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绪论和第二章习题及答案

绪论

一﹑汉译英并解释名词

1.植物生理学2.生长3.发育4.代谢

解析：

1.答：

植物生理学（PlantPhysiology）是研究植物生命活动规律的科学。

植物的生命活动内容大致可分为生长发育与形态建成、物质与能量转化、信息传递和信号转导等3个方面。

生长发育（growthanddevelopment）是植物生命活动的外在表现。

生长是指增加细胞数目和扩大细胞体积而导致植物体积和重量的增加。

发育是指细胞不断分化，形成新组织、新器官，即形态建成（morphogenesis）,具体表现为种子萌发，根、茎、叶生长，开花、结实、衰老死亡等过程。

物质与能量转化是生长发育的基础。

而物质转化与能量转化又紧密联系，构成统一的整体，统称为代谢（metabolism）。

植物代谢包括对水分和养分的吸收和利用，碳水化合物的合成和代谢等。

绿色植物的光合作用将无机物CO2和H2O合成碳水化合物的同时，将太阳能转变为化学能，贮存于碳水化合物中，这就完成物质转化（materialtransformation）和能量转化（energytransformation）步骤。

信息传递（messagetransportation）和信号转导（signaltransduction）是植物适应环境的重要环节。

植物“感知”环境信息的部位与发生反应的部位可能是不同的，这就存在信息感受部位将信息传递到发生反应部位的过程，即所谓信息传递。

而所谓信号转导是指单个细胞水平上，信号与受体结合后，通过信号转导系统，产生生理反应。

2.答:

生长（growth）是指增加细胞数目和扩大细胞体积而导致植物体积和重量的增加。

3.答：

发育（development）是指细胞不断分化，形成新组织、新器官，即形态建成（morphogenesis）,具体表现为种子萌发，根、茎、叶生长，开花、结实、衰老死亡等过程。

4.答：

物质与能量转化是生长发育的基础。

而物质转化与能量转化又紧密联系，构成统一的整体，统称为代谢（metabolism）。

植物代谢包括对水分和养分的吸收和利用，碳水化合物的合成和代谢等。

绿色植物的光合作用将无机物CO2和H2O合成碳水化合物的同时，将太阳能转变为化学能，贮存于碳水化合物中，这就完成物质转化（materialtransformation）和能量转化（energytransformation）步骤。

二﹑思考题

1.植物生理学的定义是什么？

根据你所了解的事实，举例分析讨论之。

2.为什么说“植物生理学是农业的基础学科”？

3.有些学生反映：

“植物生理学是一门引人入胜但不易学好的课程”，你同意这种看法吗？

为什么？

解析：

1.答：

植物生理学（PlantPhysiology）是研究植物生命活动规律的科学。

植物的生命活动内容大致可分为生长发育与形态建成、物质与能量转化、信息传递和信号转导等3个方面。

生长发育（growthanddevelopment）是植物生命活动的外在表现。

生长是指增加细胞数目和扩大细胞体积而导致植物体积和重量的增加。

发育是指细胞不断分化，形成新组织、新器官，即形态建成（morphogenesis）,具体表现为种子萌发，根、茎、叶生长，开花、结实、衰老死亡等过程。

物质与能量转化是生长发育的基础。

而物质转化与能量转化又紧密联系，构成统一的整体，统称为代谢（metabolism）。

植物代谢包括对水分和养分的吸收和利用，碳水化合物的合成和代谢等。

绿色植物的光合作用将无机物CO2和H2O合成碳水化合物的同时，将太阳能转变为化学能，贮存于碳水化合物中，这就完成物质转化（materialtransformation）和能量转化（energytransformation）步骤。

