2025年植物生理考试真题及答案

2025年植物生理考试练习题及答案一、名词解释（每题4分，共20分）1.水分临界期：植物在生命周期中对水分亏缺最敏感、最易受水分胁迫影响导致产量或品质严重下降的特定发育阶段，通常发生在生殖器官形成与发育的关键时期，如禾本科植物的孕穗期和灌浆期。2.光呼吸：植物在光照条件下，由Rubisco催化RuBP与O₂结合提供磷酸乙醇酸，经叶绿体、过氧化物酶体和线粒体协同作用，最终释放CO₂并消耗ATP与NADPH的过程。该过程与光合作用竞争底物，降低光合效率，但在高光强下可保护光合机构免受氧化损伤。3.源-库单位：植物体内在同化物运输与分配中具有功能联系的源器官（如成熟叶片）与库器官（如果实、种子）及其连接的输导组织的集合体。同一植株中不同源-库单位间存在相对独立性，但在资源竞争时会通过激素信号和同化物浓度梯度调整分配优先级。4.交叉适应：植物在经历一种逆境（如干旱）锻炼后，对其他逆境（如高温、盐渍）的抗性增强的现象。其机制涉及逆境信号（如ABA、H₂O₂）的交叉传递、保护蛋白（如LEA蛋白）的协同表达及膜系统稳定性的共同维持。5.P/O比：氧化磷酸化过程中每消耗1mol氧原子所酯化的无机磷的物质的量（即提供ATP的mol数）。线粒体中NADH的P/O比约为2.5，FADH₂约为1.5，反映呼吸链电子传递与ATP合成的偶联效率。二、简答题（每题8分，共40分）1.简述根系吸水的两种主要动力及其作用机制。根系吸水动力包括根压和蒸腾拉力。根压是由于根系主动吸收矿质离子（如K⁺、NO₃⁻）导致根部细胞水势降低，水分通过质外体和共质体途径进入导管，产生向上的静水压（通常0.1-0.2MPa）。根压在夜间或空气湿度高、蒸腾弱时起主要作用，表现为吐水或伤流。蒸腾拉力是叶片蒸腾作用引起叶肉细胞水势降低，通过导管水势梯度（可达-2MPa以上）产生的被动吸水动力，是植物吸水的主要驱动力，尤其在白天蒸腾旺盛时占主导地位。两种动力共同作用，但蒸腾拉力通常远大于根压。2.说明硝酸还原酶（NR）的特性及其活性调节方式。NR是诱导酶，其合成受硝酸盐诱导，光照、碳水化合物可促进其表达；催化硝酸盐还原为亚硝酸盐，需NAD(P)H作为电子供体，辅基含钼（Mo）。活性调节包括：①转录水平：硝酸盐通过信号转导激活NR基因表达；②翻译后修饰：磷酸化/去磷酸化调控，如Mg²⁺存在时，磷酸化的NR与14-3-3蛋白结合失活；③代谢物反馈抑制：还原产物（如NH₄⁺）抑制NR活性；④环境因子：光照通过提高光合产物（如蔗糖）和降低ABA水平增强NR活性，而干旱、盐渍等逆境通过ABA抑制其活性。3.比较C3植物与C4植物在光合特性上的主要差异。①解剖结构：C4植物具“花环状”结构（维管束鞘细胞含大而多的叶绿体，叶肉细胞排列紧密），C3植物无此结构；②光合途径：C4植物通过PEPC固定CO₂提供C4酸（如草酰乙酸），运输至维管束鞘细胞释放CO₂供Calvin循环，C3植物直接由Rubisco固定CO₂；③光合效率：C4植物CO₂补偿点（<10μL·L⁻¹）低于C3植物（50-100μL·L⁻¹），光呼吸弱（维管束鞘细胞高CO₂浓度抑制Rubisco加氧反应），光合速率（30-40μmol·m⁻²·s⁻¹）高于C3植物（15-25μmol·m⁻²·s⁻¹）；④光饱和点：C4植物（>1000μmol·m⁻²·s⁻¹）高于C3植物（500-800μmol·m⁻²·s⁻¹），更适应强光；⑤水分利用效率：C4植物气孔导度较低，蒸腾速率小，WUE（2-3g干重·kg⁻¹H₂O）高于C3植物（1-2g·kg⁻¹）。4.简述乙烯的“三重反应”及其信号转导的核心路径。