植物生理学解答
一、植物进行正常生命活动需要哪些矿质元素？用什么方法、根据什么标准来确定？
答：植物进行正常生命活动必需的矿质（含氮）元素有16种，它们是氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、铜、硼、锌、锰、钼、氯、硅、镍、钠。
判断某种元素是否为植物必须元素有以下3条标准：
第一，不可缺少性 缺乏该元素，植物生长受阻，不能正常完成其生活史；
第二，不可替代性 缺乏该元素，表现为专一的病症，只有加入该元素这种却素病症才可被消除；
第三，直接功能性 该元素在植物营养生理上表现为直接效应，而不是由于该元素改善了植物生长的环境。
确定植物必需矿质元素的方法通常采用溶液培养法或砂基培养法，可在配制的营养液中除去或加入某一元素，观察该元素对植物的生长发育和生理生化的影响。如果在培养液中，除去某一元素，植物生长发育不良，并出现特有的病症，或当加入该元素后，病状又消失，则说明该元素为植物的必需元素。反之，若减去某一元素对植物生长发育无不良影响，即表示该元素为非植物必需元素。
二、试述氮、磷、钾的生理功能及其缺素病症。
答：1、氮的生理功能：?氮是蛋白质、核酸、磷脂的主要组分，而这三者又是原生质、
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细胞核和生物膜等细胞结构物质的重要组成部分；?氮是酶、ATP、多种辅酶和辅基（如NAD、
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NADP、FAD等）的成分，它们在物质和能量代谢中起重要作用；?氮是某些植物激素（如生长素和细胞分裂素）、维生素（如B1、B2、B6、PP）等的成分，它们对生命活动起调节作用；④氮是叶绿素的成分，与光合作用有密切关系。
缺氮时，有机物合成受阻，造成植株矮小，叶色发黄或发红，分枝（分蘖）少，花少，子粒不饱满，产量降低。缺氮时老叶先表现病症。
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2、磷的生理功能：①磷是核酸、核蛋白和磷脂的主要成分；；②磷是许多辅酶（如NAD、+
NADP等）的成分；③磷在植物的物质代谢中起重要作用，如参与糖类、脂肪及蛋白质的代谢，并能促进糖类的运输；④植物细胞中含有一定的磷酸盐，构成缓冲体系，对细胞渗透势的维持起一定作用。
缺磷时植株瘦小，分蘖或分枝减少，叶色呈暗绿或紫红，开花期和成熟期都延迟，产量降低，抗性减弱。缺磷时老叶先表现病症。
3、钾的生理功能：钾作为丙酮酸激酶、苹果酸脱氢酶、果糖激酶等多种酶的激活剂参与植物体内重要的代谢；②钾能促进蛋白质和糖的合成，并能促进糖类运输；③钾可增加原生质体的水合程度，降低其粘性，从而使细胞保水力增强，抗旱性提高；④钾是构成细胞渗透势的重要成分，参与控制细胞吸水、气孔运动等生理过程；⑤钾是植物细胞中最重要的电荷平衡成分，在维系活细胞正常生命活动中所必须的跨膜（质膜、液泡膜、叶绿体膜、线粒体膜等）电位中有不可替代的作用。
缺钾时植物抗旱、抗寒性降低，植株茎秆柔弱，易倒伏，叶色变黄，叶缘焦枯，生长缓慢。缺钾时老叶先表现病症。
三、植物缺素病症有的出现在顶端幼嫩枝叶上，有的出现在下部老叶上，为什么？举例加以说明。
答：植物缺素症状的出现部位与元素是否易于转运即能否重复利用有关。例如，氮、磷、钾、镁、锌、钠、氯、钼等元素在植物体内易于转运，可多次重复利用，缺素症状首先表现在较老的叶片或组织上；而钙、铁、硼、锰、铜、硫等元素在植物体内易于固定，不易被重
复利用，缺素症状首先出现在幼叶或生长点上。
四、C3途径可分为哪3个阶段？各阶段的作用是什么？C4植物与CAM植物在碳代谢途径上有何异同点？
答：分为RuBP羧化、PGA还原和RuBP再生3个阶段。 各阶段的作用：
(1)羧化阶段 进入叶绿体的CO2与受体RuBP结合，生成PGA的过程。
(2)还原阶段 利用同化力将3-磷酸甘油酸还原为甘油醛-3-磷酸的反应过程。 (3)再生阶段 甘油醛-3-磷酸重新形成核酮糖-1，5-二磷酸的过程。
CAM植物与C4植物固定与还原CO2的途径基本相同，二者都是由C4途径固定CO2，C3途径还原CO2，都由PEP羧化酶固定空气中的CO2，由Rubisco羧化C4二羧酸脱羧释放的CO2，二者的差别在于：C4植物是在同一时间(白天)和不同的空间(叶肉细胞和维管束鞘细胞)完成CO2固定(C4途径)和还原(C3途径)两个过程；而CAM植物则是在不同时间(黑夜和白天)和同一空间(叶肉细胞)完成上述两个过程的。