信息传递（messagetransportation）和信号转导（signaltransduction）是植物适应环境的重要环节。

植物“感知”环境信息的部位与发生反应的部位可能是不同的，这就存在信息感受部位将信息传递到发生反应部位的过程，即所谓信息传递。

而所谓信号转导是指单个细胞水平上，信号与受体结合后，通过信号转导系统，产生生理反应。

2.答：

植物生理学是指导科学种田的理论基础，光合、水分、矿质、抗性、呼吸、生长发育和有机物运输等都与提高作物产量，改善产品品质有直接关系。

窗体顶端

　　农业以栽培植物为主体,要控制作物的生命活动,增加产量并提高质量，就需要了解植物的生理活动。

如对植物的矿质营养的知识是合理施肥以及肥料工业的基础；对植物的水分关系的分析能为灌溉提供方案；了解了植物对光周期或春化作用的需要，不仅能解释气象条件如何决定物候期和预测引种成功的可能性，而且可以用人工照光或遮暗，和春化处理等办法来控制开花的季节；激素的发现，使人们得以合成，促进插条生根，疏花疏果，诱导、加强或解除休眠，促进或抑制生长等以提高农产品产量和质量；除草剂则是生长调节物质的高剂量应用，节约了大量除草的劳力；光合、代谢、运输、抗性等生理机理的研究为选种、育种提供了筛选指标；组织培养、细胞培养等技术的发展，为加快纯种的繁殖，改良与创造新种，开辟了新的途径。

在数次农业及粮食的国际会议讨论中，曾提出10余项迫切的研究任务，其中①光合作用与增产；②生物固氮；③矿质吸收；④对不良环境的抗性；⑤对竞争性生物系统的抗性；⑥植物的生长发育与激素等都属于植物生理学的范畴。

其余几项，如遗传工程，细胞工程，菌根及土壤微生物，大气污染，病虫害的控制，也与植物生理学有关。

所以植物生理是农业现代化的重要的知识基础。

..3.答：

同意。

因为植物生理学的发展有4大特点：

1．研究层次越来越宽广由于科学发展，植物生理学研究水平从个体水平深入到器官、组织、细胞、细胞器一直到分子水平，向微观方向发展；另一方面，根据生态平衡、农林生产需要，则从个体水平扩展到群体、群落水平向宏观方向发展。

从分子水平角度去研究植物生理成为一个潮流，并取得了引人注目的成就，有关这方面的文章迅速增多。

美国出版的《植物生理学年评》（AnnualReviewofPlantPhysiology）从1988年开始改为《植物生理学和植物分子生理学年评》（AnnualReviewofPlantPhysiologyandPlantMolecularBiology），这样易名，就反映了这种潮流。

然而，宏观的群体水平研究也不容忽视，因为防止环境污染、保持生态平衡和提高农林生产等问题，都需要从宏观方面研究环境和植物的相互影响、植物（作物）成为群体时的生理生化变化等。

2．学科之间相互渗透随着科学发展，学科与学科之间相互渗透、相互借鉴的现象越来越多。

植物生理学要不断引进相关学科新的概念、新的方法以增强本学科的活力，解决理论问题和实际问题。

随着分子生物学拟南芥，水稻等模式植物基因组全序列测序工作的完成，植物生理学在植物个体、组织器官、细胞及分子水平上，研究它们的生命活动及其调控机理。

从学科间的相互关系上看，植物生理学正是基因水平与性状表达之间的“桥梁”。

3．理论联系实际植物生理学虽是一门基础学科，但其任务是运用理论于生产实践，满足人类的需要。

植物生理学的研究成果对一切以植物生产为对象的事业，有普遍性和指导性的作用。

例如，对农业、林业和海洋业的植物，植物生理学不只是为它们的栽培和育种提供理论依据，而且不断提供新的和有效的手段，为进一步提高产量和改良品质以及综合利用作出贡献。

新的植物生长物质的发现和合成，应用于调节作物和果树的生长发育，获得丰产，就是其中一例。

4．研究手段现代化由于数学、物理和化学等学科的发展，实验技术越来越细致，仪器设备越来越精密和自动化。

层析、电泳、分级离心、放射性同位素示踪、分光光度计等已是实验室的基本设备或必须掌握的技术。

气相色谱仪、高效液相色谱仪、质谱仪、电子显微镜等仪器的应用逐渐普遍；分析仪与电脑配合，可以自动地分析蛋白质中各种氨基酸的含量和序列，以及其他物质等。

研究手段的现代化，使研究数据精确可靠，而且获得速度快，大大促进了植物生理学的发展。

由此可见，植物生理学在社会主义建设中和在实现农业现代化过程中的任务非常艰巨。

任重道远，我们要勇挑重担。

一．汉译英并翻译名词

1.矿质营养2.大量元素3.微量元素4.溶液培养5.透性6.选择透性7.胞饮作用8.被动运输9.主动运输10.转运蛋白11.离子通道12.载体13.单向运输载体14.同向运输器13.反向运输器14.离子泵15.生物固氮16.诱导酶17.临界浓度18.生物膜

