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考研植物生理学

第一章植物的水分代谢复习题参考答案

名词解释

1、水分代谢（watermetabolism）：

植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程。

2、水势（waterpotential）：

每偏摩尔体积水的化学势差。

符号：

ψw

3、渗透势（osmoticpotential）：

由于溶液中溶质颗粒的存在而引起的水势降低值，符号ψπ。

用负值表示。

亦称溶质势（ψs）。

4、压力势（waterpotential）：

由于细胞壁压力的存在而增大的水势值。

一般为正值。

符号：

ψp。

初始质壁分离时，ψp为0；剧烈蒸腾时，ψp会呈负值。

5、衬质势（waterpotential）:

由于细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水的束缚而引起的水势降低值，以负值表示。

符号：

ψm

6、重力势（waterpotential）：

由于重力的存在而使体系水势增加的数值。

符号：

ψg。

7、自由水：

距离胶粒较远而可以自由流动的水分。

8、束缚水：

靠近胶粒而被胶粒所束缚，不易自由流动的水分。

9、渗透作用：

水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象。

10、吸涨作用：

亲水胶体吸水膨胀的现象。

11、代谢性吸水：

利用细胞呼吸释放出的能量，使水分经过质膜进入细胞的过程。

12、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。

符号V-w

13、化学势：

一种物质每mol的自由能就是该物质的化学势。

14、水通道蛋白：

存在于生物膜上的一类具有选择性、高效转运水分功能的内在蛋白，亦称水孔蛋白。

15、吐水：

从未受伤的叶片尖端或边缘的水孔向外溢出液滴的现象。

16、伤流：

从受伤或折断的植物器官、组织伤口处溢出液体的现象。

17、根压：

植物根部的生理活动使液流从根部上升的压力。

18、蒸腾拉力：

由于蒸腾作用产生的一系列水势梯度使导管中水分上升的力量。

19、蒸腾作用：

水分以气体状态通过植物体表面从体内散失到体外的现象。

20、蒸腾速率：

又称蒸腾强度，指植物在单位时间内，单位叶面积通过蒸腾作用而散失的水分量。

（g/dm2•h）

21、蒸腾比率：

植物每消耗1kg水时所形成的干物质重量（g）。

22、蒸腾系数：

植物制造1g干物质所需消耗的水分量（g）。

又称为需水量。

它是蒸腾比率的倒数。

23、小孔扩散律：

指气孔通过多孔表面的扩散速率不与其面积成正比，而与小孔的周长成正比的规律。

24、永久萎蔫：

萎蔫植物若在蒸腾速率降低以后仍不能恢复正常，这样的萎蔫就称为永久萎蔫。

25、临界水势：

气孔开始关闭的水势。

26、水分临界期：

植物对水分缺乏最敏感的时期。

一般为花粉母细胞四分体形成期。

27、生理干旱：

盐土中栽培的作物，由于土壤溶液的水势低，吸收水分较为困难或者是原产热带的作物遇低于10℃的温度时而出现的萎蔫现象。

28、内聚力学说：

又称蒸腾流一内聚力—张力学说。

即以水分的内聚力来解释水分沿导管上升的原因的学说。

29、初干：

在蒸腾失水过多或水分供应不足的条件下，细胞间隙及气孔下腔不再为水蒸气所饱和，这时即使气孔张开，蒸腾作用也受到抑制的现象。

30、节水农业：

是充分利用水资源、采取水利和农业措施提高水分利用率和生产效率，并创造出有利于农业可持续发展的生态环境的农业。

简答题

1、植物水分代谢包括哪些过程？

答：

植物从环境中不断地吸收水分，并通过茎导管运到叶片及其他器官，以满足正常的生命活动的需要。

但是，植物又不可避免地要丢失大量水分到环境中去。

具体而言，植物水分代谢可包括三个过程：

（1）水分的吸收；

（2）水分在植物体内的运输；（3）水分的排出。

2、植物体内水分的存在状态与代谢关系如何？

答：

植物体中水分的存在状态与代谢关系极为密切，并且与抗性有关。

一般来说，束缚水不参与植物的代谢反应，在植物某些细胞和器官主要含束缚水时，则其代谢活动非常微弱，如越冬植物的休眠芽和干燥种子，仅以极弱的代谢维持生命活动，但其抗性却明显增强，能渡过不良的逆境条件。

