1、第 1 章 植物的水分生理答案 一 、 名词解释 1.水分代谢 (water metabolism)，即植物对水分的吸收，运输，利用和散失的过程。 2.束缚水 （ bound water） 是指被细胞内胶体颗粒或大分子吸附或存在于大分子结构空间，不能自由移动的 水，也称为结合水，它最经常使用的定义是在某低温下（通常是在 -20 至 -25 ）保持不结冰的水，即使长时间在 100 的烘箱中，也不易 去掉。 3.自由水 (free water)是指不被植物细胞内胶体颗粒或大分子所吸附、能自由移动、并起溶剂作用的水 ，也称为游离水。 4.水势（ water potential）是指在等温等压下，体系
2、中的水与纯水之间每偏摩尔体积的水的化学势差 ， 用符号 （音 PSi）或 w 表示。 表示水分子发生化学反应的本领及转移的潜在能力。 5.渗透势（ osmotic potential， ） 是指 由于溶质颗粒的存在而引起体系水势降低的数值，又称为溶质势 (solute potential， s)，以负值表示。 6.压力势 (pressure potential， p)是指 由于 静水 压的存在而使体系水势改变的数值 ， 一般为正值。 7.衬质势 (matrix potential， m)是指由于衬质（表面能够吸附水分的物质，如蛋白质（体）、纤维素、染色体、膜系统等）与水相互作用而引起水势 降低
3、的值，一般为负值。 8.渗透作用（ osmosis） 是指 溶剂分子从 较高化学势区域 通过半透膜（分别透性膜）向 较低化学势区域扩散 的现象， 是一种特殊的扩散形式 。 9.集流（ bulk flow） 是指由于压力差的存在而形成的大量分子集体运动的现象，集流是长距离运输的主要方式，如木质部导管中的水分移动。 10.渗透吸水 (Osmotic absorption of water)是指植物细胞通过渗透作用进行 的这种吸水方式，它是由于 s 的下降而引起的，是有液泡细胞的主要吸水方式。 11.质壁分离 (plasmolysis) 是指当细胞失水时，原生质层和细胞壁慢慢分开，这种由于细胞脱水而
4、使原生质体与细胞壁分开的现象 。 12.吸胀作用 (imbibition)是指 亲水胶体物质吸水膨胀的现象 。 13.吸胀吸水 (imbibition absorption of water) 是指依靠亲水胶体的吸胀力而引起的吸收水分的方式，它是依赖于低的 m而引起的吸水 ， 是无液泡的分生组织和干燥种子细胞的主要吸水方式。 14.降压吸水 （ negative pressure absorption of water） 是指由 p 的降低而引发的细胞吸水方式 。 15.水通道蛋白 (Aquaporin， AQPs)，在许多动、植物及微生物中发现的类似的专一性运输水的膜蛋白， 它的一个显著特点
5、是其活力可被汞抑制 。 16.质外体 (apoplast)是指 水和溶质可以自由扩散的自由空间，包括 细胞壁、细胞间隙 和木质部导管。 17.共质体（ symplast） 是指 植物体内细胞原生质体通过胞间连丝和内质网等膜系统相联而成的连续体。 18.被动吸水 (passive absorption of water)是指 由于地上部的蒸腾作用而引起的根部吸水 方式，其 驱动力是蒸腾拉力。 19.主动吸水 (active absorption of water) 是指 由于根本身的生理活动 而 引起的根系 吸水 方式 ， 其 驱动力是根压。 20.根压 (root pressure)是 指 由
6、于 植物根系的生理活动使液流从根部上升的压力 。 21.蒸腾拉力 (transpirational pull)是指因叶片蒸腾作用而产生的使导管中水分上升的力量。 22.伤流 (bleeding)是指从受伤或折断的植物组织溢出液体的现象。 23.吐水 (guttation) 是指 从未受伤的叶片尖端或边缘向外溢出液滴的现象。 24.永久萎 蔫 （ permanent wilting） 是指 当土壤供水不能补充作物叶片的蒸腾消耗时，叶片发生萎 蔫 ，如果再供水时，叶片的萎 蔫 现象不能消失的现象。 25.永久萎 蔫 系数（ permanent wilting coefficient）是指 植物出现
