植物生理（大题）

一、把一发生初始质壁分离的细胞放入纯水中，分析细胞的体积、水势、渗透势、压力势如何变化。

①初始质壁分离的细胞压力势为0，水势等于渗透势且小于0，放在纯水中，细胞吸水。随着细胞吸水的进行，细胞的体积、水势、渗透势、压力势逐渐增大。

②吸水达到平衡时，细胞水势等于纯水水势，此时压力势和渗透势绝对值相等，细胞的体积、水势、渗透势、压力势都达到最大。 二、用实验来证明根压的产生是一个渗透过程，而且与代谢有关：

将植物幼苗地上部切去一小部分，会发现有细胞汁液流出，称为伤流。将植物根系放在纯水中，根压增加，伤流会加快；当把植物放在较浓的溶液中时，根压下降，伤流减少，甚至已经流出的伤流液还会重新吸回。如果用物理或化学因素将细胞膜透性破坏，植物不再出现伤流。这说明根压的产生是一个渗透过程。

根压的产生与呼吸代谢密切相关，植物的呼吸为根系离子的主动吸收与转运提供能量，是维持中柱内外水势差不可缺少的因素。良好的通气条件及呼吸促进剂能促进植物的伤流，而抑制呼吸的因素如呼吸抑制剂、低温、缺氧等，均能降低植物的伤流。 三、简述蓝光诱导气孔开启的机制：

保卫细胞存在光受体，能感受蓝光信号。蓝光通过光受体可以激活质膜上的H+-ATP酶，将胞内的质子泵出胞外，建立跨膜的质子电动势pmf，这种跨膜的质子电动势驱动保卫细胞外面K＋通过质膜上的内向K＋通道进入保卫细胞，这是一种K＋的主动运输机制。K＋的进入降低了保卫细胞的水势而吸水，通过膨压运动使气孔开启。这是光诱导气孔开放的主要效应。

四、简述K＋调控气孔开启的机制： 在照光下，保卫细胞质膜上的H＋-ATP酶做功，将H＋从保卫细胞内排到细胞外，建立跨膜的质子电动势，驱动保卫细胞外面K＋通过质膜上的内向K＋通道进入保卫细胞，在K＋进入保卫细胞的同时，还伴随着负电荷Cl－进入，进一步降低了保卫细胞的水势，促进吸水使气孔张开。Cl－是通过Cl－- K＋ 共转运载体进入保卫细胞的。与K＋交换的H＋来自苹果酸，在照光下，保卫细胞pH升高活化了淀粉磷酸化酶，导致淀粉水解成磷酸葡萄糖，葡萄糖经糖酵解途径转变成PEP，光下由PEP羧化酶催化PEP与CO2反应，形成草酰乙酸并转变成苹果酸，苹果酸解离成酸根和2个H＋，在H＋/K＋离子泵的驱动下，H＋与K＋进行交换，而苹果酸根离子则进入保卫细胞的液泡内，和Cl－ 共同与进来的K＋ 保持电化学的平衡，同时也可降低保卫细胞的水势。所以K＋的进入和苹果酸的形成共同造成保卫细胞水势的下降，导致气孔张开。

五、设计一个实验，证明根系吸收矿质元素是一个主动的过程。

①用放射性同位素（如32P）示踪。用32P饲喂根系，然后用呼吸抑制剂处理根系，在呼吸抑制剂处理前后测定地上部分32P的含量，与对照相比，可知呼吸被抑制后，32P的吸收即减少。 ②冰冻根际，检查处理前后伤流液中的离子含量，与对照相比，可发现经冰冻处理后，抑制根系对矿质元素的吸收。

六、试述矿质元素如何从膜外转运到膜内： 物质通过生物膜主要有二种方式：一是被动吸收，是顺浓度梯度的运转，不消耗代谢能；二是主动吸收，有载体或质子泵参与，需消耗代谢能。矿质元素转运以主动吸收方式为主。

离子通过跨膜离子运输蛋白进行跨膜运输，跨膜离子运输蛋白分为离子通道、离子载体和离子泵三类。离子通过离子通道的运输是被动运输，通过离子泵的运输是主动运输，通过离子载体的运输是主动运输或被动运输。

