植物生理学

1：植物生理学有哪些主要的研究领域?

细胞生理，代谢生理，生长发育生理，逆境生理。

2; 植物生理学与农林业生产实践有何相互关系？

生产实践的需要是植物生理学产生的先决条件，也是植物生理学应用的必然归宿。农林业生产进步的根本保证是依靠科学技术。合理利用植物生理学的知识一实现农林业生产的高效、优质、高产的目标更为重要。植物生理学与农林业生产的实践之间是一种紧密的互动关系。植物生理学的发展能够推动农林业生产的进步，植物生理学在解决实际问题的时又会发现新的课题而推动植物生理学研究。事实上，植物生理学在长期服务于农林业生产的实践中已经有了大量成功的先例。

3.植物生理学对农业生产的指导作用可表现在哪些方面？

答：“植物生理学是合理农业的基础”，植物矿质营养学说的创立为无机肥料的施用奠定了理论基础，由于化肥的大量施用促使世界粮食产量急增；植物

激素的陆续发现导致了植物生长调节剂和除草剂的普通应用，给农业生产带来革命性的变革；在光合作用与产量关系的理论指导下，植物生理学家与育种学家相结合，开创了以培育矮杆、耐肥、抗倒、叶片直立、株型紧凑的水稻、小麦品种为主要内容的“绿色革命”，使稻、麦产量获得了新的突破；植物细胞全能性理论的确立，不仅使人们掌握了如组织培养、细胞及原生质体培养等高效快速的植物无性繁殖新技术，而且为植物基因工程的开展和新种质的创造提供了先决条件。按照我国农业生产发展的趋势，以下几方面可能成为今后植物生理学与农业生产相结合的重要研究领域：

(1) 作物产量形成与高产理论。

(2) 环境生理与作物抗逆性。

(3) 设施农业中的作物生理学。

(4) 植物生理学与育种学相结合——作物生理育种等

4、拟南芥有什么生物学和遗传学特征？我们为什么使用拟南芥做研究？常用拟南芥数据库有哪些？

生物学特征：基生叶有柄呈莲座状，叶片倒卵形或匙形；茎生叶无柄，披针形或线形。总状花序顶生，花瓣4片，白色，匙形。长角果线形，长1～1.5厘米。花期3～5月。

遗传学特征：1、植株小（1个茶杯可种植好几棵）、每代时间短（从发芽到开花不超过6周）、结子多（每棵植物可产很多粒种子）、生活力强（用普通培养基就可作人工培养）。2、拟南芥的基因组是目前已知植物基因组中最小的。3、自花受粉植物，基因高度纯合，用理化因素处理突变率很高，容易获得各种代谢功能的缺陷型。

数据库：The Arabidopsis Information Resource (TAIR),拟南芥信息资源中心 Arabidopsis MPSS（massively parallel signature sequencing）拟南芥大规模平行信号测序数据库 MPSS

拟南芥核仁蛋白数据库The Arabidopsis Nucleolar Protein database (AtNoPDB).

5．细胞的基本共性是什么？简述植物细胞和动物细胞的主要区别？这些差异对植物细胞生理活动有什么影响？

答：细胞的基本共性：相似的化学组成、脂质-蛋白质体系的生物膜、dna-rna 的遗传装置、蛋白质合成的机器-核糖体、一分为二的分裂方式。

典型的植物细胞中存在大液泡、质体和细胞壁，这是与动物细胞在结构上的最主要差异。植物特有的细胞结构对植物的生理活动以及适应外界环境具有重要的作用。例如大液泡的存在使植物细胞与外界环境构成一个渗透系统，调节细胞的吸水机能，维持细胞的坚挺，此外液泡也是吸收和积累各种物质的场所。质体中的叶绿体使植物能进行光合作用；而淀粉体能合成并贮藏淀粉。细胞壁不仅使植物细胞维持了固有的形态，而且在物质运输、信息传递、抗逆防病等方面都起着重要作用。

6：从细胞壁中蛋白质和酶的发现，谈谈对细胞壁功能的认识？

答：长期以来细胞壁被认为是界定原生质体的僵死的“木头盒子”，起被动的防御作用。随着研究的深入，大量蛋白质尤其是几十种酶蛋白在细胞壁中被发现，使人们改变了传统观念，认识到细胞壁是植物进行生命活动不可缺少的部分。它至少具有以下生理功能：①维持细胞形状，控制细胞生长。细胞壁增加了细胞的机械强度，这不仅有保护原生质体的作用，而且维持了器官与植株的固有形态。

②物质运输与信息传递。细胞壁涉及了物质运输，参与植物水势调节，另外细胞壁也是化学信号（激素等）、物理信号（电波、压力等）传递的介质与通路。③代谢功能。细胞壁中的酶类广泛参与细胞壁高分子的合成、转移与水解等生化反应。④防御与抗性。细胞壁中的寡糖素能诱导植物抗毒素的形成；伸展蛋白除了作为结构成分外，还有防御和抗病抗逆的功能。⑤识别反应。如花粉的外壁蛋白和柱头表面的亲水蛋白质膜参与了授粉受精过程中的识别反应；豆科植物根细胞与根瘤菌之间的识别反应等。

