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植物生理学

一章

水孔蛋白：

是指细胞膜或液泡膜上具有选择性、高效转运水分的通道蛋白。

活性受磷酸化和去磷酸化调节。

水势:

在植物生理学中，水势（ψw）就是每偏摩尔体积水的化学势。

即水溶液的化学势（μw）与同温、同压、同一系统中的纯水的化学势（μ0w）之差（△μw），除以水的偏摩尔体积（Vw）所得的商。

水势ψw可用下式表示：

ψw=（μw–μ0w）/=△μw/

水粉临界期:

是指植物对水分不足最敏感，最易受害的时期。

需水量不一定多。

大题:

一细胞吸水过程中，体积和水势各组分的变化

1、强烈蒸腾下的细胞Ψp为负值

2、初始质壁分离细胞Ψp=0,Ψw=Ψs

3、细胞吸水Ψw=Ψp+Ψs;Ψp,Ψs,Ψw

4、充分吸水细胞Ψw=0，Ψp=-Ψs

二蒸腾作用的影响

A外界条件对蒸腾作用的影响

1）光照：

光照↑,蒸腾速率↑。

气孔开度↑，气孔阻力↓；气温和叶温↑，叶内外的蒸汽压差↑。

（2）温度：

一定范围，温度↑，蒸腾↑。

温度过低过高，蒸腾↓。

（3）湿度（RH）：

RH↓，蒸腾↑；RH太低，气孔关闭，蒸腾反而又下降。

（4）风速：

微风促进蒸腾。

强风可能会引起气孔关闭或开度减小，内部阻力加大，蒸腾减弱。

（5）昼夜变化

B内部因素对蒸腾作用的影响

（1）气孔频度

（2）气孔大小（3）气孔下腔（4）气孔开度（5）气孔构造

三根系吸水的动力：

根压主动吸水；蒸腾拉力被动吸水

四影响根系吸水的土壤条件

1.土壤可利用水是指能被植物直接吸收利用的水。

与土粒粗细和胶体数量有关。

砂质土壤大于粘重土壤。

2.土壤通气状况CO2浓度过高、缺乏O2，吸水量降低；供O2，吸水量增加

3.土壤温度低温：

水和原生质粘度增加，水扩散速率下降；呼吸作用减弱，影响吸水；根系生长缓慢，有碍吸水表面的增加。

“午不浇园”高温：

根易木质化，导水性下降。

4.土壤溶液浓度根系细胞水势必须低于土壤溶液的水势，才能从土壤中吸水化肥施用过量或过于集中时，产生"烧苗"现象

五植物叶片的气孔为什么在光照条件下会张开，在黑暗条件下会关闭？

答：

保卫细胞细胞壁具有伸缩性，细胞的体积能可逆性地增大40~100%。

保卫细胞细胞壁的厚度不同，分布不均匀。

双子叶植物保卫细胞是肾形，内壁厚、外壁薄，外壁易于伸长，吸水时向外扩展，拉开气孔；禾本科植物的保卫细胞是哑铃形，中间厚、两头薄，吸水时，横向膨大，使气孔张开。

保卫细胞的叶绿体在光下会形成蔗糖，累积在液泡中，降低渗透势，于是吸水膨胀，气孔张开；在黑暗条件下，进行呼吸作用，消耗有机物，升高了渗透势，于是失水，气孔关闭。

六气孔张开机理：

5．气孔运动调节蒸腾:

1.保卫细胞吸水膨胀－气孔口张开;保卫细胞失水收缩－气孔口关闭

+：

光激活质膜上ATP质子泵，运出H＋→保卫细胞内的pH升高，质膜超极化→驱动K＋透过质膜和液泡膜的K＋通道进入液泡中，伴随Cl-进入

苹果酸：

照光→保卫细胞内的CO2用于光合碳循环，pH升高→淀粉分解生成PEP→PEP3.与CO2反应，形成草酰乙酸，转变成苹果酸.

