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1、植物生理学课后习题 第一章 名词解释 1. 水势： water potential 每偏摩尔体积水的化学势差 .就是水溶液的化学势与纯水的化学势之差 ,除以水的偏摩尔体积所得的商 . 2. 渗透势 :osmotic potential 又称溶质势 ,是由于溶质的存在 ,降低了水的自由能 ,因而其水势低于纯水水势的水势下降值 .在标准压力下 ,溶液的渗透势等于溶液的水势 . 3. 压力势： pressure potential 细胞的原生质吸水膨胀 ,对细胞壁产生一种作用力相互作用 的结果 ,与引起富有弹性的细胞壁产生一种限制原生质膨胀的反作用力 . 4. 质 外体途径 :apoplast pa

2、thway 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 ,速度快 . 5. 共质体途径： symplast pathway 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 . 6. 渗透作用（ osmosis）：物质依水势梯度而移动。 7. 根压（ root pressure）：由于水势梯度引起水分进入中柱后产生的压力。 8. 蒸腾作用（ transpiration）：水分以气体状态，通过植物体的表面（主要是叶子），从体内散失到体外的现象。 9. 蒸腾速率（ transpiration rate）：植物在一定时间内单位叶面积蒸腾的水

3、量。 10.蒸腾比率（ transpiration ratio,TR）：植物蒸腾丢失水分和光合作用产生的干物质的比值。 11.水分利用率 water use efficiency 指植物制造 1g干物质所消耗的水分克数 . 12.内聚力学说 cohesion theory 以水分具有较大的内聚力足以抵抗张力，保证由叶至根水柱不断来解释水分上升原因的学说。 相同水分子间 ,具有相互吸引的力量 ,称为内聚力。叶片蒸腾失水后 ,便从下部吸水，所以水柱一端总是受到压力， 与此同时，水柱本身的重量又使水柱下降，这样上拉下堕使水柱产生张力。众所周知，水分子与水分子之间的内聚力很大，可达 300 105Pa

4、，同时水分子与导管或管胞内纤维素分子之间还有强的附着力，它们远远大于水柱的张力（ 5 30 105Pa），故可使水柱不断 。 13.水分临界期 critical period of water 植物对水分不足特别敏感的时期。 思考题 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：放在纯水中 :细胞吸水 ,渗透势增大 ,压力势增大 ,水势增大 ,体积增大 .蔗糖溶液中 :细胞失水 ,渗透势减小 ,压力势减小 ,水势减小 ,细胞体积减小 2.从植物生理学角度 ,分析农谚 ”有收无收在于水 ”的道理 水分在植物中的作用是

5、很大的 :1 水分是细胞质的主要成分 2 水分是代谢作用过程的反应物质 3 水分是植物对物质吸收和运输的溶剂 4 水分能保持植物的固有姿态 5 细胞分裂和生长需要足够水 . 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？ 答：植物细胞吸水主要有 3 种方式：扩散，集流和渗透作用，最后一种方式是前两种方式的组合，在细胞吸水中占主要地位。扩散是 物质依浓度梯度向下移动，集流是物质依压力梯度 向下移动的，而渗透作用是物质依水势梯度而移动。当细胞内的水势比细胞外的水势低时， 细胞吸水，水从细胞外向细胞内移动。水 分集流是通过膜上的水孔蛋白形成水通道实施的。 4.水分是如何进入根部导管的？

6、水分又是如何运输到叶片的？ 答：首先，植物的根系在土壤中吸水，主要在根尖进行。通过质体外途径，跨膜途径和共质体途径。经过根毛，根皮层，根中柱鞘，根导管。然后在根压与蒸腾拉力的推动下，水分从下往上运输，其中蒸腾拉力是主要的动力。相同分子之间有相互吸引力，即内聚力。叶片在蒸腾失 水后，便从下部吸水，所以水柱一端总是受到拉力，与此同时，水柱本身的质量又使水柱下降，这样上拉下坠使水柱产生张力。水分子的内聚力很大，比水柱张力大，故可以使水柱不断，这样，水分就可以运输到叶片了。 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？ 答： 光照条件下，保卫细胞质膜上的质子泵 ATP 酶活化，质子

