浙江省杭州市生物学竞赛集训营讲义2植物生理学18页word文档文档格式.docx
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知道“是这样”,就是讲不出“为什么”。
根本原因还是无“米”下“锅”。
于是便翻开作文集锦之类的书大段抄起来,抄人家的名言警句,抄人家的事例,不参考作文书就很难写出像样的文章。
所以,词汇贫乏、内容空洞、千篇一律便成了中学生作文的通病。
要解决这个问题,不能单在布局谋篇等写作技方面下功夫,必须认识到“死记硬背”的重要性,让学生积累足够的“米”。
水的偏摩尔体积在温度、压强及其他组分不变的条件下，在无限大的体系中加入1摩尔水时，对体系体积的增量（VW）。
水势相同温度下在一个含水的系统中一偏摩尔体积的水与一偏摩尔体积纯水之间的化学势差数（）。
衬质势由于细胞亲水性物质和毛细管对自由水束缚而引起的水势降低值（）。
压力势在植物组织细胞中由于静水压的存在而增加的水势值（）。
渗透势由于溶液中溶质颗粒的存在而引起的水势降低值（）。
代谢性吸水利用呼吸作用释放出的能量，使水分经过质膜而进入细胞的过程。
蒸腾效率植物在一定生长期内积累的干物质与同时间内蒸腾消耗的水量的比值。
一般植物蒸腾失水1Kg约积累干物质1-8克。
蒸腾系数植物在一定生长时期内的蒸腾失水量与其干物质积累量的比值，一般用产生1克干物质所需散失的水量克数表示，又称需水量
萎蔫植物在水分亏损严重时，细胞失去膨胀状态，叶子和幼茎部分下垂的现象称为萎蔫。
若降低蒸腾即能使萎蔫的植物消除水分亏缺，恢复原状的称为暂时萎蔫。
如通过降低蒸腾仍不能使萎焉的植物消除水分亏缺、恢复原状的，称为永久萎蔫。
萎蔫系数植物发生永久萎蔫时，土壤中尚存留的水分含量（以土壤干重的百分率计）。
萎蔫系数依土壤不同而异，粘土的萎蔫系数比砂土的高。
水分临界期植物对水分不足特别敏感的时期。
各种作物的水分临界期都是转向生殖的阶段，如小麦是孕穗至抽穗期，玉米是开花至乳熟期。
（二）解题指导
1.用蔗糖溶液测知甲、乙两个细胞的初始质壁分离时的外液浓度分别为0.25M和0.35M，若两个细胞相邻，试判断在25℃条件下细胞间水分的移动方向，甲、乙两细胞的水势（）、渗透势（）和压力势（）分别为多少大气压？
多少巴？
答：
初始质壁分离时，细胞浓度=外液浓度
根据公式P=iCRTP
甲细胞的
=-6.11大气压
=1.013×
（-6.11）=-6.19（巴）
乙细胞的×
0.35×
0.08207×
（273+25）
=-8.56大气压
=1.013×
（-8.56）=-8.67（巴）
因为所以
由于乙细胞水势低于甲细胞，所以水分从甲细胞向乙细胞移动。
2.一个细胞的巴，在初始质壁分离时的巴，设该细胞在初始质壁分离时比原来体积缩小4%，计算其原来的和各为多少巴？
原细胞体积为100%，初始质壁分离时为原体积的96%，根据公式P1V1=P2V2
100%·
所以巴
因为
所以（巴）
该细胞原来的渗透势为-15.36巴，压力势为7.36巴。
3.土壤里的水从植物的哪部分进入植物，又从哪部分离开植物，其间的通道如何？
动力如何？
根毛→根的皮层→根中柱→根的导管→茎的导管→叶脉导管→叶肉细胞→叶细胞间隙与气孔下腔→大气。
在导管、管胞中水分运输的动力是蒸腾拉力和根压，其中蒸腾拉力占主导地位，在活细胞间的水分运输主要靠渗透。
4.论述有关气孔开关的无机离子吸收学说？
七十年代初期研究证明，保卫细胞中K+的积累量与气孔开关有密切的关系。
