2025年植物生理代谢试题及答案

2025年植物生理代谢试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下关于叶绿体类囊体膜功能的描述，错误的是：A.光系统Ⅰ（PSI）主要分布于基质类囊体B.光系统Ⅱ（PSⅡ）主要分布于基粒类囊体堆叠区C.ATP合酶复合体集中于基质类囊体非堆叠区D.细胞色素b6/f复合体仅存在于基粒类囊体答案：D2.C4植物维管束鞘细胞（BSC）的代谢特征不包括：A.含有无基粒的叶绿体B.进行卡尔文循环固定CO₂C.苹果酸脱羧产生的CO₂浓度显著高于C3植物叶肉细胞D.光呼吸速率与C3植物叶肉细胞相当答案：D3.植物线粒体呼吸链中，可同时传递电子和质子的复合体是：A.复合体Ⅰ（NADH脱氢酶）B.复合体Ⅱ（琥珀酸脱氢酶）C.复合体Ⅲ（细胞色素bc1复合体）D.复合体Ⅳ（细胞色素c氧化酶）答案：C4.硝酸还原酶（NR）催化NO₃⁻还原为NO₂⁻的过程中，电子供体主要是：A.NADPHB.FADH₂C.NADHD.铁氧还蛋白（Fd）答案：C5.植物体内赤霉素（GA）促进茎伸长的关键作用机制是：A.抑制DELLA蛋白降解B.激活DELLA蛋白介导的基因表达C.促进DELLA蛋白泛素化降解D.直接激活微管聚合相关基因答案：C6.逆境条件下，植物体内积累的脯氨酸主要来源于：A.谷氨酸的还原途径B.鸟氨酸的转氨基作用C.精氨酸的水解D.天冬氨酸的脱羧反应答案：A7.以下关于植物次生代谢物分类的描述，正确的是：A.类黄酮属于萜类化合物B.生物碱含有氮杂环结构C.木质素是苯丙烷类代谢的终产物D.芥子油苷属于酚类化合物答案：B8.光周期调控开花的关键分子是：A.CO（CONSTANS）蛋白B.FT（FLOWERINGLOCUST）蛋白C.LFY（LEAFY）蛋白D.AP1（APETALA1）蛋白答案：B9.植物细胞中，液泡膜上的V-ATPase主要功能是：A.利用ATP水解产生的能量将H⁺泵入液泡B.利用H⁺梯度驱动K⁺、Na⁺等离子的跨膜运输C.参与细胞内pH稳态维持D.以上均正确答案：D10.以下关于植物光呼吸的描述，错误的是：A.光呼吸的底物是乙醇酸B.光呼吸消耗O₂并释放CO₂C.光呼吸在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中完成D.光呼吸能完全抵消光合作用的碳固定答案：D二、填空题（每空1分，共20分）1.光系统Ⅱ（PSⅡ）的核心色素是______，其反应中心吸收峰为______nm。答案：P680；6802.卡尔文循环中，CO₂的受体是______，催化该反应的关键酶是______。答案：核酮糖-1,5-二磷酸（RuBP）；核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）3.植物细胞无氧呼吸的主要终产物是______或______，其意义在于维持______的再生。答案：乙醇；乳酸；NAD⁺4.矿质元素在植物体内的长距离运输主要通过______进行，其中磷的运输形式主要是______。答案：木质部；正磷酸盐（H₂PO₄⁻或HPO₄²⁻）5.植物体内生长素（IAA）的极性运输依赖于______蛋白家族，其运输方向是从______向______。答案：PIN；形态学上端；形态学下端6.次生代谢物合成的三大途径是______、______和______。答案：莽草酸途径；甲羟戊酸途径（或2-C-甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸途径）；丙二酸途径7.