7、永久萎 蔫 时的土壤的水分含量。 26.蒸腾作用 (transpiration)是指植物体内的水分以气 体状态 通过植物体表，从体内散发到体外的现象 。 27.蒸腾速率（ transpiration rate）是指 在一定时间内单位叶面积蒸腾的水量 。 28.蒸腾效率（ transpiration efficiency）指植物每消耗 1Kg 水所形成的干物质克数，常用单位 是 g kg-1， 也称蒸腾比率（ transpiration ratio）。 29. 水分利 用效率 (water use efficiency, WUE)，植物 WUE 广义上可理解为植物消耗单位水分量所产生的同化物的量
8、。 30.蒸腾系数（ transpiration coefficient）是指植物制造 1g 干物质所需水分的克数，它是蒸腾效率的倒数 ， 也称为需 水量。 31.小孔扩散律（ small pore diffusion law） 是指 水分通过小孔的扩散速率不与小孔面积成比例，而与其边缘长度成正比的规律。 32.土壤 植物 大气连续系统（ soil-plant-air-continual-system，简称 SPAC），植物通过根系从土壤中吸收大量水分，经根茎细胞和维管束系统的运输，最后到达叶片的气孔下腔，并通过气孔散失到大气之中，人们把这一系统称为 SPAC。 33.内聚力学说”（ cohe
9、sion theory），导管中的水流在根压和蒸腾拉力造成的压力梯度的作用下 源源不断地向上运动，但另一方面由于重力的影响，导管中上升的水流还会受到向下的拉力，这样 水柱便产生了张力 ，由于 水分子的内聚力 大于张力，因此可以保持导管中水柱的连续 性。 34.水分临界期（ critical period of water ）通常是指植物在生命周期中对水分缺乏最敏感和最易受害的时期。 35.生理需水 是指 直接用于作物生理过程的水分。 36.生态需水 是指 维持大自然生态环境 ， 生态平衡所需的水分 . 37.低 渗溶液 是指 比细胞内渗透压 低 的溶液。 38.高渗溶液 是指 比细胞内渗透压高
10、的溶液 。 39.等 渗溶液 是指与 细胞内渗透压 相等 的溶液 。 40.合理灌溉就是根据作物的生理特点和土壤的水分状况，及时供给作物正常生长发育所必要的水分，以最小的灌溉量获得最大的经济效益。 41.内聚力 (cohesion)指同类分子间存在的相互吸引力 。 42.田间持水量（ field moisture capacity） 是指当土壤中重力水全部排除，而保留全部毛管水和束缚水时的土壤含水量， 是大多数植物可利用的土壤水上限 。 二、填空题 1.自由水 ， 束缚水 ， 自由水 /束缚水 ， 溶胶 ， 旺盛 ， 弱 ， 凝胶 ， 低 ， 强 。 2.扩散，集流，渗透吸水，吸胀吸水，降压吸
11、水 ，渗透吸水，吸胀吸水。 3. w = + p+ m，增加，下降，纯水，下降，上升。 4.增大，增大，增大， 0.01 MPa 5.细胞 水分饱和 状态 ； 初始质壁分离 ； 细胞吸水 ； 细胞失水 状态 。 6.液相平衡法 (包括小液流法 ,质壁分离法测渗透势 )， 压力平衡法 (压力室法测水势 )和气相平衡 （ 热电偶湿度计 ，露点法）。 7.较小 ， 最大，次之 。 8.吐水，伤流，根压，蒸腾拉力， 根系的生理活动 ， 叶片 蒸腾作用 。 9内皮层 ， 导管 。 10.质外体途径、共质体途径，跨细胞途径。 11.扩散，集流，扩散，集流。 12.土壤永久萎 蔫 系 数，田间持水量 13.
