中科院848植物生理學練習題2025年及答案一、名詞解釋（每題5分，共30分）1.水勢：每偏摩爾體積水的化學勢差。就是說，水溶液的化學勢（μw）與純水的化學勢（μw0）之差（Δμw），除以水的偏摩爾體積（Vw,m）所得的商，稱為水勢。水勢是推動水分移動的強度因素，水分總是從水勢高的區(qū)域向水勢低的區(qū)域移動。2.光合作用：綠色植物利用光能，將二氧化碳和水轉化為儲存著能量的有機物，并釋放出氧氣的過程。可分為光反應和暗反應兩個階段。光反應在類囊體膜上進行，利用光能將水分解，產(chǎn)生氧氣、ATP和NADPH；暗反應在葉綠體基質(zhì)中進行，利用光反應產(chǎn)生的ATP和NADPH將二氧化碳固定并還原成糖類等有機物。3.呼吸商：植物組織在一定時間內(nèi)，釋放二氧化碳的量與吸收氧氣的量的比值，簡稱RQ。呼吸商的大小與呼吸底物的性質(zhì)有關，例如，以糖類為呼吸底物時，呼吸商約為1；以脂肪或蛋白質(zhì)為呼吸底物時，呼吸商小于1；當呼吸底物為有機酸時，呼吸商大于1。4.植物激素：植物體內(nèi)產(chǎn)生的、能從產(chǎn)生部位運送到作用部位，對植物的生長發(fā)育有顯著影響的微量有機物。目前公認的植物激素有生長素、細胞分裂素、赤霉素、脫落酸和乙烯五大類。它們在植物的生長、發(fā)育、繁殖等過程中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用，且各種激素之間相互協(xié)調(diào)、相互制約，共同調(diào)節(jié)植物的生命活動。5.春化作用：低溫誘導植物開花的過程。一些植物必須經(jīng)過一定時間的低溫處理才能開花結實，如冬小麥、白菜等。春化作用的感受部位一般是莖尖生長點。春化作用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有重要意義，通過人工春化處理可以調(diào)節(jié)作物的生育期，避免因自然條件不適宜而影響開花結實。6.植物的抗性生理：植物對不良環(huán)境（如干旱、洪澇、高溫、低溫、鹽堿、病蟲害等）的抵抗和適應能力。植物在長期的進化過程中，形成了一系列的抗性機制，包括形態(tài)結構上的適應和生理生化上的變化。例如，在干旱條件下，植物會通過減少葉片面積、增加根系生長等方式減少水分散失，同時在生理上會積累一些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，如脯氨酸、甜菜堿等，以提高細胞的保水能力。二、簡答題（每題15分，共60分）1.簡述植物根系吸收水分的方式和動力。植物根系吸收水分的方式有兩種：主動吸水和被動吸水。主動吸水是由根系自身的生理活動引起的吸水過程，其動力是根壓。根壓是由于根系的生理活動使液流從根部上升的壓力。根系通過主動吸收土壤中的礦質(zhì)離子，使根部細胞的溶質(zhì)濃度升高，水勢降低，從而促使水分從土壤溶液通過質(zhì)外體和共質(zhì)體途徑進入根部導管，產(chǎn)生根壓。傷流和吐水現(xiàn)象是根壓存在的證據(jù)。傷流是指從受傷或折斷的植物組織傷口處溢出液體的現(xiàn)象；吐水是指未受傷的葉片尖端或邊緣向外溢出液滴的現(xiàn)象。被動吸水是由于地上部的蒸騰作用而引起的根系吸水過程，其動力是蒸騰拉力。蒸騰拉力是指因葉片蒸騰作用而產(chǎn)生的使導管中水分上升的力量。葉片蒸騰時，細胞間隙和氣孔下腔的水變成水蒸氣散失到大氣中，導致細胞間隙和氣孔下腔的水勢降低，從而使相鄰細胞的水分向細胞間隙擴散，依次類推，最終引起根部細胞從土壤中吸收水分。在植物的吸水過程中，被動吸水是主要的吸水方式，尤其是在蒸騰作用旺盛的情況下。2.簡述C3、C4和CAM植物光合作用的特點。C3植物：光合作用的碳同化途徑為卡爾文循環(huán)，最初的二氧化碳受體是核酮糖-1,5-二磷酸（RuBP），在RuBP羧化酶的催化下，二氧化碳與RuBP結合，提供兩分子的3-磷酸甘油酸（3-PGA）。C3植物的光呼吸較強，因為RuBP羧化酶也具有加氧酶的活性，在光照和氧氣濃度較高的情況下，會催化RuBP與氧氣結合，產(chǎn)生磷酸乙醇酸，進入光呼吸途徑，消耗能量和有機物。C3植物一般生長在溫帶地區(qū)，如小麥、水稻等。C4植物：具有C4途徑和卡爾文循環(huán)兩條碳同化途徑。