植物生理学课后习题

植植物物生生理理学学课课后后习习题题 第一章 名词解释 1 水势 water potential 每偏摩尔体积水的化学势差 就是水溶液的化学 势与纯水的化学势之差 除以水的偏摩尔体积所得的商 2 渗透势 osmotic potential 又称溶质势 是由于溶质的存在 降低了水的自 由能 因而其水势低于纯水水势的水势下降值 在标准压力下 溶液的渗透 势等于溶液的水势 3 压力势 pressure potential 细胞的原生质吸水膨胀 对细胞壁产生一种 作用力相互作用 的结果 与引起富有弹性的细胞壁产生一种限制原生质膨 胀的反作用力 4 质外体途径 apoplast pathway 水分通过细胞壁 细胞间隙等没有细胞质 部分的移动 阻力小 速度快 5 共质体途径 symplast pathway 水分从一个细胞的细胞质经过胞间连丝 移 动到另一个细胞的细胞质 形成一个细胞质的连续体 6 渗透作用 osmosis 物质依水势梯度而移动 7 根压 root pressure 由于水势梯度引起水分进入中柱后产生的压力 8 蒸腾作用 transpiration 水分以气体状态 通过植物体的表面 主要 是叶子 从体内散失到体外的现象 9 蒸腾速率 transpiration rate 植物在一定时间内单位叶面积蒸腾的水 量 10 蒸腾比率 transpiration ratio TR 植物蒸腾丢失水分和光合作用产生 的干物质的比值 11 水分利用率 water use efficiency 指植物制造 1g 干物质所消耗的水 分克数 12 内聚力学说 cohesion theory 以水分具有较大的内聚力足以抵抗张力 保证由叶至根水柱不断来解释水分上升原因的学说 相同水分子间 具有相 互吸引的力量 称为内聚力 叶片蒸腾失水后 便从下部吸水 所以水柱一端总 是受到压力 与此同时 水柱本身的重量又使水柱下降 这样上拉下堕使水柱 产生张力 众所周知 水分子与水分子之间的内聚力很大 可达 300 105Pa 同时水分子与导管或管胞内纤维素分子之间还有强的附着力 它们远远大于水柱的张力 5 30 105Pa 故可使水柱不断 13 水分临界期 critical period of water 植物对水分不足特别敏感的时期 思考题 1 将植物细胞分别放在纯水和 1mol L 蔗糖溶液中 细胞的渗透势 压力势 水势及细胞体积各会发生什么变化 答 放在纯水中 细胞吸水 渗透势增大 压力势增大 水势增大 体积增大 蔗 糖溶液中 细胞失水 渗透势减小 压力势减小 水势减小 细胞体积减小 2 从植物生理学角度 分析农谚 有收无收在于水 的道理 水分在植物中的作用是很大的 1 水分是细胞质的主要成分 2 水分是代谢作 用过程的反应物质 3 水分是植物对物质吸收和运输的溶剂4 水分能保持植 物的固有姿态 5 细胞分裂和生长需要足够水 3 水分是如何跨膜运输到细胞内以满足正常的生命活动的需要的 答 植物细胞吸水主要有 3 种方式 扩散 集流和渗透作用 最后一种方 式是前两种方式的组合 在细胞吸水中占主要地 位 扩散是物质依浓度梯度向下移动 集流是物 质依压力梯度 向下移动的 而渗透作用是物质依水势梯度而移动 当细胞内的水势比细 胞外的水势低时 细胞吸水 水从细胞外向细 胞内移动 水 分集流是通过膜上的水孔蛋白形 成水通道实施的 4 水分是如何进入根部导管的 水分又是如何运输到叶片的 答 首先 植物的根系在土壤中吸水 主要在根尖进行 通过质体外途径 跨膜途径和共质体途径 经过根毛 根皮层 根 中柱鞘 根导管 然后在根压与蒸腾拉力的推动 下 水分从下往上运输 其中蒸腾拉力是主要的 动力 相同分子之间有相互吸引力 即内聚力 叶片在蒸腾失水后 便从下部吸水 所以水柱一 端总是受到拉力 与此同时 水柱本身的质量又 使水柱下降 这样上拉下坠使水柱产生张力 水 分子的内聚力很大 比水柱张力大 故可以使水 柱不断 这样 水分就可以运输到叶片了 5 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 光照条件下 保卫细胞质膜上的质子泵ATP 酶活化 质子泵排出质子 到质膜外 使得质膜内侧的电势更负 于是通过各种通道吸收各种离子和积 累有机溶质于液泡 气孔会张开 而黑暗条件下 质子泵 ATP 酶无法活化 从而无法进行以下过程 气孔关闭 光照条件下 保卫细胞光合作用消耗 CO2 细胞质内的 pH 增高 淀粉水解为可 溶性糖 保卫细胞水势下降 便从周围细胞吸取水分 气孔便张开 在黑暗条 件下 则正好相反 6 气孔的张开与保卫细胞的什么结构有关 答 与保卫细胞的细胞壁有关 由于保卫细胞壁的厚度不同 加上纤维素微纤 丝与胞壁相连 所以会导致气孔运动 例如 双子叶植物的肾形保卫细胞的内 壁 靠气孔一侧 厚而外壁薄 微纤丝从气孔呈扇形辐射排列 当保卫细胞吸 水膨胀时 较薄的外壁易于伸长 向外扩展 但微纤丝难以伸长 于是将力量 作用于内壁 把内壁拉过来 于是气孔张开 7 节水农业工程对我国的农业生产有什么意义 答 我国是世界上贫水国之一 加上有限的水资源分布不均匀 西北 华北 地区极度缺水 限制 农业的发展 节水农业工程能用较少的水源得到较大的 收益 提高水分利用效率 无疑给我国的农业生产带来新的突破 8 在栽培作物时 如何才能做到合理灌溉 答 在生产实践中 