植物生理学课后习题答案

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。9.设计一个证明植物具有蒸腾作用的实验装置。10.设计一个测定水分运输速度的实验。第二章植物的矿质营养1.植物进行正常生命活动需要哪些矿质元素？如何用实验方法证明植物生长需这些元素？答：分为大量元素和微量元素两种：大量元素：CHONPSKCaMgSi微量元素：FeMnZnCuNaMoPClNi实验的方法：使用溶液培养法或砂基培养法证明。通过加入部分营养元素的溶液，观察植物是否能够正常的生长。如果能正常生长，则证明缺少的元素不是植物生长必须的元素；如果不能正常生长，则证明缺少的元素是植物生长所必须的元素。2.在植物生长过程中，如何鉴别发生缺氮、磷、钾现象；若发生，可采用哪些补救措施？缺氮：植物矮小，叶小色淡或发红，分枝少，花少，子实不饱满，产量低。补救措施：施加氮肥。缺磷：生长缓慢，叶小，分枝或分蘖减少，植株矮小，叶色暗绿，开花期和成熟期都延迟，产量降低，抗性减弱。补救措施：施加磷肥。缺钾：植株茎秆柔弱易倒伏，抗旱性和抗寒性均差，叶色变黄，逐渐坏死，缺绿开始在老叶。补救措施：施加钾肥。4.植物细胞通过哪些方式来吸收溶质以满足正常生命活动的需要？(一)扩散1.简单扩散：溶质从高浓度的区域跨膜移向浓度较低的邻近区域的物理过程。2.易化扩散：又称协助扩散，指膜转运蛋白易让溶质顺浓度梯度或电化学梯度跨膜转运，不需要细胞提供能量。(二)离子通道：细胞膜中，由通道蛋白构成的孔道，控制离子通过细胞膜。(三)载体：跨膜运输的内在蛋白，在跨膜区域不形成明显的孔道结构。1.单向运输载体：（uniportcarrier）能催化分子或离子单方向地顺着电化学势梯度跨质膜运输。2.同向运输器：（symporter）指运输器与质膜外的H结合的同时，又与另一分子或离子结合，同一方向运输。3.反向运输器：（antiporter）指运输器与质膜外侧的H结合的同时，又与质膜内侧的分子或离子结合，两者朝相反的方向运输。(四)离子泵：膜内在蛋白，是质膜上的ATP酶，通过活化ATP释放能量推动离子逆化学势梯度进行跨膜转运。(五)胞饮作用：细胞通过膜的内陷从外界直接摄取物质进入细胞的过程。7.植物细胞通过哪些方式来控制胞质中的钾离子浓度？钾离子通道：分为内向钾离子通道和外向钾离子通道两种。内向钾离子通道是控制胞外钾离子进入胞内；外向钾离子控制胞内钾离子外流。载体中的同向运输器。运输器与质膜外侧的氢离子结合的同时，又与另一钾离子结合，进行同一方向的运输，其结果是让钾离子进入到胞内。8.无土栽培技术在农业生产上有哪些应用？可以通过无土栽培技术，确定植物生长所必须的元素和元素的需要量，对于在农业生产中，进行合理的施肥有指导的作用。无土栽培技术能够对植物的生长条件进行控制，植物生长的速度快，可用于大量的培育幼苗，之后再栽培在土壤中。10.在作物栽培时，为什么不能施用过量的化肥，怎样施肥才比较合理？过量施肥时，可使植物的水势降低，根系吸水困难，烧伤作物，影响植物的正常生理过程。同时，根部也吸收不了，造成浪费。合理施肥的依据：根据形态指标、相貌和叶色确定植物所缺少的营养元素。通过对叶片营养元素的诊断，结合施肥，使营养元素的浓度尽量位于临界浓度的周围。测土配方，确定土壤的成分，从而确定缺少的肥料，按一定的比例施肥。11.植物对水分和矿质元素的吸收有什么关系？是否完全一致？关系：矿质元素可以溶解在溶液中，通过溶液的流动来吸收。两者的吸收不完全一致相同点：①两者都可以通过质外体途径和共质体途径进入根部。②温度和通气状况都会影响两者的吸收。不同点：①矿质元素除了根部吸收后，还可以通过叶片吸收和离子交换的方式吸收矿物质。②水分还可以通过跨膜途径在根部被吸收。12.细胞吸收水分和吸收矿质元素有什么关系？有什么异同？关系：水分在通过集流作用吸收时，会同时运输少量的离子和小溶质调节渗透势。相同点：①都可以通过扩散的方式来吸收。②都可以经过通道来吸收。不通电：①水分可以通过集流的方式来吸收。②水分经过的是水通道，矿质元素经过的是离子通道。③矿质元素还可以通过载体、离子泵和胞饮的形式来运输。13.自然界或栽种作物过程中，叶子出现红色，为什么？