乙烯的三重反应指暗中生长的黄化幼苗表现出的：①茎伸长生长抑制（矮化）；②茎增粗（横向生长）；③顶端弯钩加剧（偏上生长）。其信号转导路径为：乙烯与内质网膜上的受体（如ETR1）结合，使受体失活（受体正常状态为负调控因子），解除对下游CTR1（丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶）的抑制，CTR1失活后释放EIN2（膜结合蛋白），EIN2的C端进入细胞核，激活EIN3/EIL1转录因子，诱导乙烯响应基因（如ERF家族）表达，最终调控细胞伸长、扩张及弯钩形成相关基因（如XET、扩张蛋白基因）的表达。5.逆境条件下植物细胞中渗透调节物质的主要类型及作用。渗透调节物质包括：①无机离子（如K⁺、Cl⁻、Ca²⁺）：通过主动吸收或区域化（如液泡积累）降低细胞渗透势，但高浓度可能毒害酶；②有机溶质：小分子含氮化合物（脯氨酸、甘氨酸甜菜碱），可溶性糖（蔗糖、海藻糖），多元醇（甘露醇、山梨醇）。作用：①降低细胞渗透势，维持细胞与外界的水势差，促进水分吸收或保持；②保护生物大分子（如酶、膜蛋白）的构象稳定，通过氢键或偶极作用替代水分子；③清除活性氧（如脯氨酸可淬灭羟自由基）；④作为碳氮源，在逆境解除后参与代谢恢复。三、论述题（每题15分，共30分）1.论述光质对植物光合作用和生长发育的调控机制。光质（不同波长的光）通过影响光合色素吸收、光系统活性及光受体（如光敏色素、隐花色素、向光素）介导的信号转导，调控植物光合作用与生长发育：（1）光合作用：①红光（600-700nm）：被叶绿素a、b强烈吸收，驱动PSⅡ和PSⅠ的电子传递，促进ATP和NADPH合成，是光合作用的主要有效光质；②蓝光（400-500nm）：被叶绿素和类胡萝卜素吸收，尤其在高光强下可激活PSⅡ的修复机制（如D1蛋白合成），同时蓝光通过隐花色素调控叶绿体的移动（弱光下分散吸收光，强光下聚集减少光损伤）；③远红光（700-750nm）：主要被光敏色素Pr形式吸收，转化为Pfr，调节叶绿体发育（如类囊体垛叠）；④绿光（500-600nm）：虽吸收效率低，但可穿透叶片深层，被下层叶肉细胞利用，补充红光和蓝光的不足。（2）生长发育：①红光/远红光比值（R/FR）：通过光敏色素调控光形态建成。高R/FR（自然光）促进Pfr积累，诱导种子萌发（如莴苣）、抑制茎伸长（通过下调赤霉素合成基因）、促进叶绿体发育；低R/FR（遮荫条件）导致Pfr向Pr转化，激活避荫反应（茎快速伸长、叶面积减小、节间延长），争夺光照资源；②蓝光：通过隐花色素抑制下胚轴伸长（拟南芥中CRY1/CRY2介导），促进气孔开放（蓝光激活保卫细胞中的H⁺-ATP酶，驱动K⁺内流），调控生物钟（CRY参与昼夜节律的输入途径）；③紫外光（UV-B，280-315nm）：诱导类黄酮、花青素等次生代谢物合成（保护DNA免受损伤），同时通过UVR8受体激活防御基因（如CHS基因），但高剂量UV-B会破坏类囊体膜结构，抑制Rubisco活性。（3）协同效应：不同光质组合影响光合产物分配。例如，红蓝组合光（红:蓝=8:2）可提高番茄光合速率，促进果实中糖和有机酸积累；而单一红光可能导致叶片变薄（叶绿体发育不完全），蓝光补充可增加叶肉细胞层数，提高光合能力。2.试述植物衰老的调控机制及其在农业生产中的应用。