解析：

1.植物对矿物质的吸收、转运和同化，称为矿质营养（mineralnutrition）。

2.来自土壤的有氮、钾、钙、镁、磷、硫、硅等7种，植物对这些元素需要量相对较大，称为大量元素（macroelement）或大量营养（macronutrient）。

3．氯、铁、硼、锰、钠、锌、铜、镍和钼等9种元素也是来自土壤，植物需要量极微，稍多即发生毒害，故称为微量元素（microelement）或微量营养（micronutrient）（表2-1）。

4溶液培养法（solutionculturemethod）亦称水培法（waterculturemethod），是在含有全部或部分营养元素的溶液中栽培植物的方法。

5.人们早期研究各种物质通过质膜的特性，发现细胞质膜具有让物质通过的性质，称为透性（permeability）。

6.质膜对各种物质的通过难易不一，有些容易通过，有些则不易或不能通过，所以质膜对各种物质具有选择透性（selectivepermeability）。

研究表明，膜对水的透性最大，水可以自由通过；越容易溶解于脂质的物质，透性越大。

所以膜一定是由亲水性物质和脂类物质组成。

7.细胞从外界直接摄取物质进入细胞的过程，称为胞饮作用（pinocytosis）。

胞饮过程是这样的：

当物质吸附在质膜时，质膜内陷，液体和物质便进入，然后质膜内折，逐渐包围着液体和物质，形成小囊泡，并向细胞内部移动。

囊泡把物质转移给细胞质。

胞饮作用是非选择性吸收。

它在吸收水分的同时，把水分中的物质如各种盐类和大分子物质甚至病毒一起吸收进来。

番茄和南瓜的花粉母细胞，蓖麻和松的根尖细胞中都有胞饮现象。

8.离子通道（ionchannel）是细胞膜中由通道蛋白构成的孔道，控制离子通过细胞膜。

9.载体（carrier）亦称载体蛋白，是一类跨膜运输的内在蛋白，在跨膜区域不形成明显的孔道结构。

10.单向运输载体（uniportcarrier）能催化分子或离子单方向地跨质膜运输。

质膜上已知的单向运输载体有运输Fe2+，Zn2+、Mn2+、Cu2+等载体。

11.同向运输器（symporter）是指运输器与质膜外侧的H+结合的同时，又与另一分子或离子（Cl-、K+、NO3-、NH4+、PO43-、SO42-，氨基酸、肽、蔗糖、已糖）结合，同一方向运输。

12.反向运输器（antiporter）是指运输器与质膜外侧的H+结合的同时，又与质膜内侧的分子或离子（如Na+）结合，两者朝相反方向运输。

载体运输既可以顺着电化学势梯度跨膜运输（被动运输），也可以逆着电化学势梯度进行（主动运输）。

载体运输每秒可运输104～105个离子。

13.离子泵（ionpump）实质是质膜上的ATP酶，当少量的钾离子，钠离子等阳离子进入质膜时，活化ATP酶，促进ATP酶水解，释放能量，将离子逆着电化学梯度进行跨膜运输。

14.某些微生物把空气中的游离氮固定转化为含氮化合物的过程，称为生物固氮（biologicalnitrogenfixation）。

15.诱导酶（inducedenzyme）是指植物本来不含某种酶，但在特定外来物质的诱导下，可以生成的这种酶。

16.临界浓度（criticalconcentration）是获得最高产量的最低养分浓度。

17.生物膜（biomembranes）是细胞的外周膜和内膜系统.

