植物生理学试题及答案解析

植物生理学试题及答案解析一、单项选择题（每题2分，共20分）1.植物细胞水势（Ψw）的主要组成中，成熟植物细胞可忽略的是（）。A.渗透势（Ψs）B.压力势（Ψp）C.衬质势（Ψm）D.重力势（Ψg）2.植物根系吸收矿质元素时，与H+泵协同转运的NO3-跨膜运输方式属于（）。A.简单扩散B.协助扩散C.初级主动运输D.次级主动运输3.光反应中，水光解产生的电子最终传递给（）。A.细胞色素b6f复合体B.NADP+C.质体醌（PQ）D.铁氧还蛋白（Fd）4.植物呼吸作用中，PPP途径的主要生理意义是（）。A.产生大量ATPB.提供还原力NADHC.提供戊糖和多种中间产物D.直接氧化葡萄糖5.生长素极性运输的主要方向是（）。A.从形态学上端到下端B.从形态学下端到上端C.横向运输D.无固定方向6.光周期诱导开花的关键感受部位是（）。A.茎尖分生组织B.叶片C.根尖D.花原基7.春化作用中，植物感受低温的主要部位是（）。A.种子胚B.茎尖分生组织C.叶片D.根系8.抗氰呼吸的电子传递链中，电子绕过的复合体是（）。A.复合体ⅠB.复合体ⅡC.复合体ⅢD.复合体Ⅳ9.干旱条件下，植物体内含量显著增加的激素是（）。A.生长素（IAA）B.赤霉素（GA）C.脱落酸（ABA）D.细胞分裂素（CTK）10.韧皮部筛管中运输的主要有机物质是（）。A.葡萄糖B.果糖C.蔗糖D.淀粉二、填空题（每空1分，共20分）1.植物细胞水势由渗透势、压力势和______组成，其中______在成熟细胞中可忽略不计。2.光合电子传递链中，PSⅡ的作用中心色素是______，PSⅠ的作用中心色素是______。3.呼吸作用中，糖酵解（EMP）的终产物是______，其进入线粒体后通过______循环彻底氧化。4.生长素的合成前体是______，赤霉素的生物合成前体是______。5.光周期现象中，短日植物（SDP）开花需要暗期长度______（长于/短于）临界暗期；长日植物（LDP）开花需要光期长度______（长于/短于）临界光期。6.植物缺磷时，叶片常出现暗绿色或紫红色，原因是______运输受阻，导致______积累。7.逆境条件下，植物体内______（氨基酸）的积累可通过渗透调节维持细胞膨压；______（激素）则通过诱导抗氧化酶基因表达提高抗逆性。8.韧皮部装载的两种主要途径是______（通过胞间连丝）和______（通过质外体空间）。9.光敏色素有两种可逆转换形式：______（红光吸收型）和______（远红光吸收型），其中______是生理激活型。三、简答题（每题8分，共40分）1.简述气孔运动的离子泵学说与苹果酸代谢学说的核心机制。2.比较C3、C4、CAM植物在光合特性上的主要差异。3.分析植物缺氮时叶片黄化且老叶先表现的生理原因。4.阐述生长素的“酸生长理论”及其对细胞伸长的调控作用。5.说明光周期诱导开花的分子机制（以拟南芥为例）。四、论述题（每题10分，共20分）1.从水分吸收、运输到蒸腾的全过程，论述植物如何维持体内水分平衡。2.结合光合碳同化与呼吸消耗的关系，分析提高作物产量的生理途径。答案及解析一、单项选择题1.答案：C解析：衬质势（Ψm）是细胞内亲水物质（如蛋白质、淀粉）对水分的吸附力引起的水势降低。成熟植物细胞的液泡较大，亲水物质比例低，Ψm趋近于0，可忽略；渗透势（Ψs）和压力势（Ψp）是主要组成。2.答案：D解析：次级主动运输依赖初级主动运输（如H+-ATP酶泵出H+）建立的跨膜质子梯度，通过共转运体（如H+-NO3-同向转运体）间接利用ATP能量。