而自由水主要参与植物体内的各种代谢反应，含量多少还影响代谢强度，含量越高，代谢越旺盛。

因此常以自由水/束缚水比值作为衡量植物代谢强弱和抗性的生理指标之一。

3、植物细胞吸水有哪几种方式？

答：

植物细胞吸水有三种方式：

（1）未形成液泡的细胞，靠吸胀作用去吸水；

（2）液泡形成之后，细胞主要靠渗透性吸水；（3）与渗透作用无关，而与代谢过程密切相关的代谢性吸水。

4、利用细胞质壁分离现象可以解决哪几个问题？

答：

（1）说明原生质层是半透膜。

（2）判断细胞死活。

只有活细胞的原生质层才是半透膜，才有质壁分离现象；如细胞死亡，则不能产生质壁分离现象。

（3）测定细胞的渗透势。

5、水分是如何通过膜系统进出细胞的呢？

答：

水分进出细胞有两种途径：

一种是单个水分子通过膜脂间隙扩散进出细胞；另一种是以水集流方式通过质膜上水孔蛋白组成的水通道进出细胞。

6、蒸腾作用有什么生理意义？

答：

（1）是植物对水分吸收和运输的主要动力。

（2）促进植物对矿物质和有机物的吸收及其在植物体内的运输。

（3）能够降低叶片的温度，以免灼伤。

7、水分从被植物吸收至蒸腾到体外，需要经过哪些途径？

动力如何？

答：

水分自根毛→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→气孔→大气。

在导管中水分运输的动力是蒸腾拉力和根压，其中蒸腾拉力占主要地位，在活细胞间的水分运输主要为渗透作用。

8、简述根系吸收水分的方式与动力。

答：

根系吸收水分的方式有2种：

主动吸水与被动吸水。

主动吸水的动力为根压，消耗生物能。

而被动吸水的动力为蒸腾拉力，不消耗生物能。

9、为什么通过气孔蒸腾的水量为同等面积自由水面蒸发量的几十至一百倍？

答：

因为气体分子通过气孔扩散时，孔中央水蒸汽分子彼此碰撞，扩散速率很慢；在孔边缘，水分子相互碰撞机会少，扩散速率快。

而对于大孔，其边缘周长所占的比例小，故水分子扩散速率与大孔的面积成正比。

气孔很小，数目很多，边缘效应显著，故蒸腾速率很高。

10、内聚力学说的主要内容是什么？

答：

此学说又叫蒸腾－内聚力－张力学说。

是解释水分在导管内连续不断上运的学说。

其内容主要是水分子间有很大的内聚力，可达30MPa，它远远大于水柱的张力（约0.5～3.0Mpa）。

同时水分子与导管纤维素分子间还有很强的附着力，故导管或管胞中的水流可成为连续的水柱。

11、土壤温度过低为什么对根系吸水不利？

答：

（1）原生质粘度增大，水不易透过生活组织，植物吸水减弱。

（2）水分运动减慢，渗透作用降低。

（3）根系生长受抑，吸收面积减少。

（4）根系呼吸速率降低，主动吸水减弱。

12、与表皮细胞相比，保卫细胞有什么特点？

答：

（1）细胞体积很小，并有特殊结构，有利于膨压迅速而显著的改变。

而表皮细胞大，又无特别形状；

（2）胞壁中有径向排列的辐射状微纤束与内壁相连，便于对内壁施加作用；（3）细胞质中有一整套细胞器，且数目多；（4）叶绿体有明显的基粒构造，而表皮细胞无叶绿体。

13、根据性质和作用方式，抗蒸腾剂可分为哪三类？

举例说明。

答：

（1）代谢型抗蒸腾剂：

如阿特拉津，可使气孔开度减小，苯汞乙酸可改变膜透性，使水分不易向外界扩散。

（2）薄膜型抗蒸腾剂：

如硅酮，可在叶面形成单分子薄层，阻碍水分散失。

（3）反射型抗蒸腾剂：

如高岭土，可反射光，降低叶温，从而减少蒸腾量。

14、若施肥不当，会产生“烧苗”现象，原因是什么？

答：

一般土壤溶液的水势都高于根细胞水势，根系顺利吸水。

若施肥太多或过于集中，会造成土壤溶液水势低于根细胞水势，根系不但不能吸水还会丧失水分，故引起“烧苗”现象。

15、用小液流法测得某细胞在0.3mol/L蔗糖溶液中体积不变。

已知细胞的渗透势为－0.93MPa，求该细胞的水势及压力势（t=27℃）。

答：

根据公式：

ψw=CRTi溶液水势：

ψw=-0.3×0.008314×300≈-0.75（MPa）因为细胞水势与溶液水势等，所以：