7、泵排出质子到质膜外，使得质膜内侧的电势更负，于是通过各种通道吸收各种离子和积累有机溶质于液泡，气孔会张开。而黑暗条件下 ，质子泵 ATP 酶无法活化，从而无法进行以下过程，气孔关闭 ； 光照条件下，保卫 细胞光合作用消耗 CO2，细胞质内的 pH 增高，淀粉水解为可溶性糖，保卫细胞水势下降，便从周围细胞吸取水分，气孔便张开。在黑暗条件下，则正好相反。 6.气孔的张开与保卫细胞的什么结构有关？ 答： 与保卫细胞的细胞壁有关。由于保卫细胞壁的厚度不同，加上纤维素微纤丝与胞壁相连，所以会导致气孔运动。例如，双子叶植物的肾形保卫细胞的内壁（靠气孔一侧）厚而外壁薄，微纤丝从气孔呈扇形辐射排列。当保卫细胞

8、吸水膨胀时，较薄的外壁易于伸长，向外扩展，但微纤丝难以伸长，于是将力量作用于内壁，把内壁拉过来，于是气孔张开。 7.节水农业 工程对我国的农业生产有什么意义？ 答：我国是世界上贫水国之一，加上有限的水资源分布不均匀，西北、华北地区极度缺水，限制 农业的发展。节水农业工程能用较少的水源得到较大的收益，提高水分利用效率，无疑给我国的农业生产带来新的突破。 8.在栽培作物时，如何才能做到合理灌溉？ 答：在生产实践中，我们应该尽可能地维持作物的水分平衡。水分平衡是指植物吸水量足补偿蒸腾失水量的状态。水分平衡破坏时，常发生萎蔫现象，农业上用灌溉来保证作物是水分供应；移栽植物时常剪去部分枝叶以减少蒸腾，目

9、的在于保持水分平衡。在栽培作物时，应该客 观地根据植物外部性征来灌溉。可以通过叶片水势，细胞液浓度，渗透势和气孔开度来辨别是否需水。节水灌溉有几种方法，喷灌，滴灌，调亏灌溉和控制性分根交替灌溉。 9.设计一个证明植物具有蒸腾作用的实验装置。 答：用容积法测定植物具有蒸腾作用。将带叶的植物枝条通过一段乳胶管与一支滴定管相连，管内充满水，组成一个简易蒸腾计。过一段时间后，如果管内的水减少了，就可以证明植物具有蒸腾作用。 10.设计一个测定水分运输速度的实验 可对水分染色通过对该颜色观察并记录一定时间所运输的距离测定运输速度 11.如何利用水份亏缺的生理 变化应用于农业生产 ,以达到节水高产双赢的目

10、的 ? 我们应该尽可能维持作物的水分平衡 ,合理灌溉 :1 喷灌 2 滴灌 3 调亏灌溉 4控制性分根交替灌溉 。 第三章 名词解释 1. 光合作用 photosynthesis 绿色植物吸收阳光的能量，同化 CO2 和水，制造有机物质并释放氧气的过程。 2. 吸收光谱 absorption spectrum 是材料在某一些频率上对电磁辐射的吸收所呈现的比率，与发射光谱相对。 如果把叶绿素溶液放在光源和分光镜的中间，就可以看到光谱中有些波长的光被吸收了，因此，在光谱上出现黑线或暗带，这种光谱称为吸收光 谱。 3.荧光现象（ fluorescence）：叶绿素溶液在透射光下呈绿色，而在反射光下呈

11、红色（叶绿素 a 为血红光，叶绿素 b 为棕红光），这种现象称为荧光现象。 4.磷光现象（ phosphorescence）： 叶绿素除了照光时间能辐射出荧光外，去掉光源后仍能辐射出微弱红光， 它是第一三线态回到基态时所产生的光，既为磷光。 5.增益效应（ enhancement effect）：两种波长的光协同作用而增加光合效率的现象称为增益效应或爱默生效应。 6.光反应（ light reaction）： 是必须在光下才能进行的 。 光 反应是叶绿素等色素吸收光能，将光能转化为化学能，形成 ATP 和 NADPH 的过程， 光反应包括光能吸收、电子传递、光合磷酸化等三个主要步骤 ，在类囊体

12、膜上进行。 【甘增宇 200830050204】 7.碳反应（ carbon reaction）： , 是在暗处或光处都能进行的，由若干酶所催化的化学反应， 叶绿体 利用 光反应 产生的 ATP 和 NADPH 这两个高能化合物分别作为能源和还原的动力 ，经过酶的催化， 将 CO2 固定 并转变为糖，在叶绿体的基质中进行。 8.光合单位： （ photosynthetic unit） 是 指结合在类囊体膜上能进行光合作用的最小结构单位 。 光合单位 =聚光色素系统 +反应中心 9.聚光色素 （天线色素） ： (light-harvesting pigment)无光化学活性，只收集光能，传到反应

