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(3)降压吸水这里是指因Ψp的降低而引发的细胞吸水。
如蒸腾旺盛时,木质部导管和叶肉细胞(特别是萎蔫组织)的细胞壁都因失水而收缩,使压力势下降,从而引起细胞水势下降而吸水。
失水过多时,还会使细胞壁向内凹陷而产生负压,这时Ψp<0,细胞水势更低,吸水力更强。
4.温度为什么会影响根系吸水?
温度尤其是土壤温度与根系吸水关系很大。
过高过低对根系吸水均不利。
(1)低温使根系吸水下降的原因:
①水分在低温下粘度增加,扩散速率降低,同时由于细胞原生质粘度增加,水分扩散阻力加大;
②根呼吸速率下降,影响根压产生,主动吸水减弱;
③根系生长缓慢,不发达,有碍吸水面积扩大。
(2)高温使根系吸水下降的原因:
①土温过高会提高根的木质化程度,加速根的老化进程;
②使根细胞中的各种酶蛋白变性失活。
土温对根系吸水的影响还与植物原产地和生长发育的状况有关。
一般喜温植物和生长旺盛的植物的根系吸水易受低温影响,特别是骤然降温,例如在夏天烈日下用冷水浇灌,对根系吸水很不利。
5.植物气孔蒸腾是如何受光、温度、CO2浓度调节的?
气孔蒸腾显著受光、温度和CO2等因素的调节。
(1)光光是气孔运动的主要调节因素。
光促进气孔开启的效应有两种,一种是通过光合作用发生的间接效应;
另一种是通过光受体感受光信号而发生的直接效应。
光对蒸腾作用的影响首先是引起气孔的开放,减少内部阻力,从而增强蒸腾作用。
其次,光可以提高大气与叶子温度,增加叶内外蒸气压差,加快蒸腾速率。
(2)温度气孔运动是与酶促反应有关的生理过程,因而温度对蒸腾速率影响很大。
当大气温度升高时,叶温比气温高出2~10℃,因而,气孔下腔蒸气压的增加大于空气蒸气压的增加,这样叶内外蒸气压差加大,蒸腾加强。
当气温过高时,叶片过度失水,气孔就会关闭,从而使蒸腾减弱。
3)CO2低浓度CO2促进气孔张开,高浓度CO2能使气孔迅速关闭(无论光下或暗中都是如此)。
在高浓度CO2下,气孔关闭可能的原因是:
①高浓度CO2会使质膜透性增加,导致K+泄漏,消除质膜内外的溶质势梯度,②CO2使细胞内酸化,影响跨膜质子浓度差的建立。
因此CO2浓度高时,会抑制气孔蒸腾。
6.高大树木导管中的水柱为何可以连续不中断?
蒸腾作用产生的强大拉力把导管中的水往上拉,而导管中的水柱可以克服重力的影响而不中断,这通常可用蒸腾流-内聚力-张力学说,也称“内聚力学说”来解释,即水分子的内聚力大于张力,从而能保证水分在植物体内的向上运输。
水分子的内聚力很大,可达几十MPa。
植物叶片蒸腾失水后,便向导管吸水,而水本身有重量,受到向下的重力影响,这样,一个上拉的力量和一个下拖的力量共同作用于导管水柱上就会产生张力,其张力可达-3.0MPa,但由于水分子内聚力远大于水柱张力,同时,水分子与导管或管胞壁的纤维素分子间还有附着力,因而维持了输导组织中水柱的连续性,使得水分不断上升。
7.适当降低蒸腾的途径有哪些?
(1)减少蒸腾面积如移栽植物时,可去掉一些枝叶,减少蒸腾失水。
(2)降低蒸腾速率如在移栽植物时避开促进蒸腾的高温、强光、低湿、大风等外界条件,增加植株周围的湿度,或复盖塑料薄膜等都能降低蒸腾速率。
(3)使用抗蒸腾剂,降低蒸腾失水量。
8.合理灌溉为何可以增产和改善农产品品质?
