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(5)调节植物体的温度。
2.植物体内水分存在的形式,与植物代谢和抗逆性之间的关系。
(1)植物体内的水分以两种形式存在。
一种是靠近亲水胶粒而被吸附的不易自由移动的水分,称为束缚水。
(2)另一种是距离亲水胶粒较远的可以自由移动的水分,称为自由水。
(3)自由水可以参与各种代谢活动。
因此,当自由水/束缚水比值高时,细胞原生质成溶胶状态,植物代谢旺盛,生长较快;
反之,自由水少时,细胞原生质为凝胶状态,植物代谢活性低,生长迟缓,但抗逆性强。
3.植物细胞水势的构成。
(1)溶质势(Ψs):
(2)压力势(Ψp):
(3)重力势(Ψg):
由于重力的存在而是体系水势增加的数值。
(4)衬质势(Ψm):
4.植物根系吸水的主要部位在根毛区。
5.植物吸收水分的动力。
(1)根压。
(2)蒸腾拉力。
6.植物根系吸水的途径。
(1)质外体途径
(2)共质体途径
(3)跨膜途径。
7.土壤条件是如何影响根系吸水的?
(1)土壤中可用水分。
(2)土壤溶液浓度。
(3)土壤温度。
(4)土壤通气状况。
(5)根际微生物。
8.影响气孔运动的因素。
(1)水分。
(2)光照。
(3)温度。
(4)CO2。
(5)植物激素脱落酸。
9.解释气孔运动的学说。
(1)淀粉-糖互变学说。
(2)钾离子学说。
(3)苹果酸代谢学说。
10.蒸腾作用的意义。
(1)植物对水分吸收和运输的主要动力。
(2)带动体内物质的运输和分配。
(3)降低叶片温度,防止受到太阳光的灼伤。
(4)调节膨压和气体交换。
11.高大乔木把水分运输到顶端的机制。
(1)水分向上运输的主要动力,是由蒸腾作用产生的蒸腾拉力。
(2)水分子之间由于有氢键的作用,产生了内聚力。
(3)水自身具有重量,受到向下的重力影响。
(4)水分在向上的运输过程中,受到了向上的拉力和向下的重力,从而产生张力。
(5)由于水分子之间的内聚力远远大于张力,同时水分子与导管或管胞的纤维素分子间还有附着力,所以维持了输导组织中水柱的连续性,使水分不断上升。
矿质营养
1.矿质营养:
植物对矿物质的吸收、转运和同化以及矿质在生命活动中的作用。
2.必需元素:
植物正常生长发育必不可少的营养元素。
3.胞饮作用:
细胞通过膜的内陷从外界直接摄取物质进入细胞的过程。
4.初级主动运输:
细胞利用能量逆电化学势梯度转运离子的过程。
5.次级主动运输:
由初级主动运输建立的跨膜电化学势梯度,促进细胞对其他离子的吸收。
6.生理酸性盐:
由于植物对离子的选择性吸收而使环境pH降低的盐类。
比如(NH4)2SO4
7.生理碱性盐:
由于植物对离子的选择性吸收而使环境pH升高的盐类。
比如NaNO3或Ca(NO3)2。
8.生理中性盐:
植物对离子的选择性吸收不改变环境pH的盐类。
比如NH4NO3。
9.单盐毒害:
将植物培养在某一单盐溶液中,不久植株呈现不正常状态甚至死亡,这种现象称为单盐毒害。
10.离子颉颃:
在单盐溶液中加入少量其他盐类,单盐毒害现象就会消除。
这种不同离子间能够相互消除植物遭受单盐毒害的现象,称为离子颉颃。
11.平衡溶液:
植物在含有适当比例的多盐溶液中才能正常生长发育,这种溶液称为平衡溶液。
12.生物固氮:
通过微生物的作用,把空气中的游离氮固定转化为含氮化合物的过程。
二.基本内容
1.符合植物必需营养的三条标准。
(1)不可缺少性。
(2)不可替代性。
(3)直接功能性。
2.植物必需的营养元素。
(1)大量元素:
碳、氢、氧、氮、磷、钾、硫、钙、镁、硅。
(2)微量元素:
铁、锰、硼、锌、铜、钼、氯、镍、钠。
3.细胞吸收溶质的方式。
(1)简单扩散。
(2)通道运输。
(3)载体运输。
(4)离子泵运输。
(5)胞饮作用。
4.离子跨膜运输的主动运输与次级主动运输的过程。