植物衰老是受遗传程序控制的主动过程，涉及激素平衡、基因表达、活性氧代谢及营养再分配，其调控机制包括：（1）激素调控：①促进衰老的激素：乙烯（ETH）通过诱导ACC合成酶和ACC氧化酶基因表达，增加ETH合成，激活衰老相关基因（SAGs）如半胱氨酸蛋白酶基因；脱落酸（ABA）通过提高细胞膜透性，促进水解酶释放，同时抑制细胞分裂素（CTK）合成；②延缓衰老的激素：CTK通过抑制SAGs表达（如抑制蛋白酶和核酸酶活性），维持叶绿体结构（促进叶绿素合成相关基因表达），并通过细胞分裂素响应因子（CRFs）调控营养向幼嫩组织分配；赤霉素（GA）可延缓叶片衰老（可能通过抑制ETH合成）。（2）基因调控：衰老相关基因（SAGs）约占基因组的10%，包括：①水解酶基因（如CP1编码半胱氨酸蛋白酶，RNS1编码核酸酶），降解大分子物质（蛋白质、核酸）；②抗氧化相关基因（如SOD、CAT），但衰老后期其表达下降，导致活性氧（ROS）积累；③转录因子基因（如WRKY53、NAC家族），调控SAGs的表达（WRKY53在拟南芥中作为正调控因子，激活下游水解酶基因）。（3）活性氧代谢：衰老过程中，叶绿体（光系统Ⅱ电子泄漏）和线粒体（呼吸链电子传递异常）产生的ROS（如O₂⁻、H₂O₂）增加，超过抗氧化系统（SOD、APX、谷胱甘肽）的清除能力，导致膜脂过氧化（MDA积累）、蛋白质氧化（羰基化）和DNA损伤，进一步激活SAGs表达，形成正反馈。（4）营养再分配：衰老器官（如叶片）中的营养物质（N、P、K、Mg）通过韧皮部运输至库器官（如种子、块茎），依赖于水解酶（如蛋白酶将蛋白质分解为氨基酸）和运输蛋白（如氨基酸转运体AAPs）的活性。农业应用：①延缓衰老：通过喷施CTK（如6-BA）或ETH抑制剂（如1-MCP）延长叶片功能期（如水稻灌浆期喷6-BA提高结实率）；选育抗衰老品种（如转SAG12-IPT基因番茄，CTK在衰老组织中特异性合成）；②促进衰老：收获前喷施乙烯利（如棉花催熟），促进叶片脱落（如柑橘采前脱叶），便于机械收获；控制贮藏条件（低O₂、高CO₂抑制ETH合成）延缓果蔬衰老（如苹果气调贮藏）。四、实验设计题（30分）设计一个实验方案，验证某未知植物生长物质（提取自植物组织）是否为油菜素内酯（BR），要求包含实验材料、主要步骤、检测指标及预期结果分析。实验材料：拟南芥野生型（Col-0）、BR合成突变体（如det2，BR合成缺陷，表现为矮化、暗下下胚轴缩短、光形态建成）、BR不敏感突变体（如bri1，受体缺陷，表型与det2类似）；未知样品（待测物质）、标准BR（如BL，油菜素内酯）、乙醇（溶剂）。主要步骤：1.样品处理：将未知物质用乙醇溶解，配制成0.1、1、10μmol·L⁻¹梯度溶液（设乙醇为空白对照）；标准BR同样梯度处理。2.生物测定（一）：暗下黄化幼苗反应。-拟南芥种子表面灭菌后，播种于含不同浓度待测液、标准BR及对照的MS培养基（无蔗糖），22℃暗培养5d。-测量下胚轴长度、子叶展开度（暗下野生型子叶闭合，BR处理可诱导子叶展开）。3.生物测定（二）：光下突变体恢复实验。-将det2和bri1突变体种子播种于含10μmol·L⁻¹待测液、标准BR及对照的MS培养基（含1%蔗糖），光周期16h光照/8h黑暗，培养2周。-观察株高、叶片形态（det2突变体在BR处理下恢复野生型表型，bri1突变体因受体缺陷无法恢复）。4.分子水平验证：-提取野生型拟南芥经10μmol·L⁻¹待测液处理6h的叶片RNA，qRT-PCR检测BR响应基因（如CPD，BR合成负调控基因；SAUR-AC1，BR诱导基因）的表达。-高效液相色谱-质谱联用（HPLC-MS）分析待测样品的保留时间和质谱碎片，与标准BR对照。检测指标：①形态指标：暗下黄化幼苗的下胚轴长度（BR抑制伸长）、子叶展开率；光下突变体的株高、叶片夹角（BR促进叶片平展）。②基因表达：CPD表达下调（反馈抑制BR合成），SAUR-AC1表达上调（BR诱导）。③化学分析：