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1、-植物生理学习题大全第1章植物的水分代谢-第 12 页第一章 植物的水分代谢一. 名词解释水分代谢(water metabolism)：植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程。自由水(free water)：距离胶粒较远而不被胶粒所束缚，可以自由流动的水分。束缚水(bound water)：靠近胶粒而被胶粒所束缚、不易自由流动的水分。扩散(diffusion)：水分通过磷脂双分子层的运输方式。集流(mass flow)：水分通过膜上的水孔蛋白的运输方式。水通道蛋白( water channel protein)：存在于生物膜上的一类具有选择性、高效转运水分功能的内在蛋白，亦称水孔蛋白。束缚能
2、(bound energy)：不能用于做功的能量。自由能(free energy)：在温度恒定的条件下可用于做功的能量。化学势( chemical potential)：每摩尔物质所具有的自由能。水势(water potential )：每偏摩尔体积水的化学势差。临界水势(critical water potential)：气孔开始关闭的水势。渗透势(osmotic potential)：由于溶液中溶质颗粒的存在而引起的水势降低值。压力势(pressure potential)：由于细胞壁压力的存在而增大的水势值。衬质势(matrix potential)：由于细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由
3、水的束缚而引起的水势降低值。重力势(gravitational potential)：由于重力的存在而使体系水势增加的数值。水的偏摩尔体积(partial molar volume)：在温度、压强及其他组分不变的条件下，在无限大的体系中加入1mol水时，对体系体积的增量。质壁分离(plasmolysis)：植物细胞由于液泡失水，使原生质体收缩与细胞壁分离的现象。质壁分离复原(deplasmolysis)：把正在质壁分离的细胞移到低渗溶液或水中时，质壁分离的原生质体恢复原状的现象。质外体(apoplast)：指植物的细胞壁、细胞间隙和木质部的导管和管胞等部分。质外体途径(apoplast pat
4、hway)：指水分和溶质分子沿着质外体运输的途径。共质体(symplast)：指通过胞间连丝连接的细胞质部分。共质体途径(symplast pathway)：水分和溶质分子通过胞间连丝从一个细胞移动到另一个细胞的过程。渗透作用(osmosis)：水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象。半透性膜(permeable membrane)：水分等小分子能自由通过，而蔗糖等大分子物质不能透过的膜。代谢性吸水(metabolic absorption of water)：利用细胞呼吸释放出的能量，使水分经过质膜进入细胞的过程。吸胀作用(imbibition)：亲水胶体吸水膨胀的现象。吸胀水
5、(water of imbibition)：细胞内亲水物质通过吸胀力而结合的水。径向运输(radial transport)：水分从土壤溶液中运输至木质部导管的过程。轴向运输(axial transport)：水分从木质部导管向上运输至植物顶部的过程。重力水(gravitational water)：在重力作用下通过土壤颗粒间的孔隙下降的水分。毛细管水(capillary water)：存在于土壤颗粒间毛细管内的水分。根压(root pressure)：靠根部水势梯度使水沿导管上升的动力。伤流(bleeding)：从受伤或折断的植物器官、组织伤口处溢出液体的现象。吐水(guttation)：从