在光照下保卫细胞内叶绿体通过光合磷酸化形成ATP，ATP在ATP酶的作用下水解，释放的能量可以启动位于质膜上的H+/K+交换泵主动地把K+吸收到保卫细胞中，保卫细胞内K+浓度增加，水势降低，促进其吸水，气孔就张开。
在黑暗中，则K+从保卫细胞中移出膜外，使保卫细胞水势增高，因而失水引起气孔关闭。
5.在农业生产上对农作物进行合理灌溉的依据有哪些？
作物从幼苗到开花结实，在其不同的生育期中的需水情况不同。
所以，在农业生产中要根据作物的需水情况合理灌溉，既节约用水，又能保证作物对水分的需要。
其次，要注意作物的水分临界期，一般在花粉母细胞、四分体形成期，一定要满足作物水分的需要。
其三，不同作物对水分的需要量不同，一般可根据蒸腾系数的大小来估计其对水分的需要量。
以作物的生物产量乘以蒸腾系数可大致估计作物的需水量，可作为灌溉用水量的参数。
6.扼要回答下列问题：
（1）植物如何维持其体温的相对恒定？
（2）植物受涝后，叶子萎蔫或变黄的原因？
（3）为什么在代谢旺盛的部位含自由水多？
（4）低温抑制根系吸水的主要原因是什么？
（5）植物叶片水势的日变化如何？
（1）植物在阳光直接照射下，即使是在炎夏，只要水分的吸收与蒸腾作用能正常进行，就可使植物体及叶面保持一定的温度而不受热害。
这是因为水具有高比热、高汽化热，通过蒸腾作用可散失大量热量的缘故。
（2）作物受涝反而表现出摧水现象如萎蔫或变黄，是由于土壤中充满着水，短时期内可使细胞呼吸减弱，根压的产生受到影响，因而阻障吸水；
长时间受涝，就会导致根部形成无氧呼吸，产生和累积较多的酒精，根系中毒受伤，吸水更少，叶片萎蔫变质，甚至引起植株死亡。
（3）在代谢旺盛的植物部位，其自由水含量高。
这是因为自由水可使原生质是溶胶状态，保证了旺盛的代谢作用正常进行。
水是许多重要代谢过程（光合作用、呼吸作用、物质合成、降解等）的反应物质，水又是酶催化和物质吸收和运输的溶剂，并能保持植物的固有姿态，因而自由水的数量制约着植物的代谢强度，自由水占总含水量百分比越大，则代谢越旺盛。
（4）低温降低根系吸水速度的原因是：
水分本身的粘度增大，扩散速度降低，原生质粘度增大，水分不易透过原生质，呼吸作用减弱，影响根压，根系生长缓慢，有碍吸水表面积的增加。
（5）在一天当中，叶片水势随光照及温度变化，从黎明到中午，在光强及温度逐渐增加的同时，叶片失水量亦逐渐增多，水势即相应降低；
下午到傍晚随光照与温度逐渐降低，叶片失水量亦渐减少，水势即逐渐增高；
夜间黑暗条件下，温度较低，叶片水势保持较高水平。
7.以下论点是否正确，为什么？
（1）一个细胞放入某一浓度的溶液中时，若细胞液浓度与外界溶液的浓度相等，则体积不变。
（2）若细胞的，将其放入某一溶液中时，则体积不变。
（3）若细胞的，将其放入纯水中，则体积不变。
（4）有一充分饱和的细胞，将其放入比细胞液浓度低50倍的溶液中，则体积不变。
（1）除了处于初始质壁分离状态的细胞之外，当细胞内液浓度与外液浓度相等时，由于细胞的存在，因而细胞水势高于外液水势而发生失水，体积会变小。
（2）由于细胞，则把该细胞放入任一溶液时，都会失水，体积变小。
（3）当细胞的时，将其放入纯水中，由于，而为一负值，故细胞吸水，体积变大。
（4）充分饱和的细胞，稀释溶液，所以该细胞会失水，保积变小。
（三）练习题
1.小麦的第一个水分临界期，严格来说，就是（）
A.分蘖期B.幼穗分化期C.孕穗期
C
2.将一个细胞放入与其泡液浓度相等的糖溶液中，则（）
