植物生理學(xué)練習(xí)題及實(shí)驗(yàn)操作指導(dǎo)引言植物生理學(xué)作為生命科學(xué)的重要分支，旨在探究植物生命活動(dòng)的規(guī)律與機(jī)制，從分子、細(xì)胞、組織、器官到整體水平揭示植物的生長(zhǎng)發(fā)育、物質(zhì)代謝、能量轉(zhuǎn)換及信息傳遞等過(guò)程。掌握植物生理學(xué)的基本理論、實(shí)驗(yàn)技能與科學(xué)思維方法，對(duì)于深入理解植物與環(huán)境的相互關(guān)系、推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)保護(hù)及植物資源可持續(xù)利用具有重要意義。本材料匯編了植物生理學(xué)核心知識(shí)點(diǎn)的練習(xí)題與關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)操作指導(dǎo)，以期為學(xué)習(xí)者提供系統(tǒng)性的輔助，強(qiáng)化理論認(rèn)知，提升實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力與分析解決問(wèn)題的能力。第一部分練習(xí)題第一章植物細(xì)胞生理與水分生理一、名詞解釋1.水勢(shì)：衡量水分在植物體內(nèi)移動(dòng)趨勢(shì)的物理量，是水分具有的能夠用于做功的能量。2.滲透作用：水分通過(guò)半透膜從水勢(shì)較高的區(qū)域向水勢(shì)較低的區(qū)域擴(kuò)散的現(xiàn)象。3.質(zhì)壁分離與復(fù)原：植物細(xì)胞在高滲溶液中，原生質(zhì)體因失水而收縮與細(xì)胞壁分離的現(xiàn)象稱為質(zhì)壁分離；若將已發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞置于低滲溶液中，原生質(zhì)體又會(huì)因吸水而恢復(fù)原狀，稱為質(zhì)壁分離復(fù)原。4.吸脹作用：親水膠體（如蛋白質(zhì)、淀粉、纖維素等）吸水膨脹的現(xiàn)象，是無(wú)液泡植物細(xì)胞吸水的主要方式。二、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述植物細(xì)胞吸水的主要方式及其各自的特點(diǎn)與發(fā)生條件。2.試述氣孔運(yùn)動(dòng)的機(jī)理（至少闡述兩種主要學(xué)說(shuō)），并分析影響氣孔運(yùn)動(dòng)的環(huán)境因素。3.植物根系吸水的動(dòng)力是什么？簡(jiǎn)述其產(chǎn)生過(guò)程及影響因素。三、論述題1.詳細(xì)論述水分在植物體內(nèi)運(yùn)輸?shù)耐緩?、?dòng)力及其調(diào)控機(jī)制，并分析水分運(yùn)輸對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要性。2.結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，論述如何根據(jù)植物的水分生理特性進(jìn)行合理灌溉，以提高作物產(chǎn)量和水分利用效率。第二章植物礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)一、名詞解釋1.必需礦質(zhì)元素：植物生長(zhǎng)發(fā)育必不可少的元素，缺乏時(shí)會(huì)導(dǎo)致植物生長(zhǎng)發(fā)育受阻，且其作用不能被其他元素替代。2.主動(dòng)吸收：植物細(xì)胞利用代謝能量逆濃度梯度吸收礦質(zhì)元素的過(guò)程。3.單鹽毒害與離子拮抗：將植物培養(yǎng)在單一鹽溶液中，即使該鹽為植物必需元素，植物仍會(huì)表現(xiàn)出毒害現(xiàn)象，稱為單鹽毒害；在發(fā)生單鹽毒害的溶液中，加入少量其他不同價(jià)態(tài)的金屬離子，可減輕或消除毒害作用，這種現(xiàn)象稱為離子拮抗。二、簡(jiǎn)答題1.確定植物必需礦質(zhì)元素的標(biāo)準(zhǔn)是什么？