二．思考题

1.植物进行正常的生命活动需要哪些矿质元素？

如何用实验方法证明植物生长需要这些元素？

2.在植物生长过程中，如何鉴别植物发生了缺氮，缺磷和缺钾现象？

若发生了上述缺乏的元素，可采用哪些补救措施？

3.生物膜有哪些结构特点？

生物膜中有哪些类型的蛋白？

4.植物细胞通过哪些方式来吸收溶质以满足正常生命活动的需要？

5.植物细胞吸收的

，是如何同化为谷氨酰胺，谷氨酸，天冬氨酸和天冬酰胺的？

6.植物细胞吸收的SO4-2硫酸根离子如何同化为半胱氨酸？

7.植物细胞通过哪些方式来控制细胞中的K+

钾离子浓度？

8.无土栽培技术在农业生产上有哪些应用？

9.根部细胞吸收的矿质元素通过什么途径和动力运输到叶片的？

10、在作物栽培时为什么不能施用过量的化肥？

怎样施肥才比较合理？

11、植物对水分和矿质元素的吸收有什么关系？

是否完全一致？

12.细胞吸收水分和吸收矿质元素有什么关系？

有什么异同？

13.自然界或栽种作物过程中，叶子出现红色，为什么？

14.植株矮小，可能是什么原因？

15.引起嫩叶发黄和老叶发黄的分别是，什么元素？

请列表说明？

16.叶子变黄可能是哪些因素引起的？

请分析并提出证明的方法？

答案解析：

1.答：

植物生长所需的矿质元素有：

碳、氧、氢，氮、钾、钙、镁、磷、硫、硅，氯、铁、硼、锰、钠、锌、铜、镍和钼等。

研究植物必需的矿质元素时，可在人工配成的混合营养液中除去某种元素，观察植物的生长发育和生理性状的变化。

如果植物发育正常，就表示这种元素是植物不需要的；如果植物发育不正常，但当补充该元素后又恢复正常状态，即可断定该元素是植物必需的。

2.答：

可根据病征检索表来判断。

A.植物浅绿，基部叶片黄色，干燥时呈褐色，茎部而细…………………………缺氮

B、植株深绿，常呈红或紫色，基部叶片黄色，干燥时暗绿，茎短而细…………缺磷

C、叶杂色或缺绿，在叶脉间或叶尖和叶缘有坏死小斑点，茎细…………………缺钾

可用根外施肥或根外喷施补充植物所缺乏的元素。

3答：

.生物膜结构的基本特点是：

（1）膜一般是由磷脂双分子层（phospholipidbilayer）和镶嵌的蛋白质组成；

（2）磷脂分子的亲水性头部位于膜的表面，疏水性尾部在膜的内部；（3）膜上的蛋白质有些是与膜的外表面相连，称为外在蛋白（extrinsicprotein），亦称周围蛋白（peripheralprotein）；有些是镶嵌在磷脂之间，甚至穿透膜的内外表面，称为内在蛋白（intrinsicprotein），亦称整合蛋白（integralprotein）；（4）由于蛋白质在膜上的分布不均匀，膜的结构不对称，部分蛋白质与多糖相连；（5）膜脂和膜蛋白是可以运动的；（6）膜厚7～10nm。

通道蛋白和载体蛋白。

（1）通道蛋白是横跨膜两侧的内在蛋白，其分子中的多肽链折叠成通道，通道内带电并充满水分。

通道大小和孔内电荷密度等使得通道对离子运输有选择性，即一种通道只允许某一种离子通过。

通道蛋白有所谓“闸门”的结构，它的开和关决定于外界信号；

（2）载体亦称载体蛋白，转运体，有时亦称透过酶或运输酶。

在体是一类跨膜运输的内在蛋白，在跨莫区域不形成明显的孔道结构。

载体蛋白的活性部分首先与膜一侧的转运物质结合，形成载体-转运物质复合物，通过载体蛋白的构象改变，将被转运的物质暴露与=于膜的另一侧，并释放出去。

载体蛋白有3种类型：

单向运输载体（uniportcarrier）、同向运输器（symporter）和反向运输器（antiporter）。

单向运输载体能催化分子或离子单方向地跨质膜运输。

质膜上已知的单向运输载体有运输Fe2+，Zn2+、Mn2+、Cu2+等载体。

同向运输器是指运输器与质膜外侧的H+结合的同时，又与另一分子或离子（如Cl-、K+、NO3-、NH4+、PO43-、SO42-，氨基酸、肽、蔗糖、已糖）结合，同一方向运输。