6、未受伤的叶片尖端或边缘的水孔向外溢出液滴的现象。蒸腾拉力(transpirational pull)：由于蒸腾作用产生的一系列水势梯度使导管中水分上升的力量。内聚力(cohesive force)：相同分子之间有相互吸引的力量。内聚力学说(cohesion theory)：以水分具有较大的足以抵抗张力，保证由叶至根水柱不断来解释水分沿导管上升的原因的学说。小孔扩散律(small pore diffusion law)：指气孔通过多孔表面的扩散速率不与其面积成正比，而与小孔的周长成正比的规律。蒸腾作用(transpiration)：水分以气体状态通过植物体表面从体内散失到体外的现象。蒸腾速率(t
7、ranspiration rate)：又称蒸腾强度，指植物在单位时间内，单位叶面积通过蒸腾作用而散失的水分量。蒸腾比率(transpiration ratio,TR)：植物蒸腾作用丧失水分与光合作用同化CO2的物质的量(mol)的比值。水分利用效率(water use efficiency，WUE)：指植物蒸腾作用消耗单位重量水所制造的干物质量。蒸腾系数(transpiration coefficient)：植物制造1g干物质所需消耗的水分量(g)。水分平衡(water balance)：植物吸水量足以补偿蒸腾失水量的状态。水分临界期(critical period of water)：植物对
8、水分缺乏最敏感的时期，一般为花粉母细胞四分体形成期。永久萎蔫(permanent wilting)：萎蔫植物若在蒸腾速率降低以后仍不能恢复正常，这样的萎蔫就称永久萎蔫。永久萎蔫系数(permanent wilting coefficient)：指刚刚发生永久萎蔫时，土壤中残留的水分含量。永久萎蔫点(permanent wilting point)：土壤中含水量达到永久萎蔫系数时的水势。暂时萎蔫(temporary wilting)：萎蔫植株如果当蒸腾速率降低后，可以恢复正常，这样的萎蔫称为暂时萎蔫。生理性干旱(physiological drought)：盐土中栽培的作物，由于土壤溶液的水势低
9、，吸收水分较为困难，或者是原产热带的植物遇低于10的温度时出现的萎蔫。节水农业(economize water agriculture)：充分利用水资源、采取水利和农业措施提高水分利用率和生产效率，并创造出有利于农业可持续发展的生态环境的农业。调亏灌溉(regulated deficit irrigation )：在作物的非临界期较少灌水，处于干旱胁迫状态，减少蒸腾耗水和延缓营养生长，而把有限的水量集中供给作物的水分临界期满足生殖器官的形成和生长要求。二.缩写符号RH：空气相对湿度； RWC：相对含水量； TR：蒸腾比率； AQP：水孔蛋白；RDI：调亏灌溉 ； CRAI：控制性分根交替灌溉；
10、 WUE：水分利用效率SPAC：土壤-植物-大气连续体三.简答题1. 植物水分代谢包括哪些过程?植物从环境中不断地吸收水分，并通过茎导管运到叶片及其他器官，以满足正常的生命活动的需要。但是，植物又不可避免地要丢失大量水分到环境中去。具体而言，植物水分代谢可包括四个过程 水分的吸收；水分在植物体内的运输；水分在植物体内的利用；水分的排出。2. 水分子的理化性质与植物生理活动有何关系?水分子是一个极性分子，可与纤维素、蛋白质分子相结合。 水分子具有高比热，可在环境温度变化较大时，植物体温仍相当稳定。 水分子还有较高的汽化热，使植物在烈日照射下，通过蒸腾作用散失水分就可 降低体温，不易受高温危害。水
11、分子是植物体内很好的溶剂，可与含亲水基团的物质结合形成亲水胶体。 水还具有很大的表面张力，使水与细胞胶体物质产生吸附作用，并借毛细管力进行运动。3. 植物的含水量规律。不同植物的含水量有很大不同；如水生植物的含水量可达鲜重90%以上，而在干旱环境中生长的低等植物（地衣、藓类）则仅占6%左右。同种植物生长在不同环境中，含水率也有差异；生长在荫蔽、潮湿环境中的植物的含水量比生长在向阳、干燥的环境中的植物的含水量高。同一植株中，不同器官和不同组织的含水量差异较大；幼芽和绿叶中的含水量为60%-90%，而风干种子含水量为10%-14%。同一植物，年龄不同含水量也不同；幼龄时期的含水量大于老龄时期。4.
