细胞，依靠吸胀作用，沿着水势梯度进行的吸水过程。吸胀吸水的动力是吸胀力。植物体散失水分主要是蒸腾作用。蒸腾作用分为一整体蒸腾，幼小植物体表面都能蒸腾。二是皮孔蒸腾，长大的植物茎枝上皮孔的蒸腾。三是叶片蒸腾，蒸腾作用的主要部位。叶片蒸腾又分为通过角质膜的蒸腾成为角质膜蒸腾。通过气孔的蒸腾成为气孔蒸腾。5、质壁分离及复原在植物生理学上有何意义？质壁分离及质壁分离复原现象解释或判断如下几个问题:51)判断细胞是否存活;2)测定细胞的渗透势(发生初始质壁分离时测定);3)观察物质透过原生质层的难易度(质壁分离现象).第三章植物的矿质营养一、名词解释矿质营养是指植物对矿质元素的吸收、运转与同化的过程。必需元素是指在植物生活中作为必需成分或必需的调节物质而不可缺少的元素。电化学势梯度不带电荷的溶质的转移取决于溶质在细胞膜两侧的浓度梯度，而浓度梯度决定着溶质的化学势；带电荷的溶质跨膜转移则是由膜两侧的电势梯度和化学势梯度共同决定。电势梯度与化学势梯度合称为电化学势梯度。促进扩散又称易化扩散、协助扩散，或帮助扩散。是指非脂溶性物质或亲水性物质,如氨基酸、糖和金属离子等借助细胞膜上的膜蛋白的帮助顺浓度梯度或顺电化学浓度梯度,不消耗ATP进入膜内的一种运输方式。矿质元素的被动吸收亦称非代谢吸收。是指通过不需要代谢能量的扩散作用或其它物理过程而吸收矿质元素的方式。矿质元素的主动吸收亦称代谢性吸收。是指细胞利用呼吸释放的能量作功而逆着电化学势梯度吸收矿质元素的方式。离子通道是指由贯穿质膜的由多亚基组成的蛋白质，通过构象变化而形成的调控离子跨膜运转的门系统，通过门的开闭控制离子运转的种类和速度。质子泵能逆浓度梯度转运氢离子通过膜的膜整合糖蛋白。质子泵的驱动依赖于ATP水解释放的能量，质子泵在泵出氢离子时造成膜两侧的pH梯度和电位梯度。单盐毒害植物被培养在某种单一的盐溶液中，即使是植物必需的营养元素，不久即呈现不正常状态，最后死亡，这种现象称单盐毒害。离子对抗在单盐溶液中加入少量其它盐类，再用其培养植物时，就可以消除单盐毒害现象，离子间这种相互消除毒害的现象称为离子拮抗。平衡溶液在含有适当比例的多种盐溶液中，各种离子的毒害作用被消除，用以培养植物可以正常生长发育，这种溶液称为平衡溶液。6诱导酶亦称适应酶，是指植物体内本来不含有，但在特定外来物质的诱导下可以生成的酶。如水稻幼苗本来无硝酸还原酶，如果将其培养在硝酸盐溶液中，体内即可生成此酶。共向转运载体与质膜外侧的H+结合的同时，又与另一分子或离子结合，同一方向运输。二、简答题1、如何确定植物必须的矿质元素？植物必须的矿质元素有哪些作用？可根据以下三条标准来判断：第一如无该元素，则植物生长发育不正常，不能完成生活史；第二植物缺少该元素时，呈现出特有的病症，只有加入该元素后才能逐渐转向正常；第三该元素对植物的营养功能是直接的，绝对不是由于改善土壤或培养基的物理、化学和微生物条件所产生的间接效应。作用：（1）作为细胞结构物质的组分。如碳、氢、氧、氮、磷、硫等组成糖类、脂类、蛋白质和核酸等有机物的组分，参与细胞壁、膜系统，细胞质等结构组成。（2）作为植物生命活动的调节者。可作为酶组分或酶的激活剂参与酶的活动，还可作为内源生理活性物质（如激素类生长调节物质）的组分，调控植物的发育过程。（3）参与植物体内的醇基酯化。例如磷与硼分别形成磷酸酯与硼酸酯，磷酸酯对代谢物质的活化及能量的转换起着重要作用。而硼酸酯有利于物质运输。（4）起电化学作用。如钾、镁、钙等元素能维持离子浓度的平衡，原生质胶体的稳定及电荷中和等。2、试述矿质元素在光合作用中的生理作用。N：叶绿素、细胞色素、酶类和膜结构等组成成分。P：NADP为含磷的辅