中科院848植物生理学复习资料

第一章植物细胞的结构与功能1、细胞膜成分：由蛋白质、脂类、糖、水和无机离子组成。○1膜脂主要是复合脂类，包括磷脂、糖脂、硫脂和固醇。○2膜蛋白分为两类：外在蛋白（水溶性）和内在蛋白（疏水性）。○3膜糖，细胞膜中的糖类大部分与膜蛋白共价结合，少部分与膜脂结合，分别形成糖蛋白和糖脂。○4水，植物细胞膜中的水大部分是呈液晶态的结合水○5金属离子在蛋白质与脂类中可能起盐桥的作用2、细胞膜的功能：○1分室作用：细胞的膜系统不仅把细胞与外界环境隔开，而且把细胞内的空间分割，使细胞内部区域化，即形成各种细胞器，从而使细胞的代谢活动“按室进行”○2代谢反应的场所：细胞内的许多生理生化过程在膜上有序进行○3物质交换：质膜的另一个重要特性是对物质的透过具有选择性，控制膜内外进行物质交换○4识别功能：质膜上的多糖链分布于其外表面，似“触角“一样能够识别外界物质，并可接收外界的某种刺激或信号，使细胞做出相应的反应3、细胞壁组成：是由胞间层初生壁以及次生壁组成。植物细胞壁的成分中，90%左右是多糖，10%左右是蛋白质、酶类以及脂肪酸等。多糖主要是纤维素、半纤维素和果胶类，次生细胞壁中还有大量木质素。4、细胞壁的功能：○1维持细胞形状，控制细胞生长○2物质运输与信息传递○3防御与抗性○4代谢与识别功能第二章植物的水分生理1、束缚水：在细胞中被蛋白质等亲水性生物分子组成的胶体颗粒或渗透物质所吸附不能自由移动的水。2、自由水：是指不被胶体颗粒或渗透物质所吸附或吸附力很小而能自由移动的水。3、水势：就是每偏摩尔体积水的化学势。单位为N·m-2Ψw=Ψs+Ψp+Ψm+Ψg（Ψw--水势；Ψs--细胞液渗透势；Ψp--细胞壁对内容物产生的压力势；Ψm—亲水胶体对水分子的吸附产生的衬质势；Ψg--重力势）4、主动吸水的动力是根压，被动吸水的动力是蒸腾拉力。但无论哪种方式，吸水的基本动力仍然是细胞的渗透作用。5、影响根系吸水的因素：1）根系自身因素：根系的有效性决定于根系的范围和总表面积以及表面的透性，而透性又随根龄和发育阶段而变化2）土壤因素：○1土壤水分状况：当土壤含水量下降时，土壤溶液水势亦下降，土壤溶液与根部之间的水势差减少，根部吸水减慢，引起植物体内含水量下降○2土壤通气状况：在通气良好的土壤中，根系吸水能力强；土壤透气状况差，吸水受抑制（土壤通气不良造成根系吸水困难的原因：1根系环境内O2缺乏，CO2积累，呼吸作用受到抑制，影响根系主动吸水2长时期缺氧下根进行无氧呼吸，产生并积累较多的乙醇，根系中毒受害，吸水更少3土壤处于还原状态，加之土壤微生物的活动，产生一些有毒物质，这对根系生长和吸收都是不利的）○3土壤温度：土壤温度不但影响根系的生理生化活性，也影响土壤水的移动性。因此，在一定的温度范围内，随土温提高，根系吸水加快；反之，则减弱（低温影响根系吸水的原因：1原生质黏性增大，对水的阻力增大，水不易透过生活组织，植物吸水减弱2水分子运动减慢，渗透作用降低3根系生长受抑，吸收面积减少4根系呼吸速率降低，离子吸收减弱，影响根系吸水高温加速根的老化过程，使根的木质化部位几乎到达根尖端，根吸收面积减少，吸收速率也减少）○4土壤溶液浓度：土壤溶液浓度过高，其水势降低。若土壤溶液水势低于根系水势，植物不能吸水，反而要丧失水分6、蒸腾速率：指植物在一定时间内，单位叶面积上散失的水量，常用g·dm-2·h-1表示蒸腾比率：指植物在一定时间内干物质的积累量与同期所消耗的水量之比蒸腾系数：指植物制造1g干物质所消耗的水量（g）第三章植物的矿质营养1、植物必须元素的3条标准：○1缺乏该元素，植物生长发育受阻，不能完成其生活史○2缺乏该元素，植物表现出专一的病症，这种却素病症可以加入该土壤元素的方法预防或恢复正常○3该元素在植物营养生理上能表现直接的效果，而不是由于土壤的物理、化学、微生物条件的改善而产生的间接效应。2、植物细胞吸收矿质元素的方式：被动吸收、主动吸收和胞饮作用3、通道蛋白：简称通道或离子通道，它是细胞膜中一类由内在蛋白构成的孔道，横跨膜两侧，是离子顺着电化学势梯度被动单方向跨膜运输的通道。