高级植物生理学复习题2018-12-281、试述质子驱动力的产生过程及其作用。

答：（1）质子驱动力的产生根据A TP的利用或形成主要包括以下两种类型：第一种产生方式是，水解ATP产生。

质子泵通过水解ATP和PPi，把H+逆电化学势梯度泵入膜内，从而使得膜两测的电位不等，形成跨膜质子驱动力，该质子驱动力而后会驱动溶质的跨膜次级主动运输。

如在液泡膜中的质子驱动力产生方式（H+-ATP 酶或H+-焦磷酸酶作用）。

第二种产生方式是，其他方式产生，但最终转化生成A TP。

如线粒体中氧化电子传递过程NADH释放的电势能在质子泵的作用下形成H+的电化学梯度，产生质子驱动力；再如类囊体膜光合电子传递过程中水分子裂解产生质子放在内囊体腔内，产生质子驱动力。

最后线粒体和类囊体膜上产生的质子驱动力均利用ATP合成酶形成ATP。

（H+-ATP酶作用）（2）作用：是驱动次级主动转运的动力来源，是液泡成为植物细胞内离子平衡的调节器的重要原因；为各种溶质(如阳、阴离子、氨基酸和糖类等)分子的主动跨膜转运提供了动力；是驱动ATP生成最直接的因素；为各种养分离子的跨膜运输提供动力；有效的调节膜内外渗透压；有效地减少高浓度离子对植株造成的毒害作用。

2、试述植物同化硝态氮的过程。

答：植物吸收的硝态氮必须在体内经代谢还原同化成有机氮化合物才能被植物进一步加以利用。

因为蛋白质的氮呈高度还原状态，而硝酸盐的氮却是呈氧化状态的。

NO3-采用主动运输的方式通过细胞膜，植物体内NO3-的还原反应是在细胞基质中（根部或叶片中）进行的。

一般认为，硝酸盐还原按以下步骤进行：第一步，NO3-在NR（硝酸还原酶）的作用下被还原成亚硝酸盐。

电子从NAD(P)H经FAD、细胞色素b557传至Mo，最后还原NO3-为NO2-。

第二步，NO3-还原为NO2-后，NO2-被迅速转运到质体中，亚硝酸盐再经过NiR（亚硝酸还原酶）催化还原生成NH4+。

还原过程需要消耗H+，同时伴随产生OH-，部分OH-被排出体外，使外部介质pH升高。

没有被还原的NO3-则临时贮存在液泡中。

植物直接吸收的NH4+与还原生成的NH4+一起进入谷氨酸合成酶(GOGA T)循环反应生成谷氨酸(Glu)和谷氨酰胺(Gln)；进一步转化为天冬氨酸(Asp)和天安酰胺(Asn)；最后形成体内其他所需的氨基酸或含氮化合物以供植物体的正常生长发育利用。

3、质膜NO3-转运系统的类型和作用特点。

答：植物体内存在着3个主要的NO3-吸收转运系统：（1）高亲和力NO3-吸收转运系统(HATS)作用特点：分为诱导型和组成型两种，诱导型对NO3-有较高的亲和力，Km和Vmax相对较高；组成型Km和Vmax相对较低。

（2）低亲和力NO3-吸收转运系统(LATS)作用特点：也存在诱导型继和组成型两种。

表现出线性、无饱和的动力特征。

（3）双亲和力NO3-吸收转运系统。

当外界NO3-浓度较低时，根系吸收NO3-主要依赖于HATS；当外界NO3-浓度高于1mmol/L时，主要依赖于LATS。

HATS和LATS存在相同的运输机制，都依赖H+共运输的转运系统。

4、土壤中磷的存在形式及植物根系对不同存在形式磷的吸收方式。

答：（1）土壤中磷元素存在两种形式：①有机态磷：核蛋白、卵磷脂和植酸盐等，占全磷总量的20%~50%；②无机态磷：根据溶解度分为水溶性磷、弱酸溶性磷、难溶性的无机磷化合物（占全磷50%—80%）。