五、试述光合细胞中淀粉和蔗糖合成的部位、途径和主要调节酶。
答：（1）蔗糖的合成是在细胞质内进行的，糖异生途径，主要调节酶有两个：1,6-二磷酸果糖磷酸酯酶（FBPase），蔗糖磷酸合成酶（SPS）
（2）淀粉的合成是在叶绿体的基质中进行，有两条途径：一条为ADPG途径，另一条为淀粉磷酸化酶催化的途径。植物体内淀粉磷酸化酶主要催化淀粉降解代谢，因此主要是ADPG途径。有三个关键酶：ADPG焦磷酸化酶（AGP）、淀粉合成酶、分支酶，其中AGP为调节酶。
六、试述光、温、水、气与氮素对光合作用的影响。
答：(1)光 光是光合作用的动力，也是形成叶绿素、叶绿体以及正常叶片的必要条件，光还显著地调节光合酶的活性与气孔的开度，因此光直接制约着光合速率的高低。光能不足可成为光合作用的限制因素，光能过剩会引起光抑制使光合活性降低。光合作用还被光照诱导，即光合器官要经照光一段时间后，光合速率才能达正常范围。
(2)温度 光合过程中的暗反应是由酶所催化的化学反应，因而受温度影响。光合作用有一定的温度范围和三基点，即最低、最高和最适温度。光合作用只能在最低温度和最高温度之间进行。
(3)水分 ①直接影响：水为光合作用的原料，没有水不能进行光合作用。②间接影响：水分亏缺会使光合速率下降。因为缺水会引起气孔导度下降，从而使进入叶片的CO2减少；光合产物输出变慢；光合机构受损，光合面积扩展受抑等。水分过多会使叶肉细胞处于低渗状态，另外土壤水分太多，会导致通气不良而妨碍根系活动等，这些也都会影响光合作用的正常进行。
(4)气体 CO2是光合作用的原料，CO2不足往往是光合作用的限制因子，对C3植物光合作用的影响尤为显著。O2对光合作用有抑制作用，一方面O2促进光呼吸的进行，另一方面高氧下形成超氧阴离子自由基，对光合膜、光合器有伤害作用。
(5)氮素 氮素是叶绿体叶绿素的组成成分，也是Rubisco等光合酶以及构成同化力的ATP和NADPH等物质的组成成分。在一定范围内，叶的含N量、叶绿素含量、Rubisco含量分别与光合速率呈正相关。
七、影响光能利用率的因素有哪些？如何提高光能利用率？
答：影响光能利用率的因素大体有以下几方面：
（1）光合器官捕获光能的面积占土地面积的比例，作物生长初期植株小，叶面积不足，日光的大部分直射于地面而损失。
（2）光合有效幅射能占整个辐射能的比例只有53％，其余的47％不能用于光合作用。 （3）照射到光合器官上的光不能被光合器官全部吸收，要扣除反射、透射及非叶绿体组织吸收的部分。
（4）吸收的光能在传递到光合反应中心色素过程中会损失，如发热、发光的损耗。 （5）光合器将光能转化为同化力，进而转化为稳定化学能过程中的损耗。 （6）光、暗呼吸消耗以及在物质代谢和生长发育中的消耗。
（7）内外因素对光合作用的影响，如作物在生长期间，经常会遇到不适于作物生长与进行光合的逆境，如干旱、水涝、低温、高温、阴雨、缺CO2、缺肥、盐渍、病虫草害等。在逆境条件下，作物的光合生产率要比顺境下低得多，这些也会使光能利用率大为降低。 提高作物光能利用率的主要途径有:
（1）提高净同化率 如选择高光效的品种、增施CO2、控制温湿度、合理施肥等。 （2）增加光合面积 通过合理密植或改变株型等措施，可增大光合面积。 （3）延长光合时间 如提高复种指数、适当延长生育期，补充人工光源等。
八、蔗糖作为同化物的运输形式具有哪些特点？
答：蔗糖是光合作用的主要产物，是韧皮部运输物质的主要形式，其具有以下适合进行长距离的韧皮部运输的特点：
(1)蔗糖是非还原糖，化学性质比还原糖稳定，运输中不易发生反应。
(2)蔗糖的糖苷键键能高，运输中不易分解，但水解和氧化时能产生相对高的自由能，因而蔗糖是很好的贮能物质。
(3)蔗糖分子小、水溶性高、移动性大，运输速率高。
