2025年植物生理考試練習(xí)題及答案一、名詞解釋（每題4分，共20分）1.水分臨界期：植物在生命周期中對水分虧缺最敏感、最易受水分脅迫影響導(dǎo)致產(chǎn)量或品質(zhì)嚴(yán)重下降的特定發(fā)育階段，通常發(fā)生在生殖器官形成與發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，如禾本科植物的孕穗期和灌漿期。2.光呼吸：植物在光照條件下，由Rubisco催化RuBP與O?結(jié)合提供磷酸乙醇酸，經(jīng)葉綠體、過氧化物酶體和線粒體協(xié)同作用，最終釋放CO?并消耗ATP與NADPH的過程。該過程與光合作用競爭底物，降低光合效率，但在高光強(qiáng)下可保護(hù)光合機(jī)構(gòu)免受氧化損傷。3.源-庫單位：植物體內(nèi)在同化物運(yùn)輸與分配中具有功能聯(lián)系的源器官（如成熟葉片）與庫器官（如果實(shí)、種子）及其連接的輸導(dǎo)組織的集合體。同一植株中不同源-庫單位間存在相對獨(dú)立性，但在資源競爭時(shí)會通過激素信號和同化物濃度梯度調(diào)整分配優(yōu)先級。4.交叉適應(yīng)：植物在經(jīng)歷一種逆境（如干旱）鍛煉后，對其他逆境（如高溫、鹽漬）的抗性增強(qiáng)的現(xiàn)象。其機(jī)制涉及逆境信號（如ABA、H?O?）的交叉?zhèn)鬟f、保護(hù)蛋白（如LEA蛋白）的協(xié)同表達(dá)及膜系統(tǒng)穩(wěn)定性的共同維持。5.P/O比：氧化磷酸化過程中每消耗1mol氧原子所酯化的無機(jī)磷的物質(zhì)的量（即提供ATP的mol數(shù)）。線粒體中NADH的P/O比約為2.5，F(xiàn)ADH?約為1.5，反映呼吸鏈電子傳遞與ATP合成的偶聯(lián)效率。二、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述根系吸水的兩種主要?jiǎng)恿捌渥饔脵C(jī)制。根系吸水動力包括根壓和蒸騰拉力。根壓是由于根系主動吸收礦質(zhì)離子（如K?、NO??）導(dǎo)致根部細(xì)胞水勢降低，水分通過質(zhì)外體和共質(zhì)體途徑進(jìn)入導(dǎo)管，產(chǎn)生向上的靜水壓（通常0.1-0.2MPa）。根壓在夜間或空氣濕度高、蒸騰弱時(shí)起主要作用，表現(xiàn)為吐水或傷流。蒸騰拉力是葉片蒸騰作用引起葉肉細(xì)胞水勢降低，通過導(dǎo)管水勢梯度（可達(dá)-2MPa以上）產(chǎn)生的被動吸水動力，是植物吸水的主要驅(qū)動力，尤其在白天蒸騰旺盛時(shí)占主導(dǎo)地位。兩種動力共同作用，但蒸騰拉力通常遠(yuǎn)大于根壓。2.說明硝酸還原酶（NR）的特性及其活性調(diào)節(jié)方式。NR是誘導(dǎo)酶，其合成受硝酸鹽誘導(dǎo)，光照、碳水化合物可促進(jìn)其表達(dá)；催化硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，需NAD(P)H作為電子供體，輔基含鉬（Mo）?；钚哉{(diào)節(jié)包括：①轉(zhuǎn)錄水平：硝酸鹽通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)激活NR基因表達(dá)；②翻譯后修飾：磷酸化/去磷酸化調(diào)控，如Mg2?存在時(shí)，磷酸化的NR與14-3-3蛋白結(jié)合失活；③代謝物反饋抑制：還原產(chǎn)物（如NH??）抑制NR活性；④環(huán)境因子：光照通過提高光合產(chǎn)物（如蔗糖）和降低ABA水平增強(qiáng)NR活性，而干旱、鹽漬等逆境通過ABA抑制其活性。3.比較C3植物與C4植物在光合特性上的主要差異。