《植物生理学(第七版)》课后习题答案

第一章 植物的水分生理  水势：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商。  渗透势：亦称溶质势，是由于溶质颗粒的存在，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。  压力势：指细胞的原生质体吸水膨胀，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体膨胀的反作用力。  质外体途径：指水分通过细胞壁、细胞间隙等没有细胞质部分的移动，阻力小，移动速度快。  共质体途径：指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。  渗透作用：水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象。  根压：由于水势梯度引起水分进入中柱后产生的压力。  蒸腾作用：指水分以气体状态，通过植物体的表面（主要是叶子），从体内散失到体外的现象。  蒸腾速率：植物在一定时间内单位叶面积蒸腾的水量。  蒸腾比率：光合作用同化每摩尔CO2所需蒸腾散失的水的摩尔数。  水分利用率：指光合作用同化CO2的速率与同时蒸腾丢失水分的速率的比值。  内聚力学说：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。  水分临界期：植物对水分不足特别敏感的时期。 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？答：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？答：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？答：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。 第二章 植物的矿质营养  矿质营养：植物对矿物质的吸收、转运和同化。  大量元素：植物需要量较大的元素。  微量元素：植物需要量极微，稍多即发生毒害的元素。  溶液培养：是在含有全部或部分营养元素的溶液中栽培植物的方法。  透性：细胞膜质具有的让物质通过的性质。  选择透性：细胞膜质对不同物质的透性不同。  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。  被动运输：转运过程顺电化学梯度进行，不需要代谢供给能量。  主动运输：转运过程逆电化学梯度进行，需要代谢供给能量。  转运蛋白：包括两种通道蛋白和载体蛋白。 通道蛋白：横跨两侧的内在蛋白，分子中的多肽链折叠成通道，内带电荷并充满水。 载体蛋白：跨膜的内在蛋白，形成不明显的通道，通过自身构象的改变转运物质。  单向运输载体：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。  同向运输器：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。  反向运输器：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。  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。  生物固氮：某些微生物把空气中的游离氮固定转化为含氮化合物的过程。  诱导酶：是指植物本来不含某种酶，但在特定外来物质的诱导下生成的酶。  临界浓度：在营养元素严重缺乏与适量之间的浓度。是获得最高产量的最低养分浓度。  生物膜：细胞的外周膜和内膜系统。  生理酸性盐：对于（NH4）2SO4一类盐，植物吸收NH4＋较SO4－多而快，这种选择吸收导致溶液变酸，故称这种盐类为生理酸性盐。  生理碱性盐：对于NaNO3一类盐，植物吸收NO3－较Na＋快而多，选择吸收的结果使溶液变碱，因而称为生理碱性盐。  生理中性盐：对于NH4NO3一类的盐，植物吸收其阴离子NO3－与阳离子NH4＋的量很相近，不改变周围介质的pH值，因而，称之为生理中性盐。  单盐毒害：植物被培养在某种单一的盐溶液中，不久即呈现不正常状态，最后死亡。这种现象叫单盐毒害。  离子拮抗：在单盐溶液中加入少量其它盐类可消除单盐毒害现象，这种离子间相互消除毒害的现象为离子拮抗。  养分临界期：作物对养分的缺乏最敏感、最易受伤害的时期叫养分临界期。  再利用元素：某些元素进入地上部分后，仍呈离子状态，例如钾，有些则形成不稳定化合物，不断分解，释放出的离子（如氮、磷）又转移到其它需要的器官中去。这些元素就称为再利用元素或称为对与循环的元素。  诱导酶：又叫适应酶。指植物体内本来不含有，但在特定外来物质的诱导下可以生成的酶。如水稻幼苗本来无硝酸还原酶，但如将其在硝酸盐溶液中培养，体内即可生成此酶。  生物固氮：微生物自生或与植物（或动物）共生，通过体内固氮酶的作用，将大气中的游离氮固定转化为含氮化合物的过程。  质外体：植物体内原生质以外的部分，是离子可自由扩散的区域，主要包括细胞壁、细胞间隙、导管等部分，因此又叫外部空间或自由空间。  共质体：指细胞膜以内的原生质部分，各细胞间的原生质通过胞间连丝互相串连着，故称共质体，又称内部空间。物质在共质体内的运输会受到原生质结构的阻碍，因此又称有阴空间。 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：C H O N P S K Ca Mg Si ，微量元素：Fe Mn Zn Cu Na Mo P Cl Ni ，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：（uniport carrier）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。 5.简述植物体内铵同化的途径。答：①谷氨酰胺合成酶途径。即铵与谷氨酸及ATP结合，形成谷氨酰胺。②谷氨酸合酶途径。谷氨酰胺与α-酮戊二酸及NADH（或还原型Fd）结合，形成2分子谷氨酸。③谷氨酸脱氢酶途径。铵与α-酮戊二酸及NAD（P）H结合，形成谷氨酸。④氨基交换作用途径。谷氨酸与草酰乙酸结合，在ASP-AT作用下，形成天冬氨酸和α-酮戊二酸。谷氨酰胺与天冬氨酸及ATP结合，在AS作用下形成天冬酰胺和谷氨酸。 6.简述植物中硫酸盐的同化过程。答：硫酸根在ATP硫酸化酶的作用下与ATP结合成APS。APS在APS磺基转移酶作用下与GSH结合形成S-磺基谷胱苷肽，S-磺基谷胱苷肽与GSH结合形成亚硫酸盐，在亚硫酸盐还原酶作用下，由6Fdred提供电子形成硫化物。与O-乙酰丝氨酸结合，在O-乙酰丝氨酸硫解酶作用下形成半胱氨酸。 7.植物细胞通过哪些方式来控制胞质中的钾离子浓度？答：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？答：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？答：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？答：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？答：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。不同点：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？答：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？答：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。 答：引起嫩叶发黄的：S Fe，两者都不能从老叶移动到嫩叶。 引起老叶发黄的：K N Mg Mo，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。 答：缺乏下列矿质元素：N Mg F Mn Cu Zn。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。