12、 植物体内水分的存在状态与代谢的关系如何?植物体中水分的存在状态与代谢关系极为密切，并且与抗性有关。植物体中水分的存在状态分为自由水和束缚水，一般来说，束缚水不参与植物的代谢反应，当植物某些细胞和器官束缚水含量较高时，其代谢活动非常微弱，但其抗性却明显增强，能渡过不良的逆境条件。而自由水参与植物体内的各种代谢反应，含量多少影响代谢强度，含量越高，代谢越旺盛。因此常以自由水/束缚水的比值作 为衡量植物代谢强弱和抗性的生理指标之一。5. 水分在植物生命活动中的作用。水分是植物细胞质的主要成分；水分是植物代谢过程中的反应物质；水分是植物对物质吸收和运输的溶剂；水分能保持植物固有形态；细胞分裂及伸长都
13、需要水分；可以通过水的理化特性来调节植物周围的大气湿度、温度等，对维持植物体温稳定也有重要作用。6. 水分是如何通过膜系统进出细胞的?单个水分子通过磷脂双分子层膜脂间隙扩散进出细胞；以集流方式通过质膜上水孔蛋白组成的水通道进出细胞。7. 植物细胞吸水有哪几种方式?未形成液泡的细胞，靠吸胀作用吸水；液泡形成之后，细胞主要靠渗透作用吸水；与渗透作用无关，而与代谢过程密切相关的代谢性吸水。8. 利用细胞质壁分离现象可以解决哪些问题?说明原生质层是半透膜；判断细胞死活，只有活细胞的原生质层是半透膜，才有质壁分离现象；测定细胞的渗透势；可以观察物质透过细胞膜的的难易程度，即表示膜透性的大小。9. 简述植
14、物根系吸收水分的方式与动力。根系吸收水分的方式有两种：主动吸水与被动吸水。主动吸水的动力为根压，消耗生物能；而被动吸水的动力为蒸腾拉力，不消耗生物能。10. 干燥的种子为什么会大量而快速的吸水？这是一种亲水胶体吸水膨胀的现象；干燥种子的细胞中，细胞壁的成分纤维素和原生质成分蛋白质等生物大分子都是亲水性的，而且都处于凝胶状态，它们对水分子的吸引力很强。11. 植物根系吸水的途径质外体途径：水分通过细胞壁、细胞间隙等没有细胞质的部分移动，阻力小，速率快；跨膜途径：水分从一个细胞移动到另一个细胞，要两次通过质膜，还要通过也液泡膜；共质体途径：水分从一个细胞的细胞质经过胞间连丝，移动到另一个细胞的细胞
15、质，形成一个细胞质的连续体，移动速率较慢。12. 内聚力学说的主要内容是什么?此学说又叫蒸腾-内聚力-张力学说，是解释水分在导管内连续不断上升的学说。其内容主要是水分子间有很大的内聚力，叶片蒸腾失水后，便从下部吸水，所以水柱一端总是受到拉力，水分子间的内聚力远远大于水柱因本身重力使水柱下降而产生的张力。同时，水分子与导管纤维素分子间还有很强的附着力，故导管或管胞中的水流可成为连续的水柱。13. 土壤温度过低或过高为什么对根系吸水不利?土壤温度过低时，水分本身黏性增大，扩散速率降低；细胞质黏性增大，水分不易透过细胞质；呼吸作用减弱，影响吸水；根系生长缓慢，阻碍吸水表面积增加。土壤温度过高时，加速
16、根的老化过程，使根木质化部位几乎达到尖端，吸收面积减少，吸收速率也下降；同时，温度过高使酶钝化，也影响根的主动吸水。14. 若施肥不当会产生“烧苗”现象，原因是什么?一般土壤溶液的水势都高于根细胞水势，根系顺利吸水。若施肥太多或过于集中，会造成土壤溶液水势低于根细胞水势，根系不但不能吸水还会丧失水分，故引起“烧苗”现象。15. 土壤通气不良造成根系吸水困难的原因是什么?根系环境内氧气缺乏，二氧化碳积累，呼吸作用受到抑制，影响根系吸水。长期在缺氧时，根进行无氧呼吸，产生并积累较多的乙醇，使根系中毒受伤。土壤处于还原状态，加之土壤微生物的活动，产生一些有毒物质，造成“黑根”或“烂根”。16. 试述
