2025年植物生理學(xué)題庫及答案上一、名詞解釋1.共質(zhì)體途徑：植物細(xì)胞通過胞間連絲形成的連續(xù)原生質(zhì)體系統(tǒng)，水分與溶質(zhì)在其中的運輸依賴于細(xì)胞質(zhì)的連續(xù)性，受膜透性和代謝活動調(diào)控，是礦質(zhì)元素短距離運輸?shù)闹匾绞街弧?.光呼吸：植物在光照下吸收O?、釋放CO?的過程，由葉綠體、過氧化物酶體和線粒體協(xié)同完成，其底物為乙醇酸，雖消耗能量但可能參與光保護和氮代謝調(diào)節(jié)。3.源-庫單位：在同化物運輸中，特定“源”器官（如成熟葉片）與其對應(yīng)的“庫”器官（如果實、塊莖）通過維管組織形成的功能聯(lián)系單元，其劃分與植物葉序、維管束走向密切相關(guān)。4.春化作用：低溫誘導(dǎo)植物從營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)向生殖生長的過程，需持續(xù)一定時間的低溫（通常0-10℃），其分子機制涉及FLC（開花抑制因子）基因的表觀遺傳調(diào)控，解除對開花基因的抑制。5.滲透調(diào)節(jié)：植物在逆境（如干旱、鹽漬）下通過主動積累脯氨酸、可溶性糖、甜菜堿等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，降低細(xì)胞滲透勢，維持細(xì)胞膨壓和正常生理功能的適應(yīng)性反應(yīng)。6.光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）：位于葉綠體類囊體膜上的多蛋白復(fù)合體，主要功能是吸收光能并將水分解為O?、H?和電子，其中反應(yīng)中心色素P680是光能轉(zhuǎn)化為電能的核心位點。7.三重反應(yīng)：乙烯對植物生長的典型效應(yīng)，表現(xiàn)為莖的伸長生長抑制（矮化）、橫向生長（加粗）和負(fù)向地性消失（偏上生長），常用于乙烯生物鑒定。8.韌皮部裝載：光合產(chǎn)物從葉肉細(xì)胞向篩管-伴胞復(fù)合體運輸?shù)倪^程，包括質(zhì)外體裝載（通過細(xì)胞壁空間）和共質(zhì)體裝載（通過胞間連絲）兩種方式，依賴蔗糖-H?協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白或胞間連絲的通透性調(diào)節(jié)。9.抗氰呼吸：植物線粒體中不經(jīng)過細(xì)胞色素氧化酶，而通過交替氧化酶（AOX）直接將電子傳遞給O?的呼吸途徑，其特點是對氰化物不敏感，可釋放更多熱量（如天南星科植物花序升溫）。10.光周期現(xiàn)象：植物成花對晝夜相對長度（光暗周期）的響應(yīng)特性，分為短日植物（SDP）、長日植物（LDP）和日中性植物（DNP），其感光受體主要是光敏色素。二、簡答題1.簡述植物根系吸收水分的兩種主要方式及其動力來源。答：根系吸水方式包括主動吸水和被動吸水。主動吸水的動力是根壓，由根系通過代謝活動（如呼吸作用提供能量）主動吸收礦質(zhì)離子，使根部細(xì)胞水勢降低，水分沿水勢梯度進入根內(nèi)，導(dǎo)致木質(zhì)部汁液向上壓送形成根壓（可用傷流、吐水現(xiàn)象證明）。被動吸水的動力是蒸騰拉力，葉片蒸騰作用導(dǎo)致葉肉細(xì)胞水勢降低，通過導(dǎo)管形成連續(xù)的水勢梯度，將根部水分拉向地上部分，是植物吸水的主要方式（占95%以上），尤其在蒸騰旺盛的白天。2.說明C4植物比C3植物光合效率高的主要原因。答：C4植物（如玉米、甘蔗）光合效率高的核心在于“CO?泵”機制：①葉肉細(xì)胞中PEPC（磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶）對CO?親和力高（Km=7μmol/L），能在低CO?濃度下高效固定HCO??為草酰乙酸，運輸至維管束鞘細(xì)胞釋放CO?，使鞘細(xì)胞內(nèi)CO?濃度可達(dá)C3植物的20倍以上，顯著抑制光呼吸；②維管束鞘細(xì)胞集中了大部分葉綠體，且排列緊密，形成“花環(huán)狀”結(jié)構(gòu)，減少CO?泄漏；③C4途徑將CO?濃縮與卡爾文循環(huán)在空間上分離（葉肉細(xì)胞→鞘細(xì)胞），避免了O?