我们应该尽可能地维持作物的水分平衡 水分平衡是 指植物吸水量足补偿蒸腾失水量的状态 水分平 衡破坏时 常发生萎蔫现象 农业上用灌溉来保 证作物是水分供应 移栽植物时常剪去部分枝叶 以减少蒸腾 目的在于保持水分平衡 在栽培作 物时 应该客观地根据植物外部性征来灌溉 可 以通过叶片水势 细胞液浓度 渗透势和气孔开 度来辨别是否需水 节水灌溉有几种方法 喷灌 滴灌 调亏灌溉和控制性分根交替灌溉 9 设计一个证明植物具有蒸腾作用的实验装置 答 用容积法测定植物具有蒸腾作用 将带叶的植物枝条通过一段乳胶管 与一支滴定管相连 管内充满水 组成一个简易 蒸腾计 过一段时间后 如果管内的水减少了 就可以证明植物具有蒸腾作用 10 设计一个测定水分运输速度的实验 可对水分染色通过对该颜色观察并记录一定时间所运输的距离测定运输速度 11 如何利用水份亏缺的生理变化应用于农业生产 以达到节水高产双赢的目 的 我们应该尽可能维持作物的水分平衡 合理灌溉 1 喷灌 2 滴灌 3 调亏灌溉 4 控制性分根交替灌溉 第三章 名词解释 1 光合作用 photosynthesis 绿色植物吸收阳光的能量 同化 CO2 和 水 制造有机物质并释放氧气的过程 2 吸收光谱 absorption spectrum 是材料在某一些频率上对电磁辐射的 吸收所呈现的比率 与发射光谱相对 如果把叶绿素溶液放在光源和分 光镜的中间 就可以看到光谱中有些波长的光被吸收了 因此 在光谱上出 现黑线或暗带 这种光谱称为吸收光谱 3 荧光现象 fluorescence 叶绿素溶液在透射光下呈绿色 而在反射光 下呈红色 叶绿素 a 为血红光 叶绿素 b 为棕红光 这种现象称为荧光现 象 4 磷光现象 phosphorescence 叶绿素除了照光时间能辐射出荧光外 去掉光源后仍能辐射出微弱红光 它是第一三线态回到基态时所产生的光 既为磷光 5 增益效应 enhancement effect 两种波长的光协同作用而增加光合效 率的现象称为增益效应或爱默生效应 6 光反应 light reaction 是必须在光下才能进行的 光反应是叶绿 素等色素吸收光能 将光能转化为化学能 形成ATP 和 NADPH 的过程 光反应包括光能吸收 电子传递 光合磷酸化等三个主要步骤 在类囊体 膜上进行 甘增宇 200830050204 7 碳反应 carbon reaction 是在暗处或光处都能进行的 由若干酶所催 化的化学反应 叶绿体利用光反应产生的 ATP 和 NADPH 这两个高能化合 物分别作为能源和还原的动力 经过酶的催化 将 CO2 固定并转变为糖 在叶绿体的基质中进行 8 光合单位 photosynthetic unit 是指结合在类囊体膜上能进行光合作用 的最小结构单位 光合单位 聚光色素系统 反应中心 9 聚光色素 天线色素 light harvesting pigment 无光化学活性 只收 集光能 传到反应中心色素 包括绝大多数色素 大部份叶绿素a 全部 叶绿素 b 胡罗卜素 叶黄素 都属于聚光色素 10 原初反应 primary reaction 光合作用第一步 从叶绿素受光激发到引 起第一个光反应为止 包括色素分子对光能的吸收 传递和转换的过程 两 个光系统都参加 11 反应中心 reaction centre 将光能转化为化学能的膜蛋白复合体 包 括特殊叶绿素 a 脱镁叶绿素和醌等电子受体 12 希尔反应 Hill reaction 光照下 水在光系统 2 的类囊体膜腔表面经放 氧复合体作用 放出氧气 产生电子 释放质子到类囊体腔内 11 光和链 light and chain 在类囊体膜上的 PS 和 PS 之间几种排列紧密的电子 传递体完成电子传递的总轨道 12 光和磷酸化 Light and phosphorylation 在光和作用中由光驱动并贮存 的跨膜类囊体膜的质子梯度的能量把ADP 和磷酸合成为 ATP 的过程 13 光和速率 light and speed 光合作用强弱的一种表示法 又称 光合强 度 光合速率的大小可用单位时间 单位叶面积所吸收的CO2 或释放的 O2 表示 亦可用单位时间 单位叶面积所积累的干物质量表示 14 同化力 assimilatory power 是通过 NADPH 和 ATP 所推动的一系列 CO2 同化过程 把 CO2 变成糖类等有机物质 从物质生产角度来看 占植 物体干重 90 以上的有机物质 都是通过碳同化并转化而成的 碳同化是在 叶绿体的基质中进行的 有许多种酶参与的反应 由于 ATP 和 NADPH 用于 碳反应中的 CO2 同化 所以把这两种物质合成为同化力 15 卡尔文循环 The Calvin cycle 卡尔文循环 Calvin Cycle 是所有植 物光合作用碳同化的基本途径 反应场所为叶绿体内的基质 循环可分为三 个阶段 羧化阶段 还原阶段和更新阶段 整个循环是利用ATP 作为能量 来源 并以降低能阶的方式来消耗NADPH 如此可增加高能电子来制造糖 16 C4 循环 C4 dicarboxylic acid pathway 植物固定 CO2 时 最初的 稳定产物是四碳二羧酸化合物 苹果酸和天冬氨酸 的生活途径 17 光抑制 photoinhibition 光能超过光合系统所能利用的数量时 光合 功能下降 这个现象就称为光合作用的光抑制 18 景天酸代谢途径 