植物生理学基础复习资料.docx

1、植物生理学基础复习资料绪论、第一章 植物的水分代谢1、 植物生理学是研究植物生命活动的一门学科. 研究植物代谢、代谢与环境的相互关系。理论基础：光合作用和固氮能量转化，酶活性调节。发育调控成花，衰老（包括果实）。信号传导自然及生物等因素。植物逆境生理机理-抗性基因表达及调节。2、 自由水（free water）：不与细胞的组分紧密结合，易自由移动的水分，称为自由水。其特点是参与代谢，能作溶剂，易结冰。束缚水（bound water）：与细胞的组分紧密结合不易自由移动的水分，称为束缚水。其特点是不参与代谢，不能作溶剂，不易结冰。3、水在植物生命活动中的重要作用：(1)原生质的组成成分，植物细胞原

2、生质含水量一般在70-90%。(2)植物代谢过程中的重要原料。 (3)植物对物质吸收和运输的溶剂。(4)能保持植物的固有姿态。(5) 保持植物体内的正常温度。4、 自由能是指能够作功的能量和参与反应的本领。水势（Water potential）：水势是指在同温同压的一系统中，一偏摩尔体积（V）水（含溶质的水）的自由能(w）与一摩尔体积（V）纯水的自由能(0w)的差值(w)。w=(w / Vw) - （0wVw) =(w-0w)Vw=wVw。代表水参与化学反应和移动的本领。人为地设定在等温等压条件下，纯水的水势为零w0=0。溶液的水势就小于0，为负值。溶液越浓，其水势的负值越大。w的单位是MPa

3、=106Pa=10bar。5、 扩散：任何物质分子都有从某一浓度较高（化学势较高）的区域向其邻近的浓度较低（化学势较低）的区域迁移的趋势，这种现象称为扩散。6、 Osmosis (渗透作用)是指溶剂分子通过半透膜(semipermeable membrane)的扩散作用。半透性膜：动物膀胱、蚕豆种皮、透析袋。7、 Osmotic potential (渗透势 ，Solute potential、溶质势s ) 。由于溶质的存在而降低的水势。s(Mpa)= -0.0083iCT。其中i渗系数，NaCl的i为1.80，CaCl2的i为2.60,蔗糖的i为1，C溶质浓度 T绝对温度。8、 质壁分离：高

4、浓度溶液中，植物细胞液泡失水，原生质体与细胞壁分离的现象。质壁分离复原：低浓度溶液中，植物细胞液泡吸水，原生质体与细胞壁重新接触的现象。意义：原生质层具有选择透性。判断细胞死活。测定细胞液的溶质势，进行农作物品种抗旱性鉴定。测定物质进入原生质体的速度和难易程度。9、 植物细胞的水势 w=s+p+ms溶质势:它取决于细胞内溶质颗粒(分子或离子)总和。植物叶s为-1-2 MPa，旱生植物叶片s 达-10MPa。s还存在着日变化和季节变化。p压力势。由于细胞膨压的存在而提高的水势。一般为正值(p0) 。草本(温暖天气）下午为+0.3+0.5MPa，晚上为+1.5MPa。特殊情况下，压力势会等于零或负

5、值。如初始质壁分离时，压力势为零；剧烈蒸腾时，细胞的压力势会呈负值。m衬质势。细胞内胶体物质（如蛋白质、淀粉、细胞壁物质等）对水分吸附而引起水势降低的值。为负值。干燥种子的m可达-100MPa；未形成液泡的细胞具有明显的衬质势，已形成液泡的细胞（-0.01MPa左右），可以略而不计。一般植物细胞水势:w=s+p10、 等渗溶液：溶液的s等于细胞或细胞器的w。11、 Imbibition (吸胀作用)是亲水胶体吸水膨胀的现象。只与成分有关：蛋白质淀粉纤维素 脂类。豆科植物种子吸胀现象非常显著。未形成液泡的植物细胞，如风干种子、分生细胞主要靠吸胀作用。11、代谢性吸水：利用细胞呼吸释放出的能量，使