對Rubisco（核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶）的競爭抑制（Rubisco在高CO?/O?比下主要表現(xiàn)羧化活性）。而C3植物直接通過葉肉細(xì)胞的Rubisco固定CO?，光呼吸強（約消耗30%光合產(chǎn)物），故C4植物在強光、高溫、低CO?環(huán)境下優(yōu)勢更明顯。3.列舉5種植物激素的主要生理作用，并說明其在調(diào)控頂端優(yōu)勢中的協(xié)同關(guān)系。答：植物激素包括生長素（IAA）、赤霉素（GA）、細(xì)胞分裂素（CTK）、乙烯（ETH）、脫落酸（ABA）。主要作用：IAA促進細(xì)胞伸長、維持頂端優(yōu)勢；GA促進莖伸長、打破休眠；CTK促進細(xì)胞分裂、延緩衰老；ETH促進果實成熟、器官脫落；ABA促進休眠、氣孔關(guān)閉。頂端優(yōu)勢調(diào)控中，IAA是主導(dǎo)因子（頂芽合成IAA向下運輸，抑制側(cè)芽生長），CTK則拮抗IAA作用（側(cè)芽合成或由根運輸?shù)腃TK可解除抑制），GA可增強IAA效應(yīng)（促進IAA合成或運輸），ETH可能通過抑制IAA運輸間接削弱頂端優(yōu)勢（如高濃度ETH誘導(dǎo)IAA氧化酶活性）。4.比較植物有氧呼吸與無氧呼吸的異同點。答：相同點：均以葡萄糖等有機物為底物，通過脫氫反應(yīng)產(chǎn)生能量（ATP），中間產(chǎn)物部分重疊（如丙酮酸）。不同點：①場所：有氧呼吸在線粒體（主要）和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，無氧呼吸僅在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)；②終產(chǎn)物：有氧呼吸為CO?和H?O，無氧呼吸為乙醇（或乳酸）和少量CO?；③能量利用率：有氧呼吸徹底氧化（1mol葡萄糖產(chǎn)生約30-32molATP），無氧呼吸不徹底（僅2molATP）；④O?需求：有氧呼吸需O?參與（作為最終電子受體），無氧呼吸不需要；⑤生理意義：有氧呼吸是正常生長的主要供能方式，無氧呼吸是缺氧時的應(yīng)急機制（但長期進行會導(dǎo)致酒精積累，細(xì)胞中毒）。5.簡述植物光形態(tài)建成的主要光受體及其功能。答：光形態(tài)建成的光受體包括：①光敏色素（Phy）：感受紅光（660nm）和遠(yuǎn)紅光（730nm），調(diào)控種子萌發(fā)、光周期反應(yīng)、莖伸長抑制等（如PhyA介導(dǎo)遠(yuǎn)紅光高輻照反應(yīng)，PhyB介導(dǎo)紅光/遠(yuǎn)紅光可逆反應(yīng)）；②隱花色素（Cry）：感受藍(lán)光（400-500nm）和近紫外光（UV-A），調(diào)控光周期開花、氣孔開放、下胚軸伸長抑制（如擬南芥Cry1參與藍(lán)光抑制下胚軸生長）；③向光素（Phot）：感受藍(lán)光，調(diào)控向光性（如莖的向光彎曲）、葉綠體移動（弱光下葉綠體聚集受光，強光下分散避傷）和氣孔開放；④UV-B受體（UVR8）：感受紫外光B（280-315nm），誘導(dǎo)類黃酮合成（增強UV防護）和光形態(tài)建成適應(yīng)（如抑制下胚軸伸長）。三、論述題1.從水分生理角度分析“蹲苗”提高作物抗旱性的機制。答：“蹲苗”是通過控制苗期水分供應(yīng)（適度干旱），促進根系下扎、增強后期抗旱能力的農(nóng)業(yè)措施。其水分生理機制包括：①根系形態(tài)適應(yīng)：干旱脅迫下，根尖分生區(qū)細(xì)胞分裂活動增強，主根伸長（重力感應(yīng)下向深層土壤生長），側(cè)根數(shù)量增加，根冠比（根干重/地上部干重）顯著提高（如小麥蹲苗后根長可增加30%-50%），擴大水分吸收面積；②滲透調(diào)節(jié)能力提升：根細(xì)胞主動積累脯氨酸、可溶性糖等滲透物質(zhì)（如脯氨酸含量可增加2-5倍），降低細(xì)胞滲透勢（ψs），維持根毛與土壤間的水勢梯度（Δψ=ψ根-ψ土），即使土壤含水量降低（ψ土下降），仍能通過更低的ψ根持續(xù)吸水；③水分運輸效率優(yōu)化：根中導(dǎo)管數(shù)目增多、直徑增大（如玉米蹲苗后導(dǎo)管密度增加15%-20%），木質(zhì)部汁液中ABA含量升高（促進導(dǎo)管分化），減少水分運輸阻力（根據(jù)Hagen-Poiseuille定律，導(dǎo)管半徑4次方與流量成正比）；④地上部水分消耗調(diào)控：葉片氣孔密度降低（約減少10%-15%），保衛(wèi)細(xì)胞對ABA敏感性增強（干旱時氣孔快速關(guān)閉），蒸騰速率下降（比未蹲苗植株低20%-30%），同時葉面積減?。