七、在缺乏CO2的情况下对绿色叶片照光能观察到荧光，然而在供给CO2的情况下荧光即被猝灭，试解释原因： 当叶绿素分子吸收光量子后，就由最稳定的基态上升到不稳定的激发态，激发态的叶绿素不稳定，会发生能量的转变，或用于光合作用，或用于发热、发射荧光和磷光，荧光即是激发态的叶绿素分子以光的形式退激（释放能量）。

在缺乏CO2的情况下对绿色叶片照光，光反应形成的同化力不能用于光合碳同化，光合作用被抑制，叶片中的叶绿素分子较多地以光的方式退激，故能观察到荧光；而当供给CO2时被叶绿素吸收的光能用于光合作用，使荧光猝灭。

八、试述叶绿体中水－水循环（H2O-H2O cycle）及其生理功能：

假环式电子传递H2O→PSⅡ→PQ→Cytb6/f→PC→PSⅠ→Fd→O2，电子的最终受体不是NADP＋而是O2，O2得到一个电子生成超氧阴离子自由基O2-，O2-可被叶绿体中的超氧化物歧化酶SOD歧化形成H2O2, 后者经抗坏血酸过氧化物酶（APX）等催化形成H2O，这样电子从H2O到H2O，被称为水－水循环或Asada途径。

假环式电子传递只在强光、低温等逆境下NADP+缺乏时才发生。在强光下，光反应形成的同化力会超过碳同化的要求，使NADPH积累导致NADP+缺乏。O2-是一种活性氧，具有极强的氧化伤害能力，通过水－水循环可以减少O2-的积累，从而保护光合机构，是植物的一种光破坏防御机制。 九、为什么说Rubisco是一种兼性酶？其与光合碳循环与光呼吸的关系如何？

Rubisco是一种兼性酶，具有催化羧化反应和加氧反应两种功能，其催化方向取决于CO2和O2的分压。当CO2分压高而O2分压低时，RuBP与CO2经此酶催化生成2分子PGA，进入光合卡尔文循环（C3循环）；反之，当CO2分压低而O2分压高时，则RuBP与O2在此酶催化下生成1分子PGA和1分子磷酸乙醇酸，前者进入卡尔文循环，后者变成乙醇酸后进入光呼吸（C2循环）。 十、为什么C4植物的光合效率一般比C3植物高？

C4植物比C3植物具有较高的光合作用，这与C4植物的PEP羧化酶活性较高、光呼吸很弱有关。就对CO2的亲和力而言，C4植物的PEP羧化酶（PEPC）活性比C3植物的Rubisco活性高几十倍，C4二羧酸由叶肉细胞进入维管束鞘脱羧，起着一个“CO2泵”的作用，增加维管束鞘细胞的CO2/O2比值，增强Rubisco的羧化反应，抑制其加氧反应。

此外，C4植物的光呼吸酶系主要集中在维管束鞘细胞，光呼吸就局限在维管束鞘内进行。在它外面的叶肉细胞具有对CO2亲和力很大的PEP羧化酶，即使光呼吸在维管束鞘细胞放出CO2，也很快被叶肉细胞再次吸收利用，不易“漏出”。

以上特点使得C4植物能够利用低浓度的CO2，CO2补偿点比C3植物低。当干旱缺水气孔关闭时，C4植物就能利用细胞间隙内的少量CO2继续生长，C3植物则无此本领。

C4植物的高光合效率只有在高温、强光和低CO2条件下才显示出来。因为C4植物同化CO2消耗的能量比C3植物多，所以在光强和温度较低条件下，C4植物的光合速率并不高，甚至要低于C3植物。

十一、将A、B两种植物分别置于密闭的光照培养箱中，

定期抽取箱中气体样品分析CO2含量，得到下列曲线图。据图回答： 1、分析图中曲线变化的原因。 2、推测两种植物光合碳同化途径。 3、用另一种实验方法验证你的推测。 1、光合作用消耗CO2使密闭生长箱中CO2浓度逐渐降低，一定时间后CO2浓度下降到某一浓度时，光合速率等于呼吸速率，CO2浓度达到稳态，这个浓度即为CO2补偿点。

2、根据图中两种植物CO2补偿点的数值范围，可以推测A植物是C4植物，通过C4途径同化CO2；B植物是C3植物，通过C3途径同化CO2。

3、验证方法：① 14CO2标记实验：14C首先出现在四碳化合物中的植物是通过C4途径同化CO2的；14C首先出现在三碳化合物中的植物是通过C3途径同化CO2的。② 观察叶片解剖结构：维管束鞘细胞(BSC)具有叶绿体的植物是通过C4途径同化CO2的；不具有叶绿体的是通过C4途径同化CO2的。

