植物生理学

植物生理学
第一章水分生理
（一）名词解释
自由水：远离植物细胞原生质胶体颗粒而可以自由移动的水分。

束缚水：又叫结合水，由于植物细胞原生质胶体颗粒紧密吸附而不易流动和流失的水分。

水势：溶液中每偏摩尔体积水的化学势差。

蒸腾速率：又称蒸腾强度或蒸腾率，是指植物在单位时间、单位叶面积上通过蒸腾作用散失的水量。

蒸腾效率：也称蒸腾比率，是指植物每蒸腾1kg水所形成干物质的克数。

水分临界期：指植物在生命周期中对水分缺乏最敏感，最易受害的时期。

（二）问答题
1、植物细胞的水势由哪几部分组成？说明成熟植物细胞从萎蔫到充分膨胀的过程中，各个组分的变化情况。

含水体系的水势主要由四部分组成，即水势(ψw)= 溶质势(ψs)+衬质势(ψm)+压力势(ψp) +重力势(ψg)。

对于一个已形成液泡的成熟细胞来说，其ψw=ψs+ψp。

植物细胞吸水或失水，细胞体积会发生变化，渗透势和压力势因之也会发生改变。

在细胞初始质壁分离时（相对体积＝1.0），压力势为零，细胞的水势等于渗透势，两者都呈最小值（约-2.0MPa）。

当细胞吸水，体积增大时，细胞液稀释，渗透势増大，压力势増大，水势也増大。

当细胞吸水达到饱和时（相对体积＝1.5），渗透势与压力势的绝对值相等（约1.5MPa），但符号相反，水势为零，不吸水。

蒸腾剧烈时，细胞虽然失水，体积缩小，但并不发生质壁分离，压力势就变为负值，水势低于渗透势。

2、简述气孔运动机理的无机离子泵学说。

无机离子泵学说又称K+泵假说。

在光下，K+由表皮细胞和副卫细胞进入保卫细胞，保卫细胞中K+浓度显著增加，溶质势降低，引起水分进入保卫细胞，气孔就张开；暗中，K+由保卫细胞进入副卫细胞和表皮细胞，使保卫细胞水势升高而失水，造成气孔关闭。

这是因为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。

第二章矿质营养
（一）名词解释
必需元素：当某一元素符合如下三条标准时，则称为必需元素。

（1）在完全缺乏该元素时，植物不能进行正常的生长和生殖，不能完成其生活周期；（2）该元素的功能不能被其他元素所替代；（3）该元素必需直接参与植物的代谢，如参与植物体某些重要分子或结构的组成，或者是某一个代谢步骤所必需的，如作为某种酶促反应
的活化剂。

生理酸性盐：植物对某些盐（如硫酸铵）阳离子的吸收大于阴离子，为维持电荷中性，分泌H+，pH下降，这种盐称为生理酸性盐。

生理碱性盐：植物对某些盐（如硝酸钠）阴离子吸收大于阳离子，OH-、HCO3-排除出，pH升高，这种盐称为生理碱性盐。

生理中性盐：植物对某些盐（如硝酸铵）阴阳离子的吸收基本相等，pH不变，这种盐为生理中性盐。

杜南平衡：科学家Donnan发现，当细胞内存在不可散的阴离子以及细胞内外体积相等时，细胞内可扩散负离子与正离子浓度的乘积等于细胞外可扩散正负离子浓度的乘积，这时的平衡也称为道南平衡。

（二）问答题
1、举例说明植物缺素病症为什么有的首先发生在顶端幼嫩枝叶上，有的首先发生在下部老叶上?
某些矿质元素进入地上部后仍呈离子状态（如K+）或形成不稳定的化合物（氮、磷、镁），不断分解，释放出的离子又转移到其它需要的器官去。

参与循环的元素都能再利用。

这类元素多分布于生长点和嫩叶等代谢较旺盛部分（果实和地下贮藏器官），其缺素症状发生在老叶上。

2、为什么说氮磷钾被称为肥料三要素，列举五种植物的必需元素及其主要功能。

氮、磷、钾三种元素植物需求量大，而土壤中往往缺乏这三种元素，所以生产中常常要给作物补充着三种元素，所以氮、磷、钾被称为“肥料的三要素”。

B：参与生殖过程及同化物的运输。

Fe：电子传递体的主要组分。

Zn：酶的组成成分。

Mo：硝酸还原酶的组分。

Cu：氧化还原反应的电子传递体。

第三章呼吸作用
（一）名词解释
呼吸链：即呼吸电子传递链，是呼吸代谢中间产物的电子和质子，在线粒体内膜上沿着一系列由电子传递体组成的电子传递途径，严格有序地传递到分子氧的过程。