（2）植物对磷的吸收：主动吸收、被动吸收和胞饮作用。

吸收方式：植物主要吸收无机磷，有机磷需要转化才能被吸收，在无机磷中正磷酸盐是其吸收的主要形式。

H2PO4-最易被吸收，HPO42-次之，PO43-几乎不被吸收。

植物在不同形态磷环境下，体内会形成相应的适应性机制。

①直接吸收偏磷酸和焦磷酸，被吸收后转化为正磷酸盐；②直接吸收有机磷化合物。

大麦、小麦和菜豆等作物能够吸收磷酸甘油和磷酸己糖，水稻能够吸收尿嘧啶、核苷酸和核酸。

③有的植物长有簇生根，簇生根能分泌质子、有机酸和酶类，从而活化土壤中难溶无机磷和有机磷，提高磷有效性，促进磷的吸收。

5、离子通道运输的特点。

答：离子通道是细胞膜上由通道蛋白形成的跨膜孔道结构，控制离子通过细胞膜。

属简单扩散。

（1）顺电化学势梯度，不消耗能量，是一种被动的、单方向的跨膜运输；（2）对离子有选择透过性，一种通道通常只允许某一离子通过；（3）离子通过离子通道的扩散速率快，均在106个/s以上；（4）通道蛋白多数不是持续开放的。

通过对适应刺激做出响应控制开放与否。

6、植物逆境蛋白的产生及其与抗性的关系。

答：逆境蛋白是植物在各种逆境胁迫下诱导形成的或含量增加的蛋白质。

逆境蛋白的产生是基因表达的结果，逆境条件使一些正常表达的基因被关闭，而一些与适应性有关的基因被启动，增强植物对逆境的适应性。

从这个意义上讲，也是植物对多变外界环境的主动适应和自卫能力。

植物在逆境条件下合成的逆境蛋白主要有：（1）热激蛋白（HSPs），可以和受热激伤害后变性蛋白质结合，维持它们的可溶状态或使其恢复原有的空间构象和生物活性。

热激蛋白也可以与一些酶结合成复合体，使这些酶的热失活温度明显提高。

（2）低温诱导蛋白，亦称冷激蛋白，它与植物抗寒性的提高有关。

由于这些蛋白具有高亲水性，所以具有减少细胞失水和防止细胞脱水的作用。

（3）水分胁迫蛋白，有利于降低细胞的渗透势和防止细胞脱水，提高植物的抗盐性和抗旱性。

（4）病程相关蛋白（PRs），与植物局部和系统诱导抗性有关，还能抑制真菌孢子萌发，抑制菌丝生长，诱导与其他防卫系统有关的酶的合成，提高其抗病能力。

（5）其他逆境蛋白，缺氧环境下植物体内会产生厌氧蛋白；紫外线照射会产生紫外线诱导蛋白；使用化学试剂会产生化学试剂诱导蛋白等等。

逆境蛋白的产生也是交叉适应的结果，一种刺激（逆境）可使植物产生多种逆境蛋白。

多种刺激可以使植物产生同样的逆境蛋白。

但也有研究表明，逆境蛋白不一定就与逆境或抗性有直接关系。

表现在以下方面：（1）有的逆境蛋白（如HSPs）可在植物正常生长、发育的不同阶段出现，貌似与胁迫反应无关；（2）有的逆境蛋白产生的量与其抗性无正相关性。

如同一植株上下不同叶片中病原相关蛋白量可相差达11倍，但这些叶片在抗性上并没有显著差异；（3）许多情况下没有逆境蛋白的产生，但植物对逆境同样具有一定的抗性。

7、植物的主动抗性的主要抗病因子及其作用。

答：植物在环境中受微生物持续攻击时不是被动的，一旦寄主的保卫屏障被破坏，植物也诱导细胞防卫反应，防止微生物定殖组织。

主动抗性有三种形式：非亲和抗性；侵染诱发的抗病性；诱导抗性。

无论是哪种形式的主动抗性，发挥抗病功能的都是防卫基因的产物。

植物主动抗性的主要抗病因子有：（1）产生的抗菌物质：①重新合成——植保素。

一类低分子质量的抗病原微生物的化合物，可以抑制微生物的生长。

普遍认为植物防御素的功能是专门起防御病斑扩散的作用。

目前对类萜植物防御素和异黄酮类植物防御素研究最多。

②原有组分转化——有毒物质。

主要指由糖苷类化合物转化而成的抗菌物质。

植物受伤后无毒糖苷由β-葡糖苷酶水解成有毒内脂。

③诱导增加合成——酚类物质。

酚类物质有参与植物生长和细胞壁的形成、抑制病原菌磷酸化酶、果胶酶、纤维素酶等的活性、参与合成植保素等的作用。

（2）产生的水解酶类：几丁质酶、β-1，3葡聚糖酶等，几丁质酶和β-1，3葡聚糖酶分别能够水解许多病原菌细胞壁的几丁质和1，3-葡聚糖，轻则使菌丝停止生长，粗缩畸形，重则使菌丝消化。