17、高等植物体内水分上运的动力及其产生原因。水分上运的动力有根压和蒸腾拉力。根压产生的原因：因根部细胞生理活动的需要，皮层细胞中的离子会不断的通过内皮层细胞进入中柱，中柱内细胞的离子浓度升高，渗透势降低，水势降低，便向内皮层吸收水分，这种靠根部水势梯度使水沿导管上升的动力称为根压。蒸腾拉力产生的原因：当植物进行蒸腾时，水便从气孔蒸腾到大气中，失水的细胞便向旁边水势较高的叶肉细胞吸水，如此传递，这样便产生了一个由低到高的水势梯度，使根系再向土壤 吸水。这种因蒸腾作用所产生的吸水力量，叫做蒸腾拉力。17.为什么根毛区的吸水能力最强？根冠、分生区和伸长区细胞质浓厚、输导组织不发达，对水分移动阻力大；根毛
18、区输导组织发达，对水分移动阻力小；根毛区有许多根毛，增大了吸收面积；根毛细胞壁外部由果胶质组成，黏性强，亲水性强，有利于与土壤颗粒黏着和吸水。18. 吐水和伤流为什么可以作为根系生理活动的指标？吐水和伤流都是由根压引起的，吐水量、伤流量及其成分，可以反映根系活动的强弱。19. 水稻为什么能长期生活在缺氧的水中？长期生活在水中的植物，其结构和生理功能上形成了一套适应机制。水稻根内具有较大的细胞间隙和气道，与茎叶的细胞间隙和气道相通，便于氧从茎叶中向下传递；同时，水稻根部有较强的乙醇酸氧化途径，放出氧气，用于呼吸。20. 影响植物根系吸水的土壤条件。土壤中的可用水分：土壤中的水分并不能都被植物利用
19、，植物只能利用土壤中的可用水分。土壤通气状况：土壤中空气不足，影响植物根系对水分的吸收。土壤温度：土壤温度过高或过低都会影响植物根系对水分的吸收。土壤溶液浓度：土壤溶液浓度低时，水势较高，植物根系才能吸水。21. 简述蒸腾作用的生理意义?是植物对水分吸收和运输的主要动力；促进植物对矿物质和有机物的吸收及其在植物体内的运输； 能够降低叶片的温度，以免灼伤。22. 水分从植物体内散失到外界的方式： 吐水、伤流，以液体状态散失到体外；蒸腾作用，以气体状态散失到体外。23. 蒸腾作用的部位：当植物幼小时，暴露在空气中的全部表面都能蒸腾；植物长大后，茎枝形成木栓，茎枝上的皮孔可以蒸腾；植物的蒸腾作用绝大
20、部分在叶片上进行，包括角质膜蒸腾和气孔蒸腾。24. 与表皮细胞相比，保卫细胞有什么特点?保卫细胞体积很小，并有特殊结构，有利于膨压迅速而显著的改变；而表皮细胞大，又无特别形状。保卫细胞胞壁中有径向排列的辐射状微纤束与内壁相连，便于对内壁施加作用。保卫细胞中有一整套细胞器，且数目多。保卫细胞叶绿体有明显的基粒构造，而表皮细胞无叶绿体。25. 气孔运动规律:双子叶植物的肾形保卫细胞的内壁厚而外壁薄，微纤丝从气孔呈扇形辐射排列；当保卫细胞吸水膨胀时，较薄的外壁易于伸长，向外扩展，但微纤丝难以伸长，于是将力量作用于内壁，把内壁拉过来，于是气孔张开。禾本科植物的哑铃形保卫细胞中间部分的胞壁厚，两头薄，微