呼吸商：是指植物组织在一定时间内放出CO2的量与所吸收O2的克分子数或体积的比值，又称呼吸系数。

（二）问答题
1、机械损伤会显著加快植物组织呼吸速率的原因何在？
（1）原来呼吸酶与底物在结构上是隔开的，机械损伤使原来的间隔破坏，底物与呼吸酶接触，使呼吸速率提高。

（2）损伤扩大了呼吸酶与氧气接触的机会和面积，氧气供应充足，使有氧呼吸增强。

（3）损伤处易受微生物浸染以及愈伤组织的形成，都会使呼吸速率提高。

第四章光合作用
（一）名词解释
红降现象：当波长大于685nm的远红光照射材料时，光子仍被叶绿素大量吸收，但量子产额急剧下降的现象。

双光增益效应：如果在远红光(大于685nm)照射时，再加上波长较短的红光(波长约650nm)，则量子产额大增，比这两种波长光单独照射的
总和还要多。

光合链：定位在光合膜上的、一系列互相衔接的电子传递体组成的电子传递的总轨道，其电子传递体的排列呈侧写的“Z”形。

光补偿点：在光饱和点以下，随着光强的增高，光合速率相应提高，当达到某一光强时，叶片的光合速率与呼吸速率相等，净光合速率为零，这时的光强称为光补偿点。

光饱和点：在一定范围内，光合速率随着光强的增加而呈直线增加，当达到某一光强时，光合速率就不再随光强增加而增加，当光合速率开始达到最大值时的光强称为光饱和点。

CO2补偿点：在CO2饱和点以下，随着CO2浓度增高，光合速率增加，当光合速率与呼吸速率相等时，外界环境中的CO2浓度即为CO2补偿点。

（二）问答题
1、试用化学渗透假说解释光合磷酸化的机理。

关于光合磷酸化的机理，至今还不十分清楚。

英国人P.Mitchell(1961)提出了化学渗透假说来解释。

在类囊体膜的电子传递体中，PQ可传递电子和质子，而其他传递体PC和Fd等传递电子而不传递质子。

在PSⅡ，光照引起水的裂解产生4个电子和4个质子，水释放的质子留在膜内侧，电子进入电子传递链中的PQ。

PQ在接受水裂解传来的电子的同时，又接受膜外侧传来的质子。

PQ将质子排入膜内侧，将电子传给PC。

这样，膜内侧质子浓度高而膜外侧低，膜内侧电位较膜外侧高。

于是膜内外产生质子浓度差(ΔpH)和电位差(Δφ)，两者合称为质子动力，即为推动光合磷酸化的动力。

当H+沿着浓度梯度返回膜外侧时，在ATP 合成酶催化下，将ADP和Pi合成ATP。

2、什么是光能利用率？试述提高作物光能利用率的途径。

作物的光能利用率是指作物光合产物中贮存的能量，占照射在单位地面上日光能的百分率。

（1）增加光合面积
①合理密植密植是否合理可用叶面积系数来衡量，在一定范围内，作物产量随着叶面积系数的增加而提高。

②改善株型理想的株型是紧凑、矮杆、叶小而直立、叶厚、分蘖密集等。

（2）提高光合效率
①增加二氧化碳浓度②降低光呼吸
（3）延长光合时间
①提高复种指数②延长生育期适时早种；防止叶片早衰。

③补充人工光照。

第五章同化物的分配与运输
（一）名词解释
代谢库：指消耗或贮藏同化物的组织、器官或部位，例如，植物的幼叶、根、茎、花、果实、发育的种子等。

代谢源：能够制造并输出同化物的组织、器官或部位，如绿色植物的功能叶。

源-库单位：植物体内供应同化物的叶片（源）与接受该叶片同化物的组织、器官以及连接它们之间的输导系统的总称。

（二）问答题
1、试述同化物运输与分配的特点和规律。

（1）按源-
库单位进行分配植物体内有机物的分配是严格按照各自的源-库单位进行的。

（2）优先供应生长中心（或分配中心）。

（3）就近供应，同侧运输。

叶片制造的光合产物首先分配给距离近的生长中心，且向同侧分配较多。

（4）功能叶之间无同化物供应关系。

（5）再分配与再利用。

同化物在植物体内不同器官和部位间可进行再分配和再利用。

2、为什么“树怕剥皮，不怕烂心”？
因为树皮中包含韧皮部，韧皮部中有筛管，其功能是运输有机物，韧皮部被剥掉，就失去了运输有机物的功能，叶子制造的有机物无法向根部运输，植物被饿死。