①解剖結(jié)構(gòu)：C4植物具“花環(huán)狀”結(jié)構(gòu)（維管束鞘細(xì)胞含大而多的葉綠體，葉肉細(xì)胞排列緊密），C3植物無此結(jié)構(gòu)；②光合途徑：C4植物通過PEPC固定CO?提供C4酸（如草酰乙酸），運(yùn)輸至維管束鞘細(xì)胞釋放CO?供Calvin循環(huán)，C3植物直接由Rubisco固定CO?；③光合效率：C4植物CO?補(bǔ)償點(diǎn)（<10μL·L?1）低于C3植物（50-100μL·L?1），光呼吸弱（維管束鞘細(xì)胞高CO?濃度抑制Rubisco加氧反應(yīng)），光合速率（30-40μmol·m?2·s?1）高于C3植物（15-25μmol·m?2·s?1）；④光飽和點(diǎn)：C4植物（>1000μmol·m?2·s?1）高于C3植物（500-800μmol·m?2·s?1），更適應(yīng)強(qiáng)光；⑤水分利用效率：C4植物氣孔導(dǎo)度較低，蒸騰速率小，WUE（2-3g干重·kg?1H?O）高于C3植物（1-2g·kg?1）。4.簡述乙烯的“三重反應(yīng)”及其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的核心路徑。乙烯的三重反應(yīng)指暗中生長的黃化幼苗表現(xiàn)出的：①莖伸長生長抑制（矮化）；②莖增粗（橫向生長）；③頂端彎鉤加?。ㄆ仙L）。其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑為：乙烯與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的受體（如ETR1）結(jié)合，使受體失活（受體正常狀態(tài)為負(fù)調(diào)控因子），解除對下游CTR1（絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶）的抑制，CTR1失活后釋放EIN2（膜結(jié)合蛋白），EIN2的C端進(jìn)入細(xì)胞核，激活EIN3/EIL1轉(zhuǎn)錄因子，誘導(dǎo)乙烯響應(yīng)基因（如ERF家族）表達(dá)，最終調(diào)控細(xì)胞伸長、擴(kuò)張及彎鉤形成相關(guān)基因（如XET、擴(kuò)張蛋白基因）的表達(dá)。5.逆境條件下植物細(xì)胞中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的主要類型及作用。滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)包括：①無機(jī)離子（如K?、Cl?、Ca2?）：通過主動吸收或區(qū)域化（如液泡積累）降低細(xì)胞滲透勢，但高濃度可能毒害酶；②有機(jī)溶質(zhì)：小分子含氮化合物（脯氨酸、甘氨酸甜菜堿），可溶性糖（蔗糖、海藻糖），多元醇（甘露醇、山梨醇）。作用：①降低細(xì)胞滲透勢，維持細(xì)胞與外界的水勢差，促進(jìn)水分吸收或保持；②保護(hù)生物大分子（如酶、膜蛋白）的構(gòu)象穩(wěn)定，通過氫鍵或偶極作用替代水分子；③清除活性氧（如脯氨酸可淬滅羥自由基）；④作為碳氮源，在逆境解除后參與代謝恢復(fù)。三、論述題（每題15分，共30分）1.論述光質(zhì)對植物光合作用和生長發(fā)育的調(diào)控機(jī)制。