21、纤丝径向排列；当保卫细胞吸水膨胀时。微纤丝限制两端胞壁纵向伸长，而改为横向膨大，这样就将两个保卫细胞的中部推开，于是气孔张开。26. 气孔开关机理假说有哪些? 并加以说明。K+积累学说：在光照下，保卫细胞质膜上具有ATP质子泵，分解光合磷酸化产生的ATP，并将H+分泌到保卫细胞外，使保卫细胞的pH升高；同时保卫细胞的质膜超极化，质膜内测的电势变得更负，驱动K+通过膜上的钾通道进入到细胞中。Cl-也伴随着K+进入，保持保卫细胞的电中性，保卫细胞中积累较多的K+和Cl-，水势降低，水分进入保卫细胞，气孔张开。苹果酸代谢学说：在光下保卫细胞内的二氧化碳被利用，pH值上升，从而活化 PEPC，剩余的二
22、氧化碳就转变成HCO3-，PEP与HCO3-作用形成草酰乙酸，然后，还原成苹果酸，苹果酸解离为H+和苹果酸根，在H+/K+泵驱使下，K+与H+交换，K+进入保卫细胞，Cl-也伴随进入，与苹果酸负离子一起平衡K+电性。同时苹果酸也可作为渗透调节物与K+、Cl-共同降低保卫细胞的水势，保卫细胞吸水，气孔打开。淀粉-糖变化学说：在光照下保卫细胞进行光合作用合成可溶性糖，另外 由于光合作用消耗二氧化碳，使保卫细胞pH值升高，淀粉磷酸化酶水解细胞中淀粉，形成可溶性糖，细胞水势下降。当保卫细胞水势低于周围的细胞水势时，保卫细胞便吸水，迫使气孔张开。27. 试述外部因素对气孔运动的影响。 二氧化碳：低浓度C
23、O2促进气孔打开，高浓度CO2能使气孔迅速关闭。光：一般情况下，光照使气孔打开，黑暗使气孔关闭；另外，光质对气孔运动的影响与对光合作用的影响相似，即蓝光和红光最有效。温度：气孔开度一般随温度上升而增大，30左右以上气孔开度最大。 但35以上高温会引起气孔开度减小，低温下气孔关闭。水分：水分影响植物细胞的水势，叶中水势下降时，气孔开度减小或关闭。风：微风有利气孔打开，大风可使气孔关闭。植物激素：细胞分裂素(CTK)促使气孔张开，脱落酸(ABA)促进气孔关闭。28. 蒸腾作用的强弱与哪些因素有关？为什么？(1) 内部因素：气孔和气孔下腔都直接影响蒸腾速率。气孔频度大且气孔大时，蒸腾较强；气孔下腔容
24、积大，蒸腾快。(2 )外部因素：光照；光照是影响蒸腾作用的最主要的外界条件，光照促使气孔张开，又能提高叶片温度，使内部阻力减小和叶内外蒸汽压差增大，加速蒸腾。空气相对湿度；当大气相对湿度大时，大气蒸汽压也增大，叶内外蒸汽压差就 变小，蒸腾变慢；反之，则加快。温度；气温增高时，叶内外蒸汽压差增大，蒸腾加快。风；微风可吹走气孔外的界面层，补充一些蒸汽压低的空气，外部扩散阻力减小，蒸腾加快。但大风引起气孔关闭，使蒸腾减弱。 土壤条件，凡是影响根系吸水的各种土壤条件，如土温、土壤通气状况、土壤溶液浓度等均可间接影响蒸腾作用。29. 为什么通过气孔蒸腾的水量可达到同等面积自由水面蒸发量的许多倍?因为气体
25、分子通过气孔扩散时，孔中央水蒸气分子彼此碰撞，扩散速率很慢；在孔边缘，水分子相互碰撞机会少，扩散速率快。而对于大孔，其边缘周长所占的 比例小，故水分子扩散速率与大孔的面积成正比。气孔很小，数目很多，边缘效 应显著，故蒸腾速率很大。30. 根据性质和作用方式，抗蒸腾剂可分为哪三类？各举例说明。代谢型抗蒸腾剂：如阿特拉津，可使气孔开度减小，苯汞乙酸可改变膜透性，使水分不易向外界扩散。薄膜型抗蒸腾剂：如硅酮，可在叶面形成单分子薄层，阻碍水分散失。反射型抗蒸腾剂：如高岭土，可反射光，降低叶温，从而减少蒸腾量。31. 水分从被植物吸收到蒸腾出体外，需要经过哪些途径？动力如何?经过的途径：水分自根毛根的皮