树木的木材包括心材与边材，起运输水分和无机盐的部分是边材而不是心材，所以“树怕剥皮，不怕烂心”。

第六章植物生长物质
（一）名词解释
植物激素：植物自身合成的微量有机物质，它们通常由合成部位运输到作用部位，在那里以极低的浓度对植物生理过程起调节作用。

植物生长物质：指所有自然合成的或人工合成的调节植物生长发育的物质，包括植物激素、植物生长调节剂、其他的内源调节物质。

生长素极性运输：生长素只能从植物的形态学上端向下端运输，而不能向相反的方向运输。

乙烯三重反应：抑制茎的伸长生长、促进茎或根的横向增粗及茎的横向生长(即使茎失去负向地性生长)。

（二）问答题
1、生长素的生理作用。

（1）促进生长。

在一定浓度范围内，生长素对离体的根和芽的生长也有促进作用，但高浓度时则抑制生长。

（2）促进插条不定根的形成。

生长素可刺激插条基部切口处细胞的分裂与分化，诱导根原基的形成。

（3）对养分的调运作用。

生长素具有很强的吸引与调运养分的效应。

（4）生长素的其它效应。

生长素还广泛参与许多其它生理过程。

如引起单性结实、促进菠萝开花、引起顶端优势(即顶芽对侧芽生长的抑制)、诱导雌花分化(但效果不如乙烯)、促进形成层细胞向木质部细胞分化，促进光合产物的运输、叶片的扩大和气孔的开放等。

此外，生长素还可抑制花朵脱落、叶片老化和块根形成等。

2、简要说明生长素促进细胞生长的酸生长学说。

①原生质膜上存在着非活化的质子泵（H+ -ATP 酶），生长素作为泵的变构效应剂，与泵蛋白结合后使其活化。

②活化了的质子泵消耗能量（ATP），将细胞内的H+ 泵到细胞壁中，导致细胞壁基质溶液的pH 下降。

③在酸性条件下，H+ 一方面使细胞壁中对酸不稳定的键（如氢键）断裂，另一方面（也是主要的方面）使细胞壁中的某些多糖水解酶（如纤维素酶）活化或增加，从而使连接木葡聚糖与纤维素微纤丝
之间的键断裂，细胞壁松弛。

④细胞壁松弛后，细胞的压力势下降，导致细胞的水势下降，细胞吸水，体积增大而发生不可逆增长。

3、赤霉素的生理作用。

（1）促进茎的伸长生长 赤霉素最显著的生理效应就是促进植物的生长，这主要是它能促进细胞的伸长。

（2）诱导开花。

赤霉素在某些情况下可代替低温或长日照条件诱导某些植物开花。

（3）打破休眠。

赤霉素在种子发芽过程中起调节作用。

（4）促进雄花分化
（5）其它生理效应。

GA还可加强IAA对养分的动员效应，促进某些植物座果和单性结实、延缓叶片衰老等，也可促进细胞分裂和分化。

第七章生长生理
（一）名词解释
生长大周期：植物器官或整株植物的生长速度会表现出“慢-快-慢”的基本规律，即开始时生长缓慢，以后逐渐加快，达到最高速度后又减慢以至最后停止。

这一生长全过程称为生长大周期。

根冠比：指地下部根系总重量与地上部茎叶等总重量的比值。

（二）问答题
1、说明水稻种子萌发时表现出“旱长根，水长苗”现象的原因。

水稻种子萌发时表现出“旱长根、水长苗”的现象，这是由于根和胚芽鞘的生长所要求的含氧量不同所致。

根的生长，既有细胞的伸长和扩大，也包括细胞分裂，而细胞分裂需要有呼吸提供能量和中间代谢产物。

在水中氧气不足，根的生长受抑制。

但是胚芽鞘的生长，主要是细胞的伸长与扩大，在水层中，水分供应充足，故而生长的较快。

水稻种子萌发时表现出“旱长根、水长苗”的现象，还与生长素的含量有关。

在水分较少，供氧充足时，IAA 氧化酶活性升高，使IAA 含量降低，以至胚芽鞘细胞的伸长和扩大受抑制。

而在有水层的条件下，氧供应量减少，IAA 氧化酶
活性降低，IAA 含量升高，从而促进胚芽鞘细胞的伸长，并且IAA 运输到根部，会因根对IAA 比较敏感，使根生长受到抑制。

