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2011考研農(nóng)學(xué)植物的水分生理名詞解釋及問答_跨考網(wǎng)

最后更新時(shí)間:2011-01-06 03:55:33
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名詞解釋

  水通道蛋白(water channel protein) 亦稱水孔蛋白。存在在生物膜上的具有通透水分功能的內(nèi)在蛋白。

  吸脹作用(imbibition) 親水膠體物質(zhì)吸水膨脹的現(xiàn)象稱為吸脹作用。膠體物質(zhì)吸引水分子的力量稱為吸脹力。蛋白質(zhì)類物質(zhì)吸脹力最大,淀粉次之,纖維素較小。

  內(nèi)聚力學(xué)說(cohesion theory) 該學(xué)說由狄克遜(H.H.Dixon,)和倫尼爾(O.Renner,)在20世紀(jì)初提出,是以水分的內(nèi)聚力(相同分子間相互吸引的力量)來解釋水分在木質(zhì)部中上升的學(xué)說。內(nèi)聚力學(xué)說的基本論點(diǎn)是:①水分子之間有強(qiáng)大的內(nèi)聚力,當(dāng)水分被局限于具有可濕性內(nèi)壁的細(xì)管(如導(dǎo)管或管胞)中時(shí),水柱可經(jīng)受很大的張力而不致斷裂;②植物體內(nèi)的水分是在被水飽和的細(xì)胞壁和木質(zhì)部運(yùn)輸?shù)?,水分子從葉的蒸發(fā)表面到根的吸水表面形成一個(gè)連續(xù)的體系;③葉肉細(xì)胞蒸騰失水后細(xì)胞壁水勢(shì)下降,使木質(zhì)部的水分向蒸發(fā)表面移動(dòng),木質(zhì)部的水分壓力勢(shì)下降而產(chǎn)生張力;④蒸發(fā)表面水勢(shì)的降低,經(jīng)連續(xù)的導(dǎo)水體系傳遞到根,使土壤水分通過根部循莖上升,最后到達(dá)葉的蒸騰表面。內(nèi)聚力學(xué)說也稱蒸騰流-內(nèi)聚力-張力學(xué)說。

  水分臨界期(critical period of water) 植物在生命周期中,對(duì)缺水最敏感、最易受害的時(shí)期。一般而言,植物的水分臨界期多處于花粉母細(xì)胞四分體形成期,這個(gè)時(shí)期一旦缺水,就使性器官發(fā)育不正常。作物的水分臨界期可作為合理灌溉的一種依據(jù)。

  土壤-植物-大氣連續(xù)體(soil-plant-atmosphere continuum) 縮寫為SPAC,土壤的水分由根吸收,經(jīng)過植物,然后蒸發(fā)到大氣,這樣水分在土壤、植物和大氣間的運(yùn)動(dòng)就構(gòu)成一個(gè)連續(xù)體。一般情況下,土壤的水勢(shì)>根水勢(shì)≥莖水勢(shì)≥葉水勢(shì)>大氣水勢(shì),因此,土壤-植物-大氣連續(xù)體就成為土壤中水分經(jīng)植物體散失到大氣的途徑。

  問答題

  1.以下論點(diǎn)是否正確,為什么?

  (1) 一個(gè)細(xì)胞的溶質(zhì)勢(shì)與所處外界溶液的溶質(zhì)勢(shì)相等,則細(xì)胞體積不變。

  答:該論點(diǎn)不完全正確。因?yàn)橐粋€(gè)成熟細(xì)胞的水勢(shì)由溶質(zhì)勢(shì)和壓力勢(shì)兩部分組成,只有在初始質(zhì)壁分離ψp=0時(shí),上述論點(diǎn)才能成立。通常一個(gè)細(xì)胞的溶質(zhì)勢(shì)與所處外界溶液的溶質(zhì)勢(shì)相等時(shí),由于壓力勢(shì)(常為正值)的存在,使細(xì)胞水勢(shì)高于外界溶液的水勢(shì)(也即它的溶質(zhì)勢(shì)),因而細(xì)胞失水,體積變小。

  (2) 若細(xì)胞的ψp=-ψs,將其放入某一溶液中時(shí),則體積不變。

  答:該論點(diǎn)不正確。因?yàn)楫?dāng)細(xì)胞的ψp=-ψs時(shí),該細(xì)胞的ψw = 0。把這樣的細(xì)胞放入任溶液中,細(xì)胞都會(huì)失水,體積變小。

  (3) 若細(xì)胞的ψw=ψs,將其放入純水中,則體積不變。

  答:該論點(diǎn)不正確。因?yàn)楫?dāng)細(xì)胞的ψw =ψs時(shí),該細(xì)胞的ψp = 0,而ψs為負(fù)值,即其ψw < 0,把這樣的細(xì)胞放入純水中,細(xì)胞吸水,體積變大。

  2.氣孔開閉機(jī)理如何?植物氣孔蒸騰是如何受光、溫度、CO2濃度調(diào)節(jié)的?