NO3-的吸收与H+梯度偶联，属于次级主动运输。3.答案：B解析：光反应中，水光解产生的电子经PSⅡ→PQ→细胞色素b6f复合体→PC→PSⅠ→Fd，最终传递给NADP+，提供NADPH。4.答案：C解析：PPP途径（磷酸戊糖途径）的主要功能是产生NADPH（还原力）、核糖-5-磷酸（核酸合成原料）和赤藓糖-4-磷酸（芳香族化合物前体），而非大量ATP（EMP和TCA是ATP主要来源）。5.答案：A解析：生长素的极性运输是指从形态学上端（如茎尖）向形态学下端（如茎基部）的单向运输，依赖细胞膜上的PIN蛋白（输出载体）和AUX1蛋白（输入载体）的极性分布。6.答案：B解析：光周期信号由叶片中的光受体（如光敏色素）感知，产提供花素（如FT蛋白），运输至茎尖分生组织诱导开花。7.答案：B解析：春化作用是低温诱导植物开花的过程，感受低温的部位是茎尖分生组织（如冬小麦的生长点），而非种子或叶片。8.答案：D解析：抗氰呼吸的电子传递链中，电子从泛醌（UQ）直接传递给交替氧化酶（AOX），绕过复合体Ⅲ和Ⅳ（尤其是复合体Ⅳ，即细胞色素氧化酶），因此对氰化物不敏感。9.答案：C解析：干旱条件下，植物通过根系合成ABA并运输至叶片，ABA可激活保卫细胞的Ca2+通道，促进K+和Cl-外流，降低保卫细胞渗透势，导致气孔关闭，减少水分蒸腾。10.答案：C解析：韧皮部筛管运输的主要有机物质是蔗糖（非还原性二糖），其化学性质稳定，运输效率高（溶解度大、渗透势低）。二、填空题1.衬质势；衬质势2.P680；P7003.丙酮酸；三羧酸（TCA）4.色氨酸；甲瓦龙酸（MVA）5.长于；长于6.糖类；花青苷7.脯氨酸；脱落酸（ABA）8.共质体途径；质外体途径9.Pr；Pfr；Pfr三、简答题1.答案要点：离子泵学说：光下保卫细胞的H+-ATP酶被激活，泵出H+建立跨膜质子梯度，驱动K+通过内向K+通道（K+in）进入保卫细胞，同时Cl-协同进入；K+和Cl-积累使保卫细胞渗透势降低，吸水膨胀，气孔开放。暗下H+-ATP酶失活，K+通过外向K+通道（K+out）外流，渗透势升高，保卫细胞失水，气孔关闭。苹果酸代谢学说：光下保卫细胞内的淀粉水解为PEP（磷酸烯醇式丙酮酸），在PEPC（PEP羧化酶）作用下固定CO2提供草酰乙酸，进一步还原为苹果酸；苹果酸解离为苹果酸根和H+，H+泵出后苹果酸根积累，降低渗透势，促进吸水。苹果酸可作为渗透物质补充K+的作用，尤其在K+供应不足时。2.答案要点：-C3植物：仅叶肉细胞含叶绿体，CO2固定由Rubisco催化（羧化/加氧双功能），光呼吸强（20%-30%光合产物被消耗），最适温度较低（20-25℃），如小麦、水稻。-C4植物：叶肉细胞（含PEPC）和维管束鞘细胞（含Rubisco）分工，CO2先由PEPC固定为C4酸（如草酰乙酸），运输至维管束鞘细胞释放CO2，提高Rubisco周围CO2浓度，抑制光呼吸（光呼吸仅为C3的2%-5%），最适温度较高（30-40℃），如玉米、甘蔗。-CAM植物：夜间气孔开放，PEPC固定CO2为C4酸（如苹果酸）储存于液泡；白天气孔关闭，C4酸脱羧释放CO2，由Rubisco固定（类似C3途径），适应干旱环境（如仙人掌、菠萝）。3.答案要点：-叶片黄化：氮是叶绿素（含N）和蛋白质（含N）的重要组成成分，缺氮时叶绿素合成受阻，叶片光合色素减少，呈现黄色。