目前公認(rèn)的植物必需礦質(zhì)元素有哪些（至少列舉10種）？2.簡(jiǎn)述植物根系吸收礦質(zhì)元素的過(guò)程及其影響因素。3.什么是植物的缺素癥？簡(jiǎn)述幾種主要大量元素（如N、P、K、Ca、Mg）缺乏時(shí)的典型癥狀。三、論述題1.論述礦質(zhì)元素在植物光合作用、呼吸作用及生長(zhǎng)發(fā)育等生理過(guò)程中的生理功能（選擇3-4種重要元素進(jìn)行詳細(xì)闡述）。2.結(jié)合植物礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)理論，談?wù)勅绾魏侠硎┓室詼p少環(huán)境污染并提高肥料利用率。第三章植物光合作用一、名詞解釋1.光合作用：綠色植物利用光能，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為有機(jī)物質(zhì)，并釋放氧氣的過(guò)程。2.光反應(yīng)與暗反應(yīng)：光合作用中，需要光才能進(jìn)行的、發(fā)生在類囊體膜上的光化學(xué)反應(yīng)稱為光反應(yīng)；不需要光（但需要光反應(yīng)提供的ATP和NADPH）、發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中的碳同化過(guò)程稱為暗反應(yīng)。3.光合磷酸化：在光合作用過(guò)程中，利用光能驅(qū)動(dòng)ADP與Pi合成ATP的過(guò)程。4.光補(bǔ)償點(diǎn)與光飽和點(diǎn)：光合作用吸收的二氧化碳量與呼吸作用釋放的二氧化碳量相等時(shí)的光照強(qiáng)度稱為光補(bǔ)償點(diǎn)；當(dāng)光照強(qiáng)度增加到某一數(shù)值后，光合速率不再隨光照強(qiáng)度的增加而提高，此時(shí)的光照強(qiáng)度稱為光飽和點(diǎn)。二、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述葉綠體的結(jié)構(gòu)與功能，及其與光合作用的關(guān)系。2.什么是光合作用的光反應(yīng)中心？簡(jiǎn)述其主要組成和功能。3.卡爾文循環(huán)（C3途徑）可分為哪幾個(gè)主要階段？各階段的主要生理意義是什么？三、論述題1.詳細(xì)論述影響植物光合作用的內(nèi)外因素，并討論在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中如何通過(guò)調(diào)控這些因素來(lái)提高作物的光合產(chǎn)量。2.比較C3植物、C4植物和CAM植物在光合碳同化機(jī)制上的異同，并分析其生態(tài)適應(yīng)性。第四章植物呼吸作用一、名詞解釋1.有氧呼吸：植物細(xì)胞在有氧條件下，將有機(jī)物質(zhì)徹底氧化分解，產(chǎn)生二氧化碳和水，并釋放大量能量的過(guò)程。2.無(wú)氧呼吸：植物細(xì)胞在無(wú)氧條件下，將有機(jī)物質(zhì)分解為不徹底的氧化產(chǎn)物，并釋放少量能量的過(guò)程。3.呼吸鏈：位于線粒體內(nèi)膜上，由一系列電子傳遞體按一定順序排列組成的，能將電子從NADH或FADH2傳遞給氧的電子傳遞系統(tǒng)。二、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述糖酵解的主要過(guò)程及其生理意義。2.比較有氧呼吸和無(wú)氧呼吸的異同點(diǎn)。3.簡(jiǎn)述影響植物呼吸作用的主要環(huán)境因素及其調(diào)控措施。三、論述題1.論述植物呼吸作用與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系（如種子貯藏、果蔬保鮮、作物栽培等方面）。2.為什么說(shuō)呼吸作用是植物代謝的中心？第五章植物激素與生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)一、名詞解釋1.植物激素：植物體內(nèi)合成的、能從產(chǎn)生部位運(yùn)輸?shù)阶饔貌课?