crassulacean acid metabolism CAM 夜晚气孔开放 吸进 CO2 在 PEP 羧激酶作用下 与 PEP 结合 形成 OAA 进一步还原 为苹果酸 积累于液泡中 白天气孔关闭 液泡中的苹果酸便运到胞质溶胶 在 NAD 苹果酸酶作用下 氧化脱羧 放出CO2 参与卡尔文循环 形成淀 粉等 此外 丙糖磷酸通过糖酵解过程 形成PEP 再进一步循环 这种 有机酸合成日变化的代谢类型 最早发现于景天科植物 所以称为景天酸代 谢途径 19 光呼吸 photorespiration 植物的绿色细胞依赖光照 吸收 O2 和放 出 CO2 的过程 20 表观光合作用 apparent photosynthesis 叶绿体吸收 CO2 和释放 O2 的过程 测定光合速率时没将线粒体呼吸和光呼吸考虑在内 所得的结果 是表观表观光合作用 21 真正光合作用 true photosynthesis 呼吸作用加上表观光合作用及 光呼吸 就是真正光合作用 22 光饱和点 light saturation point 在一定范围内 光合速率随着光照强 度的增加而加快 光合速率不再继续增加时的光照强度称为光饱和点 23 温室效应 greenhouse effect 本来太阳辐射到地面的热 地球以红外 线形式重新辐射到空间 由于人类无限制的向地球大气层中排放CO2 使 CO2 浓度不断增长 大气层中的 CO2 能强烈的吸收红外线 太阳辐射的能 量在大气层中就 易入难出 温度上升 像温室一样 产生的效应就是温 室效应 24 CO2 补偿点 CO2 compensation point 当光合吸收的 CO2 量与呼 吸释放的 CO2 量相等时 外界的 CO2 浓度 25 光补偿点 light compensation point 指同一片叶子在同一时间内 光 合过程吸收的 CO2 和呼吸过程放出的 CO2 等量时的光照强度 26 光能利用率 efficiency for solar energy utilization 指单位土地面积 上 农作物通过光合作用所产生的有机物中所含的能量 与这块土地所接受的 太阳能的比 思考题 1 植物光合作用的光反应和碳反应是在细胞的哪些部位进行的 为什么 答 光反应实在类囊体膜 光合膜 上进行的 而碳反应是在叶绿体的基质 中进行的 因为光反应需要的色素等在类囊体内 而碳反应所需的CO2 受体 酶等在叶绿体基质中 2 在光合作用过程中 ATP 和 NADPH H 是如何形成的 ATP 和 NADPH H 又是怎样被利用的 答 OEC 处水裂解后 把 H 释放到类囊体腔内 把电子传递到 PS2 电子在光合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 引起了 ATP 的形成 与此同时把电子传 递到 PS1 去 进一步提高了能位 而使 H 还原 NADP 为 NADPH 此外 还放出 O2 卡尔文循环以光反应形成的 ATP 和 NADPH 作为能源 固定和还原 CO2 3 试比较 PS1 和 PS2 的结构及功能特点 PS 复合体颗粒较小 直径为 11nm 仅存在于基质片层和基粒片层的非垛叠区 PS 核心复合体由反应中心色素 P700 电子受体和 PS 捕光复合体 3 部分组成 PS 的功能是将电子从 PC 传递给铁还原蛋白 PS 复合体颗粒较大 直径 17 5nm 位于近内腔一侧 多存在于基粒片层的垛 叠区 PS 主要由 PS 反应中心 捕光复合体 和放氧复合体等亚单位 PS 的功能是利用光能氧化水和还原质体醌 4 答 叶绿体在阳光的作用下 把经有气孔进入叶子内部的二氧化碳和由根部 吸收的水转变成为葡萄糖 同时释放氧气 反应式 H20 2H 1 2O2 水 的光解 光合作用产生 O2 主要是与 PSII 有关 PSII 的一个重要的功能就是进行水 裂解放氧 P680 接受能量后 由基态变为激发态 P680 然后将电子传 递给去镁叶绿素 原初电子受体 P680 带正电荷 从原初电子供体 Z 反应中心 D1 蛋白上的一个酪氨酸侧链 得到电子而还原 Z 再从放氧复合 体上获取电子 氧化态的放氧复合体从水中获取电子 使水光解 同时放 出氧气和质子 整个反应如下 2H2O O2 4H 4e 5 答 Rubisco 是一个双功能酶 同时催化 RuBP 的羧化和加氧反应 处 于光合作用和光呼吸的交叉点上 羧化或加氧的相对速率取决于氧气和二氧 化碳的相对浓度 Rubisco 参与了 C3 循环的羧化阶段 它催化 RuBP 和 CO2 作 用 形成中间产物 该产物再与 1 分子水反应 生成 2 分子的 PGA 完成 CO2 的羧 化阶段 此时 Rubisco 起了羧化酶的羧化作用 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 有三个途径 卡尔文循环 C4 途径和景天酸代谢途径 水稻属于 卡尔文循环 玉米属于 C4 途径 菠属于景天酸代谢途径 卡尔文途径和 C4 途径的 CO2 固定的最初产物不同 分别是一种三碳化合物 四碳二羧酸 化合物 而景天酸代谢途径则具有一个很特殊的CO2 固定方式 它是夜晚 气孔开放积累相应有机物 白天气孔关闭 氧化脱羧 参与卡尔文循环 7 一般来说 C4 植物比 C3 植物的光和产量要高 试从它们各自的光合特 征及生理特征比较分析 答 从光和特征来看 