细胞水势为-0.75MPa,细胞压力势0.18MPa。

论述题

1、水分子的理化性质与植物生理活动有何关系？

答：

水分子是一个极性分子，可与纤维素、蛋白质分子相结合。

水分子具有高比热，可在环境温度变化较大的条件下，植物体温仍相当稳定。

水分子还有较高的气化热，使植物在烈日照射下，通过蒸腾作用散失水分就可降低体温，不易受高温危害。

水分子是植物体内很好的溶剂，可与含有亲水基团的物质结合形成亲水胶体，水还具有很大的表面张力，使水与细胞胶体物质产生吸附作用，并借毛细管力进行运动。

2、试述水分的生理生态作用。

答：

（1）水是细胞原生质的主要组成成分；

（2）水分是重要代谢过程的反应物质和产物；（3）细胞分裂及伸长都需要水分；（4）水分是植物对物质吸收和运输及生化反应的一种良好溶剂；（5）水分能使植物保持固有的姿态，有利于光合和传粉;（6）可以通过水的理化特性以调节植物周围的大气湿度、温度等。

对维持植物体温稳定也有重要作用。

3、气孔开关机理假说有哪些？

并加以说明。

答：

（1）淀粉－糖变化学说：

在光照下保卫细胞进行光合作用合成可溶性糖。

另外由于光合作用消耗CO2使保卫细胞pH值升高，淀粉磷酸化酶水解细胞中淀粉形成可溶性糖，细胞水势下降。

当保卫细胞水势低于周围的细胞水势时，便吸水迫使气孔张开，在暗中光合作用停止，情况与上述相反，气孔关闭。

（2）K+积累学说：

在光照下，保卫细胞质膜上具有光活化H+泵ATP酶，分解光合磷酸化产生的ATP并将H+分泌到细胞壁，同时将外面的K+通过膜上的内流钾通道吸收到细胞中来，Cl-也伴随着K+进入，Cl-与苹果酸负离子平衡K+电性。

保卫细胞中积累较多的K+、Cl-和苹果酸，降低水势而吸水，气孔就张开，反之，则气孔关闭。

（3）苹果酸代谢学说：

在光下保卫细胞内的CO2被利用，pH值就上升（8.0～8.5），从而活化PEPC，剩余的CO2就转变成重碳酸盐（HCO-3），PEP与HCO3-作用形成草酰乙酸，然后还原成苹果酸，苹果酸解离为2H+和苹果酸根，在H+／K+泵驱使下，K+与H+交换，K+进入保卫细胞，Cl－也伴随进入与苹果酸负离子一起平衡K+电性。

同时苹果酸也可作为渗透调节物与K+、Cl－共同降低保卫细胞的水势。

保卫细胞吸水，气孔打开。

反之，气孔关闭。

4、试述外部因子对气孔运动的影响。

答：

许多因子都能调节气孔运动，可归纳为以下几方面：

（1）CO2叶片内低CO2分压，可使气孔打开，高CO2分压，使气孔关闭。

（2）光一般情况下，光照使气孔打开，黑暗使气孔关闭，但CAM植物则相反。

另外，光质对气孔运动的影响与对光合作用的影响相似，即蓝光和红光最有效。

（3）温度气孔开度一般随温度上升而增大，25℃以上气孔开度最大，但30－35℃会引起气孔开度减小，低温下气孔关闭。

（4）水分叶水势下降时气孔开度减小或关闭。

但久雨天气叶表皮细胞含水量高，体积增大，挤压保卫细胞引起气孔关闭。

（5）风微风有利气孔打开，大风可使气孔关闭。

（6）植物激素CTK促使气孔张开，ABA可促进气孔关闭。

5、禾谷类作物的水分临界期在什么时期？

为什么？

答：

禾谷类作物有2个水分临界期，一个在孕穗期，即花粉母细胞四分体到花粉粒形成阶段。

因为此阶段小穗正在分化，茎、叶、穗迅速发育，叶面积快速扩大，代谢较旺盛，耗水量最多，若缺水，小穗发育不良、植株矮小、产量低。

另一个是在开始灌浆到乳熟末期。

此时主要进行光合产物的运输与分配，若缺水，有机物运输受阻，造成灌浆困难，功能叶早衰，籽粒瘦小，产量低。

6、蒸腾作用的强弱与哪些因素有关？

为什么？

答：

蒸腾速率与扩散力成正比与扩散阻力成反比。

因此，凡是影响二因子的内外条件均影响蒸腾速率。

概括如下二方面：

（1）内部因素：

气孔和气孔下腔都直接影响蒸腾速率。

气孔频度和开度大。

气孔下腔容积大等都促进蒸腾作用。

（2）外部因素：

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