植物感受蓝光的光受体主要是______，其生色团为______。答案：隐花色素；黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）三、简答题（每题8分，共40分）1.比较C3植物与C4植物在光合特性上的主要差异。答案：C3植物与C4植物的光合特性差异主要体现在：（1）CO₂固定途径：C3植物仅通过卡尔文循环固定CO₂，而C4植物先通过C4途径（PEP羧化酶固定CO₂提供草酰乙酸），再将CO₂传递至维管束鞘细胞的卡尔文循环；（2）Rubisco活性环境：C4植物维管束鞘细胞中CO₂浓度高（约20倍于C3叶肉细胞），抑制光呼吸；C3植物叶肉细胞CO₂浓度低，光呼吸强；（3）光合最适温度：C4植物（30-47℃）高于C3植物（15-30℃）；（4）CO₂补偿点：C4植物（5-10μL/L）远低于C3植物（50-100μL/L）；（5）水分利用效率：C4植物因气孔导度较低且光合效率高，水分利用效率约为C3植物的2-3倍。2.论述逆境（如干旱）条件下植物呼吸代谢的适应性变化。答案：干旱逆境下，植物呼吸代谢通过以下方式适应：（1）呼吸速率变化：初期因应激反应呼吸速率上升，后期因脱水导致酶活性下降，呼吸速率降低；（2）呼吸途径调整：EMP-TCA途径受抑制，磷酸戊糖途径（PPP）比例增加（PPP产生的NADPH用于抗氧化防御，中间产物为次生代谢提供原料）；（3）交替氧化途径（AOX）激活：电子传递绕过复合体Ⅲ和Ⅳ，减少活性氧（ROS）积累；（4）线粒体结构保护：通过积累脯氨酸、可溶性糖等渗透调节物质维持线粒体膜稳定性；（5）关键酶调控：如己糖激酶、丙酮酸激酶活性下降，而6-磷酸葡萄糖脱氢酶（PPP关键酶）活性上升，促进NADPH提供。3.分析矿质元素缺乏（如缺镁、缺铁）导致植物叶片黄化的机制差异。答案：缺镁与缺铁均导致叶片黄化，但机制不同：（1）缺镁：镁是叶绿素分子的中心金属离子（每个叶绿素分子含1个Mg²⁺），缺镁直接抑制叶绿素合成，导致叶片（尤其是老叶，因镁可再利用）叶脉间黄化；（2）缺铁：铁虽非叶绿素组成成分，但参与叶绿素合成的多个酶（如谷氨酸-1-半醛氨基转移酶、亚铁螯合酶）的辅基，缺铁导致叶绿素前体物质（如原卟啉Ⅸ）积累，叶绿素合成受阻；同时，铁是叶绿体类囊体膜上细胞色素、铁硫蛋白等电子传递体的组成成分，缺镁影响光合电子传递，进一步加剧黄化（黄化多发生于新叶，因铁在植物体内移动性差）。4.说明脱落酸（ABA）在气孔关闭过程中的信号转导途径。答案：ABA诱导气孔关闭的信号转导途径包括：（1）胞外感知：ABA与质膜受体PYR/PYL/RCAR结合，抑制蛋白磷酸酶PP2C活性；（2）激活蛋白激酶：PP2C抑制解除后，SnRK2（SNF1相关蛋白激酶2）被激活，磷酸化下游靶蛋白；（3）离子通道调控：SnRK2磷酸化质膜Ca²⁺通道（如CNGCs），促进胞外Ca²⁺内流，同时激活液泡膜Ca²⁺通道（如TPC1）释放胞内Ca²⁺，导致胞质Ca²⁺浓度升高；（4）抑制K⁺内流与促进K⁺外流：高Ca²⁺浓度抑制内向K⁺通道（K⁺in），激活外向K⁺通道（K⁺out）；同时，SnRK2磷酸化阴离子通道（如SLAC1、SLAH3），促进Cl⁻、苹果酸根外流；（5）渗透势变化：K⁺、Cl⁻等溶质外流导致保卫细胞渗透势升高，水分外流，细胞膨压下降，气孔关闭。5.解释次生代谢物在植物防御中的作用机制（举例说明）。答案：次生代谢物通过以下方式参与植物防御：（1）直接毒性：如生物碱（烟碱）可抑制昆虫乙酰胆碱受体，导致神经传导阻断；（2）抗消化作用：如单宁（酚类）与昆虫肠道蛋白结合，降低蛋白质消化率；（3）信号诱导：如茉莉酸（JA）作为信号分子，诱导防御基因表达（如蛋白酶抑制剂基因）；（4）吸引天敌：如挥发类萜（罗勒烯）可吸引植食性昆虫的寄生蜂；（5）物理屏障：如木质素沉积增强细胞壁硬度，阻碍病原菌侵入。