【正文】 緒論1．植物生理學(xué)的發(fā)展大致經(jīng)歷了哪幾個階段？2．21世紀(jì)植物生理學(xué)的發(fā)展趨勢如何？3．近年來，由于生物化學(xué)和分子生物學(xué)的迅速發(fā)展，有人擔(dān)心植物生理學(xué)將被其取 代，談?wù)勀愕挠^點。 參考答案 1．答：植物生理學(xué)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個階段： 第一階段：植物生理學(xué)的奠基階段。該階段是指從植物生理學(xué)學(xué)尚未形成獨立的科學(xué)體系之前，到礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說的建立。 第二階段：植物生理學(xué)誕生與成長階段。該階段是從1840年Liebig建立營養(yǎng)學(xué)說時起，到19世紀(jì)末植物生理學(xué)逐漸形成獨立體系。 第三階段：植物生理學(xué)的發(fā)展階段。從20世紀(jì)初到現(xiàn)在，植物生理學(xué)逐漸在植物學(xué)科中占中心地位，所有各個植物學(xué)的分支都離不開植物生理學(xué)。 2．答：．①與其他學(xué)科交叉滲透，從研究生物大分子到闡明個體生命活動功能、生產(chǎn)應(yīng)用，并與環(huán)境生態(tài)相結(jié)合等方面。微觀方面，植物生命活動本質(zhì)方面的研究向分子水平深入并不斷綜合。在宏觀方面，植物生理學(xué)與環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)等密切結(jié)合，由植物個體擴(kuò)大到群體，即人類地球生物圈的大范圍，大大擴(kuò)展了植物生理學(xué)的研究范疇。 ②對植物信號傳遞和轉(zhuǎn)導(dǎo)的深入研究，將為揭示植物生命活動本質(zhì)、調(diào)控植物生長發(fā)育開辟新的途徑。在21世紀(jì)，對光信號、植物激素信號、重力信號、電波信號及化學(xué)信號等所誘導(dǎo)的信號傳遞和轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的深入研究，將會揭開植物生理學(xué)嶄新的一頁。 ③植物生命活動過程中物質(zhì)代謝和能量轉(zhuǎn)換的分子機(jī)制及其基因表達(dá)調(diào)控仍將是研究的重點。在新世紀(jì)里，對植物生命活動過程中物質(zhì)代謝和能量代謝轉(zhuǎn)換的深入研究占有特別重要的位置。目前，將光和能量轉(zhuǎn)換機(jī)制與生理生態(tài)聯(lián)系起來進(jìn)行研究正在走向高潮，從而將光和能量轉(zhuǎn)換機(jī)制研究與解決人類面臨的糧食、能源問題緊密聯(lián)系起來，以便在生產(chǎn)中發(fā)揮更大的指導(dǎo)作用。第一章 植物的水分代謝問答題 土壤里的水從植物的哪部分進(jìn)入植物，雙從哪部分離開植物，其間的通道如何？動力如何？植物受澇后，葉片為何會萎蔫或變黃？低溫抑制根系吸水的主要原因是什么？簡述植物葉片水勢的日變化植物代謝旺盛的部位為什么自由水較多？簡述氣孔開閉的主要機(jī)理。什么叫質(zhì)壁分離現(xiàn)象？研究質(zhì)壁分離有什么意義？簡述蒸騰作用的生理意義。解釋“燒苗”現(xiàn)象的原因。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上對農(nóng)作物進(jìn)行合理灌溉的依據(jù)有哪些？參考答案土壤里的水從植物的哪部分進(jìn)入植物，雙從哪部分離開植物，其間的通道如何？動力如何？