4.蔗糖:

来源：

淀粉水解转化产生蔗糖;光合作用合成蔗糖;从质外体中吸收。

变化：

上午缓慢增加，较晚气孔关闭时浓度下降。

第二章

溶液培养法（水培法）：

在含有全部或部分矿质元素的溶液中培养植物的方法。

大题：

一合理追肥的指标生理指标:

叶中元素含量;酰胺含量作物以酰胺形式将过多氮素贮藏起来，如天冬酰胺;酶活性缺Mo，NR活性降低；缺Fe，过氧化物酶、过氧化氢酶活性降低。

二影响根部吸收矿物质的条件:

温度;通气状况:

通气良好，增加氧的含量，减少CO2，有利矿质营养的吸收。

土壤溶液浓度:

一定范围内随浓度升高吸收增加。

超出此范围，水势下降，运输蛋白限制。

三缺素症的诊断

病症从老叶开始，常缺乏NPKMgZn；病症从新叶开始，常缺乏CaBCuMnFeS；表现出失绿症，常缺乏FeMgMnSNK

四植物吸收矿质元素的特点

（一）对盐分和水分的相对吸收

相互依赖：

矿质须在溶液状态才被吸收，并随水分一起进入根部的质外体中；根系对矿质的主动吸收使根部的水势降低，有利于水分进入根部

相互独立：

吸收矿质和水分的机理不同：

吸收矿质以耗能的主动吸收为主，而水分则按水势高低进行被动运输。

（二）离子的选择吸收：

是指植物对同一溶液中不同离子或同一盐的阳离子和阴离子吸收的比例不同的现象。

（三）单盐毒害和离子对抗

单盐毒害：

培养液中只有一种金属离子而对植物起毒害作用。

在单盐培养液中加入少量的含其他金属离子的盐，就能减弱或消除单盐毒害，这种离子间相互消除单盐毒害的现象,称离子对抗。

五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？

（一）扩散：

1.简单扩散：

溶质从高浓度的区域跨膜移向浓度较低的邻近区域的物理过程。

2.易化扩散：

又称协助扩散，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。

（二）离子通道：

细胞膜中，由通道蛋白构成的孔道，控制离子通过细胞膜。

（三）载体：

跨膜运输的内在蛋白，在跨膜区域不形成明显的孔道结构。

1.单向运输载体：

（uniportcarrier）能催化分子或离子单方向地顺着电化学势梯度跨质膜运输。

2.同向运输器：

（symporter）指运输器与质膜外的H结合的同时，又与另一分子或离子结合，同一方向运输。

3.反向运输器：

（antiporter）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结合，两者朝相反的方向运输。

（四）离子泵：

膜内在蛋白，是质膜上的ATP酶，通过活化ATP释放能量推动离子逆化学势梯度进行跨膜转运。

（五）胞饮作用：

细胞通过膜的内陷从外界直接摄取物质进入细胞的过程。

六简述植物体内铵同化的途径

答：

①谷氨酰胺合成酶途径。

即铵与谷氨酸及ATP结合，形成谷氨酰胺。

②谷氨酸合酶途径。

谷氨酰胺与α-酮戊二酸及NADH（或还原型Fd）结合，形成2分子谷氨酸。

③谷氨酸脱氢酶途径。

铵与α-酮戊二酸及NAD（P）H结合，形成谷氨酸。

④氨基交换作用途径。

谷氨酸与草酰乙酸结合，在ASP-AT作用下，形成天冬氨酸和α-酮戊二酸。

谷氨酰胺与天冬氨酸及ATP结合，在AS作用下形成天冬酰胺和谷氨酸。

三章

1、聚光色素（天线色素）：

只吸收和传递光能，不进行光化学反应的光合色素。

2、红降现象：

用不同波长的光照射绿藻，研究其光合效率。

当波长大于680nm（远红光）时，量子产额急剧下降。

3、光补偿点:

叶片的光合速率等于呼吸速率，这时的光强称光补偿点

4、光饱和点:

当达到某一光强时，光合速率就不再增加时的光强。

呈现光饱和现象

5、光合链：

类囊体膜上由两个光系统（PSⅠ和PSⅡ）和若干电子传递体，按一定的氧化还原电位依次排列而成的体系

6、增益效应：

在长波红光（如680nm）之外再加上-些波长较短的光（如660nm），光合作用的量子效率就会立刻提高。

埃默森增益效应是由于光合作用的两个光反应，分别由光系统Ⅰ、光系统Ⅱ进行协同作用而完成的。

7、同化力：

由于ATP和NADPHY用于碳反应中CO2的同化

8、光抑制：

当光能超过光合系统所能利用的数量时，光和功能下降。

9、原初反应：

光合作用的色素分子被光激发到引起第一个光化学反应为止的过程，包括光能的吸收、传递和转换过程。

一、.在光合作用过程中，ATP和NADPH是如何形成的？

又是怎样被利用的？

答：

（1）形成过程是在光反应的过程中。

非循环电子传递形成了NADPH：

PSII和PSI共同受光的激发，串联起来推动电子传递，从水中夺电子并将电子最终传递给NADP+，产生氧气和NADPH，是开放式的通路。

循环光和磷酸化形成了ATP：

PSI产生的电子经过一些传递体传递后，伴随形成腔内外H浓度差，只引起ATP的形成。

非循环光和磷酸化时两者都可以形成：

放氧复合体处水裂解后，吧H释放到类囊体腔内，把电子传递给PSII，电子在光和电子传递链中传递时，伴随着类囊体外侧的H转移到腔内，由此形成了跨膜的H浓度差，引起ATP的形成；与此同时把电子传递到PSI，进一步提高了能位，形成NADPH，此外，放出氧气。

是开放的通路。

（2）利用的过程是在碳反应的过程中进行的。

C3途径：

甘油酸-3-磷酸被ATP磷酸化，在甘油酸-3-磷酸激酶催化下，形成甘油酸-1，3-二磷酸，然后在甘油醛-3-磷酸脱氢酶作用下被NADPH还原，形成甘油醛-3-磷酸。