作物要获得高产优质,就必须生长发育良好,而合理灌溉能在水分供应上满足作物的生理需水和生态需水,促使植物生长发育良好,使光合面积增大,叶片寿命延长,光合效率提高,根系活力增强,促进肥料的吸收和运转,并能促进光合产物向经济器官运送与转化,使产量和品质都得以提高。
9.植物进行正常生命活动需要哪些矿质元素?
根据什么标准来确定?
答:
植物进行正常生命活动必需的矿质(含氮)元素有15种,它们是氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、铜、硼、锌、锰、钼、氯、钠和镍。
根据国际植物营养学会的规定,植物必需元素有三条标准:
第一,由于缺乏该元素,植物生长受阻,不能完成其生活史;
第二,除去该元素,表现为专一的病症,这种缺素病症可用加入该元素的方法预防或恢复正常;
第三,该元素在植物营养生理上能表现直接的效果,而不是由于土壤的物理、化学、微生物条件的改善而产生的间接效果。
10.植物根系吸收矿质有哪些特点?
(1)根系吸收矿质与吸收水分是既相互关联又相互独立的两个过程。
相互关联表现在:
①盐分一定要溶于水中,才能被根系吸收,并随水流进入根部的质外体,随水流分布到植株各部分;
②矿质的吸收,降低了根系细胞的渗透势,促进了植物的吸水。
相互独立表现在:
①矿质的吸收不与水分的吸收成比例;
②二者的吸收机理不同,水分吸收主要是以蒸腾作用引起的被动吸水为主,而矿质吸收则是以消耗代谢能的主动吸收为主;
③二者的分配方向不同,水分主要分配到叶片用于蒸腾作用,而矿质主要分配到当时的生长中心。
(2)根对离子吸收具有选择性
植物对同一溶液中不同离子或同一盐的阳离子和阴离子吸收的比例不同,从而引起外界溶液pH发生变化。
(3)根系吸收单盐会受毒害
任何植物,假若培养在某一单盐溶液中,不久即呈现不正常状态,最后死亡。
这种现象称为单盐毒害。
单盐毒害无论是营养元素或非营养元素都可发生,而且在溶液很稀时植物就会受害。
若在单盐溶液中加入少量其它盐类,这种毒害现象就会清除,这被称为离子间的颉颃作用。
11.试述矿质元素在光合作用中的生理作用。
矿质营养在光合作用中的功能极为广泛,归纳起来有以下方面:
(1)叶绿体结构的组成成分如N、P、S、Mg是叶绿体结构中构成叶绿素、蛋白质以及片层膜不可缺少的元素。
(2)电子传递体的重要成分如PC中含Cu、Fe-S中心、Cytb、Cytf和Fd中都含有Fe,因而缺Fe会影响光合电子传递速率。
(3)磷酸基团在光、暗反应中具有突出地位如构成同化力的ATP和NADPH,光合碳还原循环中所有的中间产物,合成淀粉的前体ADPG,合成蔗糖的前体UDPG等,这些化合物中都含有磷酸基团。
(4)光合作用所必需的辅酶或调节因子如Rubisco,FBPase的活化需要Mg2+;
放氧复合体不可缺少Mn2+和Cl-;
而K+和Ca2+调节气孔开闭;
另外,Fe3+影响叶绿素的合成;
K+促进光合产物的转化与运输等。
12.试分析植物失绿的可能原因。
植物呈现绿色是因其细胞内含有叶绿体,而叶绿体中含有绿色的叶绿素的缘故。
因而凡是影响叶绿素代谢的因素都会引起植物失绿。
可能的原因有:
(1)光光是影响叶绿素形成的主要条件。
从原叶绿素酸酯转变为叶绿酸酯需要光,而光过强,叶绿素反而会受光氧化而破坏。
(2)温度叶绿素的生物合成是一系列酶促反应,受温度影响。
叶绿素形成的最低温度约为2℃,最适温度约30℃,最高温度约40℃。
高温和低温都会使叶片失绿。
高温下叶绿素分解加速,褪色更快。
(3)营养元素氮和镁都是叶绿素的组成成分,铁、锰、铜、锌等则在叶绿素的生物合成过程中有催化功能或其它间接作用。
因此,缺少这些元素时都会引起缺绿症,其中尤以氮的影响最大,因此叶色的深浅可作为衡量植株体内氮素水平高低的标志。
(4)氧缺氧能引起Mg-原卟啉Ⅸ或Mg-原卟啉甲酯的积累,影响叶绿素的合成。
(5)水缺水不但影响叶绿素的生物合成,而且还促使原有叶绿素加速分解。
此外,叶绿素的形成还受遗传因素控制,如水稻、玉米的白化苗以及花卉中的花叶不能合成叶绿素。
有些病毒也能引起花叶病。
13.为什么在叶菜类植物的栽培中常多施用氮肥,而栽培马铃薯和甘薯则较多地施用钾肥?