水分進(jìn)入植物主要是從根毛——皮層——中柱——根的導(dǎo)管或管胞——莖的導(dǎo)管或管胞——葉的導(dǎo)管或管胞——葉肉細(xì)胞——葉細(xì)胞間隙——氣孔下腔——氣孔，然后到大氣中去。在導(dǎo)管、管胞中水分運輸?shù)膭恿κ钦趄v拉力和根壓，其中蒸騰拉力占主導(dǎo)地位。在活細(xì)胞間的水分運輸主要靠滲透。植物受澇后，葉片為何會萎蔫或變黃？植物受澇后，葉子反而表現(xiàn)出缺水現(xiàn)象，如萎蔫或變黃，是由于土壤中充滿著水，短時期內(nèi)可使細(xì)胞呼吸減弱，根壓的產(chǎn)生受到影響，因而阻礙吸水；長時間受澇，就會導(dǎo)致根部形成無氧呼吸，產(chǎn)生和累積較多的乙醇，致使根系中毒受害，吸水更少，葉片萎蔫變質(zhì)，甚至引起植株死亡。低溫抑制根系吸水的主要原因是什么？低溫降低根系吸水速度的原因是（1）水分本身的粘度增大，擴(kuò)散速度降低；原生質(zhì)粘度增大。（2）水分不易透過原生質(zhì)；呼吸作用減弱，影響根壓；根系生長緩慢，有礙吸收表面積的增加。（3）另一方面的重要原因，是低溫降低了主動吸水機(jī)制中所依賴的活力。簡述植物葉片水勢的日變化（1）葉片水勢隨一天中的光照及溫度的變化而變化。（2）從黎明到中午，在光強(qiáng)及溫度逐漸增加的同時，葉片失水量逐漸增多，水勢亦相應(yīng)降低；（3）從下午至傍晚，隨光照減弱和溫度逐漸降低，葉片的失水量減少，葉水勢逐漸增高；（4）夜間黑暗條件下，溫度較低，葉片水勢保持較高水平。植物代謝旺盛的部位為什么自由水較多？（1）因為自由水可使細(xì)胞原生質(zhì)里溶膠狀態(tài)，參與代謝活動，保證了旺盛代謝的正常進(jìn)行；（2）水是許多重要代謝過程的反應(yīng)物質(zhì)和介質(zhì)，雙是酶催化和物質(zhì)吸收與運輸?shù)娜軇?；?）水能使植物保持固有的姿態(tài)，維持生理機(jī)能的正常運轉(zhuǎn)。所以，植物體內(nèi)自由水越多，它所點的比重越大，代謝越旺盛。簡述氣孔開閉的主要機(jī)理。氣孔開閉取決于保衛(wèi)細(xì)胞及其相鄰細(xì)胞的水勢變化以及引起這些變化的內(nèi)、外部因素，與晝夜交替有關(guān)。在適溫、供水充足的條件下，把植物從黑暗移向光照，保衛(wèi)細(xì)胞的滲透勢顯著下降而吸水膨脹，導(dǎo)致氣孔開放。反之，當(dāng)日間蒸騰過多，供水不足或夜幕布降臨時，保衛(wèi)細(xì)胞因滲透勢上升，失水而縮小，導(dǎo)致氣孔關(guān)閉。氣孔開閉的機(jī)理復(fù)雜，至少有以下三種假說：（1）淀粉——糖轉(zhuǎn)化學(xué)說，光照時，保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)的葉綠體進(jìn)行光合作用，消耗CO2，使細(xì)胞內(nèi)PH值升高，促使淀粉在磷酸化酶催化下轉(zhuǎn)變?yōu)?－磷酸葡萄糖，細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖濃度高，水勢下降，副衛(wèi)細(xì)胞的水進(jìn)入保衛(wèi)細(xì)胞，氣孔便張開。在黑暗中，則變化相反。（2）無機(jī)離子吸收學(xué)說，保衛(wèi)細(xì)胞的滲透系統(tǒng)亦可由鉀離子（K＋）所調(diào)節(jié)。光合磷酸化產(chǎn)生ATP。ATP使細(xì)胞質(zhì)膜上的鉀－氫離子泵作功，保衛(wèi)細(xì)胞便可逆著與其周圍表皮細(xì)胞之間的離子濃度差而吸收鉀離子，降低保衛(wèi)細(xì)胞水勢，氣孔張開。（3）有機(jī)酸代謝學(xué)說，淀粉與蘋果酸存在著相互消長的關(guān)系。