  答:關(guān)于氣孔開閉機(jī)理主要有兩種學(xué)說:

  (1)無機(jī)離子泵學(xué)說 又稱K+ 泵假說。光下K+ 由表皮細(xì)胞和副衛(wèi)細(xì)胞進(jìn)入保衛(wèi)細(xì)胞,保衛(wèi)細(xì)胞中K+濃度顯著增加,溶質(zhì)勢(shì)降低,引起水分進(jìn)入保衛(wèi)細(xì)胞,氣孔就張開;暗中,K+ 由保衛(wèi)細(xì)胞進(jìn)入副衛(wèi)細(xì)胞和表皮細(xì)胞,使保衛(wèi)細(xì)胞水勢(shì)升高而失水,造成氣孔關(guān)閉。這是因?yàn)楸Pl(wèi)細(xì)胞質(zhì)膜上存在著H+_ATP酶,它被光激活后,能水解保衛(wèi)細(xì)胞中由氧化磷酸化或光合磷酸化生成的ATP,產(chǎn)生的能量將H+從保衛(wèi)細(xì)胞分泌到周圍細(xì)胞中,使得保衛(wèi)細(xì)胞的pH升高,質(zhì)膜內(nèi)側(cè)的電勢(shì)變低,周圍細(xì)胞的pH降低,質(zhì)膜外側(cè)電勢(shì)升高,膜內(nèi)外的質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)驅(qū)動(dòng)K+ 從周圍細(xì)胞經(jīng)過位于保衛(wèi)細(xì)胞質(zhì)膜上的內(nèi)向K+通道進(jìn)入保衛(wèi)細(xì)胞,引發(fā)氣孔張開。

  (2)蘋果酸代謝學(xué)說 在光下,保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)的部分CO2被利用時(shí),pH上升至8.0~8.5,從而活化了PEP羧化酶,PEP羧化酶可催化由淀粉降解產(chǎn)生的PEP與HCO3-結(jié)合形成草酰乙酸,并進(jìn)一步被NADPH還原為蘋果酸。蘋果酸解離為2H+和蘋果酸根,在H+/K+ 泵的驅(qū)使下,H+ 與K+ 交換,保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)K+ 濃度增加,水勢(shì)降低;蘋果酸根進(jìn)入中央液泡和Cl-共同與K+ 在電學(xué)上保持平衡。同時(shí),蘋果酸的存在還可降低水勢(shì),促使保衛(wèi)細(xì)胞吸水,氣孔張開。當(dāng)葉片由光下轉(zhuǎn)入暗處時(shí),該過程會(huì)被逆轉(zhuǎn)。

  氣孔蒸騰顯著受光、溫度和CO2等因素的調(diào)節(jié)。

  (1) 光:光是氣孔運(yùn)動(dòng)的主要調(diào)節(jié)因素。光促進(jìn)氣孔開啟的效應(yīng)有兩種,一種是通過光合作用發(fā)生的間接效應(yīng);另一種是通過光受體感受光信號(hào)而發(fā)生的直接效應(yīng)。光對(duì)蒸騰作用的影響首先是引起氣孔的開放,減少內(nèi)部阻力,從而增強(qiáng)蒸騰作用。其次,光可以提高大氣與葉子溫度,增加葉內(nèi)外蒸氣壓差,加快蒸騰速率。

  (2) 溫度:氣孔運(yùn)動(dòng)是與酶促反應(yīng)有關(guān)的生理過程,因而溫度對(duì)蒸騰速率影響很大。當(dāng)大氣溫度升高時(shí),葉溫比氣溫高出2~10℃,因而,氣孔下腔蒸氣壓的增加大于空氣蒸氣壓的增加,這樣葉內(nèi)外蒸氣壓差加大,蒸騰加強(qiáng)。當(dāng)氣溫過高時(shí),葉片過度失水,氣孔就會(huì)關(guān)閉,從而使蒸騰減弱。

  (3) CO2:CO2對(duì)氣孔運(yùn)動(dòng)影響很大,低濃度CO2促進(jìn)氣孔張開,高濃度CO2能使氣孔迅速關(guān)閉(無論光下或暗中都是如此)。在高濃度CO2下,氣孔關(guān)閉可能的原因是:

  ①高濃度CO2會(huì)使質(zhì)膜透性增加,導(dǎo)致K+泄漏,消除質(zhì)膜內(nèi)外的溶質(zhì)勢(shì)梯度,

 ?、贑O2使細(xì)胞內(nèi)酸化,影響跨膜質(zhì)子濃度差的建立。因此CO2濃度高時(shí),會(huì)抑制氣孔蒸騰。

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