4、载体蛋白：又称载体、透过酶或运输酶，它是一类跨膜运输物质的内部蛋白，在跨膜区域不形成明显的孔道结构。5、根系吸收矿质元素的特点：○1根系对矿质元素吸收和水分吸收的相互关系：根系对矿质元素和水分的吸收并不是同步进行的，二者的吸收是相互独立的○2根系对矿质元素吸收的选择性：由于根系吸收矿质元素要通过载体，而不同离子的载体数量和活性不同，这就使根系吸收矿质元素具有选择吸收的特点○3单盐毒害与离子颉颃：将植物培养在单一盐溶液中，不久便会呈现不正常状态，最后整株死亡，这中现象称为单盐毒害。在单盐溶液中若加入少量其他盐类，单盐毒害现象就能减弱或消除，离子间能够互相消除毒害的现象，叫离子颉颃。6、影响根系吸收矿质元素的土壤因素：○1土壤温度：在一定的范围内，根吸收矿质元素的速率随土壤温度的升高而加快。土温过高或过低，根系吸收矿质元素的速率均下降○2土壤通气状况：通气良好，一方面提高土壤O2分压，另一方面降低土壤CO2分压，十分有利于根的呼吸，促进根对矿质元素的吸收○3土壤PH：土壤对矿质元素的吸收有直接和间接两种影响第四章植物的呼吸作用1、呼吸作用的生理意义：○1提供生命活动可利用的能量○2提供其他有机物合成原料3提供还原力○4提高抗病免疫能力2、糖酵解(EMP)：是指淀粉、葡萄糖或果糖在细胞质内，在一系列酶参与下转变为丙酮酸的过程。作用：1在淀粉、葡萄糖、果糖等转变为丙酮酸的过程中产生一些中间产物，通过它们可与其他物质建立代谢关系2糖酵解的底物水平磷酸化生成看少量ATP，同时，生成了还原力NADH,NADH可在线粒体中被氧化生成ATP。3、三羧酸循环(TCA)：是指在有氧条件下，糖酵解途径的最终产物丙酮酸进入线粒体，经过一个包括二羧酸和三羧酸的循环而完全氧化，形成CO2与H2O的过程。作用：1生存ATP、NADH和FADH2,NADH和FADH2通过氧化磷酸化作用生成大量的ATP，为植物生命活动提供足够的能量2是植物体内糖、脂肪、蛋白质和核酸及其他物质的共同代谢过程，这些物质降解为丙酮酸、乙酰-CoA都可以通过三羧酸循环彻底氧化分解；三羧酸循环产生许多中间产物又可以合成许多重要物质。4、戊糖磷酸途径（PPP）：是指葡萄糖在细胞质内进行进行的直接氧化降解的酶促反应过程作用：1为物质的合成提供还原剂（每氧化1mol的葡萄糖-6-磷酸可产生12mol的NADPH+H+,它可参与脂肪酸和固醇的生物合成）2为物质合成提供原料（该途径的中间产物3C、4C、5C、6C和7C糖的碳骨架是细胞内不同的结构糖分子的来源，其中核糖是合成核酸及ATP、NAD、CoA等重要生物分子的原料）3提高植物的抗病力和适应力（植物在干旱、染病和受损伤等逆境条件下，戊糖磷酸途径所占比例要比正常情况下有所提高）5、抗氰呼吸：当氰化物（CN-）做抑制剂可以阻断NADH和FADH呼吸链的电子传递，大多数有机体的有氧呼吸途径被强烈抑制。但在许多高等植物中，CN-对有氧呼吸的抑制作用很小，这种对于CN-不敏感的呼吸作用称为抗氰呼吸。6、氧化磷酸化：就是呼吸链上的磷酸化作用，也就是底物脱下的氢，经过呼吸链电子传递，氧化放能并伴随ADP磷酸化生成ATP的过程。7、呼吸代谢的多样性：○1底物氧化降解的多途径（不同环境条件下，植物呼吸底物的氧化降解可走不同的途径。缺氧条件下植物可以通过糖酵解、酒精发酵或乳酸发酵进行无氧呼吸；有氧条件下进行三羧酸循环和戊糖磷酸途径，植物染病时戊糖磷酸途径加强）○2电子传递途径的多条（植物处于正常情况下，主要以NADH和FADH呼吸链提供能量，当某些植物开花或某些种子萌发时则以抗氰呼吸链提供热能，植物受到创伤时，酚氧化酶催化的呼吸链加强）○3末端氧化酶的多种（不同的末端氧化酶对O2的亲和力不同，细胞色素氧化酶对氧的亲和力最强，因此在低氧浓度情况下，仍能发挥良好的作用。而抗坏血酸氧化酶和乙醇酸氧化酶对氧的亲和力弱，则可在较高氧浓度下顺利发挥作用）意义：以上三方面构成了完整的呼吸代谢途径。