A.细胞失水B.即不吸水也不失水C.既可能吸水也可能保持平衡
D
3.已形成液泡的细胞，其衬质势通常省略不计，其原因是：
（）
A.初质势很低B.衬质势很高C.初质势不存在
A
4.在萌芽条件下，苍耳的不休眠种子开始4小时的吸水属于：
A.吸胀吸水B.代谢性吸水C.渗透性吸水
5.水分在根及叶的活细胞间传导的方向决定于：
（）
A.细胞液的浓度B.相邻活细胞的渗透势梯度C.相邻活细胞的水势梯度
6.当细胞在0.25M蔗糖溶液中吸水达动态平衡时，将该细胞置于纯水中，将会：
（）
A.吸水B.不吸水也不失水C.失水
7．水分沿导管或管胞上升的主要动力是（）
A．吐水B．内聚力C．蒸腾拉力D．根压
二、植物的矿质营养
（一）关键概念
生理酸性盐对于一类盐，植物吸收较多而快，这种选择吸收导致溶液变酸，故称这种盐类为生理酸性盐。
生理碱性盐对于一类盐，植物吸收较快而多，选择吸收的结果使溶液变碱，因而称为生理碱性盐。
生理中性盐对于一类的盐，植物吸收其阴离子与阳离子的量很相近，不改变周围介质的pH值，因而，称之为生理中性盐。
单盐毒害植物被培养在某种单一的盐溶液中，不久即呈现不正常状态，最后死亡。
这种现象叫单盐毒害。
离子拮抗在单盐溶液中加入少量其它盐类可消除单盐毒害现象，这种离子间相互消除毒害的现象称为离子拮抗。
杜南平衡细胞内的可扩散负离子和正离子浓度的乘积等于细胞外可扩散正、负离子浓度的乘积时的平衡，叫杜南平衡。
即：
。
平衡溶液在含有适当比例的多种盐溶液中，各种离子的毒害作用被消除，植物可以正常生长发育，这种溶液称为平衡溶液。
1.设计两个实验，证明植物根系吸收矿质是个主动的生理过程。
（1）用放射性同位素（如）示踪。
用饲喂根系，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的含量，可知呼吸被抑制后，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，发现经冰冻处理后，抑制根系对矿质的吸收。
（3）测定溶液培养株根系对矿质的吸收量与蒸腾速率，发现二者不成比例，说明根系吸收矿质有选择性，是主动过程。
2.进入植物体之后是怎样运输的？
在细胞的哪些部分，在什么酶催化下还原成氨？
植物吸收后，可以在根部或枝叶内还原，在根内及枝叶内还原所占的比值因不同植物及环境条件而异，苍耳根内无硝酸盐还原，根吸收的就可通过共质体中径向运输，即根的表皮→皮层→内皮层→中柱薄壁细胞→导管，然后再通过根压或蒸腾流从根转运到枝叶内被还原为氨，再通过酶的催化作用形成氨基酸、蛋白质，在光合细胞内，硝酸盐还原为亚硝酸盐是在硝酸还原酶催化下，在细胞质内进行的，亚硝酸还原为氨则在亚硝酸还原酶催化下在叶绿体内进行。
在农作物中，硝酸盐在根内还````````玉米＞燕麦。
同一植物，在硝酸盐的供应量不同时，其还原部位不同。
例如在豌豆的枝叶及根内硝酸盐还原的比值随着—N供应量的增加而明显升高。
3.固氮酶有哪些特性？
简述生物固氮的机理。
固氮酶的特性：
（1）由Fe—蛋白和Mo—Fe—蛋白组成，两部分同时存在才有活性。
（2）对氧很敏感，氧分压稍高就会抑制固氮酶的固氮作用，只有在很低的氧化还原电位的条件下才能实现固氮过程。
（3）具有对多种底物起作用的能力。
（4）NH4+是固氮菌的固氮作用的直接产物。
NH3的积累会抑制固氮酶的活性。
生物固氮的机理可归纳为以下几点：
（1）固氮是一个还原过程，要有还原剂提供电子，还原一分子N2为两分子NH3，需要6个电子和6个H+。