氣孔開放時，葡萄糖增加，再經(jīng)過糖酵解等一系列步驟，產(chǎn)生蘋果酸，蘋果酸解離的H+可與表皮細(xì)胞的K＋交換，蘋果酸根可平衡保衛(wèi)細(xì)胞所吸入的K＋。氣孔關(guān)閉時，此過程可逆轉(zhuǎn)。總之，蘋果酸與K＋在氣孔開閉中起著互相配合的作用。什么叫質(zhì)壁分離現(xiàn)象？研究質(zhì)壁分離有什么意義？植物細(xì)胞由于液泡失水而使原生質(zhì)體和細(xì)胞壁分離的現(xiàn)象稱為質(zhì)壁分離。在剛發(fā)生質(zhì)壁分離時，原生質(zhì)與細(xì)胞壁之間若接若離。稱為初始質(zhì)壁分離。把已發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞置于水勢較高的溶液和純水中，則細(xì)胞外的水分向內(nèi)滲透，使液泡體積逐漸增大因而原生質(zhì)層與細(xì)胞壁相接觸，恢復(fù)原來的狀態(tài)，這一現(xiàn)象叫質(zhì)壁分離復(fù)原。研究質(zhì)壁分離可以鑒定細(xì)胞的死活，活細(xì)胞的原生質(zhì)層才具半透膜性質(zhì)，產(chǎn)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，而死細(xì)胞無比現(xiàn)象；可測定細(xì)胞水勢，在初始質(zhì)壁分離時，此時細(xì)胞的滲透勢就是水勢（因為此時壓力勢為零）：還可用以測定原生質(zhì)透性、滲透勢及粘滯性等。簡述蒸騰作用的生理意義。（1）是植物水分吸收和運輸?shù)闹饕獎恿?。?）促進(jìn)植物對礦物質(zhì)和有機(jī)物的吸收及其在植物體內(nèi)的運輸。（3）能夠降低葉片的溫度，防止植物灼傷。解釋“燒苗”現(xiàn)象的原因。一般土壤溶液的水勢都高于根細(xì)胞水勢，根系順利吸水。若施肥太多或過于集中，會造成土壤溶液水勢低于根細(xì)胞水勢，根系不但不能吸水還會喪失水分，故引起“燒苗”現(xiàn)象。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上對農(nóng)作物進(jìn)行合理灌溉的依據(jù)有哪些？（1）作物從幼苗到開花結(jié)實，在其不同的生育期中的需水情況不同。所以，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中根據(jù)作物的需水情況合理灌溉，既節(jié)約用水，又能保證作物對水分的需要。（2）其次，要注意作物的水分臨界期，一般在花粉母細(xì)胞、四分體形成期，一定要滿足作物水分的需要。（3）其三，不同作物對水分的需要量不同，一般可根據(jù)蒸騰系數(shù)的大小來估計其對水分的需要量。以作物的生物產(chǎn)量乘以蒸騰系數(shù)可大致估計作物的需水量，可作為匯聚灌溉用水量的參數(shù)。第二章 植物的礦質(zhì)營養(yǎng)問答題 支持礦質(zhì)元素主動吸收的載體學(xué)說有哪些實驗證據(jù)？并解釋之。 N肥過多時，植物表現(xiàn)出哪些失調(diào)癥狀？為什么？為什么將N、P、K稱為肥料的三要素？肥料適當(dāng)深施有什么好處？舉出10種元素，說明它們在光合作用中的生理作用。NO3－進(jìn)入植物之后是怎樣運輸?shù)?？在?xì)胞的哪些部分、在什么酶催化下還原成氨？是誰在哪一年發(fā)明了溶液培養(yǎng)法？它的發(fā)明有何意義？固氮酶有哪些特性？簡述生物固氮的機(jī)理。設(shè)計一個實驗證明植物根系對離子的交換吸附。鉀在植物體內(nèi)的生理作用是什么？舉例說明。1影響植物根部吸收礦質(zhì)的主要因素有哪些？1何為根外營養(yǎng)？其結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是什么？