(1)在离子的主动运输过程中,膜上的H+-ATPase催化水解ATP,将胞质内H+向膜外泵出的过程,细胞外侧的H+浓度增加,形成跨膜的质子浓度梯度和膜电势梯度,两者合称为质子电化学势梯度,也称为质子动力。
(2)质膜外侧的H+要顺浓度梯度进入质膜内侧,同时,细胞外侧的阳离子利用这种跨膜的电化学势梯度,与H+共同进入细胞内。
(3)上述过程中,利用能量产生跨膜的电化学势梯度,即逆着电化学势梯度转运H+的过程为初级主动运输。
细胞外侧的阳离子利用这种跨膜的电化学势梯度进入细胞,即跨膜的电化学势梯度促进细胞对矿质吸收的过程为次级主动运输。
次级主动运输是一个共运输过程,包括同向运输和反向共运输。
5.植物根系吸收矿质养分最活跃的区域是根毛区。
6.根系吸收矿质营养和吸收水分的关系。
(1)植物对水分和矿质的吸收相互联系又相互独立。
(2)联系:
盐分溶于水中才能被根系吸收,并随水流进入根部的质外体,且矿质的吸收降低了细胞的渗透势,促进了植物的吸水。
(3)独立:
水分吸收主要以蒸腾作用引起的被动吸水为主,而矿质吸收则以消耗能量的主动吸收为主。
(4)两者的分配方向不同,水分主要被分配到叶片,而矿质主要被分配到当时的生长中心。
7.根系吸收矿质元素的过程。
(1)矿质元素被吸附在根组织细胞表面。
(2)根部细胞通过呼吸作用释放CO2和H2O,CO2溶于水生成H2CO3,H2CO3解离为H+和
。
这两种离子与土壤溶液中的离子进行交换,使土壤中的离子吸附在根部细胞表面。
(3)离子进入根组织木质部导管。
(4)吸附在根部表面的离子通过质外体或共质体途径向木质部导管运输。
质外体运输只限于根的内皮层以外。
各种溶质和水分子到达内皮层后只有进入共质体才能进入维管束组织。
(5)进入导管的矿质元素随着木质部汁液在蒸腾拉力和根压的共同作用下运送至植物的地上部分。
8.环境因素是如何影响根部吸收矿质元素的?
(1)温度。
(2)土壤通气状况。
(3)溶液浓度。
(4)土壤酸碱度(pH)。
(5)土壤微生物。
9.在植物叶片的叶肉细胞内,将硝酸根离子还原为亚硝酸根离子的部位是:
细胞质。
植物叶片的叶肉细胞内,将亚硝酸根离子还原为铵的部位是:
叶绿体。
10.硝酸盐被还原为铵的过程。
(1)在细胞质中,由硝酸还原酶催化,将硝酸盐还原为亚硝酸盐。
NAD(P)H将电子和质子传递给氧化态FAD,FAD得到电子和质子后转变为还原态的FADH2,FADH2将电子传递给氧化态Cytb557,氧化态Cytb557得到电子后转变为还原态Cytb557,还原态Cytb557继续把电子传递给氧化态的MoCo,氧化态的MoCo得到电子后转变为还原态MoCo,还原态MoCo把电子传递给硝酸根离子,硝酸根离子得到电子后转变为亚硝酸根离子。
(2)在叶绿体中,由亚硝酸还原酶催化,将亚硝酸根离子转变为铵。
非环式光合电子传递链中的电子,传递给氧化态铁氧还蛋白,氧化态铁氧还蛋白得到电子后,转变为还原态铁氧还蛋白,还原态铁氧还蛋白的电子提供给铁硫簇,然后传递给西罗血红素,最后将电子传递给亚硝酸根离子,生成铵。
11.硫酸盐的同化过程。
(1)SO42-的活化:
SO42-非常稳定,在与其他物质作用之前,首先要被活化。
在ATP硫酸化酶的作用下,SO42-与ATP反应,合成腺苷酰硫酸(APS)和PPi。
(2)APS还原为S2-:
首先,APS还原酶将还原态谷胱甘肽(GSH)的2个电子转移给APS,产生亚硫酸盐(SO32-)和氧化态的谷胱甘肽(GSSG)。
其次,亚硫酸盐还原酶从Fdred转移6个电子给SO32-,产生硫化物(S2-)。
(3)S2-合成半胱氨酸:
首先,在丝氨酸乙酰转移酶的作用下,丝氨酸(Ser)与乙酰CoA反应形成乙酰丝氨酸(OAS)和CoA。
然后,在乙酰丝氨酸硫酸化酶的催化下,OAS与S2-反应形成半胱氨酸(Cys)和乙酸(Ac)。
半胱氨酸可进一步合成其他的含硫有机物。
12.磷酸盐的同化:
磷酸盐进入同化途径最主要的起点是通过光合磷酸化、氧化磷酸化和底物水平磷酸化形成ATP。