26、层根中柱根的导管茎的导管叶脉导管叶肉细胞叶细胞间隙与气孔下腔气孔大气。在导管中水分运输的动力是蒸腾拉力和根压，其中蒸腾拉力占主要地位。在活细胞间的水分运输主要为渗透作用。32. 禾谷类作物的水分临界期在什么时期？为什么?一个在孕穗期，即花粉母细胞四分体到花粉粒形成阶段。因为此阶段小穗正在分化，茎、叶、穗迅速发育，叶面积快速扩大，代谢较旺盛，耗水量最多，若 缺水，小穗发育不良，植株矮小，产量低。另一个是在开始灌浆到乳熟末期。此时主要进行光合产物的运输与分配，若 缺水，有机物运输受阻，造成灌浆困难，功能叶早衰，籽粒瘦小，产量低。33. 合理灌溉增产的原因是什么?干旱时，灌溉可使植株保持旺盛的生长和
27、光合作用。减 缓“午休”现象。促使茎叶输导组织发达，提高同化物运输速率，改善光合产物的分配利用。 改变栽培环境：如早稻秧田在寒潮来临前深灌，起保暖防寒作用；晚稻在寒露风来临前灌深水，有防风保暖作用；盐碱地灌水，有洗盐和压制盐分上升的作用；施肥后灌水，有溶肥作用。34. 谈谈维持植物水分平衡的途径和措施。增加供水是维持水分平衡的主要途径，其措施有兴修水利，保证灌溉。减少蒸腾，如移栽植物时，搭棚遮阴，或减去一部分枝叶以减少蒸腾等；而任何减少蒸腾的办法都会降低植物的光合性能，进而影响植物的生长和产量。35. 调亏灌溉(RDI)有什么优点？RDI是在作物的非临界期减少灌水，使其处于干旱胁迫状态，减少蒸
28、腾耗水和延缓营养生长，而把有限的水量集中供给作物的水分临界期，满足作物生殖器官形成和生长的要求。RDI技术可显著提高水分利用效率而不降低或可增加产量。36. 近年来兴起的灌溉技术。喷灌：利用喷灌设备将水喷到作物的上空成雾状，再降落到作物或土壤中。滴灌：在地下或土表装上管道网络，让水定时定量地流到作物根系附件。调亏灌溉：在作物的非临界期减少灌水，使其处于干旱胁迫状态，减少蒸腾耗水和延缓营养生长，而把有限的水量集中供给作物的水分临界期，满足作物生殖器官形成和生长的要求。控制性分根交替灌溉：一方面使部分根系处于土壤干燥的区域，作物受到干旱胁迫，气孔开度减少，降低蒸腾耗水量；另一方面，使部分根系处于灌
29、水的区域中，作物从土壤中吸收水分，满足正常的生理活动需要。干旱和湿润交替胁迫后，作物次生根大量增加，根系吸水吸肥能力增加，水分利用效率明显提高。37. 节水农业工程对我国的农业生产有什么意义？ 我国是世界上贫水国之一，加上有限的水资源分布不均匀，西北、华北地区极度缺水，限制农业的发展。节水农业工程能用较少的水源得到较大的收益，提高水分利用效率，无疑给我国的农业生产带来新的突破。38. 在栽培作物时，如何才能做到合理灌溉？在生产实践中，我们应该尽可能地维持作物的水分平衡。水分平衡是指植物吸水量足补偿蒸腾失水量的状态。水分平衡破坏时，常发生萎蔫现象，农业上用灌溉来保证作物是水分供应。在栽培作物时，应该客观地根据植物外部性征来灌溉。可以通过叶片水势，细胞液浓度，渗透势和气孔开度来辨别是否需水。使用节水灌溉的方法，节水灌溉有几种方法，喷灌，滴灌，调亏灌溉和控制性分根交替灌溉。