C4途径：

叶肉细胞的叶绿体中草酰乙酸经过NADP-苹果酸脱氢酶作用，被还原为苹果酸。

C4酸脱羧形成的C3酸再运回叶肉细胞，在叶绿体中，经丙酮酸磷酸双激酶催化和ATP作用，生成CO2受体PEP，使反应循环进行。

二、光和作用的氧气是怎样产生的？

答：

水裂解放氧是水在光照下经过PSII的放氧复合体作用，释放氧气，产生电子，释放质子到类囊体腔内。

放氧复合体位于PSII类囊体膜腔表面。

当PSII反应中心色素P680受激发后，把电子传递到脱镁叶绿色。

脱镁叶绿素就是原初电子受体，而Tyr是原初电子供体。

失去电子的Tyr又通过锰簇从水分子中获得电子，使水分子裂解，同时放出氧气和质子。

3.试比较PSI和PSII的结构及功能特点。

PSII

PSI

位于类囊体的堆叠区，颗粒较大

位于类囊体非堆叠区，颗粒小

由12种不同的多肽组成

由11种蛋白组成

反应中心色素最大吸收波长680nm

反应中心色素最大吸收波长700nm

水光解，释放氧气

将电子从PC传递给Fd

含有LHCII

含有LHCI

4.光和作用的氧气是怎样产生的？

答：

水裂解放氧是水在光照下经过PSII的放氧复合体作用，释放氧气，产生电子，释放质子到类囊体腔内。

放氧复合体位于PSII类囊体膜腔表面。

当PSII反应中心色素P680受激发后，把电子传递到脱镁叶绿色。

脱镁叶绿素就是原初电子受体，而Tyr是原初电子供体。

失去电子的Tyr又通过锰簇从水分子中获得电子，使水分子裂解，同时放出氧气和质子。

6.光合作用的碳同化有哪些途径？

试述水稻、玉米、菠萝的光合碳同化途径有什么不同？

答：

有三种途径C3途径、C4途径和景天酸代谢途径。

途径

CAM

植物种类

温带植物（水稻）

热带植物（玉米）

干旱植物（菠萝）

固定酶

Rubisco

PEPcase/Rubisco

CO2受体

RUBP

RUBP/PEP

初产物

PGA

OAA

7.一般来说，C4植物比C3植物的光合产量要高，试从它们各自的光合特征以及生理特征比较分析。

叶片结构

无花环结构，只有一种叶绿体

有花环结构，两种叶绿体

叶绿素a/b

CO2固定酶

Rubisco

PEPcase/Rubisco

CO2固定途径

卡尔文循环

C4途径和卡尔文循环

最初CO2接受体

RUBP

PEP

光合速率

低

高

CO2补偿点

高

低

饱和光强

全日照1/2

无

光合最适温度

低

高

羧化酶对CO2亲和力

低

高，远远大于C3

光呼吸

高

低

总体的结论是，C4植物的光合效率大于C3植物的光合效率。

植物、C4植物和CAM在固定CO2方面的异同。

CAM

受体

RUBP

PEP

固定酶

Rubisco

PEPcase/Rubisco

进行的阶段

CO2羧化、CO2还原、更新

CO2羧化、转变、脱羧与还原、再生

羧化、还原、脱羧、C3途径

初产物

PGA

OAA

能量使用

先NADPH后ATP

12影响光合速率的外部因素

一．光照

1.光强

光合速率随光强变化的曲线称为光强-光合曲线，也称光响应曲线。

在暗中无光合作用，只有呼吸作用释放CO2（图中OA段为呼吸速率）。

随着光的增强，光合速率相应提高，当到达某一光强时，叶片的光合速率等于呼吸速率，表观光合速率为零，这时的光强称为光补偿点。

在一定光强范围内，当光合速率不在随光强增大而增大时的光强称为光饱和点。

达到光饱和点以前，光合速率主要受光强制约；而饱和点以后，主要受CO2扩散和固定速率的影响。

不同植物的光响应曲线不同，光补偿点和光饱和点也有很大差别。

光补偿点高的植物一般光饱和点也高，草本植物的光补偿点与光饱和点通常要高于木本植物；阳生植物的光补偿点与光饱和点要高于阴生植物。

2.光质和光照时间

光质和光照时间也会影响光合作用。

在太阳辐射中，只有可见光部分才能被光合作用利用，在自然条件下，植物或多或少受到不同波长的光线照射。

水层也能改变光强和光质。

水层越深，光照越弱。

长时间处于黑暗条件下的植物叶片，给与光照时，光合速率起初会很低或为负值，照光一段时间后，光合速率逐渐上升并最终稳定。

。

二．CO2

光合曲线

CO2-光合曲线与光强光合曲线相似。

在光下CO2浓度为零时，叶片指发生呼吸作用释放出CO2。

当光合速率与呼吸速率相等时，外界环境的CO2浓度即为CO2补偿点（图中B点）。

CO2继续升高，光合速率增加，当达到一定浓度时，光合速率不再随CO2浓度升高而增大，而到达最大值，光合速率开始达到最大值时的CO2浓度被称为CO2饱和点。

供应

CO2供应也影响光合作用。

陆生植物所需的CO2主要从大气中获得。

CO2从大气至叶肉细胞为气相扩散，而从叶肉细胞间隙到叶绿体基质为液相扩散。

扩散的动力为CO2浓度差。

凡是能提高CO2浓度差和减少阻力的因素都可促进CO2流通从而提高光合速率。

因此，加强通风或设法增加CO2能显著提高光合速率。

三．温度

光合过程中的暗反应是由酶所催化的化学反应，因而受温度的影响。

光合作用有一定的温度范围和三基点，即光合作用的最低（冷限）、最适和最高温度（热限）。

能使光合速率达到最高的温度被称为光合最适温度。

光合作用的温度三基点因植物种类不同而有很大差异。

低温抑制光合的主要原因是低温导致膜脂相变，叶绿体超微结构破坏，气孔开闭失调，以及酶的钝化等。

高温抑制光合的主要原因有，一是由于膜脂与酶蛋白的热变性，使光和器官损伤，叶绿体中的酶钝化；二是高温下光呼吸和暗呼吸加强，是表观光合速率下降。

昼夜温差也对光合速率有很大影响。

白天温度高，日光充足，有利于光合作用的进行；夜间温度较低，降低了消耗，因此，在一定温度范围内，昼夜温差大有利于光合产物积累。

四．水分

水分对光合作用的影响有间接的也有直接的。

直接影响是水是光合作用的原料之一，没有水不能进行光合作用。

但用于光合作用的水分不到蒸腾失水的1％，因此缺水影响光合作用主要是间接的。

水分亏缺降低光合作用的主要原因有：

气孔关闭。

光和面积减少。

光合机构受损。

光合产物输出减慢。

水分过度也会影响光合作用。

土壤水分过度时，通气状况不良，根系活力下降，从而间接影响光合；雨水淋在叶片上，一方面遮挡气孔，影响气体交换；另一方面是叶肉细胞处于低渗状态，这些都会光合速率降低。