十二、提高作物产量的途径有那些？(“作物的光合速率高产量就一定高”的说法是否

正确？试论述之)

作物的产量主要由光合产物转化而来。提高作物产量的根本途径是改善作物的光合性能。作物产量不仅仅取决于光合速率，而是取决于光合性能的五个方面。光合性能是指光合系统的生产性能，光合性能包括光合能力、光合面积、光合时间、光合产物的消耗和光合产物的分配利用。可具体表述为：经济产量＝[（光合能力×光合面积×光合时间）－消耗]×经济系数。 ⑴提高光合能力。选用光合效率高的作物品种；增加田间CO2浓度可显著提高光合速率，抑制光呼吸；改善光、温、水、肥条件，提高光合机构的活性等。

⑵增加光合面积。合理密植，即科学的叶面积系数LAI；改善株型，如选育矮秆或半矮秆、株型紧凑、耐肥抗倒的类型，可有效提高叶面积系数。

⑶延长光合时间。提高复种指数；适当延长作物生育期；延缓作物早衰；补充人工光照等。

⑷ 减少有机物质消耗。注意提高呼吸效率，尽量减少浪费型呼吸，如增加CO2浓度降低C3植物的光呼吸；防除病虫草害。 ⑸ 提高经济系数。即作物的经济产量与生物量之比。提高收获指数应从选育优良品种，调控有机物运输分配，使尽可能多的同化产物运往产品器官。

十三、植物体内有机物运输的源-库关系如何？有机物的分配有哪些特点？ 代谢源是制造和提供同化物的器官，代谢库是接纳同化物的部位。源制造的光合产物主要供应相应的库，构成“源-库单位”，它们之间在营养上相互依赖，又相互制约。库大会促源，源大会促库。而库小会抑制源，源小库就不会大。源与库的位置也是相对的，会随着生育期而改变。

同化物的分配主要有以下几个特点： （一）同化物分配的总规律是由源到库，并按源-库单位分配。 （二）优先分配给生长中心 不同生育期各有明显的生长中心，是光合产物的分配中心。

（三）就近供应，同侧运输 分配给距离近的生长中心，且向同侧分配较多。 （四）功能叶之间无同化物供应关系 幼叶需要输入光合产物。已成为“源”的叶片之间没有分配关系，直到最后衰老死亡。 十四、举例说明植物源-库关系的变化。（以小麦为例，分析种子萌发期、苗期、籽粒灌浆期的源-库关系特点）

种子萌发期：胚乳是代谢源，而新形成的胚根、胚芽是代谢库；

苗期：功能叶是代谢源，而根、幼嫩的茎叶是代谢库；

籽粒灌浆期：功能叶、上部绿色的茎杆是代谢源，而灌浆的籽粒是主要的代谢库。十五、简述植物细胞信号传导的几个阶段及其作用。

信号分子传导的途径可分为四个阶段： 胞间信号的传递：当环境刺激的作用位点与效应位点处在植物体的不同部位时，就有胞间信号的产生，并输送到效应位点。这些胞间信号为初级信使，即第一信使。 膜上信号转换：胞间信号从产生位点经长距离运输传递到达靶细胞，靶细胞首先要感受信号并将胞外信号跨膜转变为胞内信号，然后启动各种细胞内信号传递系统。 胞内信号转导：由胞外刺激信号激活或抑制的、具有生理调节活性的细胞内因子称为细胞信号传导过程中的次级信号或第二信使。（第二信使系统??） 蛋白质可逆磷酸化：胞内信号通过调节胞内蛋白质的磷酸化与脱磷酸化过程进一步实现信号转导，并最终导致生理反应。 十六、举例说明植物激素间可表现出增效作用或拮抗作用 （一）生长素与细胞分裂素：CTK加强IAA的极性运输，可增强IAA的生理效应； 两者在顶芽和侧芽生长中拮抗，IAA促进顶芽生长而维持顶端优势，而CTK促进侧芽发育而打破顶端优势。

