植物生理学重点
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植物生理学考试重点
第二章植物的水分代谢
1.自由水与结合水:束缚水是指细胞中被细胞组分所吸附不能自由移动的水。束缚水在温度升高时不能被蒸发,温度降低时不结冰,也不参与细胞内的代谢反应,其含量相对恒定。自由水则是指不被细胞组分所吸附或吸附力很小而能自由移动的水。自由水参与代谢反应,温度高时会蒸发,低温至冰点时会结冰。(细胞中自由水比束缚水的比值,反应了植物代谢强度和抗逆性,比值高时,植物代谢活跃,抗逆性弱;反之,则代谢弱,抗逆性强。)
2.共质体与质外体:质外体是指没有原生质的部分,主要包括细胞壁,细胞间隙和木质部导管等,是植物中“死”的部分。物质在质外体中移动时受到的阻力小,因而移动速度快;共质体是植物体“活”的部分,包括所有的细胞质和胞间连丝。由于胞间连丝将相邻细胞的原生质连在一起,因而共质体是一个连续的整体。物质在共质体中移动时,受到的阻力大,移动的速度慢。
3蒸腾速率:植物在一定时间内,单位叶面积上散失的水量称为蒸腾速率。大多数植物白天的蒸腾速率为:0.5—2.5g/dm2·h,夜间为0.1 g/dm2·h。蒸腾效率与蒸腾系数:植物每蒸腾1000g水时所形成的干物质的克数称为蒸腾效率。植物每制造一克干物质所消耗的水量称为蒸腾系数,是蒸腾效率的导数,又称吸水量。一般植物的蒸腾效率为1—8,蒸腾系数为125—1000。
4.蒸腾作用:植物体内的水分以气态方式通过植物体表面,散失到大气中去的过程称为蒸腾作用。蒸腾作用可以促进水分的吸收和运转,降低植物体的温度,促进盐类的运转和分布。但蒸腾作用过于强烈时,会引起植物的水分缺失,对植物体造成伤害。5.水分临界期:指植物在生命周期中,对缺水最敏感、最易受害的时期,一般而言,植物的水分临界期多处于花粉母细胞四分体形成期,这个时期一旦缺水,就是生殖器官发育不正常,产量受到很大的影响。
6.主动吸水与被动吸水:植物根系通过自身的生理代谢活动所引起的吸水过程称为主动吸水。主动吸水的动力是根压,吸水过程要利用代谢能量。被动吸水是指由于地上枝叶的蒸腾作用所引起的吸水过程,被动吸水的动力是蒸腾拉力,即植物进行蒸腾作用时,叶肉细胞因水分的丢失水势降低,因而会从附近的细胞吸水,如此传递,接近叶脉导管的叶肉细胞向叶脉导管吸水;由于叶脉导管和茎导管、根导管是连通的,这种吸水过程最终传递到根系,使根系从土壤中吸水。这种吸水的原动力是由蒸腾作用引起的,与根系生理活动无直接关系,故称为被动吸水。
7.一个细胞放在纯水中其体积和水势及其各组分如何变化?
答:(1)如果该细胞处在初始质壁分离状态下,因其压力势为零,其水势等于渗透势,将该细胞放入纯水,由于二者存在有水势差,水分就会不断地内渗,使原生质体不断膨胀,质壁分离逐渐复原。由于细胞壁有一定的弹性,整个细胞的体积会随之增大。(2)细胞质壁分离复原后,随着水分的内渗,原生质体对细胞壁产生膨压,即细胞产生了压力势。压力势的出现提高了细胞水势,但只要细胞水势仍低于外液水势,水分继续进入细胞,压力势和渗透势就会继续增大,水势也随之增大,当增大到使细胞水势等于外液水势(ψw = 0)时,细胞停止吸水,此时细胞水势则为零,压力势与渗透势彼此抵消(数值相等,符号相反)。细胞吸水时,由于稀释作用,细胞液中的溶质浓度降低,渗透势增大。最后达到渗透平衡时,渗透势已大于原来的数值。总之,细胞在吸水过程中,体积、水势、压力势、渗透势是同时增大的,至吸水饱和时,细胞体积达最大,各组分不再变化。
8.试述气孔运动的机制及其影响因素。P/37小书
答:气孔是植物与外界进行气体交换的大门,因此气孔运动是植物控制水分散失和光合
作用CO
2
供应的重要生理过程。气孔的开闭即气孔运动受多种环境因素的影响,其中主要有:(1)光:气孔一般是在光下开放,暗中关闭,光对气孔运动的调节作用与光下保卫细
胞进行光合作用,降低胞间CO
2
浓度和产生能量(光合磷酸化)促进保卫细胞吸收离子有关。CAM植物则相反,其气孔是夜晚开放,白天关闭。
(2)温度:气孔只有在一定的温度范围内才开放,且在此温度范围内气孔的开度随温度的升高而增大。温度过高或过低气孔都有关闭。
(3)CO
2浓度:叶片内部CO
2
浓度高时气孔关闭,CO
2
浓度低时气孔开放。
(4)水分:叶片水分状况显著影响着气孔的开闭,当叶片水势降低(即缺水)时气孔开度减小或关闭。水分充足时保卫细胞膨压增大,气孔开放。
(5)风:空气的流动是通过影响保卫细胞水分的丢失而控制气孔的开闭,风速过高时,使蒸腾加快,保卫细胞失水过多,导致气孔关闭。
关于气孔运动的机理解释主要有三种学说:即淀粉——糖转化学说、K+积累学说和苹果酸代谢学说,其中后两种学说较为重要。
(1)淀粉——糖转化学说:气孔的保卫细胞含有叶绿体,在光下能进行光合作用,吸
收了CO
2,使保卫细胞因CO
2
浓度降低而pH值升高(pH7.0),在此pH下淀粉磷酸化酶催化
正向反应,使一分子淀粉可水解为许多分子葡萄糖,由此导致保卫细胞溶质浓度增加,水势降低,保卫细胞吸水,膨压增大,气孔开放;在暗中,保卫细胞光合作用停止,而呼吸作用仍在进行,导致CO
2
积累,pH值降低(pH5.0),淀粉磷酸化酶催化逆向反应,使葡萄糖合成淀粉,溶质颗粒数目减少,细胞水势升高,细胞失水,膨压丧失,气孔关闭。
光下:淀粉
+nPi nG-1-P-- nG+nPi
暗中:nG-1-P 淀粉+nPi
该学说可以解释光和CO
2
对气孔运动的影响,在60年代前一直受到重视,但随着研究的深入发现该学说对有些问题无法解释,如有些植物保卫细胞中没有淀粉存在;保卫细胞中也没有糖的存在。
(2)K+积累学说:20世纪60年代末人们发现气孔运动与保卫细胞积累K有着非常密切的关系。植物在光下保卫细胞内积累大量的K+,其原因是在光下保卫细胞叶绿体通过光合磷酸化合成ATP,活化了质膜K+-ATP酶,使K+主动吸收到保卫细胞中,在K+进入细胞的同时,还伴随着Cl- 的进入,以平衡K+ 保持细胞的电中性。保卫细胞积累较多的K+ 和Cl- 引起水势降低,水分进入保卫细胞,气孔张开。在黑暗中,K+从保卫细胞扩散出去,细胞水势提高,淀粉磷酸化酶,pH5.0