它有何優(yōu)越性？1試述礦物質(zhì)在植物體內(nèi)運輸?shù)男问脚c途徑，可用什么方法證明？1什么是營養(yǎng)臨界期及營養(yǎng)最大效率期？它們對作物產(chǎn)量形成有何影響？1必需礦質(zhì)元素應(yīng)具備哪幾條標(biāo)準(zhǔn)？目前已知植物必需元素共有多少種？其中大量與微量元素各為多少種？各是指哪些元素？1目前，生物因素氨的機(jī)理之主要內(nèi)容是什么？參考答案支持礦質(zhì)元素主動吸收的載體學(xué)說有哪些實驗證據(jù)？并解釋之。（1）選擇吸收。不同的離子載體具有各自特殊的空間結(jié)構(gòu)，只有滿足其空間要求的離子才能被運載過膜。由于不同的離子其電荷量和水合半徑可能不等，從而表現(xiàn)出選擇性吸收。例如，細(xì)胞在K＋和Na＋濃度相等的一溶液中時，即使二離子的電荷相等，但它們的水合半徑不等，因而細(xì)胞對K＋的吸收遠(yuǎn)大于對Na＋的吸收。（2）競爭抑制。Na＋的存在不影響細(xì)胞對的K＋吸收，但同樣是第一主族的+1價離子Rb＋的存在，卻能降低細(xì)胞對K＋的吸收。這是因為不僅Rb＋所攜帶的電荷與K＋相等，而且其水合半徑也與K＋的幾乎相等，從而使得Rb＋可滿足運載K＋的載體對空間和電荷的要求，結(jié)果表現(xiàn)出競爭抑制。（3）飽和效應(yīng)。由于膜上載體的數(shù)目有限，因而具有飽和效應(yīng)。N肥過多時，植物表現(xiàn)出哪些失調(diào)癥狀？為什么？葉色墨綠，葉大而厚且易披垂、組織柔嫩、莖葉瘋長、易倒伏和易感病蟲害等。這是因為N素過多時，光合作用所產(chǎn)生的碳水化合物大量用于合成蛋白質(zhì)、葉綠素和其它含氮化合物，使原生質(zhì)含量大增，而用于合成細(xì)胞壁物質(zhì)（纖維素、半纖維素和果膠物質(zhì)等）的光合產(chǎn)物減少。這樣一來，由于葉綠素的合成增加，因而表現(xiàn)出葉色墨綠；原生質(zhì)的增加使細(xì)胞增大，從而使葉片增大增厚，再加上原生質(zhì)的高度水合作用和細(xì)胞壁機(jī)械組織的減少，使細(xì)胞大而薄，且重，因而葉片重量增加，故易于披垂；由于光合產(chǎn)物大理用于原生質(zhì)的增加，而用于細(xì)胞壁物質(zhì)的合成減少，因而表現(xiàn)出徒長和組織柔嫩多汁，其結(jié)果就是易于倒伏和易感病蟲害。為什么將N、P、K稱為肥料的三要素？因為植物對N、P、K這三種元素的需要量較大，而土壤中又往往供應(yīng)不足，成為植物生長發(fā)育的明顯限制因子，對于耕作土壤更是如此。當(dāng)向土壤中施加這三種肥料時，作物產(chǎn)量將會顯著提高。所以，將N、P、K稱為肥料的三要素。肥料適當(dāng)深施有什么好處？因為表施的肥料氧化劇烈，且易于流失和揮發(fā)，對肥尤其如此。所以，肥料適當(dāng)深施可減少養(yǎng)分的流失、揮發(fā)和氧化，從而增加肥料的利用率，并使供肥穩(wěn)而久。此外，植物根系生長具有趨肥性，所以肥料適當(dāng)深施還可使作物根系深扎，植株健壯，增產(chǎn)顯著。舉出10種元素，說明它們在光合作用中的生理作用。（1）N：葉綠素、細(xì)胞色素、酶類和膜結(jié)構(gòu)等的組成成分。（2）P：NADP為含磷的輔酶，ATP的高能磷酸鍵為光合碳循環(huán)所必需；光合碳循環(huán)的中間產(chǎn)物都是含磷酸基因的糖類，淀粉合成主要通過含磷的ADPG進(jìn)行；促進(jìn)三碳糖外運到細(xì)胞質(zhì)，合成蔗糖。（3）K：氣孔的開閉受K＋泵的調(diào)節(jié)，K＋也是多種酶的激活劑。（4）Mg：葉綠素的組成成分，一些催化光合碳循環(huán)酶類的激活劑。