2013考研：农学植物的水分生理名词解释及问答

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　　名词解释
        　　水通道蛋白(water channel protein) 亦称水孔蛋白。存在在生物膜上的具有通透水分功能的内在蛋白。
        　　吸胀作用(imbibition) 亲水胶体物质吸水膨胀的现象称为吸胀作用。胶体物质吸引水分子的力量称为吸胀力。蛋白质类物质吸胀力最大，淀粉次之，纤维素较小。
        　　内聚力学说(cohesion theory) 该学说由狄克逊(H.H.Dixon，)和伦尼尔(O.Renner，)在20世纪初提出，是以水分的内聚力(相同分子间相互吸引的力量)来解释水分在木质部中上升的学说。内聚力学说的基本论点是：①水分子之间有强大的内聚力，当水分被局限于具有可湿性内壁的细管(如导管或管胞)中时，水柱可经受很大的张力而不致断裂;②植物体内的水分是在被水饱和的细胞壁和木质部运输的，水分子从叶的蒸发表面到根的吸水表面形成一个连续的体系;③叶肉细胞蒸腾失水后细胞壁水势下降，使木质部的水分向蒸发表面移动，木质部的水分压力势下降而产生张力;④蒸发表面水势的降低，经连续的导水体系传递到根，使土壤水分通过根部循茎上升，最后到达叶的蒸腾表面。内聚力学说也称蒸腾流-内聚力-张力学说。
        　　水分临界期(critical period of water) 植物在生命周期中，对缺水最敏感、最易受害的时期。一般而言，植物的水分临界期多处于花粉母细胞四分体形成期，这个时期一旦缺水，就使性器官发育不正常。作物的水分临界期可作为合理灌溉的一种依据。
        　　土壤-植物-大气连续体(soil-plant-atmosphere continuum) 缩写为SPAC，土壤的水分由根吸收，经过植物，然后蒸发到大气，这样水分在土壤、植物和大气间的运动就构成一个连续体。一般情况下，土壤的水势>根水势≥茎水势≥叶水势>大气水势，因此，土壤-植物-大气连续体就成为土壤中水分经植物体散失到大气的途径。
        　　问答题
        　　1.以下论点是否正确，为什么?
        　　(1) 一个细胞的溶质势与所处外界溶液的溶质势相等，则细胞体积不变。
        　　答：该论点不完全正确。因为一个成熟细胞的水势由溶质势和压力势两部分组成，只有在初始质壁分离ψp=0时，上述论点才能成立。通常一个细胞的溶质势与所处外界溶液的溶质势相等时，由于压力势(常为正值)的存在，使细胞水势高于外界溶液的水势(也即它的溶质势)，因而细胞失水，体积变小。
        　　(2) 若细胞的ψp=-ψs，将其放入某一溶液中时，则体积不变。
        　　答：该论点不正确。因为当细胞的ψp=-ψs时，该细胞的ψw = 0。把这样的细胞放入任溶液中，细胞都会失水，体积变小。
        　　(3) 若细胞的ψw=ψs，将其放入纯水中，则体积不变。
        　　答：该论点不正确。因为当细胞的ψw =ψs时，该细胞的ψp = 0，而ψs为负值，即其ψw

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        　　2.气孔开闭机理如何?植物气孔蒸腾是如何受光、温度、CO2浓度调节的?
        　　答：关于气孔开闭机理主要有两种学说：
        　　(1)无机离子泵学说 又称K+ 泵假说。光下K+ 由表皮细胞和副卫细胞进入保卫细胞，保卫细胞中K+浓度显著增加，溶质势降低，引起水分进入保卫细胞，气孔就张开;暗中，K+ 由保卫细胞进入副卫细胞和表皮细胞，使保卫细胞水势升高而失水，造成气孔关闭。这是因为保卫细胞质膜上存在着H+_ATP酶，它被光激活后，能水解保卫细胞中由氧化磷酸化或光合磷酸化生成的ATP，产生的能量将H+从保卫细胞分泌到周围细胞中，使得保卫细胞的pH升高，质膜内侧的电势变低，周围细胞的pH降低，质膜外侧电势升高，膜内外的质子动力势驱动K+ 从周围细胞经过位于保卫细胞质膜上的内向K+通道进入保卫细胞，引发气孔张开。
        　　(2)苹果酸代谢学说 在光下，保卫细胞内的部分CO2被利用时，pH上升至8.0～8.5，从而活化了PEP羧化酶，PEP羧化酶可催化由淀粉降解产生的PEP与HCO3-结合形成草酰乙酸，并进一步被NADPH还原为苹果酸。苹果酸解离为2H+和苹果酸根，在H+/K+ 泵的驱使下，H+ 与K+ 交换，保卫细胞内K+ 浓度增加，水势降低;苹果酸根进入中央液泡和Cl-共同与K+ 在电学上保持平衡。同时，苹果酸的存在还可降低水势，促使保卫细胞吸水，气孔张开。当叶片由光下转入暗处时，该过程会被逆转。
        　　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：CO2对气孔运动影响很大，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。