13、中心色素，包括绝大多数色素（大部份叶绿素 a、全部叶绿素 b、胡罗卜素、叶黄素） 都属于聚光色素。 10.原初反应： (primary reaction)光合作用第一步，从叶绿素受光激发到引起第一个光反应为止，包括色素分子对光能的吸收、传递和转换的过程，两个光系统都参加 11.反应中心：（ reaction centre） 将光 能转化为化学能的膜蛋白复合体，包括特殊叶绿素 a，脱镁叶绿素和醌等电子受体 12.希尔反应： (Hill reaction)光照下，水在光系统 2 的类囊体膜腔表面经放氧复合体作用，放出氧气，产生电子，释放质子到类囊体腔内 11.光和链： (light and cha

14、in) 在类囊体膜上的 PS 和 PS 之间几种排列紧密的电子传递体完成电子传递的总轨道。 12.光和磷酸化： (Light and phosphorylation)在光和作用中由光驱动并贮存的跨膜类囊体膜的质子梯度的能量把 ADP 和磷酸合成为 ATP 的过程。 13.光和速率： (light and speed) 光合作用强弱的一种表示法 ,又称 “光合强度 ”。光合速率的大小可用单位时间、单位叶面积所吸收的 CO2 或释放的O2 表示 ,亦可用单位时间、单位叶面积所积累的干物质量表示。 14.同化力： (assimilatory power)是通过 NADPH 和 ATP 所推动的一系列

15、CO2 同化过程，把 CO2 变成糖类等有机物质。从物质生产角度来看，占植物体干重 90%以上的有机物质，都是通过碳同化并转化而成的。碳同化是在叶绿体的基质中进行的，有许多种酶参与的反应。 由于 ATP 和 NADPH 用于碳 反应中的 CO2 同化，所以把这两种物质合成为同化力 。 15.卡尔文循环： (The Calvin cycle) 卡尔文循环（ Calvin Cycle）是所有植物光合作用碳同化的基本途径，反应场所为叶绿体内的基质。循环可分为三个阶段 : 羧化阶段、还原阶段和更新阶段，整个循环是利用 ATP 作为能量来源，并以降低能阶的方式来消耗 NADPH，如此可增加高能电子来制造

16、糖。16.C4循环（ C4-dicarboxylic acid pathway） :植物固定 CO2 时，最初的稳定产物是四碳二羧酸化合物（苹果酸和天冬氨酸）的生活途 径。 17.光抑制（ photoinhibition） :光能超过光合系统所能利用的数量时，光合功能下降，这个现象就称为光合作用的光抑制。 18.景天酸代谢途径（ crassulacean acid metabolism,CAM） :夜晚气孔开放，吸进 CO2，在 PEP 羧激酶作用下，与 PEP 结合，形成 OAA,进一步还原为苹果酸，积累于液泡中。白天气孔关闭，液泡中的苹果酸便运到胞质溶胶，在 NAD-苹果酸酶作用下，氧化脱

17、羧，放出 CO2,参与卡尔文循环，形成淀粉等。此外，丙糖磷酸通过糖酵解过程，形成 PEP，再进一步循环。这 种有机酸合成日变化的代谢类型，最早发现于景天科植物，所以称为景天酸代谢途径。 19.光呼吸（ photorespiration） :植物的绿色细胞依赖光照，吸收 O2 和放出CO2 的过程。 20.表观光合作用（ apparent photosynthesis） :叶绿体吸收 CO2 和释放 O2的过程。 测定光合速率时没将线粒体呼吸和光呼吸考虑在内，所得的结果是表观 表观光合作用 21.真正光合作用： （ true photosynthesis） 呼吸作用加上表观光合作用及光呼吸，就是

18、真正光合作用。 22.光饱和点： (light saturation point)在一定范围内，光合速率随着光照强度的增加而加快，光合速率不再继续增加时的光照强度称为光饱和点。 23.温室效应： (greenhouse effect)本来太阳辐射到地面的热，地球以红外线形式重新辐射到空间。由于人类无限制的向地球大气层中排放 CO2，使CO2 浓度不断增长。大气层中的 CO2 能强烈的吸收红外线，太阳辐射的能量在大气层中就“易入难出”，温度上升，像温室一样，产生的效应就是温室效应。 24.CO2 补偿点 ：（ CO2 compensation point） 当光合吸收的 CO2 量 与呼吸释放的