7，流动镶嵌模型的基本内容。简述细胞膜的主要生理功能。

答：流动镶嵌模型的基本内容：⑴细胞膜的主要成分是类脂和蛋白质；⑵类脂构成双分子层，成为膜的主要骨架，类脂的极性基团分布于膜的两个表面，非极性的烃链通过疏水作用而尾尾相连排列在膜的中央，类脂分子在膜上的排列是有规则的或是有序的；⑶膜蛋白分为外在蛋白或内在蛋白，内在蛋白不同程度地插入类脂双层中与类脂疏水结合，外在蛋白则静电结合在膜的表面；⑷膜结构是不对称的，类脂在膜两侧的数量和成分不对称，蛋白质在膜两侧的数量和成分不对称；多糖的残基严格分布于膜的外侧；⑸膜结构是流动的或者说是动态的，膜成分（类脂和蛋白质颗粒）可作平行于膜的横向移动。

简述细胞膜的主要生理功能：⑴在细胞中起分室作用，细胞膜将细胞分成若干小室，即各种细胞器；⑵决定植物细胞和细胞器对物质的选择、吸收，由于膜的选择透性，使得不同离子以及各种有机物质的分子进入植物细胞的数目是不相同的；⑶使酶分区定位，保持细胞的生化反应有条不紊地、高速地进行，

膜结构不仅为生物体内各种酶蛋白提供了附着支架，也保证了细胞器内各种微环境的稳定性；⑷对外来信息作出反应，如免疫作用、细胞识别等；⑸使细胞具有适应环境的能力，如抗低温植物其细胞膜脂脂肪酸不饱和指数较高；⑹造成巨大的表面积，表面积上的反应能增加吸附和扩散能力，提高反应速度；⑺运输物质，进行能量转换和代谢功能，胞间连丝是胞间物质运输的通道，是信息传递媒介，内质网是胞内物质运输的通道，类囊体膜和线粒体膜都能进行能量转换，根外表的多糖是细胞膜的分泌功能产生的。

8、简要说明细胞如何感受内外因子变化的刺激，并最终引发生理生化反应？

答：1）胞间信号的产生植物细胞感受内外环境因子变化的刺激后，能产生起传递信息作用的胞间信号，可分为物理信号（电波信号与水力学信号）和化学信号（内源激素与生长调节物质）。 2）胞间信号的传递由于胞间信号的产生位点与发挥效应的作用位点处在不同部位时，需要进行长距离传递。主要包括如下四种方式：电波信号的传递、水力学信号的传递、化学信号的维管束传递（如ABA）、化学信号的气相传递（如ETH），最终传递至作用部位—靶细胞。 3）在靶细胞膜中信号的转换目前认为，在靶细胞膜中存在着信号受体，这是一种能感受信号，与信号特异结合，并引发胞内产生刺激信号（即信号的转换）的蛋白质类活性物质，如钙调蛋白（CaM）、蛋白激酶C（PKC）等，在信号的转换过程中，起关键作用的是G 蛋白，其过程是：当G蛋白与受体结合而被激活时，G 蛋白同时结合上GTP（形成受体- G 蛋白-GTP复合体），进而触发效应器，把胞间信号转换为胞内信号；当 GTP 水解为 GDP 时， G 蛋白回复到原初构象，失去转换信号的功能。 4）胞内信号的转导经 G 蛋白介导之后可产生胞内信号（第二信使）有多种，目前研究较为深入的有：钙信号系统（ Ca2+- CaM ）、肌醇磷脂信号系统（如 IP3 和DAG）、环腺苷酸信号系统（ cAMP ），这些经转换而产生的且又放大的次级信号系统，即可直接引发生化生理反应。 5）引起蛋白质磷酸化在上述胞内信号系统的作用下，使某些关键酶（如蛋白激酶 C ， PKC）发生磷酸化，甚至进而引起修饰作用或促发转录因子，最终引发生化生理反应。9．植物根系吸水有哪几种方式？试简要说明其过程？

按水分通过路径分，一是共质体途径，水分依次通过原生质体由皮层进入中柱导管的过程。二是质外体途径，水分通过根系质外体由皮层进入中柱导管的过程。

按动力分:主动吸水，植物根系本身的生理活动而引起的吸水，利用根压。被动吸水，通过蒸腾拉力进行吸水

10：1）无机离子泵学说（inorganic ion pump theory）

保卫细胞质膜上存在着 H + -ATP 酶，它被光激活后能水解保卫细胞中由氧化磷酸化或光合磷酸化生成的ATP，并将H+从保卫细胞分泌到周围细胞中，使得保卫细胞的pH升高，质膜内侧的电势变低，周围细胞的pH降低，质膜外侧电势升高，膜内外的质子动力势驱动K+从周围细胞经过位于保卫细胞质膜上的内向K+ 通道进入保卫细胞，引发气孔开张。暗中该过程逆转。

2）苹果酸代谢学说(malate metabolism theory)