6、水分通过质膜而进入细胞的过程。12、主动吸水：根系本身生理活动而引起植物吸收水分的现象。13、伤流：汁液从伤口（残茎）的切口溢出的现象，流出的汁液叫伤流液。14、根压:由于根系的生理活动使液流从根部沿木质部导管上升的压力。一般为0.1-0.2MPa。它大小和成分代表根生理活动和强弱。15、Guttation (吐水)：土壤水分充足、大气温度和湿度较高的环境中或清晨，未受伤叶尖或叶缘向外溢出液滴的现象。荷叶、草莓及禾本科吐水较多。可利用吐水作为选择壮苗的一种生理指标。16、Apoplast (质外体)是指原生质以外的包括细胞壁、细胞间隙和木质部的导管等无生活物质互相连结成的一个连续的整体。水分子

7、移动阻力小，移动速度快。17、Symplast (共质体)是指活细胞内的原生质体通过胞间连丝及质膜本身互相连结成的一个连续的整体。水分在其间依次从一个细胞经过胞间连丝进入另一个细胞。18、被动吸水是指由于地上部的的蒸腾作用而引起根部吸水。动力是蒸腾拉力：由于蒸腾作用产生的一系列水势梯度使水分沿着导管上升的力。其大小与根系活力无关。通常植物以被动吸水为主。植物在蒸腾作用强烈时植株只有被动吸水，而植株在春季叶片尚未展开以及当植物蒸腾受抑制时，主动吸水才占主导地位。19、Soil available water (土壤有效水或土壤可利用水）是指能被植物直接吸收利用，其含水量高于萎蔫系数(wiltin

8、g coefficient)以上的水。20、萎蔫系数是指当植物发生永久萎蔫时，土壤中尚存的水分含量(以占土壤干重的百分率计)。萎蔫(wilting)：植物体内水分不足时，叶片和茎的幼嫩部分下垂的现象。21、Temporary wilting (暂时萎蔫)：当蒸腾作用大于根系吸水及转运水分的速度时，植物会产生萎蔫现象称暂时萎蔫。当蒸腾速率降低时，能消除萎蔫状态。如晚间、遮阴等。Permanent wilting (永久萎蔫)：土壤中缺少有效水，根系吸不到水而造成的萎蔫叫做永久萎蔫。降低蒸腾，不能消除萎蔫状态。立即灌水可消除萎蔫状态。22、Transpiration (蒸腾作用)是指植物地上部分以

9、气体状态的水向外界散失水分的过程。意义：(1)蒸腾作用可以降低叶片的温度; (2)蒸腾作用是植物对水分的吸收和运输的一个主要动力。(3)促进植物对矿质和其它溶质在体内传导与分布。23、小孔扩散的小孔定律水蒸汽通过多孔表面扩散的速率不与小孔的面积成正比，而与小孔的周长成正比。在边缘处，扩散分子相互碰撞机会少，因此扩散速率就比在扩散面的中间部分要快。24、Stomatal complex（气孔复合体）：保卫细胞与邻近细胞或副卫细胞共同组成。25、(1) Transpiration rate (蒸腾速率)。植物在一定时间内单位叶面积蒸腾的水量(g/m2s) 。昼1.5-7.5，晚0.1%)的元素,C

10、、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S。3、 Micro element (trace element微量元素)是指植物需要量较少, 在植物体中含量较低(0.01%)的元素, Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl、Ni。4、Biomembrane (生物膜)是细胞中所有膜系统的总称。生物膜的化学组成 蛋白质约占50-75，脂类约20-30(50)，糖类(糖蛋白,糖脂)2-10，微量核酸。生物膜的生理功能：首先,生物膜可使细胞区室化,使各种代谢活动能在不同的细胞器区域内有条不紊地进行。其次,重重叠叠的膜系统也大大地增加了膜的作用表面,加速了各种反应和物质交换进程。第三,膜既是物质进出细胞器必要的