19、 CO2 量相等时，外界的 CO2 浓度。 25.光补偿点： (light compensation point)指同一片叶子在同一时间内，光合过程吸收的 CO2 和呼吸过程放出的 CO2 等量时的光照强度。 26.光能利用率（ efficiency for solar energy utilization）： 指单位土地面积上 ,农作物 通过 光合作用 所产生的 有机物 中所含的 能量 ,与这块土地所接受的 太阳能 的比 . 思考题 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：光反应实在类囊体膜（光合膜）上进行 的，而碳反应是在叶绿体的基质中进行的。 因为光反应

20、需要的色素等在类囊体内，而碳反应所需的 CO2受体、酶等在叶绿体基质中。 2.在 光 合 作 用 过程 中 ， ATP 和 NADPH+H+ 是 如 何 形 成的 ？ ATP 和NADPH+H+又是怎样被利用的？ 答： OEC 处水裂解后，把 H+释放到 类囊体腔内，把电子传递到 PS2，电子在光合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，引起了 ATP 的形成；与此同时把电子传递到 PS1 去，进一步提高了能位，而使 H+还原 NADP+为 NADPH，此外，还放出 O2.。 卡尔 文循环以光反应形成的 ATP 和 NADPH作为能源，固定和还原

21、CO2。 3.试比较 PS1 和 PS2 的结构及功能特点。 PS复合体颗粒较小，直径为 11nm,仅存在于基质片层和基粒片层的非垛叠区。PS核心复合体由反应中心色素 P700、电子受体和 PS捕光复合体 3 部分组成。PS的功能是将电子从 PC 传递给铁还原蛋白。 PS复合体颗粒较大，直径 17.5nm,位于近内腔一侧，多存在于基粒片层的垛叠区。 PS主要由 PS反应中心、捕光复合体和放氧复合体等亚单位。 PS的功能是利用光能氧化水和还原质体醌。 4.* 答： 叶绿体在阳光的作用下，把经有气孔进入叶子内部的二氧化碳和由根部吸收的水转变成为葡萄糖，同时释放氧气 。反应式： H202H+ 1/2

22、O2 （水的光解） 光合作用产生 O2 主要是与 PSII 有关， PSII 的一个重要的功能就是进行水裂解放氧， P680接受能量后，由基态变为激发态（ P680*），然后将电子传递给去镁叶绿素（原初电子受体）， P680*带正电荷，从原初电子供体 Z（反应中心 D1蛋白上的一个酪氨酸侧链）得到电子而还原； Z+再从放氧复合体上获取电子；氧化态的放氧复合体从水中获取电子，使水光解 ，同时放出氧气和质子。 整个反应如下： 2H2OO2 + 4H+ + 4e- 5 答： Rubisco 是一个双功能酶，同时催化 RuBP 的羧化和加氧反应，处于光合作用和光呼吸的交叉点上，羧化或加氧的相对速率取决

23、于氧气和二氧化碳的相对浓度 ； Rubisco 参与了 C3 循环的羧化阶段，它催化 RuBP 和 CO2作用 ,形成中间产物 ,该产物再与 1 分子水反应 ,生成 2 分子的 PGA，完成 CO2 的羧化阶段。 此时 Rubisco 起了羧化酶的羧化作用。 6.光合作用的碳同化有哪些途径？试述水稻、玉米、菠萝的光合碳同化途径有什么不同？ 答：有三个途径：卡尔文循环、 C4 途径和景天酸代谢途径。水稻属于卡尔文循环，玉米属于 C4 途径、菠属于景天酸代谢途径，卡尔文途径和C4 途径的 CO2 固定的最初产物不同，分别是一种三碳化合物、四碳二羧酸化合物，而景天酸代谢途径则具有一个很特殊的 CO2

24、 固定方式，它是夜晚气孔开放积累相应有机物，白天气孔关闭，氧化脱羧，参与卡尔文循环。 7.一般来说， C4植物比 C3植物的光和产量要高，试 从它们各自的光合特征及生理特征比较分析。 答：从光和特征来看，卡尔文循环的 CO2 固定是通过核酮糖二磷酸羧化酶的作用来实现的， C4 途径的 CO2 固定是由磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化来完成的。两种酶都可使 CO2 固定。但它们对 CO2 的亲和力却差异很大。磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶对 CO2 的 Km 值 (米氏常数 )是 7mol，核酮糖二磷酸羧化酶的 Km值是 450mol。前者比后者对 CO2 的亲和力大得很多， C4 植物的磷酸烯醇式丙酮酸羧化