这两种激素控制愈伤组织根、芽分化，当CTK/IAA比例高利于分化芽；CTK/IAA比例低时利于分化根。

（二）生长素与乙烯：IAA与ET的有些生理效应相同，如在促进菠萝开花和黄瓜雌花分化方面，IAA和ET具有相同的生理作用，

原因是生长素促进ACC合成酶的活性而促进乙烯的生物合成，所以，高浓度的生长素具有抑制生长的作用。

IAA与ET的生理效应有些截然不同，如低浓度的IAA促进生长，而ET则抑制生长促进成熟。这是因为乙烯对生长素有抑制作用：①乙烯抑制IAA的极性运输；②乙烯抑制IAA的生物合成；③乙烯促进IAA氧化酶活性而加速IAA的分解。

（三）赤霉素与脱落酸：在萌发与休眠的关系中，GA和ABA的作用相反：

GA和ABA有共同的生物合成前体——异戊二烯基焦磷酸（IPP），植物通过光敏素感受日照条件，在长日照条件下IPP合成GA，打破休眠促进生长；而在短日照条件下IPP合成ABA，抑制生长促进休眠。 （四）细胞分裂素与脱落酸：CTK抑制叶绿素、核酸、蛋白质的降解，抑制叶片衰老；而ABA则抑制核酸、蛋白质的合成，并提高核酸酶的活性，促进叶片衰老。 ABA促进气孔关闭，而CTK促进气孔开放。 （五）生长素与赤霉素：IAA和GA有相互促进加成的作用，原因是GA能够使IAA处于含量较高的水平：①GA促进IAA的生物合成；②GA抑制IAA氧化分解；③GA促进束缚态生长素转变为游离态生长素。 十七、简述DELLA蛋白参与赤霉素信号转导的机制：

DELLA蛋白参与赤霉素的信号转导。DELLA蛋白位于细胞核中，和某种未知的转录促进因子结合，抑制其活性，阻遏基因转录。所以在赤霉素信号转导途径中，DELLA蛋白起一种负调节因子的作用。也就是说，在GA信号缺乏的情况下，DELLA蛋白阻遏植物生长发育；当DELLA蛋白上的GA信号感知区接收到GA信号后，DELLA蛋白的阻遏作用被解除，恢复了转录促进因子的活性，植株表现出正常的GA反应。 十八、实践中可以如何调控乙烯作用来控制果实成熟延长贮存期？ 乙烯是成熟激素。乙烯的生物合成是一个蛋氨酸的代谢循环，由ACC合酶（ACS）催化的ACC合成是乙烯生物合成的限速步骤；由ACC转变为乙烯的反应是由ACC氧化酶（ACO）催化的，该酶也是乙烯生物合成中的关键酶，该酶有重要的限速作用。通过调控乙烯生物合成的的关键步骤和抑制乙烯与受体结合发挥作用是控制果实成熟的主要手段。

①利用一些物质抑制ACC或乙烯的合成。如AVG和AOA是乙烯生物合成抑制剂，AVG和AOA是以磷酸吡哆醛为辅基的酶的特异抑制剂，ACC合酶也是一种以磷酸吡哆醛作为辅基的酶；Co2＋是乙烯生物合成的抑制剂，它阻抑ACC转化为乙烯的反应。 ②利用一些物质抑制乙烯的生理作用。如1-甲基环丙烯（MCP）可以特异地与乙烯受体产生不可逆的结合，从而抑制乙烯的大部分生理作用；反式环辛烯是目前发现的最强的一种乙烯竞争性抑制剂；Ag＋是乙烯生理作用的最有效的抑制剂之一；高浓度CO2可抑制乙烯的许多生理作用。

③利用基因工程手段。如通过反义RNA技术成功制备了耐贮藏转基因番茄，其原理是将ACC合酶或ACC氧化酶的反义基因导入植物，抑制这两种酶的mRNA的翻译，并且加速其mRNA的降解，从而完全抑制乙烯的生物合成，这样的果实只能用外源乙烯处理才能成熟。 十九、何谓根冠比？论述地上部分与地下部分生长的相关性，并写出生产中控制根冠比的方法及其原理。

根/冠比(R/T)：根与地上部的干重或鲜重之比。

地上部分和地下部分相互促进、相互依赖的关系：地上部分为根系提供光合产物、激素和维生素，根系为地上部分提供水分、矿质、激素等。地下部分和地上部分之间进行着信息交流。