11、屏障,也是许多内外信号的感受器。如多种载体或运转器;光感受器光敏素,植物激素受体及以受精识别反应,抗病原生物的过敏性反应等。此外,生物膜还可以分泌和内吞的方式使物质大分子如病毒等出入细胞。5、 Passive absorption (被动吸收)是指因扩散作用或其它物理化学过程而引起的矿质元素的吸收, 又称非代谢性吸收。6、 扩散：溶液中分子或离子从浓度高的场所向浓度低的场所移动的现象，叫扩散。离子扩散方向既取决于化学势梯度,也取决于膜内外的电势梯度(电位差),即取决于这种梯度的总和电化学势梯度。7、 细胞内可扩散的阴阳离子浓度的乘积等于细胞外可扩散的阴阳离子浓度的乘积时的状态,叫做杜南平衡。K

12、+inCl-in=K+outCl-out8、 植物细胞对矿质元素的主动吸收，主动吸收是指植物细胞需要能量的逆电化学势吸收的过程。有载体理论、离子通道理论、离子泵理论、胞饮作用。9、 单一盐类引起植物中毒的现象,称单盐毒害。10、离子间相互消除单盐毒害的现象,称离子拮抗。11、平衡溶液(balanced solution)含有适当比例的各种植物必需元素和pH值,能使植物生长发育良好的溶液。包括完全培养液、陆生植物的绝大多数的土壤溶液，以及对海洋植物的海水。12、由于植物的选择吸收, 引起阳离子吸收量大于阴离子吸收量,使溶液变酸的这一类盐，称生理酸性盐；如NH4Cl、NH4SO4、KCl、CaCl

13、等13、植物对阴离子的吸收量大于阳离子的吸收量,使溶液pH上升的这一类盐,称生理碱性盐；如Ca(NO3)2、KNO3。14、植物对其阴阳离子的吸收相等,不因植物的吸收引起溶液pH改变的盐类称生理中性盐,如NH4NO3。15、离子间相互作用：协同：一种离子的存在促进另一种离子的吸收,从而提高了后者的有效性称协同作用。拮抗:一种离子的存在能抑制植物对另一种离子的吸收, 16、在农业生产上常采用给植物地上部喷施肥料的措施,叫根外追肥或叶面营养(foliar nutrition)。17、诱导酶(induced enzyme)，指组织本来不含（或很少有）此种酶,但在特定的外来物质(如底物)的影响下形成的

14、酶并使酶的活性迅速提高。18、 元素在一个部位使用后分解,移动到另一部位再次使用的现象称元素再利用,能被再利用的称可再利用元素,可再利用元素缺素症从老叶开始。这类元素有N、P、K、Mg、Zn,尤其是N和P最易被再利用。存在于胞质B库中的B在富含山梨糖醇的蔷薇科植物中形成B-糖复合物可以再利用。19、 另一类元素被植物地上部分吸收后,即形成永久性细胞结构物质(如壁),即使叶片衰老也不能被分解,因此不能被再利用,称不能再利用元素。这类元素器官越老含量越大,缺乏时幼嫩部位先出现病症。它们是S、Ca、Fe、Mn、B、Cu、Mo等,其中以Ca最难再利用。20、营养临界期:植物对缺乏矿质元素最敏感,缺乏后

15、最易受害的时期,称为营养临界期“麦浇芽” 。21、营养最大效率期:施肥效果最好的时期,这个时期对矿质营养需要量大,吸收能力强,若能满足肥料要求,增产效果十分显著,称为营养最大效率期“菜浇花” 。第三章 植物的光合作用1、光合作用：是指绿色植物在光下利用光能，把CO2和H2O同化成有机物，并放出氧气的过程。光合作用的意义：(1)光合作用是把无机物变为有机物的重要途径。CO271011t/year(有机物51011t/year)“绿色工厂”。(2)光合作用是一个巨大的能量转换过程。31021J/year。（3）光合作用能维持大气中O2和CO2的相对平衡。2、叶绿素溶液在透射光下呈绿色,而在反射光下