叶菜类植物的经济产量主要是叶片部分,受氮素的影响较大。
氮不仅是蛋白质、核酸、磷脂的主要成分,而且是叶绿素的成分,与光合作用有密切关系。
因此,氮的多寡会直接影响细胞的分裂和生长,影响叶面积的扩大和叶鲜重的增加。
且氮素在土壤中易缺乏,因此在叶菜类植物的栽培中要多施氮肥。
氮肥充足时,叶片肥大,产量高,汁多叶嫩,品质好。
钾与糖类的合成有关。
钾肥充足时,蔗糖、淀粉、纤维素和木质素含量较高,葡萄糖积累则较少。
钾也能促进糖类运输到贮藏器官中,所以在富含糖类的贮藏器官(马铃薯块茎和甘薯块根)中钾含量较多,种植时钾肥需要量也较多。
14.为什么水稻秧苗在栽插后有一个叶色先落黄后返青的过程?
植物体内的叶绿素在代谢过程中一方面合成,一方面分解,在不断地更新。
水稻秧苗根系在栽插过程中受伤,影响植株对构成叶绿素的重要矿质元素N和Mg的吸收,使叶绿素的更新受到影响,而分解过程仍然进行。
另一方面,N和Mg等矿质元素是可重复利用元素,根系受伤后,新叶生长所需的N和Mg等矿质元素依赖于老叶中叶绿素分解后的转运,即新叶向老叶争夺N和Mg等矿质元素,这就加速了老叶的落黄,因此水稻秧苗在栽插后有一个叶色落黄过程。
当根系恢复生长后,新根能从土壤中吸收N、Mg等矿质元素,使叶绿素合成恢复正常。
随着新叶的生长,植株的绿色部分增加,秧苗返青。
15.根外施肥主要的优点和不足之处各有哪些?
根外施肥主要的优点:
(1)用肥省 所用肥料不会被土壤吸附固定,一般大量元素浓度1%(0.5%~2%),微量元素浓度仅需0.001%~0.1%。
(2)肥效快叶面喷施比根施见效快,KCl喷后30分钟K+进入细胞;
尿素喷后24小时内吸收50%~75%,肥效可至7~10天。
(3)补充养料的不足如在作物群体高大封行,不便根部施肥;
生长后期根系吸肥能力衰退、土壤缺少有效水,根部施肥难以发挥效益;
或因某些矿质元素如铁在碱性土壤中有效性很低,钼在酸性土壤中强烈被固定等情况下,采用根外追肥可以收到明显效果。
谷类作物生长后期喷施氮肥,可有效地增加种子蛋白质含量。
(4)可作为诊断缺素症的一种方法若叶面喷施某种元素后症状消失,可以基本断定是缺乏该种元素引起的。
根外施肥的不足之处是:
(1)不能代替根部施肥,它用肥少肥效短只能作根肥的补充。
(2)对角质层厚的叶片(如柑橘类)效果较差。
(3)喷施浓度稍高,易造成叶片伤害,出现“烧苗”现象。
16.写出光合作用的总反应式,并简述光合作用的重要意义。
光合作用的总反应式:
CO2+H2O光叶绿体CH2O+O2(ΔG0'=4.8×
105J)
此反应式指出,植物光合作用是利用光能同化CO2和释放O2的过程,每固定1molCO2(12克碳)就转化与贮存了约480kJ的能量,并指出光合作用进行的场所是叶绿体。
由于食物、能量和氧气是人类生活的三大要素,它们都与光合作用密切有关,所以光合作用对人类的生存和发展具有重要的意义,主要表现在三方面:
(1)光合作用把CO2转化为碳水化合物。
(2)光合作用将太阳能转变为可贮存的化学能。
(3)光合作用中释放氧气,维持了大气中CO2和氧气的平衡。
17.为什么说光呼吸与光合作用是伴随发生的?