-老叶先表现：氮是可再利用元素（通过韧皮部运输），缺氮时老叶中的氮（如蛋白质分解产生的氨基酸）会优先运输至幼嫩组织（如顶端分生组织），导致老叶因氮缺乏而黄化，幼叶暂时保持绿色。4.答案要点：“酸生长理论”认为，生长素（IAA）通过以下步骤促进细胞伸长：①IAA与细胞膜上的受体（如TIR1/AFB）结合，激活信号通路；②激活细胞膜上的H+-ATP酶，将H+泵入细胞壁区域，使细胞壁酸化（pH降至4.5-5.5）；③酸性环境激活细胞壁中的扩展蛋白（expansins），破坏纤维素微纤丝与半纤维素之间的氢键，细胞壁松弛；④细胞在膨压作用下吸水伸长。此外，IAA还可诱导相关基因（如SAUR、GH3）表达，促进细胞壁成分（如果胶、纤维素）的合成，支持细胞持续伸长。5.答案要点（以拟南芥LDP为例）：①光周期感知：叶片中的光敏色素（phyB）在长日下吸收红光转化为Pfr，抑制CO（CONSTANS）基因的降解；②CO基因表达：长日条件下（光期>临界光期），CO在傍晚至夜间表达（受生物钟调控的CO启动子激活）；③FT蛋白合成与运输：CO蛋白作为转录因子，激活FT（FLOWERINGLOCUST）基因表达，FT蛋白从叶片筛管运输至茎尖分生组织；④成花诱导：FT与茎尖的FD蛋白结合，形成FT-FD复合体，激活成花基因（如AP1、LFY）表达，诱导花原基分化。四、论述题1.答案要点：植物通过“吸收-运输-蒸腾”的动态平衡维持水分稳定，具体过程如下：-水分吸收：主要通过根毛区（成熟区）的细胞。根毛增大吸收面积，通过两种途径进入根：①质外体途径（水分沿细胞壁、细胞间隙移动，至内皮层时被凯氏带阻断）；②共质体途径（通过胞间连丝进入细胞质，经内皮层细胞进入导管）。吸收动力包括根压（主动吸收，由离子积累引起的渗透势差驱动）和蒸腾拉力（被动吸收，占主导，由叶片蒸腾失水产生的负压力牵引）。-水分运输：导管（被子植物）或管胞（裸子植物）是主要运输通道。运输动力为蒸腾拉力，依赖内聚力学说（水分子间的内聚力和水分子与导管壁的附着力大于水柱张力，维持连续水柱）。-水分蒸腾：主要通过气孔（占90%以上），其次是角质蒸腾（幼嫩器官）。气孔通过保卫细胞的渗透调节开闭（如光下K+、苹果酸积累吸水开放，暗下或干旱时ABA诱导K+外流关闭）。蒸腾作用是水分运输的动力，同时降低叶片温度（蒸腾散热），但过度蒸腾会导致水分亏缺。-平衡调控：当土壤水分不足时，根系合成ABA运输至叶片，促进气孔关闭减少蒸腾；同时，根系通过增加水孔蛋白（AQP）表达提高吸水效率。当水分过多时，根压增大可能导致吐水，但长期积水会抑制根系呼吸，影响吸水。2.答案要点：作物产量=光合产物积累量-呼吸消耗量，提高产量需从“源”“库”“流”三方面优化：-增强光合碳同化（源）：①提高光能利用率：选择高光效品种（如C4植物或转PEPC基因的C3植物），合理密植（增加叶面积指数但避免相互遮阴）；②优化光合条件：增加CO2浓度（如温室补CO2）、适宜光强（避免光抑制）、适宜温度（25-30℃利于Rubisco活性）；③减少光呼吸：通过基因编辑降低Rubisco的加氧活性，或引入C4途径关键酶（如PEPC、PPDK）到C3作物中。-促进光合产物运输（流）：①维持韧皮部运输效率：保证蔗糖合成（源端）和卸出（库端）的酶活性（如蔗糖合酶、转化酶）；②调控激素水平：生长素（IAA）促进筛管分化，赤霉素（GA）加速物质运输，细胞分裂素（CTK）维持库的活性。-扩大光合产物储存（库）：①增加库容量：通过选育大穗、多粒品种（如水稻的大粒型突变体），或在关键期（如灌浆期）补充营养（如追施钾肥）促进籽粒发育；②协调源库关系：避免源不