C4植物的葉肉細胞中含有磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEP羧化酶），該酶對二氧化碳的親和力很高，能在較低的二氧化碳濃度下固定二氧化碳。二氧化碳首先在葉肉細胞中被PEP羧化酶催化，與磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）結合，提供草酰乙酸，然后轉化為蘋果酸或天冬氨酸等C4酸。C4酸被運輸?shù)骄S管束鞘細胞中，釋放出二氧化碳，再進入卡爾文循環(huán)進行同化。C4植物的光呼吸很弱，因為維管束鞘細胞中二氧化碳濃度較高，抑制了RuBP羧化酶的加氧活性。C4植物一般生長在熱帶和亞熱帶地區(qū)，如玉米、甘蔗等。CAM植物：具有景天酸代謝途徑，其特點是在夜間氣孔開放，吸收二氧化碳，在PEP羧化酶的催化下，將二氧化碳固定為草酰乙酸，然后轉化為蘋果酸并儲存于液泡中；白天氣孔關閉，液泡中的蘋果酸運至細胞質(zhì)中，脫羧釋放出二氧化碳，進入卡爾文循環(huán)進行同化。CAM植物通過這種方式適應干旱環(huán)境，減少水分散失。CAM植物主要生長在干旱和半干旱地區(qū)，如仙人掌、蘆薈等。3.簡述植物激素在植物生長發(fā)育中的相互作用。植物激素在植物生長發(fā)育過程中不是孤立地起作用，而是相互協(xié)調(diào)、相互制約，共同調(diào)節(jié)植物的生命活動。生長素和細胞分裂素：生長素促進細胞伸長，細胞分裂素促進細胞分裂。兩者在植物的生長和分化過程中具有協(xié)同作用。例如，在組織培養(yǎng)中，生長素和細胞分裂素的比例會影響愈傷組織的分化方向。當生長素/細胞分裂素的比值高時，有利于根的分化；當比值低時，有利于芽的分化；當兩者比值適中時，愈傷組織保持生長而不分化。生長素和乙烯：生長素可以促進乙烯的合成，乙烯則會抑制生長素的運輸和作用。高濃度的生長素會誘導乙烯的產(chǎn)生，乙烯會抑制生長素的極性運輸，從而影響植物的生長。例如，在植物的根生長過程中，高濃度的生長素會誘導乙烯合成增加，乙烯抑制根的伸長，使根生長受到抑制。赤霉素和脫落酸：赤霉素促進植物生長，打破種子休眠，促進種子萌發(fā)；脫落酸則抑制植物生長，促進種子休眠。兩者在種子的休眠和萌發(fā)過程中具有拮抗作用。在適宜的環(huán)境條件下，赤霉素含量增加，促進種子萌發(fā)；在不良環(huán)境條件下，脫落酸含量增加，使種子進入休眠狀態(tài)。細胞分裂素和脫落酸：細胞分裂素延緩植物衰老，脫落酸促進植物衰老。細胞分裂素可以抑制葉綠素、蛋白質(zhì)等的降解，保持細胞的活力；脫落酸則促進這些物質(zhì)的降解，加速植物器官的衰老和脫落。4.簡述植物對鹽脅迫的適應機制。植物對鹽脅迫的適應機制主要包括以下幾個方面：滲透調(diào)節(jié)：植物在鹽脅迫下會積累一些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，如脯氨酸、甜菜堿、可溶性糖等。這些物質(zhì)可以降低細胞的水勢，使細胞能夠從外界高鹽環(huán)境中吸收水分，維持細胞的膨壓和正常的生理功能。例如，脯氨酸具有很強的親水性，能夠保護細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)和酶免受鹽離子的傷害。離子區(qū)域化：植物可以將吸收的過多鹽離子區(qū)域化到液泡中，降低細胞質(zhì)中鹽離子的濃度，避免鹽離子對細胞內(nèi)的生物大分子造成傷害。液泡膜上存在一些離子轉運蛋白，如Na+/H+反向轉運體等，可以將細胞質(zhì)中的Na+轉運到液泡中儲存起來。改變膜的組成和特性：在鹽脅迫下，植物細胞膜的組成會發(fā)生變化，如增加不飽和脂肪酸的含量，提高膜的流動性和穩(wěn)定性，減少膜對鹽離子的通透性，降低鹽離子進入細胞的速率?？寡趸烙到y(tǒng)：鹽脅迫會導致植物體內(nèi)產(chǎn)生大量的活性氧，如超氧陰離子、過氧化氫等，這些活性氧會對細胞造成氧化損傷。植物通過激活抗氧化防御系統(tǒng)來清除活性氧，保護細胞免受氧化損傷?？寡趸烙到y(tǒng)包括抗氧化酶（如超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶等）和非酶抗氧化物質(zhì)（如維生素C、維生素E、谷胱甘肽等）。形態(tài)結構適應：一些鹽生植物在形態(tài)結構上也具有適應鹽脅迫的特征。