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)

　　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。