（5）Fe：是細(xì)胞色素、鐵硫蛋白、鐵氧還蛋白的組成成分，促進(jìn)葉綠素合成。（6）Cu：質(zhì)蘭素（PC）的組成成分。（7）Mn：參與氧的釋放。（8）B：促進(jìn)光合產(chǎn)物的運輸。（9）S：Fe－S蛋白的成分，膜結(jié)構(gòu)的組成成分。（10）C：光合放氧所需（或Zn ：磷酸酐酶的組成成分等）。NO3－進(jìn)入植物之后是怎樣運輸?shù)?？在?xì)胞的哪些部分、在什么酶催化下還原成氨？植物吸收NO3－后，可以在根部或枝葉內(nèi)還原，在根內(nèi)及枝葉內(nèi)還原所占的比值因不同植物及環(huán)境條件而異，蒼耳根內(nèi)無硝酸鹽還原，根吸收的NO3－就可通過共質(zhì)體中徑向運輸。即根的表皮 皮層 內(nèi)皮層 中柱薄壁細(xì)胞 導(dǎo)管，然后再通過根流或蒸騰流從根轉(zhuǎn)運到枝葉內(nèi)被還原為氨，再通過酶的催化作用形成氨基酸、蛋白質(zhì)，在光合細(xì)胞內(nèi)，硝酸鹽還原為亞硝酸鹽是在硝酸還原酶催化下，在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)進(jìn)行的，亞硝酸還原為氨則在亞硝酸還原酶催化下在葉綠體內(nèi)進(jìn)行。在農(nóng)作物中，硝酸鹽在根內(nèi)還原的量依下列順序遞減；大麥 ＞向日葵＞玉米＞燕麥。同一植物，在硝酸鹽的供應(yīng)量的不同時，其還原部位不同。例如在豌豆的枝葉及根內(nèi)硝酸鹽還原的比值隨著NO3－ 供應(yīng)量的增加而明顯升高。 是誰在哪一年發(fā)明了溶液培養(yǎng)法？它的發(fā)明有何意義？1859年克諾普和費弗爾創(chuàng)立了溶液培養(yǎng)法，變稱水培法，是在含有全部或部分營養(yǎng)元素的溶液中栽培植物的方法。由于溶液培養(yǎng)法對每一種礦質(zhì)元素都能控制自如，所以能準(zhǔn)確地肯定植物必需的礦質(zhì)元素種類，從確定了植物的16種必需元素，為化學(xué)肥料的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。這種培養(yǎng)技術(shù)不僅適用于實驗室研究用，并逐漸廣泛用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。如在沙漠地帶采用溶液培養(yǎng)法生產(chǎn)蔬菜，以滿足人民生活的需要。固氮酶有哪些特性？簡述生物固氮的機(jī)理。固氮酶的特性：（1）由Fe蛋白和MoFe蛋白組成，兩部分同時存在才有活性。（2）對氧很敏感，氧分壓稍高就會抑制固氮酶的固氮作用，只有在很低的氧化還原電位的條件下才能實現(xiàn)固氮過程。（3）具有對多種底物起作用的能力。（4）是固氮菌的固氮作用的直接產(chǎn)物。NH3的積累會抑制固氮酶的活性。生物固氮的機(jī)理可歸納為以下幾點：（1）固氮是一個還原過程，要有還原劑提供電子，還原一分子N2為兩分子NH3，需要6個電子和6個H+。在各種固氮微生物中，主要電子供體有丙酮酸、NADH、NADPH、H2，電子載體有鐵氧還蛋白（Fd）、黃素氧還蛋白（Fld）等。（2）固氮過程需要能量。由于N2具有鍵能很高的三價鍵（N≡N），要打開它需要很大的能量。大約每傳遞兩個電子需4—5個ATP，整個過程至少要12—15個ATP。（3）在固氮酶作用下，把氮素還原成氨。設(shè)計一個實驗證明植物根系對離子的交換吸附。（1）選取根系健壯的水稻（可小麥等）幼苗數(shù)株，用清水漂洗根部，%甲烯藍(lán)溶液中2—3分鐘，將已被染成藍(lán)色的根系移入盛有蒸餾水的燒杯中，搖動漂洗數(shù)次，直到燒杯中的蒸餾水不再出現(xiàn)藍(lán)