植物生理学

绪论植物生理学（plantphysiology）：研究植物生命活动规律及其与环境相互关系、揭示植物生命现象本质的科学。研究内容：细胞生理、代谢生理、生长发育生理、信息生理、逆境生理、分子生理。植物生理学的诞生与成长：3个历史阶段，植物生理学的孕育阶段、植物生理学的诞生与成长阶段、植物生理学发展阶段。植物生理学的研究趋势：第一，与其他学科交叉渗透，微观与宏观相结合，向纵深领域拓展；第二，对植物信号传递和信号转导的深入研究，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；第三，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重点；第四，植物生理学与农业科学技术的关系更加密切。植物生理学的任务：①作物高产优质生理理论与技术；②现代设施农业中的理论与技术；③作物遗传改良中植物生理学的应用。第一章细胞生理名词解释：1.流动镶嵌模型（fluidmosaicmodel）：膜的骨架是由膜脂双分子层构成，疏水性尾部向内，亲水性头部向外，通常呈液晶态。膜蛋白不是均匀地分布在膜脂的两侧，有些蛋白质位于膜的表面，与膜脂亲水性的头部相连接；有些蛋白质则镶嵌在磷脂分子之间，甚至穿透膜的内外表面，以其外露的疏水基团与膜脂疏水性的尾部相结合，漂浮在膜脂之中，具有动态性质。两个基本特点：不对称性、流动性。2.共质体：植物体活细胞的原生质体通过胞间连丝形成了连续的整体。质外体：质膜以外的胞间层、细胞壁及细胞间隙，彼此形成了连续的整体。简答题：1.真核细胞与原核细胞的主要区别是什么？原核细胞和真核细胞在细胞结构组成、代谢和遗传方面都有显著差别。原核细胞一般体积很小，没有典型的细胞核，只有一个无核膜的环状DNA分子构成的类核；除了核糖体、光合片层外，无其他细胞器存在；有蛋白质丝构成的原始类细胞骨架结构；细胞分裂方式为无丝分裂。原核细胞的基因表达的调控比较简单，转录与翻译同时同时进行。真核细胞体积较大，有核膜包裹的典型细胞核，有各种结构与功能不同的细胞器分化，有复杂的内膜系统和细胞骨架系统存在，细胞分裂方式为有丝分裂和减数分裂。真核细胞基因表达程序具有严格的时空关系，核内转录，细胞质内翻译，有严格的阶段性与区域性；其遗传物质中包含各种特殊的基因结构，对基因表达具有复杂而多层次性的调控。2.“细胞壁是细胞中非生命组成部分”是否正确？为什么？不正确；因为其组成成分中主要是纤维素、半纤维素、果胶物质等多糖，还包含伸展蛋白、过氧化物酶、植物凝集素等多种具有生理活性的蛋白质，参与植物细胞的各项生命活动过程，对植物生活有重要意义。。3.植物细胞壁的主要生理功能有哪些？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识别作用；⑥参与物质运输。4.最流行的细胞镶膜结构假说“流动镶嵌模型”基本要点是什么？如何评价？基本要点：膜的不对称性和膜的流动性。膜的不对称性：磷脂双分子层的磷脂分子是不对称的，且数量是不相等的。膜蛋白的种类和数量在膜两侧的分布有很大差别。膜糖只分布于膜脂的外半层。流动性：膜中的磷脂层可做旋转运动、侧向运动、翻转运动等。膜蛋白只做侧向扩散和旋转扩散。膜上的受体蛋白、免疫球蛋白等只能在一定区域做相互扩散运动。膜甾醇可以插入磷脂单分子层中，可沿分子长轴摆动和做旋转运动，对膜脂流动性有一定的调控作用。评价：这一模型强调了膜结构的流动性和不对称性，对细胞的结构和功能做出了较为科学的解释，被广泛接受，也得到许多实验的支持。流动镶嵌模型在某些方面还不够完善，如忽略了无机离子和水所起的作用，忽视了蛋白质分子对膜脂分子流动性的控制作用，忽略了膜的各个部分流动性的不均匀性等等。第二章代谢生理名词解释：1.自由水：不被胶体颗粒或渗透物质亲水基团所吸引或吸引力很小，可以自由移动的水分。2.束缚水：凡是被植物细胞的胶体颗粒或渗透物质亲水基团所吸引，且紧紧被束缚在其周围、不能自由移动的水分。3.