16、呈红色(叶绿素a为血红色,叶绿素b为棕红色)的现象称为荧光现象。荧光的寿命很短,约为10-9s。光照停止,荧光也随之消失。在进行光合作用的叶片很少发出荧光。3、叶绿素还会发出磷光,当叶绿素溶液停止光照后，仍能在一定的时间放出暗红色的光，这就是磷光。磷光的寿命为10-2103秒,强度仅为荧光的1%。4、原初反应是光合反应的序幕，包括光能的吸收,传递和光化学反应。5、light-harvesting pigment(集光色素）或antenna pigment（天线色素)只起吸收和传递光能,不进行光化学反应的光合色素，Chlb, carotenoids, Cha。6、reaction centre

17、pigment (作用中心色素）又名trap（陷井) 吸收光或由集光色素传递而来的激发能后,生发光化学反应引起电荷分离的光合色素，Cha (a few)。7、诱导共振(inductive resonance)是指当某一特定的分子吸收能量达到激发态,在其重新回到基态时,使另一分子变为激发态。激发能的传递的形式：诱导共振、激子传递和电子迁移,但以诱导共振为主。8、光化学反应是指反应中心色素分子受光激发引起的氧化还原反应。(P，pigment), (A,accepter)、(D,Donor)组成。9、Photosynthetic unit(光合单位)：由250300个叶绿素和其它集光色素分子构成的,

18、能完成1个光量子吸收并转化的色素蛋白复合体。10、小球藻红降现象和双光增益效应（爱默生效应）？ 11、Photosystem (PSI, 光系统)。80110,在类囊体垛叠和非垛叠区都有分布。PSI的作用中心色素是P700;原初电子供体 PC;原初电子受体A0;最终推动NADPH形成。12、Photosystem (PS，光系统)。110145, 在类囊体膜的垛叠部分。 PS的作用中心色素是P680。原初电子受体Ph, 原初电子供体YZ；抗阿特拉津的植物；PS的功能常与放O2相联系。13、Photosynthetic chain (光合链)。光合链是类囊体膜上由两个光系统(PS和PS)和若干电

19、子传递体,按一定的氧化还原电位依次排列而成的体系。在“Z”链的起点,H2O是最终的电子供体;在“Z”链的终点,NADP+是电子的最终受体。在整个链只有两处(P680P680*, P700P700*)是逆氧化还原电位梯度,需光能推动的需能反应。14、光合传递链的组成:PS及其集光色素复合体(LHC),PSI及其集光色素复合体(LHCI),细胞色素复合体(含Cytf、Cytb6和Fe-S蛋白),偶联因子复合体(又名ATP合酶)。15、PQ(plastoquinones，质体醌或质醌), 担负着传递氢(H+和e-)的任务。16、PQ穿梭在光合电子传递过程中PQ使间质中H+不断转入类囊体腔,导致间质p

20、H上升,形成跨膜的质子梯度。17、PC(plastocyanin，质蓝素或质体菁),含铜蛋白质,PSI的原初电子供体。18、Fd(Ferredoxin,铁氧还蛋白),把电子传给FNR后还原NADP为NADPH,或把电子传给Cytb6，进行环式光合电子传递。此外,Fd还在亚硝酸还原,酶活化等方面具有多种功能。19、光合电子传递途径。(1)非环式光合电子传递和非环式光合磷酸化。涉及两个光系统。产生O2, NADPH和ATP，占总电子传递的70%以上。(2) 环式光合电子传递和环式光合磷酸化。只涉及PSI，能产生ATP, ATP的补充形式。占总电子传递的30%左右。(3) 假环式电子传递和假环式光合