、?duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育有顯著調(diào)節(jié)作用的微量有機(jī)物質(zhì)。2.生長(zhǎng)素的極性運(yùn)輸：生長(zhǎng)素只能從植物形態(tài)學(xué)的上端向形態(tài)學(xué)的下端運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)象。3.三重反應(yīng)：乙烯對(duì)黃化豌豆幼苗產(chǎn)生的抑制莖的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)、促進(jìn)莖或根的橫向增粗以及使莖失去負(fù)向地性而橫向生長(zhǎng)的現(xiàn)象。二、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述生長(zhǎng)素、赤霉素、細(xì)胞分裂素、脫落酸和乙烯的主要生理作用。2.簡(jiǎn)述生長(zhǎng)素促進(jìn)細(xì)胞伸長(zhǎng)的酸生長(zhǎng)理論。3.植物激素在植物種子萌發(fā)、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)、開(kāi)花結(jié)實(shí)和衰老脫落等過(guò)程中如何發(fā)揮調(diào)控作用？三、論述題1.論述植物激素間的相互作用（協(xié)同、拮抗等）及其在植物生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控中的意義。2.舉例說(shuō)明植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用及其可能存在的問(wèn)題。第六章植物逆境生理一、名詞解釋1.逆境：對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育不利的各種環(huán)境因素的總稱，如干旱、鹽堿、低溫、高溫、病蟲(chóng)害等。2.滲透調(diào)節(jié)：植物在逆境條件下，通過(guò)主動(dòng)積累某些溶質(zhì)，降低細(xì)胞滲透勢(shì)，從而維持細(xì)胞吸水能力，保護(hù)原生質(zhì)體的過(guò)程。3.植物抗逆性：植物對(duì)逆境的適應(yīng)和抵抗能力。二、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述植物在干旱脅迫下的主要生理生化變化。2.植物如何感知和傳遞逆境信號(hào)？3.簡(jiǎn)述植物體內(nèi)主要的抗氧化保護(hù)系統(tǒng)及其功能。三、論述題1.論述植物在低溫脅迫（包括冷害和凍害）下的傷害機(jī)理及適應(yīng)機(jī)制。2.結(jié)合所學(xué)知識(shí)，談?wù)勅绾翁岣咦魑锏目鼓嫘砸詰?yīng)對(duì)氣候變化帶來(lái)的挑戰(zhàn)。第二部分實(shí)驗(yàn)操作指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)一植物組織水勢(shì)的測(cè)定（小液流法）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握小液流法測(cè)定植物組織水勢(shì)的原理和方法。2.理解植物組織水勢(shì)與植物水分狀況的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)植物組織與一系列已知濃度的溶液接觸時(shí)，如果植物組織的水勢(shì)低于溶液的水勢(shì)，組織吸水，使溶液濃度升高；反之，組織失水，使溶液濃度降低；若二者水勢(shì)相等，則溶液濃度保持不變。將與植物組織達(dá)到水分平衡的溶液滴入其原來(lái)濃度的溶液中，根據(jù)液滴的浮沉情況可判斷溶液濃度的變化，從而確定與植物組織水勢(shì)相當(dāng)?shù)娜芤簼舛?，再根?jù)公式計(jì)算出植物組織的水勢(shì)。三、實(shí)驗(yàn)材料與用具1.材料：新鮮植物葉片（如菠菜、小麥葉等）。2.