（3）细胞壁修饰产生：富含羟脯氨酸糖蛋白（HRGP）、木质素和胼胝质，三种物质相互作用共同抵御病原菌入侵及进一步扩散。

由于异黄酮类植物防御素、木质素以及酚类物质的生物合成都必须经过苯丙氨酸解氨酶的催化，所以苯丙氨酸解氨酶的活性与抗病性密切相关。

（4）过敏反应HR涉及。

脂氧合酶（LOX）的活性提高、活性氧的产生、防卫反应基因的活化、膜损伤导致的细胞解体。

最终使侵染部位组织迅速坏死，阻止病菌扩展。

8、抗病基因与防卫反应基因的功能。

答：防卫基因：直接或间接产物对病原增殖起限制作用；抗病基因：直接或间接产物与病原无毒基因产物认别，导致防卫基因的迅速表达。

使植物表达抗病性的是防卫基因，而决定植物能否表现抗病性的是抗病基因。

抗病基因功能：R基因产物（R蛋白）识别avr基因编码蛋白（配体），识别后R蛋白再激活信号传导系统，从而启动植物的防卫反应来阻扰病原物的入侵。

另外，R基因应能迅速进化以适应病原新小种的出现。

防卫反应基因功能：包括与抗病直接相关的基因和参与生长发育诱导防卫基因。

防卫基因编码的蛋白质参与植物对病原物的防卫反应。

其不单单是为防卫反应而准备的，植物正常生活中也需定量表达。

另外，抗病水平高低不仅要看防卫基因的表达时间和水平，还要看防卫基因的累加效应。

抗病基因和防卫反应基因的区别还有：(1)抗病基因编码产物具有特异性，而防卫反应基因编码产物具有普遍性；(2)抗病基因产物是植物防卫反应基因表达的直接或间接调节因子。

9、植物细胞吸水的方式及细胞水势组成。

答：（1）植物细胞吸水的方式：①渗透性吸水——主要方式。

含有液泡的成熟植物细胞依赖这种渗透作用从细胞外吸水。

②吸涨吸水：在未形成液泡的细胞和干燥种子细胞中的亲水胶体靠吸涨作用吸水。

③代谢性吸水。

利用呼吸作用释放出的能量，使水分经过质膜而进入细胞的过程。

成熟的植物细胞通过扩散、集流（依赖水孔蛋白）以及渗透作用吸水，未形成液泡植物细胞通过吸涨吸水。

（2）细胞水势组成：一般认为，植物细胞水势（Ψw）至少受到三个组分的影响，即溶质势（Ψs）、压力势（Ψp）和衬质势（Ψm）。

Ψw=Ψs+Ψp+Ψm①Ψs。

指由于细胞液中的无机离子、糖类、有机酸、色素等溶质的存在降低了水的自由能而使细胞水势降低的值。

恒为负值。

②Ψp。

由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水势增加的值叫做细胞的压力势。

一般情况下为政治。

质壁分离时Ψp=0，剧烈蒸腾，质壁分离前夕Ψp<0。

③Ψm。

由于细胞胶体物质（蛋白质、淀粉和纤维素等）的亲水性和毛细管对自由水的束缚而引起的水势降低的值。

具有液泡的成熟细胞Ψm趋于0。

但对于未形成中央大液泡的分生组织细胞、风干种子内细胞等，其Ψm很低，是其水势组成的主要部分。

10、气孔结构与功能的适应性表现。

答：一般植物的气孔由一对保卫细胞围成，有些植物中保卫细胞与临近细胞或副卫细胞围组成气孔复合体。

气孔结构与功能的适应性表现在以下几个方面：（1）大多数双子植物和许多单子叶植物、裸子植物、蕨类和藓类的保卫细胞为肾形，而禾本科植物和几种苔草(莎草科)的保卫细胞为哑铃形。

保卫细胞的壁有弹性，胞壁厚度不同、微纤丝与胞壁相连是保卫细胞不均匀膨胀和气孔运动中形状改变的主要决定因素。

（2）保卫细胞壁的特化和气孔运动关系：①果胶质。