渗透作用（osmosis）：水分从水势高的系统通过选择透性膜向水势低的系统移动现象。4.吸胀作用（imbibition）：干燥种子具有非常低的衬质势，对水分子的吸引力很强，吸收水分子的作用。5.水势：偏摩尔体积的水在一个系统中的化学势与纯水在相同温度、压力下的化学势之间的差。6.衬质势：处于分生区的细胞和风干种子细胞，其中心液泡尚未形成，其水势组分即~。7.水孔蛋白(aquaporin)：一类具有专一选择性、高效转运水分的跨膜内在蛋白或通道蛋白的总称。8.蒸腾作用(transpiration)：指植物体内的水分以气态方式从植物体的表面向外界散失的过程。9.根压：靠根系的生理活动，使液流由根部上升的压力。10.小孔扩散率：气体通过多孔表面的扩散速率不与小孔面积成正比，而与小孔的周长成正比的规律。11.水分临界期：作物对水分不足最敏感、最易受害的时期。简答题1.植物细胞和土壤溶液水势的组成有何异同点？共同点：土壤溶液和植物细胞水势的组分均由溶质势、衬质势和压力势组成。不同点：①土壤中构成溶质势的成分主要是无机离子，而细胞中构成溶质势的成分除无机离子外，还有有机溶质；②土壤衬质势主要是由土壤胶体对水分的吸附所引起的，而细胞衬质势则主要是由细胞中蛋白质、淀粉、纤维素等亲水胶体物质对水分的吸附而引起的；③土壤溶液是个开放体系，土壤的压力势易受外界压力的影响，而细胞是个封闭体系，细胞的压力势主要受细胞壁结构和松弛情况的影响。2.一个细胞放在纯水中其水势及体积如何变化？如果把细胞放到纯水中，细胞吸水，体积增大，Ψp随之增高。随着细胞含水量的增加，细胞液浓度降低，Ψs增高，Ψw也随着升高，细胞吸水能力下降。当细胞吸水达到紧张状态，细胞体积最大，Ψw=0,Ψp=-Ψs。3.植物体内水分存在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有两种：自由水和束缚水。自由水/束缚水比值较高时，植物代谢活跃，生长较快，抗逆性较差；反之，代谢活性低、生长缓慢，但抗逆性较强。4.质壁分离与复原在植物生理学上有何意义？①判断细胞是否存活；②测定细胞的渗透势；③观察物质透过原生质层的难易程度；④说明原生质层是半透膜。5.试述气孔运动的机制及其影响因素？运动机制：淀粉与糖转化学说、K+累积学说、苹果酸代谢学说、玉米黄素假说。影响因素：CO2、光、温度、水分、风。6.试述水分进出植物体的途径及动力。质外体途径，跨膜途径，共质体途径。上端原动力-蒸腾拉力；下端原动力-根压；中间原动力-水分子间的内聚力及导管壁附着力。第三章植物的矿质元素名词解释：1.矿质营养（mineralnutrition）：植物对矿质元素的吸收、转运和利用。2.植物必需元素：对植物生长发育必不可少的元素。3.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的。电势梯度和化学势梯度合称为电化学势梯度。4.协助扩散（易化扩散）：小分子物质借助于膜传递蛋白顺化学势梯度的跨膜转运过程。5.被动吸收：指细胞对矿质元素的吸收不需要代谢能量直接参与，离子顺着电化学势梯度转移的过程。6.主动运输：指植物细胞利用代谢能量逆电化学势梯度吸收矿物质的过程。7.离子通道：由多肽链的若干疏水区段在膜内脂质双分子层中形成的跨膜孔道结构。8.质子泵：用来转运H+的ATP酶。9.共向转运（次级主动运输）：由H+-ATP酶所建立的跨膜电化学势梯度（质子动力）驱动其他无机离子或小分子有机物的跨膜运输过程。10.单盐毒害：将植物培养在单一溶液中，不久植株就会呈现不正常状态，最终死亡的现象。11.离子对抗：在单盐溶液中若加入少量含其他金属离子的盐类，单盐毒害现象就会减弱或消除，离子间的这种作用。12.平衡溶液：植物只有在含有适当比例的、按一定浓度配成的多盐溶液中才能正常生长发育，这种溶液。13.诱导酶：指植物在缺乏诱导条件时不含有某种酶，在特定诱导物的诱导下，可以产生这种酶，所产生的酶。简答题：1.如何确定植物必需的矿质元素？植物必需的矿质元素有哪些生理作用？