糖酵解-三羧酸循环-NADH和FADH呼吸链是植物有氧呼吸的主路，当它受阻时可以从其他的支路进行，它们互相联系，互相制约，组成了极其复杂、调节自如的代谢网络，从而使植物能在多变的环境条件下生长发育。8、呼吸商（RQ）：或称呼吸系数，指植物组织在一定时间内放出CO2的量与吸收O2的量之比。它可以反应呼吸底物的性质和O2供应状况。第五章植物的光合作用1、反应中心色素：它是少数叶绿素a分子，与特定的蛋白相结合，处于特殊状态，能进行光化学反应，将光能转换为电能。2、光合作用的三个阶段：○1光能的吸收、传递和转换阶段（原初反应）○2电能转换为活跃的化学能（电子传递和光和磷酸化）○3活跃的化学能转变为稳定的化学能（CO2同化）3、红降：在叶绿素吸收光谱范围内，大多数波长下其量子产额是相对恒定的，但对于大于680nm（长波红光）时，虽然光量子仍被叶绿素大量吸收，光合效率却急剧下降，这种现象被称为红降。4、爱默生效应：在长波红光（685nm）照射下补照短波红光（约650nm），则光合效益明显增加，大于两种波长单独照射时的光合效率之和，这种现象称为双光增益效应或爱默生效应。5、两个光系统：放氧光合生物中存在两个不同的色素系统，所吸收的光推动两个不同的光化学反应。一个光系统多680nm的短波红光有较好吸收，称为光系统Ⅱ（PSⅡ）；另一个光系统优先吸收700nm的长波红光，称为光系统Ⅰ（PSⅠ）。6、光合磷酸化：是指叶绿体利用光能驱动电子传递，建立跨类囊体膜的质子动力势（PMF），然后利用质子动力势将ADP和Pi合成ATP的过程。根据光合电子传递的途径，光能磷酸化可以分为三个类型：非环式磷酸化、环式磷酸化和假环式磷酸化。7、光呼吸：是指植物绿色细胞进行的依赖光的吸收O2,释放CO2的过程。发生在叶绿体、过氧化体和线粒体中。8、C3植物与C4植物的比较（1）．形态结构的区别：两类植物在叶绿体的结构及分布上不同（见表1），因C3植物的维管束不含叶绿体，叶脉颜色较浅；C4植物的维管束含叶绿体，叶脉绿色较深有呈“花环型”的两圈细胞。C3和C4植物叶绿体分布、结构与功能比较植物分布结构功能C3叶肉细胞为典型叶绿体既可进行光反应，也能进行暗反应C4叶肉细胞为典型叶绿体能进行光反应，通过C4途径固定CO2维管束鞘细胞较多、较大，叶绿体不含类囊体不进行光反应，能够进行暗反应（2）．光合作用途径的区别：C3植物与C4植物在光反应阶段完全相同，都通过光反应产生O2、[H]（实质是NADPH）和ATP，为暗反应阶段提供同化力[H]和ATP。但其暗反应途径不一样，见表2。C3植物与C4植物光合作用暗反应阶段的场所与过程比较（3）．光合作用产物积累部位的区别C3植物整个光合作用过程都是在叶肉细胞里进行的，光合作用的产物只积累在叶肉细胞中。C4植物中C4途径固定的CO2转移到C3途径是在维管束鞘细胞中进行的，光合作用的暗反应过程也是在维管束鞘细胞中进行的，光合作用的产物也主要积累在维管束鞘细胞中。（4）．适应能力的区别：○1是因C4植物叶肉细胞的叶绿体固定CO2的酶——磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（简称PEP羧化酶）与CO2的亲和力强于C3植物叶绿体内固定CO2的酶○2是C4植物与C3植物相比，光照较强时，其光呼吸明显弱于C3植物，因而在光照较强的环境中，前者的产量较高。基于以上原因，在高温、光照强烈和干旱的条件下，绿色植物的气孔关闭。此时，C4植物能够利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用、光呼吸较弱，而C3植物不仅不能利用细胞间隙中的CO2进行光合作用、光呼吸也较强，因而，C4植物比C3植物更能适应高温、光照强烈和干旱的环境9、为什么C4植物比C3植物光呼吸低：C4植物通过叶肉细胞的PEP羧化酶固定HCO-3,PEP羧化酶对HCO-3的亲和力远大于RuBP羧化酶对CO2的亲和力。此外，HCO-3在溶液中的溶解度也远大于CO2，有利于PEP羧化酶对碳的固定