ㄒ种频厣喜窟^度生長），減少水分蒸騰總量；⑤膜系統(tǒng)穩(wěn)定性增強：細(xì)胞內(nèi)SOD、POD等抗氧化酶活性提高（如SOD活性增加40%以上），減少活性氧（ROS）對質(zhì)膜的損傷（膜透性降低25%-30%），維持根系吸水功能的完整性。綜上，蹲苗通過形態(tài)、生理和分子水平的綜合調(diào)控，顯著提升了作物在干旱條件下的水分吸收與利用效率，是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中提高抗旱性的有效策略。2.論述光合作用中光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的具體過程及其關(guān)鍵分子機制。答：光合作用光能轉(zhuǎn)化分為光反應(yīng)（類囊體膜）和暗反應(yīng)（基質(zhì)），核心是將光能→電能→活躍化學(xué)能（ATP、NADPH）→穩(wěn)定化學(xué)能（碳水化合物）。（1）光能吸收與傳遞：葉綠體中的天線色素（葉綠素a、b，類胡蘿卜素）組成光系統(tǒng)（PSⅠ、PSⅡ），通過“激子傳遞”將光能傳遞至反應(yīng)中心（RC）。PSⅡ的RC色素P680吸收光能后激發(fā)為P680（高能態(tài)），迅速將電子傳遞給原初電子受體（脫鎂葉綠素，Pheo），自身氧化為P680?（強氧化劑）。（2）水的光解與電子傳遞：P680?從水裂解復(fù)合體（WOC，含Mn簇）奪取電子，水分解為O?（釋放）、4H?（積累于類囊體腔）和4e?。電子經(jīng)Pheo→QA（質(zhì)體醌A）→QB（質(zhì)體醌B）傳遞至PQ池（質(zhì)體醌），PQ結(jié)合2H?（基質(zhì)）后還原為PQH?，擴散至細(xì)胞色素b?f復(fù)合體（Cytb?f），通過“Q循環(huán)”將2e?傳遞給質(zhì)藍(lán)素（PC，含Cu2?），同時泵入2H?到類囊體腔（腔內(nèi)H?濃度升高）。（3）ATP合成（光合磷酸化）：PSⅠ的RC色素P700吸收光能激發(fā)為P700，將電子傳遞給原初受體A?（葉綠素a）→A?（維生素K?）→Fe-S中心（Fx、Fa、Fb），最終傳遞給鐵氧還蛋白（Fd）。Fd在FNR（鐵氧還蛋白-NADP?還原酶）作用下將NADP?還原為NADPH（消耗基質(zhì)中的H?）。同時，類囊體腔與基質(zhì)間的H?濃度梯度（ΔpH）和電位差（Δψ）形成質(zhì)子動力勢（pmf），驅(qū)動ATP合酶（CF?-CF?復(fù)合體）催化ADP+Pi→ATP（每3個H?通過CF?驅(qū)動合成1個ATP）。（4）暗反應(yīng)（卡爾文循環(huán)）：ATP和NADPH為卡爾文循環(huán)提供能量和還原力，經(jīng)羧化（CO?與RuBP結(jié)合提供2分子PGA，由Rubisco催化）、還原（PGA被ATP和NADPH還原為GAP）、再生（GAP經(jīng)一系列反應(yīng)再生RuBP）三個階段，最終將CO?固定為葡萄糖等碳水化合物。關(guān)鍵分子機制：①反應(yīng)中心色素的光化學(xué)轉(zhuǎn)換（P680→P680?+e?，P700→P700?+e?）是能量轉(zhuǎn)換的起點；②PQ的穿梭和Cytb?f的質(zhì)子泵作用是建立pmf的核心；③ATP合酶的旋轉(zhuǎn)催化機制（γ亞基旋轉(zhuǎn)120°合成1個ATP）實現(xiàn)了質(zhì)子動力勢向化學(xué)能的轉(zhuǎn)化；④Rubisco的雙功能特性（羧化/加氧）決定了碳同化效率（需高CO?/O?比抑制光呼吸）。3.分析植物激素在果實發(fā)育與成熟過程中的動態(tài)變化及調(diào)控作用。