卡尔文循环的CO2 固定是通过核酮糖二磷酸羧 化酶的作用来实现的 C4 途径的 CO2 固定是由磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 催化来完成的 两种酶都可使 CO2 固定 但它们对 CO2 的亲和力却差异 很大 磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶对CO2 的 Km 值 米氏常数 是 7 mol 核 酮糖二磷酸羧化酶的 Km 值是 450 mol 前者比后者对 CO2 的亲和力大得 很多 C4 植物的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的活性比C3 植物的强 60 倍 因此 C4 植物的光合速率比 C3 植物快许多 尤其是在二氧化碳浓度低的 环境下 相差更是悬殊 从生理特征来看 C4 植物叶片的维管束薄壁细胞 较大 其中含有许多较大的叶绿体 C3 植物的维管束鞘薄壁细胞较小 不 含或很少叶绿体 C4 植物的光呼吸酶系主要集中在维管束鞘薄壁细胞中 光呼吸就局限在维管束鞘内进行 在它外面的叶肉细胞 具有对CO2 亲 和力很大的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 所以 即使光呼吸在维管束鞘放出 CO2 也很快被叶肉细胞再次吸收利用 不易 漏出 8 从光呼吸的代谢途径来看 光呼吸有什么意义 答 A 防止高光强对光合作用的破坏和光合器官的损伤 在强光下光合作用产生的同化力一般超过碳同化的需求 这些过剩同化力 将损伤光合器官 钝化碳素固定效率 通过光呼吸消耗 平衡同化力的需 求关系 保护光合作用正常进行 B 防止氧气对光合碳同化的抑制作用 降低叶绿体周围氧气和二氧化 碳的比值 提高 RuBP 羧化酶活性 促进CO2羧化 C 为光合作用中磷酸丙糖 的补充途径 也有人认为也是氨基酸合成 的补充途径 其中的甘氨酸 丝氨酸和放出NH3均可参与叶片的氨 代谢 D 解除乙醇酸积累对细胞代谢的危害 在有氧条件下 乙醇酸的产生是不可避免的 为光合作用非正常产物 对 植物有害 然而通过光呼吸的消耗免于植物受害 同时 光合作用产生的 氧气对光合膜具氧化破坏作用 通过光呼吸消耗过多的氧气 可保证光合 器官结构和功能不受破坏 9 卡尔文循环和光呼吸的代谢有什么联系 答 光合碳循环又称卡尔文循环 此循环的大部分反应均在叶绿体的间质中进 行 但从磷酸丙糖转化成蔗糖的一些步骤则是磷酸三糖通过叶绿体被膜转移到 细胞质中后 在细胞质中完成的 光合碳循环 植物的光合碳循环常伴随着 光呼吸 有些植物中 在 CO2由光合碳循环同化前 先通过四碳途径或景天科 酸代谢途径固定在四碳双羧酸中 这些都是和碳同化密切关联着的反应 卡尔 文循环在光照下产生较多的乙醇酸增强光呼吸速率 rubisco 可以催化卡尔 文循环和光呼吸两个反应 而且其中一个底物RuBP 是相同的 在 CO2 相对浓度高的 条件下 反应更侧重于卡尔文循环 在O2 相对浓度高 条 件下 反应更侧重于光呼吸 10 通过学习植物的水分代谢 矿质营养和光合作用的知识之后 你认为怎样 才能提高农作物的产量 答 水分代谢 根据作物的需水规律 不同作物需肥不同 同一作物不同生 育期需肥不同合理灌溉 提高水分利用效率 矿质营养 促进光合作用 增加光合产物积累 调节代谢和生长发育 改 善土壤环境 如温度 pH 值等 使土壤环境 如温度 pH 值 土壤水气 热协调 促进土壤微生物的活动 光合作用 1 提高复种指数 全年内作物收获面积与耕 地面积之比 套种或间作 2 延长生长期 如育苗移栽 套种 适时早播 防止早衰 3 补充人工光照增加光合面积 叶面积系数 合理密植 改善株型 杆矮 叶直而小 叶片厚 分蘖密集 提高 CO2 浓度 通风 施 CO2 施有机肥 碳铵 抑制光呼吸 光呼吸抑制剂 如 羟基磺酸可抑制乙醇酸 11 C3 植物 C4 植物和 CAM 植物在固定 CO2 方面有什么异同 答 C3 植物中 CO2 的固定主要取决于 1 5 二磷酸核酮糖羧化酶的活化 状态 因为该酶是光合碳循环的入口钥匙 它催化1 5 二磷酸核酮糖羧 化 将大气中的 CO2 同化 产生两分子磷酸甘油酸 C4 植物是从 C3 植 物进化而来的一种高光效种类 与C3 植物相比 它具有在高光强 高温及 低 CO2 浓度下 保持高光效的能力 C4 植物固定 CO2 的酶为磷酸烯醇式 丙酮酸羧化酶 与 C3 作物中 1 5 二磷酸核酮糖羧化酶相比 磷酸烯醇式 丙酮酸羧化酶对 CO2 的亲和力高 C4 植物的细胞分化为叶肉细胞和鞘细 胞 而光合酶在两类细胞中的分布不同 这种CO2 的浓缩机理导致了鞘细 胞内的高浓度的 CO2 一方面提高 1 5 二磷酸核酮糖羧化酶的羧化能力 另一方面又大大抑制了 1 5 二磷酸核酮糖羧化酶的加氧活性 降低了光呼 吸 从而使 C4 植物保持高的光合效率 特征C3植物C4植物CAM 植物 CO2 固定酶 Rubisco PEP 羧激酶 Rubisco PEP 羧激酶 Rubisco CO2 固定途径只有卡尔文循环在不同空间分别进 行 C4途径和卡尔 文循环 在不同时间分别进 行 CAM 途径和卡 尔文途径 最初 CO2 接受体 RuBPPEP 光下 RuBP 暗中 PEP CO2 固定的最初 