2、试说明果树的大小年现象。

果树的大小年，主要是如果今年开花结实太多，形成大年，则消耗了过多的养分，削弱了枝叶的生长并影响来年花芽的形成，另外幼果和种子中产生的大量GA运出一部分抑制花芽的分化，所以大年必须接着一个小年。

第八章成花生理
（一）名词解释
春化作用：低温诱导促进植物开花的作用。

花熟状态：植物营养生长到一定的生理状态，然后才能感受外界条件刺激而诱导成花的生理状态，它是植物从营养生长转入生殖生长的最主要生理特征。

临界日长：指长日植物开花所需的最短日照长度或短日植物开花所忍受的最长日照长度。

临界夜长：指短日植物成花所需的最小暗期长度或长日植物成花所
能忍受的最大暗期长度。

长日植物：在24h昼夜周期中，当日照长度长于一定的临界值时(或黑暗时数短于一定限度时)才能开花的植物。

短日植物：在24h昼夜周期中，当日照长度短于一定的临界值(或每天连续黑暗长于一定的临界值)时，才能开花的植物。

（二）问答题
1、“七九小麦”
从冬至那天起，将冬小麦种子浸在井水中，次晨取出阴干，每9日处理一次，共处理7次，春播后能在夏季正常抽穗结实。

2、用植物生理学知识解释“霜打麦子不用愁，一颗麦子九个头”。

小麦的主茎和分蘖通过春化作用的时间有先有后，这样，在有晚霜危害和寒潮侵袭时，完全通过春化的主茎和分蘖可能被冻死，而某些未完全通过春化的分蘖仍具有较强的抗寒性。

因此，在生产上尽管受冻的麦株主茎已死，但只要加强水肥管理，未冻死的分蘖仍可成穗，并可获得较好收成，即所谓的“霜打麦子不用愁，一颗麦子九个头”。

3、“早禾生日子，晚禾生季节”。

早稻属感温型，不受日照时数支配，而要求一定的天数才能开花结实，苗期长了，插秧后易抽穗，所以早稻要用嫩壮秧。

晚稻属于短日植物，其生育期长短主要受日照长短所支配，要到一定短日条件下才能开花，所以晚稻要用老壮稻。

第九章成熟生理
一、名词解释
呼吸跃变：果实在成熟之前发生的呼吸速率突然升高的现象。

单性结实：有些植物的胚珠不经受精，子房仍然能继续发育成为没有种子的果实，称为单性结实。

二、问答题
1、“风旱不实”
指由于干燥与热风使种子灌浆不足。

其原因是水分充足时，物质才能运输，干热
风时，叶子萎蔫，同化物不能流向正灌浆的籽粒，同时水解酶活性增强，妨碍了贮藏物质的积累，造成籽粒干缩和过早成熟，减产。

同时，种子较早时期干缩，可溶性糖来不及转变为淀粉，被糊精效结在一起，形成玻璃状而不是粉状的粒籽粒，而蛋白质的积累受阻小，因而，风旱不实的种子蛋白质含量相对高。

2、简述植物衰老过程中的生理生化变化。

1、蛋白质的变化蛋白质水解是植物衰老的第一步。

叶片衰老时，蛋白质合成能力减弱，分解加快，总的表现是蛋白质含量显著下降。

在蛋白质水解的同时，伴随着游离氨基酸的积累，可溶性氮会暂时增加。

2、核酸的变化叶片衰老时，RNA总量下降，尤其是rRNA的减少最为明显。

3、光合色素丧失叶绿素逐渐丧失是叶片衰老最明显的特点。

4、呼吸速率下降叶片在衰老时呼吸速率下降，但下降速率比光合速率慢。

5、植物激素植株在衰老时，通常是：促进生长的植物激素如细胞分裂素、生长素、赤霉素
等含量减少，而诱导衰老和成熟的激素如脱落酸、乙烯等含量增加。

6、细胞结构的变化叶片衰老时的结构变化最早表现在叶绿体的解体上，叶绿体的外层被膜消亡，类囊体膜逐渐解体。

同时在基质中出现许多脂质球。

另外细胞中的核糖体和粗糙型内质网数量减少；线粒体先是嵴变形，进而收缩或消失；核膜裂损，液泡膜、质膜发生降解。

膜结构的破坏引起细胞透性增大，选择透性功能丧失，使细胞液中的水解酶分散到整个细胞中，产生自溶作用，进而使细胞解体和死亡。

第十章抗性生理
抗性锻炼是指植物在逆境下逐渐形成的对逆境的适应与抵抗能力。