在各种固氮微生物中，主要电子供体有丙酮酸、NADH、NADPH、H2，电子载体有铁氧还蛋白（Fd）、黄素氧还蛋白（Fld）等。
（2）固氮过程需要能量。
由于N2具有键能很高的三价健（），要打开它需要很大的能量。
大约每传递两个电子需4-5个ATP，整个过程至少要12-15个ATP。
（3）在固氮酶作用下，把氮素还原成氨。
4.设计一个实验证明植物根系对离子的交换吸附。
（1）选取根系健壮的水稻（或小麦等）幼苗数株，用清水漂洗根部，浸入0.1%甲烯蓝溶液中2-3分钟，将已被染成蓝色的根系移入盛有蒸馏水的烧杯中，摇动漂洗数次，直到烧杯中的蒸馏水不再出现蓝色为止。
（2）将幼苗分成数量相等的两组，一组根系浸入蒸馏水中，另一组根系浸入10%氯化钙溶液中，数秒钟后可见氯化钙溶液中的根系褪色，溶液变蓝，而蒸馏水中的根系不褪色，水的颜色无变化或变化很小。
这说明根系吸附的带正电荷的甲烯蓝离子与溶液中的钙离子发生了交换吸附，甲烯蓝离子被交换进入溶液中，使溶液变蓝。
5.已知某植物细胞内含有带负电荷的不扩散离子浓度为0.01M，把这样的细胞放在和浓度为0.01M的溶液中，这时膜内浓度为0.01M。
当达到杜南平衡时，膜内[Na+]是膜外[Na+]的多少倍？
（假设膜外体积等于膜内体积）。
设膜外浓度降低，平衡后浓度变化为：
已知：
（开始时膜外[]）
C=0.01M（开始时膜内[]）
M
平衡时：
[]膜内=0.01+0.003=0.013M
[]膜外0.01-0.003=0.007M
平衡后膜内[]是膜外[]的1.9倍。
1.一般来说，越冬作物细胞中自由水与束缚水的比值：
（）
A.大于1B.小于1C.等于1
B
2.在维管植物的较幼嫩部分，亏缺下列哪种元素时，缺素症首先表现出来：
（）
A.KB.CaC.P
3.影响根毛区吸收无机离子的最重要的因素是：
A.土壤中无机盐的浓度B.根可利用的氧C.离子进入根毛区的扩散速率
4．植物体内大部分的氨通过哪种酶催化而同化？
A．谷氨酶脱氨酶 B．谷氨酰胺合成酶 Ｃ．转氨酶 Ｄ．氨甲酰磷酸合成酶
解析：
氨进入植物体后，立即被同化，游离氨的量稍多一点即毒害植物，因为氨可能抑制呼吸过程中的电子传递系统，尤其是NADH。
氨的同化方式有：
还原氨基化、氨基交换作用、氨甲酰磷酸途径及酰胺途径，其中大部分为谷氨酰胺途径，催化它的酶是谷氨酰胺合成酶。
答案：
三、植物的光合作用
光合色素指植物体内含有的哪些能吸收光能并将其用于光合作用的色素，包括叶绿素、类胡萝卜素、藻色素等。
作用中心色素指既能吸收光能又能引起光化学反应的色素，它是一种特殊状态的叶绿素a。
天线色素又称聚光色素，是光系统中只收集光能并将其传递给中心色素，本身不直接参与光化学反应的色素，包括大多数的叶绿素a、全部叶绿素b和类胡萝卜素。
吸收光谱与吸收带连续光谱经叶绿素吸收后，在光谱上出现许多暗带或暗条，这些暗带或暗条称为吸收带或吸收峰，这种具有暗带或暗条的不连续光谱叫做吸收光谱。
基态与激发态分子的内能包括整个分子的转动能、原子核间的振动能和电子的运动能都处于最低时的分子状态叫做基态，当分子吸收能量后，例如电子被激发后处于高能状态，称为激发态，通常讲的激发态是指电子激发态，它是一种不稳定的分子状态。
单线态与三线态叶绿素分子中处于同一轨道的配对电子或处于不同轨道的配对电子，其自旋方向均相反时，分子的电子总自旋等于零，光谱学家称此种分子状态为单线态，处于不同轨道的原先配对电子自旋方向相同，这时分子的结构对外界磁场有三种可能的取向，这种具有相同自旋的激发态叫做三线态。