产物 PGAOAA 光下 PGA 暗中 OAA 12 答 叶子变黄可能有下列条件有关 温度 温度影响酶活动 就影响 叶绿素的合成和降解 叶子的年龄 叶片衰老 叶绿素易降解 类胡萝卜素 比较稳定 叶片呈黄色 光照 光照过弱 不利于叶绿素合成 叶色变黄 矿质元素 对叶绿素形成有极大影响 水分 植物缺水会抑制叶绿素合成 13 答 没有氧气时 呼吸不能进行 影响其他代谢活动 光合作用微弱 高浓度的氧会促进光呼吸 使净光合速率降低 O2使碳同化所需的 NADPH H 合成量减少 光合色素加速光氧化 同时细胞内产生活性氧 伤 害生物膜 对光合作用有抑制作用 14 在实践上 如何让判断植株矮小的可能原因 怎样克服它 答 将植株移到较弱的光照下 若植株有伸长趋势 则是由于光抑制 作用使得植株矮小 应该将植株移到适合的光照下成长 增强光合作用 增加一些植物所必需的矿质元素 若植株有明显伸长趋势 则是由于矿 质元素的缺失 应该增加植株体内所必需的矿质元素 增强植株的光合作 用 15 霜叶红于二月花 为什么霜降后枫叶变红 答 霜降后 由于降温 叶绿素较易降解 数量减少 而类胡萝卜素比较 稳定 又由于体内积累了较多糖分以适应寒冷 体内的可溶性糖多了 就 形成较多的花色素苷 红色 叶子就呈红色 第四章 名词解释 1 呼吸作用 respiration 指生物体内的有机物质 通过氧化还原而产生 CO2 同时释放能量的过程 2 有氧呼吸 aerobic respiration 指生活细胞在氧气的参与下 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 3 无氧呼吸 anaerobic respiration 指在无氧条件下 细胞把某些有机物分 解成为不彻底的氧化产物 同时释放能量的过程 4 糖酵解 glycolysis 胞质溶胶中的已糖在无氧状态或有氧状态下均能分解 成丙酮酸的过程 5 三羧酸循环 tricarboxylic acid cycle 糖酵解进行到丙酮酸后 在有 氧 的条件下 通过一个包括三羧酸和二羧酸的循环而逐步氧化分解 直到生 成 CO2 和 H2O 为止 6 戊糖磷酸途径 pentose phosphate pathway 高等植物中 可以不经过 无氧呼吸生成丙酮酸而进行有氧呼吸的途径 7 生物氧化 biological oxidation 有机物质在生物体细胞内氧化分解产生 二氧化碳 水 并释放出大量能量的过程 8 呼吸链 respiratory chain 呼吸链又称电子传递链 是由一系列电子 载体传递体构成的 从 NADH 或 FADH2 向氧传递电子的系统 9 解偶联 uncoupling 是指呼吸链和氧化磷酸化的偶联遭到破坏的现象 10 氧化磷酸化 在生物氧化中 电子经过线粒体的电子传递链传递到氧 伴 随 ATP 合酶催化 使 ADP 和 Pi 合成 ATP 的过程 11 呼吸速率 呼吸速率以植物的单位鲜重 干重或原生质 以含氮量表示 或在一定时间内所放出的二氧化碳的体积 或吸收氧的体积来表示 12 呼吸商 植物组织在一定时间内 放出二氧化碳的物质的量与吸收氧气的 物质的量的比率 13 抗氰呼吸 在氰化物存在下 某些植物呼吸不受抑制 这种呼吸叫抗氰呼 吸 14 P O 比 氧化磷酸化中每吸收一个氧原子时所酯化无机磷酸分子数或产生 ATP 分子数的比值 15 交替氧化酶 alternative oxidase 是抗氰呼吸的末端氧化酶 可以把电 子传给氧 16 底物水平磷酸化 从底物份子直接转移磷酸基给ADP 生成 ATP 17 巴斯德效应 Pasteur effect 氧有抑制酒精发酵的现象 即氧可以降低糖 类的分解代谢和减少糖酵解产物的积累 18 末端氧化酶 terminal oxidase 是把底物的电子通过电子传递系统最后 传递给分子以氧并形成水或过氧化氢的酶类 19 能荷 energy charge 是 ATP ADP AMP 系统中可利用的高能磷酸键的 度量 说明腺苷酸系统的能量状态 20 温度系数 由于温度升高十度而引起的反应速率的增加 通常称为温度 系数 思考题 1 1 糖酵解 三羧酸循环 戊糖磷酸途径和氧化磷酸化过程发生在细胞的哪 些部位 这些过程相互之间有什么联系 答 分别发生在细胞的胞质溶胶 线粒体 胞质溶胶和质体 线粒体 糖酵解 的产物丙酮酸是三羧酸循环的原料 糖酵解的中间产物葡萄糖 6 磷酸是戊糖磷 酸途径的原料 三羧酸循环是氧化磷酸化所需能量的主要来源 糖酵解进行到丙酮酸后 在有氧条件下 进行三羧酸循环 而不经过无氧呼吸 生成丙酮酸而进行有氧呼吸的途径 就是戊糖磷酸途径 糖酵解和戊糖磷酸途径的产物是三羧酸循环的基础 同时糖酵解和戊糖磷酸途径 之间形成互补关系 2 线粒体内膜的复合体 复合体 复合体 和复合体 各有什么结构 及功能特点 复合体 也称 NADH 脱氢酶 NADH 由紧密的辅因子 FMN 和几个 Fe 中心组成 其作用是将质子泵到膜间间隙 同时也将点子转移给泛醌 UQ 复合体 又叫琥珀酸脱氢酶 由 FAD 和三个 Fe S 中心组成 它的功 能是催化琥珀酸氧化为延胡索酸 并把H 转移到 UQ 生成 UQH2 此复合 体不泵出质子 复合体 又称细胞色素 c 还原酶 由 Cyt c 是一个移动载体 其功能 是在复合体 和 之间传递电子 并泵出质子到膜间间隙 复合体 又称细胞色素 c 氧化酶 含铜 