光質(zhì)（不同波長的光）通過影響光合色素吸收、光系統(tǒng)活性及光受體（如光敏色素、隱花色素、向光素）介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)控植物光合作用與生長發(fā)育：（1）光合作用：①紅光（600-700nm）：被葉綠素a、b強(qiáng)烈吸收，驅(qū)動PSⅡ和PSⅠ的電子傳遞，促進(jìn)ATP和NADPH合成，是光合作用的主要有效光質(zhì)；②藍(lán)光（400-500nm）：被葉綠素和類胡蘿卜素吸收，尤其在高光強(qiáng)下可激活PSⅡ的修復(fù)機(jī)制（如D1蛋白合成），同時(shí)藍(lán)光通過隱花色素調(diào)控葉綠體的移動（弱光下分散吸收光，強(qiáng)光下聚集減少光損傷）；③遠(yuǎn)紅光（700-750nm）：主要被光敏色素Pr形式吸收，轉(zhuǎn)化為Pfr，調(diào)節(jié)葉綠體發(fā)育（如類囊體垛疊）；④綠光（500-600nm）：雖吸收效率低，但可穿透葉片深層，被下層葉肉細(xì)胞利用，補(bǔ)充紅光和藍(lán)光的不足。（2）生長發(fā)育：①紅光/遠(yuǎn)紅光比值（R/FR）：通過光敏色素調(diào)控光形態(tài)建成。高R/FR（自然光）促進(jìn)Pfr積累，誘導(dǎo)種子萌發(fā)（如萵苣）、抑制莖伸長（通過下調(diào)赤霉素合成基因）、促進(jìn)葉綠體發(fā)育；低R/FR（遮蔭條件）導(dǎo)致Pfr向Pr轉(zhuǎn)化，激活避蔭反應(yīng)（莖快速伸長、葉面積減小、節(jié)間延長），爭奪光照資源；②藍(lán)光：通過隱花色素抑制下胚軸伸長（擬南芥中CRY1/CRY2介導(dǎo)），促進(jìn)氣孔開放（藍(lán)光激活保衛(wèi)細(xì)胞中的H?-ATP酶，驅(qū)動K?內(nèi)流），調(diào)控生物鐘（CRY參與晝夜節(jié)律的輸入途徑）；③紫外光（UV-B，280-315nm）：誘導(dǎo)類黃酮、花青素等次生代謝物合成（保護(hù)DNA免受損傷），同時(shí)通過UVR8受體激活防御基因（如CHS基因），但高劑量UV-B會破壞類囊體膜結(jié)構(gòu)，抑制Rubisco活性。（3）協(xié)同效應(yīng)：不同光質(zhì)組合影響光合產(chǎn)物分配。例如，紅藍(lán)組合光（紅:藍(lán)=8:2）可提高番茄光合速率，促進(jìn)果實(shí)中糖和有機(jī)酸積累；而單一紅光可能導(dǎo)致葉片變薄（葉綠體發(fā)育不完全），藍(lán)光補(bǔ)充可增加葉肉細(xì)胞層數(shù)，提高光合能力。2.試述植物衰老的調(diào)控機(jī)制及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。植物衰老是受遺傳程序控制的主動過程，涉及激素平衡、基因表達(dá)、活性氧代謝及營養(yǎng)再分配，其調(diào)控機(jī)制包括：（1）激素調(diào)控：①促進(jìn)衰老的激素：乙烯（ETH）通過誘導(dǎo)ACC合成酶和ACC氧化酶基因表達(dá)，增加ETH合成，激活衰老相關(guān)基因（SAGs）如半胱氨酸蛋白酶基因；脫落酸（ABA）通過提高細(xì)胞膜透性，促進(jìn)水解酶釋放，同時(shí)抑制細(xì)胞分裂素（CTK）合成；②延緩衰老的激素：CTK通過抑制SAGs表達(dá)（如抑制蛋白酶和核酸酶活性），維持葉綠體結(jié)構(gòu)（促進(jìn)葉綠素合成相關(guān)基因表達(dá)），并通過細(xì)胞分裂素響應(yīng)因子（CRFs）調(diào)控營養(yǎng)向幼嫩組織分配；赤霉素（GA）可延緩葉片衰老（可能通過抑制ETH合成）。（2）基因調(diào)控：衰老相關(guān)基因（SAGs）約占基因組的10%，包括：①水解酶基因（如CP1編碼半胱氨酸蛋白酶，RNS1編碼核酸酶），降解大分子物質(zhì)（蛋白質(zhì)、核酸）；②抗氧化相關(guān)基因（如SOD、CAT），但衰老后期其表達(dá)下降，導(dǎo)致活性氧（ROS）積累；③轉(zhuǎn)錄因子基因（如WRKY53、NAC家族），調(diào)控SAGs的表達(dá)（WRKY53在擬南芥中作為正調(diào)控因子，激活下游水解酶基因）。（3）活性氧代謝：衰老過程中，葉綠體（光系統(tǒng)Ⅱ電子泄漏）和線粒體（呼吸鏈電子傳遞異常）產(chǎn)生的ROS（如O??