12、生理性干旱 14.盐分，干旱 15.气孔蒸腾， 角质层蒸腾 ， 16. 蒸腾速率，蒸腾效率，蒸腾系数 17.大，强 ，弱。 18.升高，增加 ， 下降，增加 ， 增加 ，下降，吸水 。 19.ABA,CTK,K+， Ca+， K+， Ca+。 20. 2g/kg 水， 500。 21.固态水，汽态水，束缚水，自由水 22.低，高 23.质膜，液泡膜，磷酸化 /脱磷酸化， 微集流运动 24.依赖于浓度梯度的跨膜扩散，膜上水通道蛋白的微集流运动。 三、选择 1.A;2.B;3.B;4.B;5.C;6.C;7.B;8.B;9.A;10.B;11.C;12.C;13.C;14.B;15.C;16.B;
13、17.D;18.D;19.A;20.B;21.A ； 22.D ； 23. B ； 24. B 四、改错 1. 错 ； 2.对； 3. 错 ； 4. 错； 5 错； 6. 错； 7. 错； 8. 错； 9. 对； 10. 错；11. 错； 12.对； 13. 错； 14. 错； 15. 错； 16. 错； 17. 错； 18. 对； 19.错； 20. 对； 21. 错； 22. 错 五、解释现象 1.植物在纯水中培养一段时间后，如果向培养植物的水中加入盐，则植 物会出现暂时萎蔫。 答：盐降低了溶液中的溶质势，引起植物失水，出现暂时萎蔫现象，当达到平衡后，萎蔫现象会消失。 2.午不浇园 答：
14、在炎热的夏日中午 ， 突然向植物浇以冷水 ， 会 降低根系生理活性，增加水分移动的阻力， 严重地抑制根系的水分吸收 ， 同时 ， 又因为地上部分蒸腾强烈 ， 使植物吸水速度低于水分散失速度 ， 造成植物地上部分水分亏缺 。 所以我国农民有 “午不浇园 “的经验 。 3.“旱耪地，涝浇园” 答： “旱耪地”是为了使土壤形成团粒结构，增强土壤的保水本领，避免土壤中的水分因蒸腾而散失掉；“涝浇园”是因为在受涝的情况下，土 壤中的水分多为“死水”，缺乏氧气，用“活水”浇园就可以改善土壤的通气状况。 4. 夏季中午瓜类叶片萎蔫。 答： 夏季中午的高温，使得植物的蒸腾速率大于根系吸水的速度，植物 失去水分
15、平衡，导致植株萎蔫 。 5.“ 烧苗 ” 现象 答：一次 施用肥料过多或过于集中， 提高土壤中溶液浓度，降低其水势， 阻碍根系吸水，甚至导致根细胞水分外流，而产生 “ 烧苗 ” 现象 。 6. 扦插枝条常剪去部分老叶片，保留部分幼叶和芽。 答：剪去部分老叶片 以减少蒸发面积，降低水分散失 ；保留的部分幼叶和芽能 促进 扦插枝条早发 根 。 7.秋季或初春移栽林木 苗易成活。 答：秋季栽植，地温适宜，至冬季时已抽发新根，可安全越冬。初春栽植，温度低，树木尚处于休眠和半休眠，代谢弱，遇春暖花开时易发根。因此秋春移植，利于发根，也就利于成活。 8.在光照下，蒸腾着的枝叶可通过被麻醉或死亡的根吸水 便
16、证明了什么 。 答： 被动吸水过程中 ， 根只为水分进入植物体提供了通道 。 六、简答和论述题 1. 从水的物理化学性质，说说 水分在植物生命活动中的 重要 作用。 答：植物对水分的吸收，运输，利用和散失以及水在植物生命活动中所起的作用都与水的结构 及物 化性质有关。 单个水分子呈 V 形结构 ，呈 电中性 ， 是极性分子 。 水的高 比热容 、 气化热 和熔 解热 ，使得 水可作为热的缓冲剂，对气温、地温及植物体温有巨大的调节作用，从而有利于植物适应冷热多变的环境。 水的蒸 发 特点、 毛细作用 、 水的高抗张 (拉 )强度 及 不可压缩性 ，与植物的 气孔开闭 、水分长距离运输、 叶片运动