Cyt a 和 Cyt a3 复合体 是末端氧化酶 把 Cyt c 的电子传给 激发 并与质子中的 结合 形成 3 试比较 1mol 蔗糖在有氧和无氧条件下生成的 ATP 数目有什么不同 答 有氧條件 60 分子 ATP 真核生物 64 分子 ATP 原核好氧性生物 無氧條件 4 分子 ATP 4 植物细胞的呼吸作用是一个耗氧的过程 而氧是怎样被利用的 答 糖酵解和三羧酸循环所产生的NADH H 不能直接与游离的氧分子结 合 需要经过电子传递链传递后 才能与氧结合 底物氧化脱氢产生还原 剂型辅酶 NADH 和 UQH2FADH2 还原型辅酶中的电子 e 要经过 一系列的电子传递体传递给分子氧 O2 同时释放能量合成 ATP 呼吸 电子传递体是按一定的顺序排列成行起来的 在线粒体内膜上 呼吸电子传 递体按一定顺序相互衔接 所构成的电子传递体系 称为呼吸电子传递链 底物氧化脱下的电子不管是否经过呼吸链最终都要传递给分子氧 O2 将底物脱下的电子传递给分子氧 并使其还原水 5 为什么呼吸作用既是一个放能的过程又是一个贮能的过程 答 呼吸作用 指生物体内的有机物质 通过氧化还原而产生CO2 同时 释放能量的过程 但是在呼吸作用的糖酵解过程中会消耗ATP 因为呼吸作 用释放能量的速度较慢 而且逐步释放 适合于细胞利用 释放出来的能量 一部分转变为热能而散失掉 一部分以 ATP 的形式贮存着 6 用很低浓度的氰化物和叠氮化合物或高浓度CO 处理植物 植物很快受到伤害 试解释该伤害的原因 答 细胞色素 C 氧化酶 基复合体 接收 Cytc 传来的电子 经过 Cyt a 和 Cyt a3 再将电子传给氧 使其激活 与质子结合形成水 氰化物 叠氮 化合物和 CO 会抑制该酶使植物受伤害 7 光合作用与呼吸作用有什么关系 答 植物的光合作用和呼吸作用是植物体内相互对立而又相互依存的两个过 程 光合作用是制造有机物 贮藏能量的过程 而呼吸作用则是分解有机物 释放能量的过程 两者的区别见下表 光合作用 呼吸作用 1 以 CO2 和 H2O 为原料 2 产生有机物糖类和 O2 3 叶绿素等捕获光能 4 通过光合磷酸化把光能转变为 ATP 5H20 的氢主要转移至 NADP 形成 NADPH H 6 糖合成过程主要利用 ATP 和 NADPH H 7 仅含有叶绿素的细胞才能进行光合作用 8 只在光照下发生 9 发生于真核细胞植物的叶绿体中 1 以 O2 和有机物为原料 2 产生 CO2 和 H2O 3 有机物化学能暂时贮存于 ATP 或以热能散 失 4 通过氧化磷酸化把有机物的化学能形成 ATP 5 有机物的氢主要转移至 NAD 形成 NADH H 6 细胞活动是利用 ATP 和 NADH H 做功 7 活的细胞都能进行呼吸作用 8 在光照下或黑暗下都能发生 9 糖酵解和戊糖磷酸途径发生于胞质溶胶中 三羧酸循环和生物氧化发生于线粒体中 但是 光合作用和呼吸作用又是相互依存 共处于一个统一体中的 二者的 辩证关系主要体现在以下三方面 1 光合作用所需的 ADP 和辅酶 NADP 与呼吸作用所需的 ADP 和 NADP 是相同的 这两种物质在光合和呼吸中可共用 2 光合作用的碳反应与呼吸作用的戊糖磷酸途径基本上是正反反应的关系 它们的中间产物同样是三碳糖 四碳糖五碳糖 六碳糖 七碳糖等 呼吸 作用和光合作用之间的许多糖是可以交替使用 3 光合释放的 O2 可供呼吸使用 而呼吸作用释放的CO2 亦能为光合作 用所同化 8 植物的光呼吸和暗呼吸的有哪些区别 答 暗呼吸和光呼吸的区别 暗呼吸 光呼吸 代谢途径糖酵解 三羧酸循环 戊糖磷酸途径 乙醇酸途径 底物糖类脂肪或蛋白质 葡 萄糖最常用新形成的或 储存的 乙醇酸 新形成的 发生条件和部位在光 暗处的生活细胞 中的胞质溶胶和线粒体 中 在光照下 光合细胞中叶绿体 过氧化物酶体和线粒体等 3 种 细胞器协同作用 对 O2 和 CO2 浓度的反应O2 和 CO2 浓度对暗呼 吸无明显影响 O2 和 CO2 之间亦无方向性的 竞争现象 在 O2 浓度 1 100 范围内 光呼吸随着 O2 浓度而增强 高 浓度 CO2 抑制光呼吸 9 光合磷酸化和氧化磷酸化有什么异同 答 氧化磷酸化是电子从 NADH 和 FADH2 经过电子传递链传给氧形成水 这个过程偶联着 ADP 磷酸化生成 ATP 光合磷酸化是在光的作用下 电子 传递和光合磷酸化偶联着 ATP 的生成 其相同点都是由 H 通过 ATP 合成 酶把 ADP 磷酸化为 ATP 不同点有 氧化磷酸化发生在线粒体的内膜上 光合磷酸化发生在叶绿体的类囊体膜上 氧化磷酸化为 2 对 H 泵到膜 间隙 2 个 H 3 次穿过 ATP 合成酶形成 1 分子 ATP 光合磷酸化是 3 对 H 泵到基质中 3 个 H 2 次穿过 ATP 合成酶形成 1 分子 ATP 需要的 条件不同 氧化磷酸化不需要光 光合磷酸化需要光 类型不同 氧化 磷酸化有底物水平的氧化磷酸化和电子传递水平的氧化磷酸化 光合磷酸化 有环式和非环式两种 10 分析下列的措施 并说明它们有什么作用 1 将果蔬贮存在低温下 2 小麦 水稻 玉米 高粱等粮食贮藏之前要晒干 3 给作物中耕松土 4 早春寒冷季节 水稻浸种催芽时 常用温水淋种和不时翻种 答 1 低温使呼吸作用减弱 降低贮藏温度 可以减弱水果的呼吸强度 温度下降 10 大多数水果的呼吸强度可以降低 1 3 