上师大植物生理学作业答案 马为民

1 植物生理学的定义和研究内容？

答：植物生理学是研究植物生命活动规律的科学。研究的内容包括：植物的①物质与能量的转化：水分、矿质、光合和呼吸作用。②信息传递与信号转导：信号转导、植物生长物质和光形态建成部分内容。③生长发育与形态建成：生长、形态建成、生殖、成熟和衰老。

1 水分代谢的基本过程？

答：水分代谢的基本过程分为三个阶段，即水分的吸收、运输和散失。

①植物体对水分的吸收：

A）植物细胞吸水主要有两种形式：一种是渗透性吸水，一种是吸胀性吸水。未形成液泡的细胞靠吸胀作用吸水；形成液泡以后，细胞主要靠渗透性吸水。还有第三种吸水方式叫代谢性吸水。

B）植物根系对水分的吸收：有主动吸水与被动吸水两种方式。主动吸水的动力是根压，被动吸水的动力是蒸腾拉力。

②水分在植物体内运输的途径：

土壤水分→根毛→根的皮层→根的中柱鞘→根的导管→茎的导管→叶柄的导管→叶脉的导管→叶肉细胞→叶肉细胞间隙→气孔下腔→气孔→大气。

在这段过程中，一部分要经过活细胞即共质体进行，另一部分要经过死细胞即质外体进行。

②植物体内水分散失：

植物散失水分的方式有两种：蒸腾与吐水。

蒸腾作用：水分以气态形式通过植物体表面散失到体外的过程叫做蒸腾作用。途径有三种：皮孔蒸腾、角质层蒸腾和气孔蒸腾。

2 名字解释：

1）自由水和束缚水；

束缚水：靠近胶粒并被紧密吸附而不易流动的水分，叫做束缚水；

自由水：距胶粒较远，能自由移动的水分叫自由水。

2）渗透作用和吸胀作用；

渗透作用：渗透是扩散的特殊形式，即通过选择透性膜的扩散。这种水分通过选择透性膜从高水势处向低水势处移动的现象称为渗透作用。

吸胀作用：是指亲水胶体吸水膨胀的现象。植物细胞的原生质、细胞壁及淀粉粒等都是亲水物质，它们与水分子之间有极强的亲和力。水分子以氢键、毛细管力、电化学作用力等与亲水物质结合后使之膨胀。

3）扩散、渗透和集流；

扩散：是指物质分子从高化学势处向低化学势处均匀分布的现象。动力是两点间的水势差。对于短距离的物质运输有效。不适用于长距离运输。

渗透：当溶液被膜分开为两个部分时，溶质无法跨膜运输，溶剂的跨膜扩散称为渗透。渗透动力为膜两侧的水势差。这是物质进入细胞的主要形式。

急流：由于压力差的存在而形成的大量分子集体运动的现象称为集流。在多数情况下，植物体中集流的动力就是液体的水势差。液体在植物体的导管和筛管中移动时，可以以集流方式移动。这种方式速度快。

4）水孔蛋白

在细胞膜上存在蛋白质组成的对水分特异的通透孔道。定义为水通道蛋白，也称为水孔蛋白，存在于细胞膜和液泡膜上。

5）伤流和吐水；

伤流：如果从植物的茎基部靠近地面的部位切断，不久可看到有液滴从伤口流出。这种从受伤或折断的植物组织中溢出液体的现象，叫做伤流。流出的汁液是伤流液。

吐水：没有受伤的植物如处在土壤水分充足，气温适宜，天气潮湿的环境中，叶片的尖端或边缘也有液体外泌的现象，这种现象称为吐水。

6）根压和蒸腾作用；

根压：植物根系生理活动促使水分从根部上升的压力称为根压。

蒸腾作用：水分以气态形式通过植物体表面散失到体外的过程叫做蒸腾作用。

（〇蒸腾拉力：由于蒸腾作用产生一系列水势梯度使导管中水分上升的力量称为蒸腾拉力。）

7）共质体与质外体；

共质体：所有细胞的原生质通过胞间连丝联系在一起形成的体系。即组织的活性部分。

质外体：包括细胞壁、细胞间隙、细胞间层以及中柱内的导管。水分可以自由通过。它是不连续的、被内皮层隔开，导管在内皮层以内，其他部分在内皮层以外。

8）小孔律：

蒸腾作用相当于水分通过一个多孔表面的蒸发过程。而气体通过多个小孔表面的扩散速度不是与小孔的面积成正比，而是与小孔的周长成正比。这就是小孔律。

9）水势：

在植物生理学上，水势（water potential）是指每偏摩尔体积水的化学势。在某种水溶液中，溶液的水势等于每偏摩尔体积水的化学势与纯水的化学势差。

3 解释气孔开关机理的学说有那些？它们分别是如何改变保卫细胞的水势？

答：①经典的淀粉—糖互变学说：

在光下，保卫细胞进行光合作用，消耗CO2使细胞pH升高，淀粉磷酸化酶便水解淀粉为葡萄糖－1－磷酸，细胞内葡萄糖浓度增高，水势下降，保卫细胞吸水，气孔张开。在黑暗中，则相反，保卫细胞呼吸产生的CO2使其pH值下降，淀粉磷酸化酶便把葡萄糖和磷酸合成为淀粉，细胞中可溶性糖浓度降低，水势升高，水分便从保卫细胞中排出，气孔关闭。

②光合作用促进气孔开放假说：

在光下，保卫细胞进行光合作用，使保卫细胞可溶性糖浓度增加，渗透势降低，进而吸水使气孔张开。

③无机离子泵学说：

A）在保卫细胞的质膜上存在内向和外向的K＋通道（离子通道），还存在着K＋/H＋离子泵（A TPase）。K＋的吸收依赖于H＋从膜内向外泌出。

B）白天光下，光合形成的A TP不断供给质膜上的K＋/H＋离子泵做功，促进H＋从保卫细胞排出，K＋则从外面进入保卫细胞，造成保卫细胞水势降低，促进吸水而使气孔张开。并且发现K＋/H＋离子泵可以逆K+浓度吸收K+。蓝光可以直接激活H＋－ATPase，且效率很高。

C）夜间，光合作用停止，ATP供应停止，K+从保卫细胞中排出，水势升高，失水，气孔关闭。

④苹果酸代谢学说：

A）在光下，保卫细胞中CO2被利用，pH升高，从而活化了PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）羧化酶，它可催化由淀粉降解产生的PEP与HCO-3结合形成草酰乙酸，并进一步被NADPH还原成苹果酸。

B）苹果酸解离为H+和苹果酸根，在H+/K+泵的作用下，H+与K+交换，保卫细胞内K+浓度增加，水势降低。苹果酸根进入液泡与CI-共同与K+保持电荷的平衡。同时，苹果酸浓度的增加也可以降低水势。夜间，过程逆转。

四种假说的本质都是通过保卫细胞渗透调节作用，保卫细胞中溶质增加，保卫细胞水势下降，从周围细胞吸水，气孔张开，反之，气孔关闭。