答：果實發(fā)育包括細(xì)胞分裂期、細(xì)胞膨大期和成熟衰老期，不同階段激素動態(tài)與功能如下：（1）細(xì)胞分裂期（花后1-2周）：主要由子房發(fā)育啟動，授粉后花粉管釋放IAA（如番茄花粉含IAA），誘導(dǎo)子房合成CTK（如玉米素）和GA（如GA?）。CTK促進細(xì)胞分裂（激活周期蛋白基因CYCD3），GA通過促進IAA合成（上調(diào)YUC基因）和抑制DELLA蛋白（解除生長抑制）協(xié)同增加細(xì)胞數(shù)目（如葡萄用GA處理可使果粒數(shù)增加20%）。（2）細(xì)胞膨大期（花后2-6周）：IAA和GA主導(dǎo)，IAA通過激活H?-ATP酶（酸化細(xì)胞壁）和擴張蛋白（expansin）促進細(xì)胞伸長，GA誘導(dǎo)木葡聚糖內(nèi)轉(zhuǎn)糖基酶（XET）表達(dá)（增強細(xì)胞壁延展性）。同時，幼果中ABA含量較低（抑制過早成熟），ETH合成前體ACC（1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸）積累但未轉(zhuǎn)化（ACC氧化酶活性低）。（3）成熟啟動期（轉(zhuǎn)色期）：ETH成為關(guān)鍵信號。隨著果實發(fā)育，IAA水平下降（可能與IAA氧化酶活性升高有關(guān)），ABA含量上升（促進ETH合成，如草莓轉(zhuǎn)色期ABA增加5倍），誘導(dǎo)ACC合成酶（ACS）和ACC氧化酶（ACO）基因表達(dá)（如番茄中LeACS2、LeACO1上調(diào)），ETH生物合成激增（躍變型果實如蘋果、香蕉出現(xiàn)呼吸躍變）。ETH通過ETR受體（乙烯受體）激活下游信號通路（如CTR1失活→EIN2去磷酸化→EIN3/EIL1轉(zhuǎn)錄因子激活），誘導(dǎo)細(xì)胞壁水解酶（如果膠酶PG、纖維素酶CEL）、色素合成酶（如番茄紅素合成酶PSY）和香氣物質(zhì)合成酶（如脂氧合酶LOX）的表達(dá)。（4）成熟衰老期：ETH持續(xù)作用，促進葉綠素降解（上調(diào)SGR基因）、類胡蘿卜素/花色苷積累（如葡萄中UFGT基因表達(dá)）、淀粉水解為可溶性糖（α-淀粉酶活性升高）、細(xì)胞壁軟化（PG分解果膠，CEL分解纖維素）。同時，ABA與ETH協(xié)同（ABA增強ETH敏感性），而CTK和GA水平進一步下降（抑制細(xì)胞分裂和伸長）。非躍變型果實（如葡萄、柑橘）ETH合成量低且無呼吸躍變，成熟主要受ABA調(diào)控（直接誘導(dǎo)色素合成和糖積累）。生產(chǎn)應(yīng)用中，可通過調(diào)控激素水平控制成熟：如用1-MCP（乙烯受體抑制劑）延緩躍變型果實成熟，用GA處理無核葡萄增大果粒，用ABA類似物（S-誘抗素）促進著色。4.以干旱脅迫為例，論述植物逆境生理響應(yīng)的分子機制。答：干旱脅迫下，植物通過“感知-信號轉(zhuǎn)導(dǎo)-響應(yīng)”網(wǎng)絡(luò)調(diào)控生理代謝，具體機制如下：（1）脅迫感知：根細(xì)胞通過質(zhì)膜上的組氨酸激酶（HK，如擬南芥ATHK1）感知細(xì)胞膨壓下降（滲透勢變化），葉肉細(xì)胞通過保衛(wèi)細(xì)胞膜上的Ca2?通道（如OSCA1）感知胞外水分減少。（2）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)：①第二信使激活：Ca2?內(nèi)流（胞質(zhì)[Ca2?]從10??mol/L升至10??mol/L），激活鈣依賴蛋白激酶（CDPK）和鈣調(diào)素（CaM）；活性氧（ROS，如H?O?）積累（通過NADPH氧化酶RBOH家族催化O??→H?O?），作為信號分子激活MAPK級聯(lián)反應(yīng)（MEKK1→MKK2→MPK4/6）；②激素信號：根合成ABA（通過NCED基因編碼的9-順式環(huán)氧類胡蘿卜素雙加氧酶催化），經(jīng)木質(zhì)部運輸至葉片，與胞內(nèi)受體PYR/PYL/RCAR結(jié)合，抑制蛋白磷酸酶PP2C（解除對SnRK2的抑制），SnRK2磷酸化下游轉(zhuǎn)錄因子（如AREB/ABF）和離子通道（如SLAC1，保衛(wèi)細(xì)胞陰離子通道）。