倍左右 大大减少了水 果的养分消耗 延长水果的贮藏寿命 低温还能抑制各种病菌的滋长 有助于 减少水果的腐烂损耗 2 种子是有生命的有机体 不断进行着呼吸作用 呼吸速率快 会引 起有机物的大量消耗 呼吸放出的水分 又会使粮堆湿度增大 呼吸增强 呼吸放出的热量 又使粮温增高 反过来又促进呼吸增强 最后导致发热霉 变 使粮食变质变量 所以要晒干 3 改善土壤通气条件 使呼吸顺利进行 4 控制温度和通气 使呼吸顺利进行 11 绿茶 红茶和乌龙茶是怎样制成的 道理何在 茶叶中含的氧化酶是多酚氧化酶 其活性很高 红茶制作时 需要使 叶先凋萎脱去 20 30 水分 然后揉捻 将细胞揉破 通过多酚氧化酶 的作用 将茶叶的儿茶酚 及邻苯二酚 和鞣质氧化并聚合成红褐色的色素 从而制得红茶 而在制绿茶时 则把采下的茶叶立即杀青焙火杀青 破坏多 酚氧化酶 才能保持茶叶的绿色 乌龙茶 制作时适当发酵 使叶片稍有红 变 是一类介于红绿茶之间的半发酵茶 11 请设计一个证明植物具有呼吸作用的实验 答 实验的材料和用具 豌豆苗 小麦种子 广口瓶 橡皮塞 细玻璃管 长颈漏斗 尖头镊子 烧杯 打孔器 黑布或黑纸 澄清的石灰水 试管 纱布 凡士林 蜡烛 火柴 实验一 植物呼吸时吸收 O2 取两个广口瓶 甲瓶内放入活的豌豆苗 乙瓶内放人用开水烫死的豌 豆苗 密封后放到黑暗的环境条件下24 小时 另取一 个空瓶为丙瓶 密 封后也同甲 乙瓶一样处理 上课时 用燃烧的蜡烛放到瓶中检验瓶中气体的成分 如果蜡烛熄灭说明 耗掉了瓶中氧气 实验二 植物呼吸时释放 CO2 取三个广口瓶 甲瓶内放入活的豌豆苗 乙瓶放入烫死的豌豆苗 丙瓶为空 瓶 盖上盖后放到黑暗环境条件下24 小时 换上双孔瓶塞 用澄清的石灰 水检验瓶里的气体 石灰水变浑浊说明有二氧化碳的产生 13 光合电子传递链和线粒体呼吸链有什么异同 请全面分析 答 光合作用电子传递链是由一系列的电子载体构成的 同线粒体呼吸链 中电子载体的作用基本相似 但二者不同的是 线粒体呼吸链中的载体位 于内膜 将 NADH 和 FADH2 的电子传递给氧 释放出的能量用于ATP 的 合成 而光合作用的电子载体位于类囊体膜上 将来自于水的电子传递给 NADP 并且这是一个吸热的过程而不是放热的过程 象线粒体的呼吸链一样 光合作用的电子传递链中的电子载体也是细胞色 素 铁氧还蛋白 黄素蛋白和醌等构成 第六章 名词解释 1 胞间连丝 它是连接两个相邻植物细胞之间的细胞质通道 行使水分 营 养物质 小的信号分子 以及大分子的胞质运输功能 2 压力流学说 压力流学说是指筛管中溶液流 集流 运输是由源和库端之间 渗透产生的压力推动的 3 韧皮部装载 韧皮部装载是指光合产物从叶肉细胞到筛分子 伴胞复合体的整 个过程 4 多聚体 陷阱模型 叶肉细胞合成的蔗糖运到维管束鞘细胞 经过众多的 包间连丝 进入居间细胞就 居间细胞内的运输蔗糖分别与1 或 2 个半乳 糖分子合成棉子糖或水酥糖 这两种糖分子大 不能扩散到维管束鞘细胞 只能运送到筛分子 筛分子 伴胞复合体的渗透势大于叶肉细胞 对糖分运输 有选择性的逆浓度梯度积累的现象 5 韧皮部卸出 是指装载在韧皮部的同化作用输出到库的接受细胞的过程 6 胞质泵动学说 在束内呈环状的蛋白质丝反复地 有节奏地收缩和张弛 就产生一种蠕动 把细胞质长距离泵走 糖分就随之流动 7 收缩蛋白学说 筛管腔内有许多具收缩能力的P 蛋白 认为是它在推动筛 管汁液运行 林志标 200830050215 8 库强度 等于库容量和库活力的乘积 9 配置 是指源叶中新形 成同化产物的代谢转化 10 分配 partitioning 是指新形成同化产物在各种库之间的分布 思考题 1 植物叶片中合成的有机物是以什么形式和通过什么途径运输到根部 如何 用实验证明植物体内有机运输的形式和途径 答 用蚜虫吻刺法收集到韧皮部汁液 分析得到运输物质主要是水 其中溶 解很多糖类 糖类中主要是 蔗糖 还有一些无机溶质和各种激素 乙烯除外 可溶蛋白 通过环割实验可以发现有机物运输是由韧皮部担任的 叶片产生的光合产 物从叶肉细胞到筛分子 伴胞复合体的整个过程成为韧皮部装载 韧皮部装 载过程存在两条途径 质外体途径和共质体途径 韧皮部的同化产物输出到 库的接受细胞的过程是韧皮部卸载 该过程也有两条途径 质外体途径和共 质体途径 蚜虫吻刺法可以证明有机物运输的形式 放射性示踪元素实验 环 割试验可以证明运输的途径 2 目前普遍被公认的有机物运输的机理假说有哪一个 这个假说的要点是什 么 答 压力流学说 该学说主张筛管中溶液流 集流 运输时源和库之间渗透 产生的压力梯度推动的 所以称压力流学说 源细胞 叶肉细胞 将蔗糖装 载入筛分子 伴胞复合体 降低源筛管内的水势 而筛分子又从临近的木质 部的吸收水分 由此产生高的膨胀压 与此同时 库筛管内的蔗糖不断卸出 进入库细胞 如贮藏根 库端筛管的水势升高 水分也流到木质部 于是 降低库端筛管的膨压 源端和库端之间就存在膨压差 它推动筛管内同化产 物的集流 穿过筛孔沿着系列筛分子 由源端向库端运输 1 源库间溶液浓度的差异导致压力势差 源端具较高的压力势 2 在压力势差的推动下 溶质随溶液一起集体流动 3 在源库间有导管 筛管构成的质外体与共质体交替的连结系统 4 有浓度低于源端溶液的环绕水溶液 3 胞间连丝的结构有什么特点 它在植物体内有什么功能 答 结构特点 1 