21、磷酸化。涉及两个光系统，形成超氧自由基O2，对植物体造成危害。在强光下，CO2不足，NADPH过剩下发生。20、Hill(希尔)反应 (1937)。离体叶绿体(类囊体)加到有适宜氢受体(A)的水溶液中,照光后即有O2放出,并使氢受体(A)还原。特点：在光下放O2稳定，在暗适应后放O2波动。21、光下叶绿体在光合电子传递的同时,使ADP和Pi形成ATP的过程称为光合磷酸化。非环式PSP,环式PSP和假环式PSP。22、质子动力势(proton motive force) ATP形成的动力。形成活跃的化学能ATP和NADPH合称为“同化力”(assimilatory power)。23、C3 ph

22、otosynthetic pathway (Calvin cycle, RPPP)：C3途径是指光合作用中CO2固定后的最初产物是三碳化合物的CO2同化途径。只具有C3途径的植物称C3植物。如水稻、棉花、菠菜、青菜,木本植物几乎全为C3植物。24、C4途径（1960s甘蔗初产物C4二羧酸）。Hatch和Slack证实甘蔗固定CO2后的初产物是OAA,四碳二羧酸,故称该途径为C4途径或C4二羧酸途径,又名Hatch-Slack pathway。具有C4固定CO2途径加C3途径的植物叫C4植物。7500种，占陆生植物的3%。大多为禾本科杂草,农作物中只有玉米、高粱、甘蔗、黍与粟等数种。PEPCas

23、e对HCO3-的亲和力很强,有把外界低浓度CO2浓缩到维管束鞘细胞中的作用“CO2泵”。C4途径植物分为三种类型：a. NADP-苹果酸酶类型:玉米、高粱、甘蔗属于这一类型。b. NAD-苹果酸酶类型:马龄苋、黍等属于这一类型。c. PEP-羧激酶类型:盖氏狼尾草、大黍等属于这一类型。C4植物固定1分子CO2为磷酸丙糖,实际消耗5分子ATP。25、具有CAM途径和C3途径的植物叫CAM植物。 它们多属肉质或半肉质植物,如景天、仙人掌、菠萝、剑麻等，有20000-30000种， 适应干热条件。夜间CAM植物气孔开放, C4途径固定CO2，淀粉减少,苹果酸增加,细胞液变酸。白天气孔关闭,利用光能，

24、C3途径同化CO2，苹果酸减少,淀粉增加,细胞液pH上升(pH6.0左右)。26、光呼吸是指高等植物的绿色细胞只有在光下吸收O2放出CO2的过程。光呼吸的生理功能：(1)防止高光强对光合器的破坏同化力的过剩易引发超氧自由基,或第一激发态氧(1O2)对光合器官有很强的氧化破坏作用。(2)防止O2对光合碳同化的抑制作用，维持RuBP羧化酶活化状态（E-CO2-Mg2+）。(3)消除乙醇酸毒害和补充部分氨基酸、甘氨酸和丝氨酸。27、光合能力( photosynthetic capacity)：是指在饱和光强、正常CO2和O2浓度、最适温度和高RH条件下的光合速率。光合作用指标光合速率 (molCO2

25、 ( O2 ) /m2s)28、LSP：净光合速率达到最大时的光强,叫光饱和点。LCP：净光合速率等于零时的光强,叫做光补偿点。29、CO2饱和点：再增加CO2浓度,光合速率不再增加,这时的环境CO2浓度称为CO2饱和点。 CO2补偿点：净光合率等于0时的环境CO2浓度称CO2补偿点。30、经济产量=生物产量经济系数；生物产量=光合面积光合强度光合时间-光合产物消耗经济产量=(光合面积光合强度光合时间-光合产物消耗)经济系数第四章 植物的光合作用1、有氧呼吸：指生活细胞在O2的参与下,可把某些有机物质彻底氧化分解,放出CO2并形成H2O,同时释放能量的过程。呼吸底物：糖、脂肪和蛋白质。常用的呼