五．矿质营养

矿质营养直接或间接参与光合作用。

N、P、S、Mg是叶绿体中构成叶绿素、蛋白质、核酸以及片层膜不可或缺的成分；Cu、Fe是电子传递的重要组成成分；Mn和Cl是光合放氧的必需因子；K和P促进光合产物的转化与运输。

重金属铊、镉、镍和铅等都对光合作用有毒害，它们大都影响气孔功能。

另外，镉对PSⅡ活性有抑制。

四章

呼吸商：

表示呼吸底物的性质和氧气供应状态的一种指标。

植物组织在一定时间内（如1h）内，放出co2的物质的量（mol）与呼吸氧气的物质的量（mol）的比率

末端氧化酶：

是把底物的电子传递到电子传递系统的最后一步，将电子传递给分子氧并形成水或过氧化氢的酶

抗氰呼吸（交替途径）：

由复合体Ⅰ或Ⅱ脱下的电子，从UQ经由交替氧化酶传递给分子O2。

某些情况下与主路交替运行。

不通过复合体Ⅲ和Ⅳ，对CN-不敏感称为抗氰呼吸

一．糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径的部位

糖酵解：

细胞质基质；三羧酸循环：

线粒体基质；磷酸戊糖途径：

细胞质基质和质体

二．糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径和抗氰呼吸代谢途径各自的生理意义

（1）糖酵解：

有氧呼吸和无氧呼吸的共同途径；产生重要中间产物和终产物（PEP和Pyr）；释放了有机物质中贮存的能量（生成了NADH和ATP）；多步可逆反应，为糖异生作用提供了基本途径；不消耗O2，也不产生CO2，其所需的氧来自组织内的含氧物质，即水和被氧化的糖。

（2）三羧酸循环：

生命活动的主要能量来源；物质代谢的枢纽：

糖、脂肪、蛋白彻底氧化分解的共同途径，为糖、脂肪、氨基酸合成提供原料。

磷酸戊糖途径:

1.生成NADPH，为合成反应提供还原力；2.中间产物是许多重要物质的合成原料，提高植物的抗病力和适应力。

3.一些中间产物与光合作用C3循环的中间产物相同，可以和光合作用联系起来。

4.糖的分解不易受阻，扩大植物的适应能力。

（3）抗氰呼吸:

引诱昆虫传粉:

1.能使组织的温度比环境温度高10－20℃。

2.增强植物抗逆性3.能量溢流。

三.何理解植物呼吸代谢的多样性

内容：

①呼吸底物的多样性

②呼吸底物（糖）的多条代谢途径：

EMP，TCA，PPP，发酵作用，GAC，乙醇酸氧化途径

③电子传递的多条途径：

细胞色素氧化酶途径、交替氧化酶途径、外NAD（P）H支路、内NAD（P）H支路

④末端氧化酶的多样性：

细胞色素氧化酶、交替氧化酶、线粒外的末端氧化酶

意义：

植物在长期进化过程中对不断变化的外界环境的一种适应性表现；（如何适应？

）②受到生长发育和不同环境条件的影响。

四．用低浓度的氰化物和叠氮化合物或高浓度的co处理植物，植物很快会发生伤害，试分析该伤害的原因是什么？

抑制氧化磷酸化：

有些化合物能阻断呼吸链中某一部位的电子传递，就破坏氧化磷酸化。

五．植物的光合作用和呼吸作用有什么关系？

1.联系：

ADP和NADP+在光合和呼吸中可共用。

光合C3途径与呼吸PPP途径基本上为正逆反应，中间产物可交替使用。

光合释放O2→呼吸，呼吸释放CO2→光合

2区别：

相对性

光合作用

呼吸作用

物质代谢

合成物质

分解物质

能量代谢

储能过程：

光能-化学能

光合电子传递、光合磷酸化

放能过程：

化学能-ATP/NADPH

呼吸电子传递、氧化磷酸化

主要环境因素

光、CO2

温度、O2

场所

叶绿体

所有活细胞