地上部分和地下部分相互制约关系：主要表现在水肥不足时，常常由于竞争而相互制约（见教材）。

生产上控制根冠比的方法及原理：

①水分控制—增加土壤水分促进地上部分生长，减少光合产物向根系输入，R/T减小；干旱时根系水分状况好于地上部分，地上部分生长受阻严重，R/T增大。即所谓“旱长

根，水长苗”。

②营养（氮肥）控制—供氮充足蛋白质合成旺盛，利于枝叶生长，减少光合产物向根系输入，R/T下降；供氮不足明显抑制地上部生长，而根系受抑程度较小，R/T变大。使用P、K一般使R/T有所增加。

③修剪整枝—果树修剪后和棉花整枝后一是相对减少了光合产物向根系的运输，二是相对增加了肥水向枝叶的供应。从而延缓根系生长而促进茎枝生长的作用，使R/T变小。

④中耕松土利于土壤通气，利于根系生长，R/T增大；

⑤适当施用生长延缓剂抑制地上部分生长，R/T增大； 二十、举例说明光敏色素在植物生长发育中的作用。光敏色素的作用机理有哪些？ 光敏色素在植物生命活动中作用广泛，如： ①细胞水平：质体的形成、细胞分化、花色素形成等。

②光形态建成：种子萌发、根原基起始、叶分化与扩大、下胚轴弯钩和子叶张开、节间延长。

③营养生长：子叶运动、节律现象、落叶、休眠等。

④生殖生长：光周期反应、花芽分化、光敏雄性不育。

⑤光敏素还调控许多酶的活性：如NR、Rubisco等。

光敏色素的作用机理：

①光敏色素是一种自磷酸化蛋白激酶。光敏色素本身是一种受光调节的蛋白激酶，具有光受体和激酶的双重性质。照射红光后，生色团受光刺激，使C端的蛋白激酶活化，将ATP磷酸基团转移到N端的丝氨酸残基，光敏色素分子因自身磷酸化而活化，而后再使下游的X因子发生磷酸化，同时也将红光信号传递给下游的X组分。X组分有多种类型，因而经X组分的信号转导途径所引发的生理反应可不同。细胞核中的X组分大多为转录因子，Pfr与转录因子发生相互作用而调节基因表达；细胞质中的X组分可以是G蛋白、钙调素等胞内信使等，通过它们启动细胞质中信号转导途径，引发相关的生理反应。

②光敏色素调控基因表达。大多数光敏色素调节的慢反应都涉及基因表达。至今已发现有几十种酶受光调控。

③光敏色素调节快反应的可能机理：活化的光敏色素可能通过调节膜上离子通道和质子泵等来影响离子的流动。 二十一、简述自由基活性氧与植物伤害衰老的关系

自由基不稳定，寿命短，化学性质活泼氧化能力强，自由基引发的反应具有连锁反应特性，反应一旦启动，便会不断地继续下去，只有当新生的自由基被清除或者自由基间相互碰撞结合成稳定分子而猝灭时，才能使反应终止。因此自由基对植物的危害极大，会加速植物的衰老过程。在正常情况下，植物体内自由基的产生和清除处于动态平衡状态，自由基浓度很低，不会引起伤害，也不会造成植物衰老。

但当植物进入衰老阶段或遭受某种环境胁迫时，体内自由基会增多，而清除能力下降，使自由基的浓度超过伤害阀值，就会使细胞内的一些生物大分子（蛋白质、核酸、膜脂、叶绿素等）发生氧化，特别是膜脂中的不饱和脂肪酸的双键，由于电子密度大，最易受到自由基的攻击而发生过氧化作用，加速植物细胞衰老和死亡。 二十二、何谓植物的交叉适应？交叉适应有哪些特点？ 1、交叉适应的概念 植物经历了某种逆境后，能提高对另一些逆境的抵抗能力，植物对不良环境之间的相互适应作用，称为植物的交叉适应。如低温、高温等刺激都可提高植物对水分胁迫的抵抗力；缺水、盐渍等处理可提高烟草对低温和缺氧的抵抗能力；干旱或盐处理可提高水稻幼苗的抗冷性。 2、交叉适应有以下特点： 多种保护酶的参与，如SOD、谷胱甘肽还原酶、抗坏血酸过氧化物酶都参与多种胁迫的抗性反应。

多种逆境条件下，植物体内的脱落酸、乙烯等激素含量都增加，提高对多种逆境的抵抗能力。

产生逆境蛋白，一种逆境可使植物产生多种

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