17、 、 植株固有姿态的保持 等密切相关。这将有利于植物进行光合作用、呼吸作用、蒸腾作用、传粉受精等生理活动。 水具有高的介电常数 ，可以 溶解 许 多种类和数量的溶质 ，因此是 最理想的生物溶剂 ，是植物 各种 生理生化反应、生理生化过程的重要溶质和介质。 2. 在植物生理学中引入水势概念 有何意义？ 答： 可用热力学知识来分析水分的运动状况 ， 不论在生物界、非生物界，还是在生物界与非生物界之间，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。 可用同一单位来判别水分移动 ， 水势的单位为压力 (Pa)，与土壤学、气象学中的压力单位相一致，使在土壤 -植物 -大气的水分连续系统中，可
18、用同一单位来判别水分移动。 与吸水力联系起来 ， 水势概念与传统的吸水力（ S）概念有联系，在数值上 w = -S，使原先前人测定的吸水力数值在加上负号后就变成水势值。 3.土壤溶液和植物细胞在水势的组分上有何异同点？ 答 ： (1)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。 (2)不同点： 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； 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所引起的； 土壤溶液是个开放体系中，土壤的压力势易受外界压力的影
19、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驰情况的影响。 4.以下论点是否正确，为什么？ (1)一个细胞的溶质势与所处外界溶 液的溶质势相等，则细胞体积不变。 答：该论点不完全正确。因为一个成熟细胞的水势由溶质势和压力势两部分组成，只有在初始质壁分离 p 0时，上述论点才能成立。通常一个细胞的溶质势与所处外界溶液的溶质势相等时，由于压力势（常为正值）的存在，使细胞水势高于外界溶液的水势（也即它的溶质势），因而细胞失水，体积变小。 (2)若细胞的 p -s ，将其放入某一溶液中时，则体积不变。 答：该论点不正确。因为当细胞的 p -s 时，该细胞的 w = 0 。把这样的细胞放入任
20、溶液中，细胞都会失水，体积变小。 (3)若 细胞的 w s ，将其放入纯水中，则体积不变。 答：该论点不正确。因为当细胞的 w s 时，该细胞的 p = 0 ，而 s 为负值，即其 w 蔗糖溶液的水势 ,因此细胞放入溶液后会失水 ,使组织的重量减少 ,体积缩小。 8.简述小液流法测定植物组织水势的原理。如果试验中得到下面的结果，请计算出被测植物组织的水势。其中 R=0.082 大气压 升 -1摩尔 -1度 -1， CaCl2 解离常数 i=2.6，温度为 t=27C。如果想要获得该植物组织水 势更准确的结果，应怎样进行下一步的实验设计（仍采用小液流法）？ 试管编号 1 2 3 4 5 6 7
21、CaCl2浓度（ M） 0 0 05 0 10 0 15 0 20 0 25 0 30 兰色液滴移动情况 答： 从表中实验结果可以得出，被测植物组织的水势介于试验管号 4 与 5之间，可以采取取中间值的方法计算水势， 水势 W 溶液 = -iRTC =-2.60.082 大气压 升 -1摩尔 -1度 -1(273+27) 度 0.175 摩尔 /升 =-2.60.082 (273+27) 0.175 大气压 =-11.41686 大气压 =-1.16 MPa 如果想要获得该植物组织水势更准确的结果， 则可以采用下列方法，在 0.15-0.20 M CaCl2浓度之间，设置更为密集的浓度梯度，如
22、 0.15， 0.16， 0.17， 0.18， 0.19，0.20 M，即可检测出精确的水势值。 9. 什么 叫质壁 分离现象？ 研究质壁分离 现象有什么意义？ 利用细胞质壁分离现象可以解释哪些问题？ 答： 当细胞液泡的水势高于外界溶液的水势时，细胞开始失水，原生质层收缩；由于细胞壁和原生质层的伸缩性差异，当 细胞继续失水时，原生质层便和细胞壁慢慢分开，这种由于细胞脱水而使原生质体与细胞壁分开的现象被称为质壁分离(plasmolysis)。 如果把发生了质壁分离的细胞浸在水势较高的稀溶液或清水中 时 ，细胞 吸水 ，整个原生质层很快会恢复原来的状态，重新与细胞壁相 接触 ，这种质壁分离的细胞