用具：試管、小燒杯、移液管、毛細(xì)吸管、刀片、鑷子、培養(yǎng)皿、記號(hào)筆、直尺、恒溫箱（或室溫放置）。3.試劑：系列濃度的蔗糖溶液（如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6mol/L等）、甲烯藍(lán)粉末。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.系列蔗糖溶液的配制與標(biāo)記：取6支試管，分別編號(hào)，用移液管依次加入上述不同濃度的蔗糖溶液各約10毫升。2.植物組織樣品的制備：取新鮮葉片，用刀片切成大小相近的小塊（避開(kāi)主脈），每組濃度重復(fù)3次。3.實(shí)驗(yàn)組的建立：向每個(gè)盛有蔗糖溶液的試管中放入等量的葉片小塊（約5-10片），并加入少許甲烯藍(lán)粉末，使其溶液呈淺藍(lán)色。4.平衡：輕輕搖動(dòng)試管，使甲烯藍(lán)均勻分散。將試管置于室溫下靜置約30-60分鐘，期間可輕輕搖動(dòng)幾次。5.觀察與判斷：用毛細(xì)吸管從各試管中依次吸取少量藍(lán)色溶液（注意勿攪動(dòng)葉片），小心地將吸管尖端插入對(duì)應(yīng)濃度（未加葉片）的蔗糖溶液中部，緩慢放出一小滴藍(lán)色液流，觀察藍(lán)色液滴的移動(dòng)方向。*若藍(lán)色液滴向上浮，表明原試管中溶液濃度升高，植物組織吸水，組織水勢(shì)低于該溶液水勢(shì)。*若藍(lán)色液滴向下沉，表明原試管中溶液濃度降低，植物組織失水，組織水勢(shì)高于該溶液水勢(shì)。*若藍(lán)色液滴基本不動(dòng)，則表明植物組織與該溶液水勢(shì)相等，該溶液的水勢(shì)即為植物組織的水勢(shì)。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與記錄記錄不同濃度蔗糖溶液中藍(lán)色液滴的移動(dòng)方向，找出與植物組織水勢(shì)相等的蔗糖溶液濃度。根據(jù)公式計(jì)算水勢(shì)：ψw=-iCRT其中：ψw為水勢(shì)（單位：MPa）；i為解離系數(shù)（蔗糖為非電解質(zhì)，i=1）；C為蔗糖溶液濃度（mol/L）；R為氣體常數(shù)（0.____MPa·L/(mol·K)）；T為絕對(duì)溫度（T=273+t℃）。六、實(shí)驗(yàn)討論與思考題1.影響本實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性的因素有哪些？如何控制？2.如果沒(méi)有找到液滴完全不動(dòng)的濃度，如何處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)？3.不同植物或同一植物不同部位、不同生長(zhǎng)時(shí)期的組織水勢(shì)是否相同？為什么？七、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1.毛細(xì)吸管每換一種溶液必須清洗干凈，或?qū)Ｓ靡恢А?.甲烯藍(lán)粉末加入量不宜過(guò)多，以免影響觀察。3.吸取藍(lán)色溶液時(shí)，應(yīng)從試管中同一位置吸取，以保證濃度的代表性。實(shí)驗(yàn)二植物光合速率的測(cè)定（改良半葉法）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握改良半葉法測(cè)定植物光合速率的原理和操作技術(shù)。2.理解光合速率的表示方法及影響因素。二、實(shí)驗(yàn)原理植物葉片的主脈兩側(cè)對(duì)稱部分的結(jié)構(gòu)和生理功能基本一致。將葉片一側(cè)半葉遮光或取下置于暗處，另一側(cè)半葉留在光下進(jìn)行光合作用。一段時(shí)間后，比較兩側(cè)半葉單位面積的干重差異，后者減去前者的干重增量即為該段時(shí)間內(nèi)光合作用的積累量（扣除呼吸消耗），據(jù)此可計(jì)算光合速率。本方法簡(jiǎn)便易行，不需要復(fù)雜儀器，適合田間測(cè)定。三、實(shí)驗(yàn)材料與用具1.材料：生長(zhǎng)健壯、葉齡一致的植物葉片（如棉花、玉米、大豆等）。2.