缺少氮元素：氮元素少时，用于形成氨基酸的糖类也减少，余下的较多的糖类形成了较多的花色素苷，故呈红色。缺少磷元素：磷元素会影响糖类的运输过程，当磷元素缺少时，阻碍了糖分的运输，使得叶片积累了大量的糖分，有利于花色素苷的形成。缺少了硫元素：缺少硫元素会有利于花色素苷的积累。自然界中的红叶：秋季降温时，植物体内会积累较多的糖分以适应寒冷，体内的可溶性糖分增多，形成了较多的花色素苷。14.植株矮小，可能是什么原因？缺氮：氮元素是合成多种生命物质所需的必要元素。缺磷：缺少磷元素时，蛋白质的合成受阻，新细胞质和新细胞核形成较少，影响细胞分裂，生长缓慢，植株矮小。缺硫：硫元素是某些蛋白质或生物素、酸类的重要组成物质。缺锌：锌元素是叶绿素合成所需，生长素合成所需，且是酶的活化剂。缺水：水参与了植物体内大多数的反应。15.引起嫩叶发黄和老叶发黄的分别是什么元素？请列表说明。引起嫩叶发黄的：SFe，两者都不能从老叶移动到嫩叶。引起老叶发黄的：KNMgMo，以上元素都可以从老叶移动到嫩叶。Mn既可以引起嫩叶发黄，也可以引起老叶发黄，依植物的种类和生长速率而定。16.叶子变黄可能是那些因素引起的？请分析并提出证明的方法。缺乏下列矿质元素：NMgFMnCuZn。证明方法是：溶液培养法或砂基培养法。分析：N和Mg是组成叶绿素的成分，其他元素可能是叶绿素形成过程中某些酶的活化剂，在叶绿素形成过程中起间接作用。光照的强度：光线过弱，会不利于叶绿素的生物合成，使叶色变黄。证明及分析：在同等的正常条件下培养两份植株，之后一份植株维持原状培养，另一份放置在光线较弱的条件下培养。比较两份植株，哪一份首先出现叶色变黄的现象。温度的影响：温度可影响酶的活性，在叶绿素的合成过程中，有大量的酶的参与，因此过高或过低的温度都会影响叶绿素的合成，从而影响了叶色。证明及分析：在同等正常的条件下，培养三份植株，之后其中的一份维持原状培养，一份放置在低温下培养，另一份放置在高温条件下培养。比较三份植株变黄的时间。第三章植物的光合作用1.植物光合作用的光反应和碳反应是在细胞的哪些部位进行的？为什么？答：光反应在类囊体膜（光合膜）上进行的，碳反应在叶绿体的基质中进行的。原因：光反应必须在光下才能进行的，是由光引起的光化学反应，类囊体膜是光合膜，为光反应提供了光的条件；碳反应是在暗处或光处都能进行的，由若干酶催化的化学反应，基质中有大量的碳反应需要的酶。2.在光合作用过程中，ATP和NADPH是如何形成的？又是怎样被利用的？答：形成过程是在光反应的过程中。非循环电子传递形成了NADPH：PSII和PSI共同受光的激发，串联起来推动电子传递，从水中夺电子并将电子最终传递给NADP+，产生氧气和NADPH，是开放式的通路。循环光和磷酸化形成了ATP：PSI产生的电子经过一些传递体传递后，伴随形成腔内外H浓度差，只引起ATP的形成。非循环光和磷酸化时两者都可以形成：放氧复合体处水裂解后，吧H释放到类囊体腔内，把电子传递给PSII，电子在光和电子传递链中传递时，伴随着类囊体外侧的H转移到腔内，由此形成了跨膜的H浓度差，引起ATP的形成；与此同时把电子传递到PSI，进一步提高了能位，形成NADPH，此外，放出氧气。是开放的通路。利用的过程是在碳反应的过程中进行的。C3途径：甘油酸-3-磷酸被ATP磷酸化，在甘油酸-3-磷酸激酶催化下，形成甘油酸-1，3-二磷酸，然后在甘油醛-3-磷酸脱氢酶作用下被NADPH还原，形成甘油醛-3-磷酸。C4途径：叶肉细胞的叶绿体中草酰乙酸经过NADP-苹果酸脱氢酶作用，被还原为苹果酸。C4酸脱羧形成的C3酸再运回叶肉细胞，在叶绿体中，经丙酮酸磷酸双激酶催化和ATP作用，生成CO2受体PEP，使反应循环进行。3.试比较PSI和PSII的结构及功能特点。PSIIPSI位于类囊体的堆叠区，颗粒较大位于类囊体非堆叠区，颗粒小由12种不同的多肽组成由11种蛋白组成反应中心色素最大吸收波长680nm反应中心色素最大吸收波长700nm水光解，释放氧气将电子从PC传递给Fd含有LHCII含有LHCI4.光和作用的氧气是怎样产生的？答：水裂解放氧是水在光照下经过PSII的放氧复合体作用，释放氧气，产生电子，释放质子到类囊体腔内。放氧复合体位于PSII类囊体膜腔表面。当PSII反应中心色素P680受激发后，把电子传递到脱镁叶