九、简述亚压力流动学说的要点和实验证据。 答：1930年明希(E.Münch)提出了解释韧皮部同化物运输的压力流学说，其基本论点是，同化物在筛管内是随液流而流动的，而液流的流动是由输导系统两端的膨压差引起的。而压力梯度的形成则是由于源端光合同化物不断向SE-CC复合体进行装载，库端同化物不断从SE-CC复合体卸出，以及韧皮部和木质部之间水分的不断再循环所致。即光合细胞制造的光合产物在能量的驱动下主动装载进入筛管分子，从而降低了源端筛管内的水势，而筛管分子又从邻近的木质部吸收水分，以引起筛管膨压的增加；与此同时，库端筛管中的同化物不断卸出并进入周围的库细胞，这样就使筛管内水势提高，水分可流向邻近的木质部，从而引起库端筛管内膨压的降低。因此，只要源端光合同化物的韧皮部装载和库端光合同化物的卸出过程不断进行，源库间就能维持一定的压力梯度，在此梯度下，光合同化物可源源不断地由源端向库端运输。
根据压力流学说，韧皮部的运输应具有如下特点：①各种溶质以相似的速度被运输；②在一个筛管中运输是单方向的；③筛板的筛孔是畅通的；④在筛管的源端与库端间必须有足够大的压力梯度；⑤装载与卸出过程需要能量，而在运输途中不需消耗大量的能量。
现有实验结果大多支持压力流学说，主要证据有: ① 以11CO2或14CO2作脉冲标记的实验表明，在单一筛管分子中，同化物运输是单向的。②改进固定材料方法和制片技术，用电镜观察，可发现筛板的筛孔是开放的。③用昆虫吻针法可测定到筛管具有正压力，源库间具有压力差。④实验表明源的装载和库的卸出与代谢有关，装载和卸出能被呼吸抑制剂抑制，而长距离运输受呼吸抑制剂的影咐不大。另外，通过解剖观察，源库端的伴胞(或薄壁细胞) 胞质浓，细胞体积比筛细胞大；而茎或叶柄中的伴胞胞质稀，细胞体积比筛细胞小。就此也
可推测装载与卸出过程需要能量，而长距离运输的途中只需要少量能量。上述的实验证据都支持压力流学说。
十、试述同化物分配的一般规律。
答：(1)同化物分配的总规律是由源到库 由某一源制造的同化物主要流向与其组成源-库单位中的库。多个代谢库同时存在时，强库多分，弱库少分，近库先分，远库后分。 (2)优先供应生长中心 各种作物在不同生育期各有其生长中心，这些生长中心通常是一些代谢旺盛、生长速率快的器官或组织，它们既是矿质元素的输入中心，也是同化物的分配中心。
(3)就近供应 一个库的同化物来源主要靠它附近的源叶来供应，随着源库间距离的加大，相互间供求程度就逐渐减弱。一般说来，上位叶光合产物较多地供应籽实、生长点；下位叶光合产物则较多地供应给根。
(4)同侧运输 同一方位的叶制造的同化物主要供给相同方位的幼叶、花序和根等代谢库。 （5）运输路径的更改 击伤或剪除等伤害可干扰同化物的运输和分配，改变源库间由维管联系的分配模式。
十一、试述种子萌发的3个阶段及各阶段的代谢特点。
答：①吸胀吸水阶段：为依赖原生质胶体吸胀作用的物理吸水阶段，无论种子是否通过休眠还是有无生命力，均具有此阶段；
②缓慢吸水阶段：种子吸水受种皮的束缚，原生质的水合度达到饱和，酶促反应与呼吸作用增强，贮藏物质开始分解，胚细胞的吸水力提高；
③生长吸水阶段：在贮藏物质加快转化的基础上，胚根、胚芽中的核酸、蛋白质等原生质组分合成加快，细胞吸水加强。当胚根突破种皮后，有氧呼吸增强，种子吸水与鲜重持续增加
十二、简述植物地下部和地上部的相关性。在生产上如何调节植物的根冠比？
答：植物生长中器官间相互依赖和相互制约的关系被称为植物生长的相关性。对于地上部和地下部的相关性常用根冠比来衡量。
地上部与地下部之间主要通过维管束进行营养物质与信息物质的交换。地下部的生长和活动依赖于地上部所提供的光合产物、生长素、维生素等，以及叶片的蒸腾拉力；而地上部的生长和活动则需要根系提供水分、矿质以及根中合成的植物激素（CTK、GA与ABA）、氨基酸等。一般地说，根系生长良好，其地上部的枝叶也较茂盛；同样，地上部生长良好也会促进根系的生长。
根冠间的协调发展不仅依赖于物质交换，还依赖于根冠间的信息传递。
在农业生产上，常通过肥水管理来调控作物的根冠比，促进收获器官的生长，以达到高产优质的目的。对甘薯、胡萝卜、甜菜和马铃薯等这类以收获地下部为主的作物，在生长前期应保证氮肥和水分的供应，以促进茎叶生长，增加光合面积，多合成光合产物；而在后期则要减少氮肥和水分的供应，增加磷、钾肥施用，以促进光合产物向地下部的运输和贮藏。 十三、营养生长和生殖生长的相关性表现在哪些方面？如何协调以达到栽培上的目的？ 答：营养生长与生殖生长的关系主要表现为：
(1)依赖关系 生殖生长需要以营养生长为基础，花芽必须在一定的营养生长的基础上才分化。生殖器官生长所需的养料，大部分是由营养器官供应的，营养器官生长不好，生殖器官自然也不会好。
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