荧光现象与磷光现象都是指叶绿素分子吸收光后的再发光现象，叶绿素a、b都能发出红色荧光。
其寿命约为10-9秒，它是由第一单线态回到基态时的发光现象。
叶绿素也能发射磷光，其寿命可达10-2秒，是由三线态回到基态时所发出的。
叶绿素在溶液中的荧光很强，而磷光很微弱。
共振转移又称诱导共振。
即一个激发分子中高能电子的振动引起邻近的第二个分子中某个电子的相似振动，当第二个分子中电子振动被诱导起来时，电子激发能的传递便发生了，即第一个激发分子的高能电子停止了振动，回到了基态，第二个分子的电子发生振动，形成激发态。
要使激发电子的共振转移得以发生，两分子间要具有相同的激发能级，其次共振转移的几率还与二个分子间的距离有关，在5-100的距离内，分子距离越近，转移几率越高。
红降现象与双光增益效应在长波红光下光合作用的量子效率下降的现象称为红降现象，如果在长波红光之外，再加上一些波长较短的光，则量子效率增加，这种现象称为双光增益效应或Emerson效应。
增益的光就是辅助色素吸收的光。
光系统叶绿体色素分子不是分散存在，而是与蛋白质结合形成色素蛋白的集团状态定位在光合膜上，这些叶绿体色素团称为光系统。
在光合膜上存在两个光系统，即光系统Ⅰ和光系统Ⅱ。
PSI的颗粒较小，位于类囊体膜的外侧；
PSⅡ的颗粒较大，位于类囊体膜的内侧，PSⅡ的光反应是短波光反应，其主要特征是水的光解和放氧。
PSI的光反应是长波光反应，其主要特征是NADP+的还原。
作用中心是叶绿体中进行光合作用原级反应的最基本的色素蛋白结构，它至少包括一个光能转换色素分子，一个原初电子受体和一个原初电子供体。
原初反应是光合作用起始的光物理化学过程，包括光能的吸收、传递与电荷分离，即天线色素吸收光能并传递给中心色素分子，使之激发，被激发的中心色素分子将高能电子传递给原初电子受体，使之还原，同时又从原初电子供体获得电子，使之氧化。
Hill反应在有适当的电子受体存在的条件下，叶绿体利用光使水光解，即有氧的释放和电子受体的还原，这一过程是Hill在1940年发现的，故称Hill反应。
光合磷酸化由光驱动的光合电子传递所偶联的将ADP和无机磷合成ATP的过程，称为光合磷酸化，这一现象是科学家1954年用离体叶绿体测出的。
由于与磷酸化相偶联的光合电子传递的方式不同，故将其分为环式光合磷酸化、非环式光合磷酸化。
PQ穿梭PQ为质体醌，是光合链中含量最多的电子传递体，既可传递电子也可传递质子，具有亲脂性，能在类囊体膜内移动。
它在传递电子时，也将质子从间质输入类囊体内腔，PQ在类囊体上的这种氧化还原反复变化称PQ穿梭。
Calvin循环又称C3途径、还原磷酸戊糖循环、光合碳循环，它是CO2固定和还原的主要途径，其CO2的受体是RuBP，CO2固定后的初产物是PGA。
C4途径是C4植物固定CO2的一种途径，其CO2受体是PEP，固定后的初产物为四碳二羧酸，即草酰乙酸，故称C4途径或四碳二羧酸途径。
CAM途径有些植物夜间气孔开放，通过C4途径固定二氧化碳，形成苹果酸，白天气孔关闭，夜间固定的CO2释放出来，再经C3途径形成碳水化合物，这种夜间吸收CO2，白天进行碳还原的方式，称CAM途径。
通过种方式进行光合作用的植物称为CAM植物，如仙人掌科和凤梨科的植物属CAM植物。
光呼吸植物的绿色细胞由于光照引起的吸收氧和释放CO2的过程，与光合作用有密切关系，由于这种呼吸只有在光下才能进行，故称为光呼吸，其呼吸底物为乙醇酸。