光呼吸有何生理意义?
光呼吸是植物的绿色细胞在光照下吸收氧气释放CO2的反应,这种反应需叶绿体参与,仅在光下与光合作用同时发生,光呼吸底物乙醇酸主要由光合作用的碳代谢提供。
光呼吸与光合作用伴随发生的根本原因主要是由Rubisco的性质决定的,Rubisco是双功能酶,它既可催化羧化反应,又可以催化加氧反应,即CO2和O2竞争Rubisco同一个活性部位,并互为加氧与羧化反应的抑制剂。
因此在O2和CO2共存的大气中,光呼吸与光合作用同时进行,伴随发生,既相互抑制又相互促进,如光合放氧可促进加氧反应,而光呼吸释放的CO2又可作为光合作用的底物。
光呼吸在生理上的意义推测如下:
(1)回收碳素通过C2碳氧化环可回收乙醇酸中3/4的碳(2个乙醇酸转化1个PGA,释放1个CO2)。
(2)维持C3光合碳还原循环的运转在叶片气孔关闭或外界CO2浓度低时,光呼吸释放的CO2能被C3途径再利用,以维持光合碳还原环的运转。
(3)防止强光对光合机构的破坏作用在强光下,光反应中形成的同化力会超过CO2同化的需要,从而使叶绿体中NADPH/NADP、ATP/ADP的比值增高。
同时由光激发的高能电子会传递给O2,形成的超氧阴离子自由基会对光合膜、光合器有伤害作用,而光呼吸可消耗同化力与高能电子,降低超氧阴离子自由基的形成,从而保护叶绿体,免除或减少强光对光合机构的破坏。
18.C3途径可分为哪三个阶段?
各阶段的作用是什么?
C4植物与CAM植物在碳代谢途径上有何异同点?
C3途径可分为羧化、还原、再生3个阶段。
(1)羧化阶段指进入叶绿体的CO2与受体RuBP结合,生成PGA的过程。
(2)还原阶段指利用同化力将3-磷酸甘油酸还原为甘油醛-3-磷酸的反应过程。
(3)再生阶段甘油醛-3-磷酸重新形成核酮糖-1,5-二磷酸的过程。
CAM植物与C4植物固定与还原CO2的途径基本相同,二者都是由C4途径固定CO2,C3途径还原CO2,都由PEP羧化酶固定空气中的CO2,由Rubisco羧化C4二羧酸脱羧释放的CO2,二者的差别在于:
C4植物是在同一时间(白天)和不同的空间(叶肉细胞和维管束鞘细胞)完成CO2固定(C4途径)和还原(C3途径)两个过程;
而CAM植物则是在不同时间(黑夜和白天)和同一空间(叶肉细胞)完成上述两个过程的。
19.C4植物叶片在结构上有哪些特点?