胞间连丝的外围由质膜包围着 2 胞间连丝的中央是连丝微管 它是由光滑内质网特化 而成 3 连丝微管的中心有中心柱 4 胞间连丝质膜的内侧与连丝微管的外侧连接着球状蛋 白 5 胞间连丝的直径 20 40nm 功能 胞间连丝是连接两个相邻植物细胞的胞质通道 可进行物质交换 可 进行信息传递 4如何了理解植物体内有机物分配的 库 与 源 的关系 答 源是制造同化物的器官 库是接受同化物的部位 源与库共存于同一植 物体 源是库的供应者 而库对源具有一定的调节作用 同时认为源强有利 于库强潜势的发挥 而库强则有利源强的维持 库大会促进源 源大会促进 库 库小会抑制源 源小会抑制库 两者相互依赖 相互制约 5 木本植物怕剥皮而不怕空心 这是什么道理 可是杜仲树皮 我过特产中 药 剥去后 植物仍正常生长 请查资料理解详情 答 木本植物含 木质部在内 韧皮部在外 木质部自下向上输送水分和无机 盐 韧皮部自上向下输送有机物 一般韧皮部都较薄 剥皮后韧皮部被破 坏 影响了有机物质的运输 根系需要地上部供应有机营养 时间一长就会 影响根系的生长 空心却还会有部分木质部保留 不会对树造成太大的 影响 树木一般剥掉皮后 树皮不能再恢复生长 如对树木主干进行环剥 则 使树木很快死亡 而杜仲的树皮则有很强的再生能力 即使对主干某一区段 树皮进行全部环剥 只要及时采取保护措施 短期内在剥掉皮的木质部上又 可长出新的树皮 3 4 年后即可赶上未剥皮部分树皮的厚度 通过环剥皮 还可以促进树株直径的生长 杜仲树树皮这一再生特性 对杜仲树皮的永续 利用及杜仲资源保护提供了有利的条件 第七章 名词解释 1 跨膜信号转换 transmembrane transduction 信号与细胞表面的受体结 合之后 通过受体将信号传递进入细胞内 这个过程称为跨膜信号转换 2 信号 signal 对植物来讲 环境变化就是刺激 就是信号 根据信号分 子的性质 信号分为物理信号和化学信号 光 电等刺激属于物理信号 激 素 病原因子等属于化学信号 3 受体 receptor 是指能够特异地识别并结合信号 在细胞内放大和传递 信号的物质 4 CaM 钙调蛋白是一种耐热的球蛋白 等电点4 0 相对分子质量约为 16700 它是具有 148 个氨基酸的单链多肽 它以两种方式起作用 第一 可以直接与靶酶结合 诱导构想变化而调节靶酶的活性 第二 与钙离子结 合 形成活化态的 Ca2 CaM 复合体 然后再把与靶酶结合 将靶酶激活 5 细胞内受体 intracellular receptor 位于亚细胞组分如细胞核 液泡膜 上的受体 6 细胞表面受体 cell surface receptor 位于细胞表面的受体 7 蛋白激酶 protein kinase PK 一类催化蛋白质磷酸化反应的酶 蛋白 激酶是一类磷酸转移酶 其作用是将 ATP 的 磷酸基转移到底物特定的氨基 酸残基上 使蛋白质磷酸化 可分为丝氨酸 苏氨酸激酶 酪氨酸激酶和组氨酸 激酶 8 第二信使 second messengers 将作用于细胞膜的信息传递到细胞内 使之产生生理效应的细胞內信使 9 级联反应 cascade 在连锁的酶促反应中 前一反应的产物是后一反应 的催化剂 每进行一次修饰反应 就使调节信号产生一次放大作用 思考题 1 植物细胞信号转导是指细胞偶联各种刺激信号 包括各种内外源刺激信号 与其引起的特定生理效应之间的一系列分子反应机制 细胞接收胞外信号进 行信号传导可以分四个步骤 1 信号分子与细胞表面受体的结合 2 跨膜信号转换 3 在细胞内通过信号转导网络进行信号 传递 放大与整合 4 导致生理生化 变化 如果信号分子可以直接进入细 胞 前两个步骤可省略 2 钙调蛋白是真核生物细胞中的胞质溶胶蛋白 由148 个氨基酸组成单条 多肽 相对分子质量为 16 7kDa 它的作用是对任何微量的钙都能敏感地捕 获 钙调蛋白只有在与 Ca2 结合后才有活性 因此 激素可以通过影响细 胞内 Ca2 浓度变化来调控钙调蛋白的活性 活性Ca2 CaM 复合物可以 通过与靶酶作用方式调控代谢过程 即Ca2 CaM 复合物与靶酶 如磷酸 二酯酶 蛋白激酶等作用 使靶酶构象发生变化 Ca2 作用结果 而活化 从而对代谢过程起调控作用 3 在信号转导过程中 蛋白质的可逆磷酸化是生物体内的一种普遍的翻译后 修饰方式 蛋白质磷酸化与去磷酸化分别由蛋白激酶和蛋白磷酸酶催化完成 前者催化 ATP 或 GTP 的磷酸集团转移到底物蛋白质的氨基酸残基上 后者 催化逆转的反应 细胞内的第二信使如Ca2 往往通过调节细胞内多种蛋白 激酶和蛋白磷酸酶 从而调节蛋白质的磷酸化和去磷酸化过程 进一步传递 信号 4 Ca2 在植物细胞的多种信号转导过程中都有非常重要的调节作用 钙离子 梯度是钙信号产生的基础 在高度区域化的植物细胞内结构中 在质膜 液 泡膜 内质网膜上都存在着跨膜的钙离子电化学梯度 细胞质和细胞核内游 离钙离子也呈现不均匀分布 这些梯度分布在静止状态下是相对稳定的 一 般情况下 未受刺激的细胞质中自由Ca2 水平为 10 7mol L 1 左右 质外体 Ca2 浓度在 10 5mol L 1 以上 因此质外体 Ca2 浓度远远高于 细胞质中 Ca2 浓度 在细胞受到刺激时这种静态平衡会发生变化 当有胞 外信号分子与受体结合时 细胞的一个最迅速的反应就是跨越原生质膜的离 子流动 包括质膜电位的去极化 Ca2 H