例如，拟南芥被蚜虫取食时，会合成芥子油苷（硫代葡萄糖苷），其被黑芥子酶水解提供异硫氰酸酯，直接毒杀蚜虫；同时释放挥发性物质（如β-石竹烯）吸引蚜虫的天敌（如寄生蜂）。四、论述题（每题10分，共20分）1.从能量转化和物质代谢角度论述光合作用与呼吸作用的协同关系。答案：光合作用与呼吸作用是植物代谢的核心过程，二者在能量转化与物质代谢上高度协同：（1）能量转化的互补性：光合作用将光能转化为化学能（ATP、NADPH）并储存于有机物（如葡萄糖）中；呼吸作用则通过分解有机物，将化学能转化为ATP（供生命活动）和热能（部分散失）。光合作用的“储能”与呼吸作用的“放能”构成能量流动的闭环。（2）物质代谢的循环性：光合作用的产物（葡萄糖、O₂）是呼吸作用的原料（葡萄糖经糖酵解、TCA循环分解，O₂作为电子传递链的最终受体）；呼吸作用的产物（CO₂、H₂O）是光合作用的原料（CO₂经卡尔文循环固定，H₂O参与光解）。二者通过“C、H、O”元素循环连接，例如：光合作用产生的葡萄糖在呼吸作用中被分解为CO₂和H₂O，CO₂又返回叶绿体参与卡尔文循环。（3）关键中间产物的共享：光合作用卡尔文循环的中间产物（如甘油醛-3-磷酸）可进入胞质参与蔗糖合成，也可进入线粒体参与呼吸作用的糖酵解；呼吸作用PPP途径产生的赤藓糖-4-磷酸是莽草酸途径的原料，用于合成芳香族氨基酸（如苯丙氨酸），而苯丙氨酸是类黄酮等光合保护物质的前体。（4）环境适应的协同调控：在光下，叶绿体产生的ATP和NADPH优先用于卡尔文循环，但当CO₂供应不足时（如气孔关闭），叶绿体通过“光呼吸”将部分甘油酸转移至线粒体，经呼吸作用提供ATP，维持代谢平衡；在暗处，植物依赖呼吸作用分解储存的淀粉（由光合作用产生）提供能量，同时呼吸作用产生的CO₂可被叶绿体（若有光照）重新固定，减少碳损失。2.结合分子机制与代谢调控，分析光质（红光/蓝光）对植物碳氮代谢的影响。答案：光质通过光受体介导的信号转导，调控碳氮代谢相关基因表达与酶活性，具体表现为：（1）红光（600-700nm）的影响：①光受体：主要通过光敏色素（Phy）感知，Phy红光下转化为激活态（Pfr），进入细胞核与PIF（光敏色素相互作用因子）结合，促进其泛素化降解，解除转录抑制；②碳代谢：诱导Rubisco小亚基（rbcS）、景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶（SBPase）等光合关键酶基因表达，提高卡尔文循环效率；同时促进淀粉合成相关酶（如ADPG焦磷酸化酶）活性，增加碳储存；③氮代谢：激活硝酸还原酶（NR）和谷氨酰胺合成酶（GS）基因表达（如拟南芥中PhyB通过调控HY5转录因子促进NIA1/NIA2表达），促进NO₃⁻还原与氨同化，协调碳氮比（C/N）。（2）蓝光（400-500nm）的影响：①光受体：主要通过隐花色素（Cry）和向光素（Phot）感知，Cry蓝光下发生光还原，通过抑制COP1（组成型光形态建成1）泛素连接酶活性，稳定光形态建成相关转录因子（如HY5）；②碳代谢：促进气孔开放（Phot激活质膜H⁺-ATPase，驱动K⁺内流），增加CO₂供应；同时诱导叶绿体发育相关基因（如Lhcb）表达，提高光能捕获效率；③氮代谢：蓝光通过Cry调控根中AMT（铵转运蛋白）和NRT（硝酸盐转运蛋白）的表达（如拟南芥NRT2.1表达受Cry1正调控），促进氮吸收；此外，蓝光增强PPP途径关键酶（如6-磷酸