C4植物的光合细胞有两类:
叶肉细胞和维管束鞘细胞(BSC)。
C4植物维管束分布密集,间距小(每个叶肉细胞与BSC邻接或仅间隔1个细胞),每条维管束都被发育良好的大型BSC包围,外面又为一至数层叶肉细胞所包围,这种呈同心圆排列的BSC与周围的叶肉细胞层被称为克兰兹(Kranz)解剖结构,又称花环结构。
C4植物的BSC中含有大而多的叶绿体,线粒体和其它细胞器也较丰富。
BSC与相邻叶肉细胞间的壁较厚,壁中纹孔多,胞间连丝丰富。
这些结构特点有利于叶肉细胞与BSC间的物质交换,有利于光合产物向维管束的就近转运。
此外,C4植物的两类光合细胞中含有不同的酶类,叶肉细胞中含有磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶以及与C4二羧酸生成有关的酶;
而BSC中含有Rubisco等参与C3途径的酶、乙醇酸氧化酶以及脱羧酶。
在这两类细胞中进行不同的生化反应。
20.试述光、温、水、气与氮素对光合作用的影响。
(1)光光是光合作用的动力,也是形成叶绿素、叶绿体以及正常叶片的必要条件,光还显著地调节光合酶的活性与气孔的开度,因此光直接制约着光合速率的高低。
光能不足可成为光合作用的限制因素,光能过剩会引起光抑制使光合活性降低。
光合作用还被光照诱导,即光合器官要经照光一段时间后,光合速率才能达正常范围。
(2)温度光合过程中的暗反应是由酶所催化的化学反应,因而受温度影响。
光合作用有一定的温度范围和三基点,即最低、最高和最适温度。
光合作用只能在最低温度和最高温度之间进行。
(3)水分①直接影响:
水为光合作用的原料,没有水不能进行光合作用。
②间接影响:
水分亏缺会使光合速率下降。
因为缺水会引起气孔导度下降,从而使进入叶片的CO2减少;
光合产物输出变慢;
光合机构受损,光合面积扩展受抑等。
水分过多会使叶肉细胞处于低渗状态,另外土壤水分太多,会导致通气不良而妨碍根系活动等,这些也都会影响光合作用的正常进行。
(4)气体CO2是光合作用的原料,CO2不足往往是光合作用的限制因子,对C3植物光合作用的影响尤为显著。
O2对光合作用有抑制作用,一方面O2促进光呼吸的进行,另一方面高氧下形成超氧阴离子自由基,对光合膜、光合器有伤害作用。
(5)氮素氮素是叶绿体叶绿素的组成成分,也是Rubisco等光合酶以及构成同化力的ATP和NADPH等物质的组成成分。
在一定范围内,叶的含N量、叶绿素含量、Rubisco含量分别与光合速率呈正相关。
21.产生光合作用“午睡”现象的可能原因有哪些?
如何缓和“午睡”程度?
引起光合“午睡”的主要因素是大气干旱和土壤干旱。
在干热的中午,叶片蒸腾失水加剧,如此时土壤水分也亏缺,使植株的失水大于吸水,就会引起萎蔫与气孔导性降低,进而使CO2吸收减少。
另外,中午及午后的强光、高温、低CO2浓度等条件都会使光呼吸激增,光抑制产生,这些也都会使光合速率在中午或午后降低。
光合“午睡”是植物中的普遍现象,也是植物对环境缺水的一种适应方式。
但是“午睡”造成的损失可达光合生产30%,甚至更多,在生产上可采用适时灌溉、选用抗旱品种、增强光合能力、遮光等措施以缓和“午睡”程度。
22.光对CO2同化有哪些调节作用?
(1)光通过光反应对CO2同化提供同化力。
(2)调节着光合酶的活性。
C3循环中的Rubisco、PGAK、GAPDH、FBPase,SBPase,Ru5PK都是光调节酶。
光下这些酶活性提高,暗中活性降低或丧失。
光对酶活性的调节大体可分为两种情况:
一种是通过改变微环境调节,即光驱动的电子传递使H+向类囊体腔转移,Mg2+则从类囊体腔转移至基质,引起叶绿体基质的pH从7上升到8,Mg2+浓度增加。
较高的pH与Mg2+浓度使Rubisco等光合酶活化。
另一种是通过产生效应物调节,即通过Fd-Td(铁氧还蛋白-硫氧还蛋白)系统调节。
FBPase、GAPDH、Ru5PK等酶中含有二硫键(-S-S-),当被还原为2个巯基(-SH)时表现活性。
光驱动的电子传递能使基质中Fd还原,进而使Td还原,被还原的Td又使FBPase和Ru5PK等酶的相邻半胱氨酸上的二硫键打开变成2个巯基,酶被活化。
在暗中则相反,巯基氧化形成二硫键,酶失活。
23.为什么C4植物的光呼吸速率低?