反向运输器是指运输器与质膜外侧的H+结合的同时，又与质膜内侧的分子或离子（如Na+）结合，两者朝相反方向运输。

载体运输既可以顺着电化学势梯度跨膜运输（被动运输），也可以逆着电化学势梯度进行（主动运输）。

载体运输每秒可运输104～105个离子。

4、答：

根据是否需要能量可分为被动运输和主动运输；根据运输蛋白的不同，植物细胞通过扩散，通道运输，载体运输，泵运输和胞饮作用等5种方式来吸收溶质以满足正常生命活动的需要。

（1）扩散包括简单扩散和易化扩散。

简单扩散是溶质从浓度高的区域跨膜移向浓度较低的临近区域的物理过程。

易化扩散是指膜转运蛋白易让溶质顺浓度梯度或电化学梯度跨膜转运，不需要细胞提供能量。

（2）离子通道是细胞膜中由通道蛋白构成的孔道，控制离子通过细胞膜。

（3）载体亦称载体蛋白，转运体，有时亦称透过酶或运输酶。

在体是一类跨膜运输的内在蛋白，在跨莫区域不形成明显的孔道结构。

载体蛋白的活性部分首先与膜一侧的转运物质结合，形成载体-转运物质复合物，通过载体蛋白的构象改变，将被转运的物质暴露与=于膜的另一侧，并释放出去。

载体蛋白有3种类型：

单向运输载体（uniportcarrier）、同向运输器（symporter）和反向运输器（antiporter）。

（4）离子泵也是内在蛋白，其实质是质膜上的ATP酶，当少量的K+、Na+等阳离子进入质膜时，活化ATP酶，促进ATP水解，释放能量，将离子逆着电化学梯度进行跨莫运输。

植物细胞质膜上的离子泵（ionpump）主要有质子泵和钙泵。

（5）细胞从外界直接摄取物质进入细胞的过程，称为胞饮作用（pinocytosis）。

胞饮过程是这样的：

当物质吸附在质膜时，质膜内陷，液体和物质便进入，然后质膜内折，逐渐包围着液体和物质，形成小囊泡，并向细胞内部移动。

囊泡把物质转移给细胞质。

胞饮作用是非选择性吸收。

它在吸收水分的同时，把水分中的物质如各种盐类和大分子物质甚至病毒一起吸收进来。

番茄和南瓜的花粉母细胞，蓖麻和松的根尖细胞中都有胞饮现象。

5.答：

是通过氮的同化过程。

氮的同化包括硝酸盐的代谢还原和氨的同化。

（1）硝酸盐的代谢还原

一般认为，硝酸盐还原是按下列几个步骤进行的，每个步骤增加两个电子。

第一步骤是硝酸盐还原为亚硝酸盐，中间两个步骤（次亚硝酸和羟氨）仍未肯定，最后还原成氨。

硝酸盐亚硝酸盐次亚硝酸盐羟氨铵

硝酸盐还原成亚硝酸盐的过程是由细胞质中的硝酸还原酶催化的。

硝酸还原酶整个酶促反应可表示为：

NO3-+NAD（P）H+H++2e-→NO2-+NAD（P）++H2O

亚硝酸盐还原成铵的过程，是由叶绿体或根中的亚硝酸还原酶（nitritereductase）催化的，其酶促过程如下式：

NO2-+6Fd还+8H++6e-→NH4++6Fd氧+2H2O

（2）氨的同化（Assimilationofamino）

当植物吸收铵盐的氨后，或者当植物所吸收的硝酸盐还原成氨后，氨立即被同化。

游离氨（NH3）的量稍为多一点，即毒害植物，因为氨可能抑制呼吸过程中的电子传递系统，尤其是NADH。

氨的同化包括谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合酶和谷氨酸脱氢酶等途径。

1、谷氨酰胺合成酶途径（glutaminesynthetasepathway）

在谷氨酰胺合成酶（glutaminesynthetase,GS）作用下，并以Mg2+、Mn2+或Co2+为辅因子，铵与谷氨酸结合，形成谷氨酰胺。

这个过程是在细胞质、根部细胞的质体和叶片细胞的叶绿体中进行的。

2、谷氨酸合酶途径（glutamatesynthasepathway）

谷氨酸合酶（glutamatesynthase）又称谷氨酰胺-α-酮戊二酸转氨酶（glutamineα-oxoglutarateaminotransferase,GOGAT），它有NADH-GOGAT和Fd-GOGAT两种类型，分别以NAD+H+和还原态的Fd为电子供体，催化谷氨酰胺与α-酮戊二酸结合，形成2分子谷氨酸，此酶存在于根部细胞的质体、叶片细胞的叶绿体及正在发育的叶片中的维管束。