植物必需元素的三个标准：不可缺少性、不可替代性、直接功能性。根据以上标准，采用溶液培养法，现已确定17种元素是植物的必需元素。生理作用：①是细胞结构物质的组成成分，如N、P、K等；②作为酶、辅酶的成分或激活剂等，参与调节酶的活性，如Fe2+、K+、Mn2+等；③起电化学作用，参与渗透调节、胶体的稳定和电荷的中和及能量转换过程中的电子载体等，如K+、Cl+、Fe2+等；④作为重要的细胞信号转导信使，如Ca2+、NO等。2.试述矿质元素在光合作用中的生理作用。矿质营养在光合作用中的功能极为广泛，归纳起来有以下方面：①叶绿体结构的组成成分，如N、P、S、Mg是叶绿体结构中构成叶绿素、蛋白质以及片层膜不可缺少的元素；②电子传递体的重要成分，如Fe会影响光合电子传递③磷酸基团在光、暗反应中具有突出地位；④光合作用所必需的辅酶或调节因子，如Rubisco、FBPase的活化酶需要Mg2+；放氧复合体不可缺少Mn2+和Cl-；而K+和Ca2+调节气孔开闭；另外，Fe3+影响叶绿素的合成；K+促进光合产物的转化与运输等。3.试比较被动吸收、简单扩散和协助扩散有何异同？相同点：对矿质元素的吸收不需要代谢能量直接参与，物质从其电化学势较高的区域向其较低的区域扩散。不同点：被动运输包括简单扩散和协助扩散。4.H+-ATP酶是如何与主动转运相关的？还有哪些生理作用？H+-ATP酶的主要功能是水解ATP，同时将细胞中的H+泵至细胞外，使细胞外侧的H+浓度增加，形成跨膜H+电化学势梯度，二者合称为质子动力。H+-ATP直接利用ATP逆着电化学势梯度转运H+的过程，是一个主动运输的过程。并且由H+-ATP酶所建立的跨膜电化学势梯度驱动其他无机离子或小分子的跨膜转运过程。H+-ATP酶对植物的许多生命活动起着重要的调控作用，例如，细胞内环境的PH稳定、细胞的伸长生长、气孔运动、种子萌发等。5.为什么植物缺钙、铁等元素时，缺素症最先表现在幼叶上？主要是看所缺元素在植物内移动性的大小。缺氮磷镁钾表现在老叶上，缺钙硼锌铜表现在新叶上，这是因为钙、铁等元素移动性差，当缺乏钙铁时，这些所缺元素又难以从老叶中转移出来进入幼叶供幼叶生长，所以幼叶先表现缺素症状了。6.植物的氮素同化包括哪几个方面？硝酸盐的代谢还原、氨的同化、生物固氮。第四章植物的光合作用名词解释1.光合作用（photosynthesis）：绿色植物大规模地利用太阳能把二氧化碳和水合成富能的有机物，并释放出氧气的过程。类型区别简单扩散协助扩散内容单纯扩散通道扩散载体运输所运输的物质不带电荷的溶质离子分子和离子决定因素细胞内外浓度梯度离子的带电情况及水合程度细胞内溶质浓度和载体数量所需结构脂质双分子层通道蛋白载体蛋白是否具有选择透过性否是是特点脂溶性较好的非极性溶质能较快地通过膜通道蛋白具有离子选择性和门控作用动力学符合米氏方程，载体运输具有饱和效应2.光和色素（photosyntheticpigments）：在光和作用过程中吸收光能的色素。3.反应中心色素（reactioncenterpigments）：少数状态的叶绿素a分子，其既能捕获光能，又能将光能转换为电能。4.天线色素（antennapigments）：主要作用是吸收光能，并把吸收的光能传递到反应中心色素的一类色素分子，包括绝大部分叶绿素a和全部的叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素等。5.光反应：该阶段受光驱动，将光能变成同化力并产生氧气，该反应在类囊体上进行。6.碳同化（反应）：该阶段在叶绿体基质中进行，在一系列酶的催化下，利用光反应产生的同化力固定CO2，形成糖。7.希尔反应（Hillreaction）：绿色植物的离体叶绿体在光下分解水，放出氧气，同时还原电子受体的反应。8.同化力（assimilatorypower）：由于ATP和NADPH在碳同化过程中用于CO2的同化，故合称为~。9.量子效率（量子产额）：即每吸收一个光子后释放出的氧分子数。10.红降：用波长大于685nm的远红光照射绿藻时，