26、吸底物是G。 C6H12O6+6O26CO2+6H2O+EnergyG=2870kJ(686kCal)/mol2、无氧呼吸 在无氧条件下,生活细胞的呼吸底物降解为不彻底的氧化产物,同时释放能量的过程。如微生物发酵。 C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+Energy G=100kJ/mol C6H12O6 2CH3CHOHCOOH+Energy G=100kJ/mol 以适应淹水和缺O2环境3、呼吸作用意义：(1)呼吸作用提供植物生命活动所需要的大部分能量 36-38ATP。(2)呼吸降解过程的中间产物为其他化合物的合成提供原料。酮酸和NAD(P)H。4、糖酵解（EMP pathway）：

27、糖酵解指在细胞质中己糖降解成丙酮酸的过程。以葡萄糖为例,糖酵解总的反应可以概括成:C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi2丙酮酸+2NADH2+2ATP+2H2O重要中间产物：Pyr(丙酮酸)Ala，PEPOAA，PEP+E4PC7 莽草酸途径，芳香族氨基酸、植物激素。5、糖磷酸途径（PPP）：PPP是发生在细胞质中的G-6-P直接脱H、脱羧氧化, 放出CO2的过程。1.G-6-P后经两次脱氢，一次脱羧形成Ru5P。2.6Ru5P通过分子重排(C3、C4、C5、C7）重新形成G-6-P（每1循环实际消耗1G）。作用：1.提供还原力NADPH2。2.提供中间产物。3.也能产生能量。R-5-P

28、dR5P nuclear acid；E4P + PEPC7莽草酸途径芳香族氨基酸、 植物激素。酚、醌类油料种子形成，病虫害，开花等PPP增加。6、三羧酸循环TCA cycle：丙酮酸,在有氧条件下, 逐步氧化分解,最终形成水和CO2的过程。Krebs cycle。特点：1、在细胞的线粒体间质中进行的；2、脱去3 分子CO2；3、脱去5对氢,4NADH2,1FADH2。4、三羧酸循环总反应式:2Pyr+8NAD +2FAD+2ADP+2Pi +4H2O6 CO2+2ATP+8NADH2+2FADH2TCA循环的重要中间产物：-KGGlu、叶绿素、OAA Asp、CH3CO-CoA 脂肪酸，NAD

29、H2。7、生物氧化：广义上指在活细胞内,有机物质氧化降解,包括消耗O2,生成CO2和H2O及放出能量的总过程。它是经一系列酶催化、在常温和以H2O为介质的环境中进行,并且是逐步完成的,能量也是逐步释放出来的。这些能量的相当大部分是以高能键形式贮存,供各种生理活动之需。狭义上指电子传递、氧化磷酸化吸氧和产生H2O的过程。8、呼吸链是指在线粒体内膜上按氧化还原电位高低有序排列的一系列氢及电子传递体构成的链系统。氢传递体:NAD、FAD、FMN和UQ。电子传递体:Cytb,Cytc, Cytaa3和Fe-s系统。9、末端氧化酶是把底物的电子传递到分子氧并形成H2O或H2O2的酶。 线粒体内的氧化酶：（1）细胞色素氧化酶Cytaa3；（2）交替氧化酶,抗氰氧化酶：对氰化物不敏感的氧化酶。不受CN-和N3-及CO等呼吸抑制剂所抑制的呼吸被称为抗氰呼吸。线粒体外未端氧化酶：(1) 酚氧化酶，在苹果、红茶、绿茶中有。(2) 抗坏血酸氧化酶。10、氧化磷酸化：当底物脱下的氢经呼吸链（氢和电子传递体）传至氧的过程中,伴随着ADP和Pi 合成ATP的过程称氧化磷酸化。氧化磷酸化机理：Mitchell化学渗透学说。P/O：指每消耗1个氧原子所形成的ATP个数。呼吸：NADH