例如，有些植物的葉片肉質(zhì)化，能夠儲存大量的水分，稀釋細胞內(nèi)的鹽離子濃度；有些植物的根系發(fā)達，能夠增加對水分和養(yǎng)分的吸收能力，同時減少對鹽離子的吸收。三、論述題（每題30分，共60分）1.論述植物光合作用與呼吸作用的關系及在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用。植物光合作用和呼吸作用是兩個相互對立又相互依存的生理過程。從物質(zhì)代謝方面來看，光合作用是將二氧化碳和水合成有機物并釋放氧氣的過程，其產(chǎn)物是呼吸作用的底物；呼吸作用是將有機物氧化分解為二氧化碳和水的過程，其產(chǎn)生的二氧化碳和水又可以作為光合作用的原料。例如，光合作用產(chǎn)生的葡萄糖等有機物，在呼吸作用中被氧化分解，為植物的生命活動提供能量。從能量代謝方面來看，光合作用是將光能轉化為化學能并儲存于有機物中的過程；呼吸作用是將有機物中儲存的化學能釋放出來，供植物生命活動利用的過程。光合作用為呼吸作用提供了能量的來源，呼吸作用為光合作用提供了能量和中間產(chǎn)物。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，合理調(diào)控光合作用和呼吸作用對于提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要意義。提高光合作用效率：通過合理密植，增加單位面積上的光合面積，充分利用光能；合理施肥，提供充足的礦質(zhì)元素，如氮、磷、鉀等，促進葉綠素的合成和光合作用的進行；改善光照條件，如采用人工補光、調(diào)整種植方向等措施，提高光能利用率；控制二氧化碳濃度，在溫室中可以通過增施二氧化碳氣肥等方式，提高光合作用速率。降低呼吸作用消耗：在儲存糧食和果蔬時，降低溫度、降低氧氣濃度、增加二氧化碳濃度等措施可以抑制呼吸作用，減少有機物的消耗，延長儲存時間。在作物生長后期，適當控制水分和氮肥的供應，避免植株徒長，降低呼吸作用強度，有利于光合產(chǎn)物的積累。例如，在水稻灌漿期，適當曬田可以降低根系的呼吸作用，促進光合產(chǎn)物向籽粒運輸。2.論述植物生長發(fā)育的調(diào)控機制。植物生長發(fā)育的調(diào)控機制是一個復雜的網(wǎng)絡，涉及基因表達調(diào)控、植物激素調(diào)節(jié)、環(huán)境信號響應等多個方面?；虮磉_調(diào)控：植物的生長發(fā)育是由一系列基因的有序表達所控制的。在植物的不同生長階段和不同組織器官中，特定的基因會被激活或抑制，從而調(diào)控植物的形態(tài)建成和生理過程。例如，在植物的開花過程中，一些開花相關基因（如成花素基因）的表達會受到光周期、溫度等環(huán)境因素的影響，從而調(diào)控植物從營養(yǎng)生長向生殖生長的轉變。基因表達調(diào)控還包括轉錄水平、轉錄后水平、翻譯水平和翻譯后水平的調(diào)控。轉錄因子可以結合到基因的啟動子區(qū)域，調(diào)控基因的轉錄活性；mRNA的加工、運輸和穩(wěn)定性也會影響基因的表達；蛋白質(zhì)的修飾和降解則會影響其功能和活性。植物激素調(diào)節(jié)：植物激素在植物生長發(fā)育的各個階段都發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用。生長素促進細胞伸長和分化，影響植物的向光性、向重力性等生長特性；細胞分裂素促進細胞分裂和分化，調(diào)節(jié)植物的頂端優(yōu)勢和側芽生長；赤霉素促進莖的伸長、種子萌發(fā)和開花；脫落酸抑制植物生長，促進種子休眠和植物對逆境的適應；乙烯促進果實成熟和器官脫落。植物激素之間相互協(xié)調(diào)、相互制約，形成復雜的調(diào)控網(wǎng)絡。例如，在植物的生長過程中，生長素和細胞分裂素的比例會影響植物的生長和分化方向。環(huán)境信號響應：植物能夠感知外界環(huán)境信號，如光、溫度、水分、重力等，并通過一系列的信號轉導途徑將這些信號傳遞到細胞內(nèi)，調(diào)節(jié)基因表達和生理過程。光信號對植物的生長發(fā)育具有重要影響，植物通過光受體（如光敏色素、隱花色素等）感知光的強度、光質(zhì)和光周期，調(diào)節(jié)植物的種子萌發(fā)、幼苗形態(tài)建成、開花等過程。溫度信號也會影響植物的生長發(fā)育，