(1)维管束鞘细胞中有高的CO2浓度C4植物的光呼吸代谢是发生在BSC中,由于C4途径的脱羧使BSC中CO2浓度提高,这就促进了Rubisco的羧化反应,抑制了Rubisco的加氧反应。
(2)PEPC对CO2的亲和力高由于C4植物叶肉细胞中的PEPC对CO2的亲和力高,即使BSC中有光呼吸的CO2释放,CO2在未跑出叶片前也会被叶肉细胞中的PEPC再固定。
24.影响光能利用率的因素有哪些?
如何提高光能利用率?
影响光能利用率的因素大体有以下几方面:
(1)光合器官捕获光能的面积占土地面积的比例,作物生长初期植株小,叶面积不足,日光的大部分直射于地面而损失。
(2)光合有效幅射能占整个辐射能的比例只有53%,其余的47%不能用于光合作用。
(3)照射到光合器官上的光不能被光合器官全部吸收,要扣除反射、透射及非叶绿体组织吸收的部分。
(4)吸收的光能在传递到光合反应中心色素过程中会损失,如发热、发光的损耗。
(5)光合器将光能转化为同化力,进而转化为稳定化学能过程中的损耗。
(6)光、暗呼吸消耗以及在物质代谢和生长发育中的消耗。
(7)内外因素对光合作用的影响,如作物在生长期间,经常会遇到不适于作物生长与进行光合的逆境,如干旱、水涝、低温、高温、阴雨、缺CO2、缺肥、盐渍、病虫草害等。
在逆境条件下,作物的光合生产率要比顺境下低得多,这些也会使光能利用率大为降低。
提高作物光能利用率的主要途径有:
(1)提高净同化率如选择高光效的品种、增施CO2、控制温湿度、合理施肥等。
(2)增加光合面积通过合理密植或改变株型等措施,可增大光合面积。
(3)延长光合时间如提高复种指数、适当延长生育期,补充人工光源等。
25.试述呼吸作用的生理意义。
植物呼吸代谢的多条路线有何生物学意义?
呼吸作用对植物生命活动具有十分重要的意义,主要表现在以下三个方面:
(1)为植物生命活动提供能量除绿色细胞可直接从光合作用获取能量外,其它生命活动所需的能量都依赖于呼吸作用。
呼吸过程中有机物质氧化分解,释放的能量一部分以ATP形式暂贮存起来,以随时满足各种生理活动对能量的需要;
另一部分能量则转变为热能散失,以维持植物体温,促进代谢,保证种子萌发、幼苗生长、开花传粉、受精等生理过程的正常进行。
(2)中间产物为合成作用提供原料呼吸过程中有机物的分解能形成许多中间产物,其中的一部分用作合成多种重要有机物质的原料。
呼吸作用在植物体内的碳、氮和脂肪等物质代谢活动中起着枢纽作用。
(3)在植物抗病免疫方面有着重要作用植物受伤或受到病菌侵染时,呼吸作用的一些中间产物可转化为能杀菌的植保素,以消除入侵病菌分泌物中的毒性。
旺盛的呼吸还可加速细胞木质化或栓质化,促进伤口愈合。
植物的呼吸代谢有多条途径,如表现在呼吸底物的多样性、呼吸生化历程的多样性、呼吸链电子传递系统的多样性以及末端氧化酶的多样性等。
不同的植物、器官、组织、不同的条件或生育期,植物体内物质的氧化分解可通过不同的途径进行。
呼吸代谢的多样性是在长期进化过程中,植物形成的对多变环境的一种适应性,具有重要的生物学意义,使植物在不良的环境中,仍能进行呼吸作用,维持生命活动。
例如,氰化物能抑制生物正常呼吸代谢,使大多数生物死亡,而某些植物具有抗氰呼吸途径,能在含有氰化物的环境下生存。
26.为什么说长时间的无氧呼吸会使陆生植物受伤,甚至死亡?
(1)无氧呼吸释放的能量少,要依靠无氧呼吸释放的能量来维持生命活动的需要就要消耗大量的有机物,以至呼吸基质很快耗尽。
(2)无氧呼吸生成氧化不彻底的产物,如酒精、乳酸等。
这些物质的积累,对植物会产生毒害作用。
(3)无氧呼吸产生的中间产物少,不能为合成多种细胞组成成分提供足够的原料。
27.如何协调温度、湿度及气体的关系来做好果蔬的贮藏?
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