1.何谓光合作用？
用什么简便方法证明光合作用的存在。
光合作用是绿色植物吸收日光能，将CO2和H2O同化为有机化合物并释化氧气的过程。
光合产物主要是碳水化合物，故可用下式来表示：
依据这一原理，可以用下列简便方法证明植物在光下的光合作用。
（1）用水生植物如金鱼藻，切断茎，切口向上，置于光下，则可见切口处有气泡放出，放出的气泡就是氧气，而在暗中则没有气泡的发生。
（2）将陆生植物叶片制成小圆片，放入水中通过减压抽气使其下沉，再放入约含1%的碳酸氢钠溶液中，置于直射光下，则小圆片很快就上浮，小圆片上有很多小气泡，是光合作用释放的氧，而在暗中则小圆片不上浮。
（3）有些在光下累积淀粉的植物叶片，可用剪有一定形状空洞的黑纸，夹在预先的暗处放置约两天的植物叶片上，放于直射光下，2小时后，剪下叶片，除去黑纸，用乙醇脱色后放入碘液中，则可见未被黑纸遮盖的部分变为蓝黑色，证明有淀粉存在，而未曝光处则不变色。
2.试用化学渗透学说解释光合电子传递与磷酸化相偶联的机理。
光合磷酸化是在光合膜上进行的，光合膜上的光系统吸收光能后，启动电子在光合膜上传递。
电子传递过程中，质子通过PQ穿梭被泵入类囊体腔内，同时水的光解也在膜内侧释放出质子，因而形成了跨膜的质子梯度差和电位差，即膜内腔电位较正而外侧较负，两者合称为质子动力势差（PMF）。
按照P.Mitchell的化学渗透学说，光合电子传递所形成的质子动力势是光合磷酸化的动力，质子有从高浓度的内侧反回到低浓度外侧的趋势，当通过偶联因子复合物（CF1-F0）反回到外侧时，释放出的能量被偶联因子捕获，使ADP和无机磷形成ATP。
这一学说已经获得越来越多的实验的证实和支持。
3.光合作用的光反应是在叶绿体哪部分进行的？
产生哪些物质？
暗反应在叶绿体哪部分进行？
可分哪几个大阶段？
光合作用的光反应是在叶绿体的类囊体膜上进行的，可分为原初反应、水的光解和光合电子传递、光合磷酸化三大步骤，其产物除释放氧外，还形成高能化合物ATP和NADPH2，两者合称为同化力，光能就累积在同化力中。
光合作用的暗反应是指CO2的固定和还原，这一过程是在叶绿体的间质中进行的，可分为CO2的固定、初产物的还原、光合产物的形成和CO2的受体RuBP的再生这四大阶段。
光反应形成的同化力即用于CO2固定后的初产物还原，光合碳循环的正常运转还需光的诱导，因为光合环的调节酶是在光下活化，暗中则失活的，因此光合碳循环实际上也是离不开光的。
光合碳循环的产物如以脱离环后的产物来评价，则是葡萄糖，最后形成蔗糖或淀粉。
4.何谓光能利用率？
光能利用率不高的原因有哪些？
光能利用率是指单位面积上的绿色植物光合产物中所累积的化学能与照射在这块面积上的日光能的比率。
以年来计算，一般作物的光能利用率不到1%，森林植物大概只有0.1%。
光能利用率不高的原因是很多的，主要有以下几方面：
（1）一部分光不能参加光合作用，可以参加光合作用的光是可见光，它只占到达地球表面的太阳辐射的45%左右。
（2）漏光，一年中即使种三季，也会有30%左右的光是没有照射到植物上的。
（3）反射与透射，照在植物叶片上的光大约有15-20%未被吸收，而是损失于反射和透射。
（4）量子需要量的损失，被叶绿体吸收的光，在光合作用能量转化过程中只有23%左右累积到光合产物中，77%都损失消耗了。
（5）呼吸消耗的损失，光合产物大
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