25、酶的活性比 C3植物的强 60 倍，因此， C4 植物的光合速率比 C3 植物快许多，尤其是在二氧化 碳浓度低的环境下，相差更是悬殊。从生理特征来看， C4 植物叶片的维管束薄壁细胞较大，其中含有许多较大的叶绿体， C3 植物的维管束鞘薄壁细胞较小，不含或很少叶绿体， C4植物的光呼吸酶系主要集中在维管束鞘薄壁细胞中，光呼吸就局限在维管束鞘内进行，在它外面的叶肉细胞，具有对 CO2 亲和力很大的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，所以，即使光呼吸在维管束鞘放出 CO2，也很快被叶肉细胞再次吸收利用，不易 “漏出 ”。 8.从光呼吸的代谢途径来看，光呼吸有什么意义？ 答： A、防止高光强对光合作用的破坏和光

26、合器官的损伤： 在强光下光合作 用产生的同化力一般超过碳同化的需求，这些过剩同化力将损伤光合器官，钝化碳素固定效率。通过光呼吸消耗，平衡同化力的需求关系，保护光合作用正常进行。 B、防止氧气对光合碳同化的抑制作用，降低叶绿体周围氧气和二氧化碳的比值，提高 RuBP 羧化酶活性，促进 CO2 羧化。 C、为光合作用中磷酸丙糖 的补充途径，也有人认为也是氨基酸合成的补充途径。其中的甘氨酸、丝氨酸和放出 NH3 均可参与叶片的氨代谢。 D、解除乙醇酸积累对细胞代谢的危害 在有氧条件下，乙醇酸的产生是不可避免的，为光合作用非正常产物，对植物有害，然而通过光呼吸 的消耗免于植物受害。同时，光合作用产生的

27、氧气对光合膜具氧化破坏作用，通过光呼吸消耗过多的氧气，可保证光合器官结构和功能不受破坏。 9.卡尔文循环和光呼吸的代谢有什么联系？ 答： 光合碳循环又称卡尔文循环，此循环的大部分反应均在叶绿体的间质中进行，但从磷酸丙糖转化成蔗糖的一些步骤 则是磷酸三糖通过叶绿体被膜转移到细胞质中后，在细胞质中完成的（ 光合碳循环）。 植物的光合碳循环常伴随着光呼吸。有些植物中，在 CO2 由光合碳循环同化前，先通过四碳途径或景天科酸代谢途径固定在四碳双羧酸中。这些都是和碳同化密切关联着的反应。 卡尔文循环在光照下产生较多的乙醇酸增强光呼吸速率。 rubisco 可以催化 卡尔文循环和光呼吸两个反应，而且其中一

28、个底物 RuBP 是相同的，在 CO2 相对浓度高的 条件下，反应更侧重于卡尔文循环；在 O2 相对浓度高 条件下，反应更侧重于光呼吸。 10.通过学习植物的水分代谢、矿质营养和光合作用的知识之后，你认为怎样才能提高农作物的产量？ 答：水分代谢：根据作物的需水规律，不同作物需肥不同，同一作物不同生育期需肥不同合理灌溉，提高水分利用效率。 矿质营养： 促进光合作用，增加光合产物积累；调节代谢和生长发育； 改善土壤环境，如温度、 pH 值等，使土壤环境，如温度、 pH 值， 土壤水气热协调，促进土壤微生物的活动。 光合作用： 1.提高复种指数（全年内作物收获面积与耕 地面积之比）：套种或间作。 2

29、.延长生长期：如育苗移栽、套种、适时早播、防止早衰。 3.补充人工光照增加光合面积（叶面积系数） .合理密植，改善株型：杆矮、叶直而小、叶片厚、分蘖密集。 .提高 CO2 浓度：通风、施 CO2、施有机肥、碳铵 .抑制光呼吸：光 呼吸抑制剂，如 羟基磺酸可抑制乙醇酸 11.C3 植物、 C4 植物和 CAM 植物在固定 CO2 方面有什么异同？ 答： C3植物中， CO2 的固定主要取决于 1， 5-二磷酸核酮糖羧化酶的活化状态，因为该酶是光合碳循环的入口钥匙，它催化 1， 5-二磷酸核酮糖羧化，将大气中的 CO2 同化，产生两分子磷酸甘油酸。 C4 植物是从 C3植物进化而来的一种高光效种类。与 C3植物相比，它具有在高光强，高温及低 CO2浓度下，保持高光效的能力。 C4 植物固定 CO2 的酶为磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，与 C3 作物中 1， 5-二磷酸核酮糖羧化酶相比，磷酸烯醇式丙 酮酸