23、重新吸水而使原生质体慢慢恢复原来状态的现象称为质壁分离复原(deplasmolysis)。 质壁分离现象是生活细胞的典型特征， 人们利用细胞质壁分离和质壁分离复原的现象可以解决如下几个问题：说明原生质层是半透膜；判断细胞的死活；测定细胞液的渗透势；判断物质透过原生质体的速度，同时可以比较原生质粘度大小。 10. 简述植物水通道蛋白的功能。 答： (1) 促进水的长距离运输。水从植物根到叶的长距离运输有 3 个不同的平行途径 : 共质体途径、质外体途径 、跨 细胞途径 ，水通道蛋白在跨细胞途径中起主要作用；(2) 在逆境应答等过程中促进细胞内外的跨膜水分运输，调节细胞内外水分平衡，该过程由质膜水
24、通道蛋白（ PIPS）来完成； (3) 调节细胞的胀缩。通过存在于液泡膜上的水通道蛋白（ TIPS）使水快速出入液泡以保证细胞能迅速膨胀和紧缩； (4) 运输其 它小分子物质 ， 所谓水通道蛋白专司水分运输的功能是相对的，目前在植物中也发现少量水通道蛋白可同时运输其它小分子物质，如 CO2。 11.温度为什么会影响根系吸水？ 答：温度尤其是土壤温度与根系吸水关系很大。过高过低对根系吸水均不利。 (1)低温使根系吸水下降的原因： 水分在低温下粘度增加，扩散速率降低，同时由于细胞原生质粘度增加，水分扩散阻力加大； 根呼吸速率下降，影响根压产生，主动吸水减弱； 根系生长缓慢，不发达，有碍吸水面积扩大
25、。 (2)高温使根系吸水下降的原因： 土温过高会提高根的木质化程度，加速根的老化进程； 使根细胞中的各种酶蛋白变性失活。 土温对根系吸水的影响还与植物原产地和生长发育的状况有关。一般喜温植物和生长旺盛的植物的根系吸水易受低温影响，特别是骤然降温，例如在夏天烈日下用冷水浇灌，对根系吸水很为不利。 12. 从气孔的结构和代谢论述气孔开闭的机理。 答： 首先，保卫细胞体积小，少量的溶质进入即可引起保卫细胞膨压的显著变化，迅速调节气孔的开闭。其次， 保卫细胞中 含有更多的细胞器，特别是 叶绿体 和线粒体，能进行 光化学反应和呼吸代谢，为气孔运动提供能量。 保卫细胞中 淀粉、苹果酸含量变化参与气孔运动的
26、调节 。 成熟的保卫细胞与表皮细胞间没有胞间连丝存在，更有利于其渗透势的调节。保卫细胞质膜和液泡膜上有多种离子通道，包括质膜外向和内向 K+ 通道、质膜慢型和快型阴离子通道、拉伸激活非选择性通道、慢型和快型液泡通道和非电压依赖型的 K+选择性通道等，这些离子通道在气孔开闭中起重要的调节作用。保卫细胞质膜上还存在多种结合蛋白，如脱落酸结合蛋白、乙酰胆碱受体、 GTP 结合蛋白、光受体等，参与气孔运动调控中的接收和传递信号。 气孔开闭的机理 的假说： （ 1）淀粉 -糖转化学说 (starch-sugar conversion theory) 该理论认为，在光照下，保卫细胞进行光合作用，消耗 CO
27、2，引起 pH值升高（ pH=7），从而使淀粉磷酸化酶活性增强，并促使淀粉分解为葡萄糖 -1-磷酸，使细胞内渗透势下降，保卫细胞吸水膨胀，气孔开启；而在暗中，保卫细胞光合作用停止，呼吸作用继续进行， CO2积累， pH 值下降（ pH=5），此时淀粉磷酸化酶催化葡萄糖 -1-磷酸合成淀粉，从而使细胞渗透势升高，保卫细胞失水，气孔关闭。 （ 2） 苹果酸 代谢 学说 (malate metabolism theory) 在光下 , 保卫细胞内的部分 CO2 被利用时 ,pH 值上升至 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 （ OAA） ,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。