3、谷氨酸脱氢酶途径（glutamatedehydrogenasepathway）

铵也可以和α-酮戊二酸结合，在谷氨酸脱氢酶（glutamatedehydrogenase,GDH）作用下，以NAD（P）H+H+为氢供给体，还原为谷氨酸。

但是，GDH对NH3的亲和力很低，只有在体内NH3浓度较高时才起作用。

GDH存在于线粒体和叶绿体中。

4、氨基交换作用（transamination）

植物体内通过氨同化途径形成的谷氨酸和谷氨酰胺可以在细胞质、叶绿体、线粒体、乙醛酸体和过氧化物酶体中通过氨基交换作用（transamination）形成其它氨基酸或酰胺。

例如：

谷氨酸与草酰乙酸结合，在天冬氨酸转氨酶（aspartateaminotransferase,ASP-AT）催化下，形成天冬氨酸；又如，谷氨酰胺与天冬氨酸结合，在天冬酰胺合成酶（asparaginesynthetase,AS）作用下，合成天冬酰胺和谷氨酸。

6.答：

经过硫的同化：

高等植物获得硫主要是通过根部从土壤中吸收硫酸根离子（SO42-），也可以通过叶片吸收和利用空气中少量的二氧化硫（SO2）气体。

不过，二氧化硫要转变为硫酸根离子后，才能被植物同化。

硫酸盐既可以在植物根部同化，也可以在植物地上部分同化，其反应可用下面简式表示：

SO42-+8e-+8H+→S2-+4H2O

要同化硫酸根离子，首先要活化硫酸根离子。

在ATP-硫酸化酶（ATP-sulfurylase）催化下，硫酸根离子与mg-ATP反应，产生腺苷酰硫酸（adenosine-5ˊ-phosphosulfate，简称APS）和焦磷酸（pyrophosphate，简称PPi）。

接着，APS在APS激酶（APS-kinase）催化下，与另一个ATP分子作用，产生3ˊ-磷酸腺苷-5ˊ-磷酰硫酸（3ˊ-phosphoadenosine-5ˊ-phosphosulfate，简称PAPS）。

APS和PAPS之间是相互转变的。

这两种硫酸盐都是活化硫酸盐（activatedsulfate），PAPS是活化硫酸盐在细胞内积累的形式，APS是硫酸盐还原的底物，两者都含有活化的硫酸根。

APS与还原型的谷胱甘肽（GSH）结合，在磺基转移酶（APSsulfotransferase）催化下，形成S-磺基谷胱甘肽（S-sulfoglutathione）。

S-磺基谷胱甘肽再与GSH结合形成亚硫酸盐。

亚硫酸盐在亚硫酸盐还原酶（sulfitereductase）作用下，以Fd还作为电子供体，还原为硫化物（S2-）。

最后，硫化物与由丝氨酸转变而来的O—乙酰丝氨酸（o-acetylserine）结合，在O-乙酰丝氨酸硫解酶（O-acetylserinethio-lyase）催化下，形成半胱氨酸（cysteine）。

半胱氨酸进一步合成胱氨酸等含硫氨基酸根:

渗透吸水主动吸水

气孔:

保卫细胞质膜上的H-ATP酶可被光激活,水解保卫细胞中由氧化磷酸化或光合磷酸化生成的ATP,产生的能量将H从保卫细胞分泌到周围细胞中,使保卫细胞PH值升高,质膜内侧电势变得更低,周围细胞的PH值降低.它驱动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,再进一步进入液泡，K浓度增加，水势降低,水分进入,气孔张开.（无机离子泵学说）

7.答：

根据根的渗透吸水和主动吸水。

当植物要从土壤中吸收钾离子时，是通过根细胞的主动运输作用，消耗能量通过载体来将钾离子吸收进根细胞；当植物细胞中的钾离子含量大于环境时，会通过渗透作用，从外界吸收水来降低细胞内钾离子的浓度。

只是当细胞内的钾离子浓度实