、H?O?）增加，超過抗氧化系統(tǒng)（SOD、APX、谷胱甘肽）的清除能力，導(dǎo)致膜脂過氧化（MDA積累）、蛋白質(zhì)氧化（羰基化）和DNA損傷，進(jìn)一步激活SAGs表達(dá)，形成正反饋。（4）營養(yǎng)再分配：衰老器官（如葉片）中的營養(yǎng)物質(zhì)（N、P、K、Mg）通過韌皮部運(yùn)輸至庫器官（如種子、塊莖），依賴于水解酶（如蛋白酶將蛋白質(zhì)分解為氨基酸）和運(yùn)輸?shù)鞍祝ㄈ绨被徂D(zhuǎn)運(yùn)體AAPs）的活性。農(nóng)業(yè)應(yīng)用：①延緩衰老：通過噴施CTK（如6-BA）或ETH抑制劑（如1-MCP）延長葉片功能期（如水稻灌漿期噴6-BA提高結(jié)實(shí)率）；選育抗衰老品種（如轉(zhuǎn)SAG12-IPT基因番茄，CTK在衰老組織中特異性合成）；②促進(jìn)衰老：收獲前噴施乙烯利（如棉花催熟），促進(jìn)葉片脫落（如柑橘采前脫葉），便于機(jī)械收獲；控制貯藏條件（低O?、高CO?抑制ETH合成）延緩果蔬衰老（如蘋果氣調(diào)貯藏）。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題（30分）設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，驗(yàn)證某未知植物生長物質(zhì)（提取自植物組織）是否為油菜素內(nèi)酯（BR），要求包含實(shí)驗(yàn)材料、主要步驟、檢測指標(biāo)及預(yù)期結(jié)果分析。實(shí)驗(yàn)材料：擬南芥野生型（Col-0）、BR合成突變體（如det2，BR合成缺陷，表現(xiàn)為矮化、暗下下胚軸縮短、光形態(tài)建成）、BR不敏感突變體（如bri1，受體缺陷，表型與det2類似）；未知樣品（待測物質(zhì)）、標(biāo)準(zhǔn)BR（如BL，油菜素內(nèi)酯）、乙醇（溶劑）。主要步驟：1.樣品處理：將未知物質(zhì)用乙醇溶解，配制成0.1、1、10μmol·L?1梯度溶液（設(shè)乙醇為空白對照）；標(biāo)準(zhǔn)BR同樣梯度處理。2.生物測定（一）：暗下黃化幼苗反應(yīng)。-擬南芥種子表面滅菌后，播種于含不同濃度待測液、標(biāo)準(zhǔn)BR及對照的MS培養(yǎng)基（無蔗糖），22℃暗培養(yǎng)5d。-測量下胚軸長度、子葉展開度（暗下野生型子葉閉合，BR處理可誘導(dǎo)子葉展開）。3.生物測定（二）：光下突變體恢復(fù)實(shí)驗(yàn)。-將det2和bri1突變體種子播種于含10μmol·L?1待測液、標(biāo)準(zhǔn)BR及對照的MS培養(yǎng)基（含1%蔗糖），光周期16h光照/8h黑暗，培養(yǎng)2周。-觀察株高、葉片形態(tài)（det2突變體在BR處理下恢復(fù)野生型表型，bri1突變體因受體缺陷無法恢復(fù)）。4.分子水平驗(yàn)證：-提取野生型擬南芥經(jīng)10μmol·L?1待測液處理6h的葉片RNA，qRT-PCR檢測BR響應(yīng)基因（如CPD，BR合成負(fù)調(diào)控基因；SAUR-AC1，BR誘導(dǎo)基因）的表達(dá)。-高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（HPLC-MS）分析待測樣品的保留時(shí)間和質(zhì)譜碎片，與標(biāo)準(zhǔn)BR對照。檢測指標(biāo)：①形態(tài)指標(biāo)：暗下黃化幼苗的下胚軸長度（BR抑制伸長）、子葉展開率；光下突變體的株高、葉片夾角（BR促進(jìn)葉片平展）。②基因表達(dá)：CPD表達(dá)下調(diào)（反饋抑制BR合成），SAUR-AC1表達(dá)上調(diào)（BR誘導(dǎo)）。③化學(xué)分析：