用具：剪刀、打孔器、鑷子、稱量皿、烘箱、電子天平（感量0.0001g）、不透光的軟木片或錫紙、標(biāo)簽、鉛筆、夾子。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.選擇葉片與標(biāo)記：在同一植株上選擇生長(zhǎng)健壯、葉齡相似的葉片若干片。用鉛筆在葉片主脈兩側(cè)對(duì)稱地劃上標(biāo)記（或用打孔器預(yù)先打好小圓片位置標(biāo)記，但不打下）。2.暗處理與取樣（初始干重測(cè)定）：*對(duì)于需測(cè)定初始干重的處理：在葉片一側(cè)（如左側(cè)）半葉，用打孔器打下一定數(shù)量的小圓片（如10-20個(gè)），立即放入稱量皿中，標(biāo)記為“初始樣品”。*或采用另一種方法：將葉片一側(cè)半葉用不透光的軟木片或錫紙嚴(yán)密遮光（注意不要損傷葉片和葉柄），使其不能進(jìn)行光合作用，僅進(jìn)行呼吸作用。3.光下照射：將植株置于光下（自然光或人工光源）照射一定時(shí)間（如1-2小時(shí)）。4.取樣（光合后干重測(cè)定）：*若采用初始小圓片法：在光照結(jié)束后，在葉片另一側(cè)（右側(cè)，光下部分）對(duì)稱位置打下相同數(shù)量的小圓片，標(biāo)記為“光合樣品”。*若采用半葉遮光法：光照結(jié)束后，迅速剪下遮光半葉和受光半葉，分別在對(duì)稱位置打下相同數(shù)量的小圓片，分別標(biāo)記為“暗處理樣品”和“光處理樣品”。5.烘干與稱重：將所取的各組小圓片樣品分別放入烘箱中，先在105℃下殺青15分鐘，然后在80℃左右烘干至恒重。取出后放入干燥器中冷卻，用電子天平分別稱重。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與記錄1.計(jì)算初始干重（W1）：初始樣品小圓片總干重/小圓片數(shù)=平均每片初始干重（mg/片）。2.計(jì)算光合后干重（W2）：光合樣品（或光處理樣品）小圓片總干重/小圓片數(shù)=平均每片光合后干重（mg/片）。3.計(jì)算干重增量（ΔW）：ΔW=W2-W1（若采用半葉遮光法，則ΔW=光處理樣品平均干重-暗處理樣品平均干重）。4.計(jì)算光合速率：光合速率（mgCO2·dm-2·h-1）=（ΔW×1.5）/（S×t）其中：1.5為將干物質(zhì)（假設(shè)為葡萄糖）換算為CO2的系數(shù)（葡萄糖分子量180，6CO2分子量264，264/180=1.33，此處取1.5為近似值，或根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算）；S為測(cè)定小圓片的總面積（dm2）；t為光照時(shí)間（h）。六、實(shí)驗(yàn)討論與思考題1.改良半葉法測(cè)定的光合速率是凈光合速率還是總光合速率？為什么？2.葉片殺青的目的是什么？3.如何提高本實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性？七、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1.選擇的葉片應(yīng)盡量平整，避免主脈過(guò)粗或葉片過(guò)于卷曲。2.打孔時(shí)應(yīng)避開(kāi)主脈，且各組小圓片的大小和數(shù)量應(yīng)一致。3.遮光必須嚴(yán)密，防止漏光。4.烘干至恒重是實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確的關(guān)鍵之一。實(shí)驗(yàn)三植物呼吸速率的測(cè)定（小籃子法）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握小籃子法測(cè)定植物呼吸速率的原理和方法。2.了解植物材料呼吸強(qiáng)度的差異。二、實(shí)驗(yàn)原理植物進(jìn)行呼吸作用時(shí)吸收氧氣，釋放二氧化碳。用堿液（如氫氧化鋇或氫氧化鈉）吸收植物呼吸釋放的二氧化碳，然后用已知濃度的酸滴定剩余的堿，根據(jù)酸的消耗量可計(jì)算出呼吸過(guò)程中釋放的二氧化碳量，進(jìn)而計(jì)算呼吸速率。反應(yīng)式如下：