13.可再利用元素和不可再利用元素:
当植物缺乏氮或磷时,老叶首先表现出缺素症。
当植物缺乏钙或硫时,嫩叶首先表现出缺素症。
14.合理追肥的生理指标:
天冬酰胺的含量;
硝酸还原酶的活性;
谷氨酸脱氢酶的活性。
光合作用
1.光合作用:
植物吸收阳光的能量,同化二氧化碳和水,制造有机物并释放氧气的过程。
2.荧光现象:
叶绿素溶液的透射光呈绿色,而叶绿素溶液的反射光呈红色。
3.红降现象:
用波长在685nm以上的光照射时,虽然在叶绿素吸收的有效范围内,但光合作用的量子产率却急剧下降,称为红降现象。
4.双光增益效应:
在远红光(710nm)条件下,补充红光(650nm),则量子产额大增,比这两种波长的光单独照射的总和还要多。
因两种波长的光协同作用而增加光合效率的现象称为双光增益效应。
5.光合磷酸化:
ATP合酶利用跨类囊体膜的质子的电化学势梯度,在叶绿体基质中把ADP和无机磷合成为ATP的过程。
6.光合链:
原初反应产生的高能电子,经过一系列电子传递体,传递给NADP+,生成NADPH。
在类囊体膜上的PSⅡ和PSⅠ之间排列紧密的电子传递体组成电子传递的总轨道,称为光合链。
7.光呼吸:
植物的绿色细胞在光照下不但进行CO2的同化,而且存在依赖光的吸收O2、释放CO2的反应,这一过程称为光呼吸。
8.光合速率:
单位时间、单位叶面积吸收CO2的物质的量或释放O2的物质的量。
9.光补偿点:
当光合过程中吸收的CO2与光呼吸和呼吸作用释放的CO2相等时,此时所测定的表观光合速率为零,此时的光照强度称为光补偿点。
10.CO2补偿点:
当植物光合作用吸收的CO2量与光呼吸和呼吸作用释放的CO2量相等时,环境中的CO2浓度称为CO2补偿点。
1.Chla:
叶绿素a
2.Chlb:
叶绿素b
3.PSⅠ:
光系统Ⅰ
4.PSⅡ:
光系统Ⅱ
5.Cytb6f:
细胞色素b6f复合体
6.PQ:
质体醌
7.PC:
质体蓝素
8.Rubisco:
核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶
9.RuBP:
核酮糖-1,5-二磷酸
10.Fd:
铁氧还蛋白
11.NADP+:
氧化态辅酶Ⅱ
12.NADPH:
还原态辅酶Ⅱ
13.NAD+:
氧化态辅酶Ⅰ
14.NADH:
还原态辅酶Ⅰ
15.PEP:
磷酸烯醇式丙酮酸
16.PEPC:
磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶
1.高等植物叶绿体色素的种类和作用。
a)种类
叶绿素:
叶绿素a,叶绿素b。
类胡萝卜素:
胡萝卜素,叶黄素。
b)作用
绝大部分叶绿素a和所有叶绿素b具有吸收和传递光能的作用。
极少数特殊状态的叶绿素a具有光化学活性,能够将光能转变为电能。
类胡萝卜素收集和传递光能,防护叶绿素免受多余光照伤害。
2.叶绿素分子结构:
叶绿素分子由一个含有金属镁离子的卟啉环“头部”,连接一个植醇“尾部”构成;
其中卟啉环由四个吡咯环和一个含有羰基的副环构成。
叶绿素a和叶绿素b在分子结构的区别,在于第二个吡咯环上,叶绿素a连有一个甲基,叶绿素b连有一个醛基。
3.叶绿素a和叶绿素b吸收光谱的异同。
a)相同点:
叶绿素a和叶绿素b在波长为430–450nm的蓝紫光部分和640–660nm的红光部分具有最大吸收峰。
红光和蓝光被叶绿素大量吸收,绿光很少被吸收。
b)不同点:
在波长为430–450nm的蓝紫光部分,叶绿素b的吸收峰大于叶绿素a。
在640–660nm的红光部分,叶绿素a的吸收峰大于叶绿素b。
在可见光范围内,叶绿素a的吸收光谱较宽,叶绿素b的吸收光谱较窄。
4.光合作用中各种能量的转变情况
能量转变
光能
→
电能
活跃的化学能
稳定的化学能
贮存能量
的物质
光量子
电子
ATP,
NADPH
糖类
完成能量
转变的过程
原初反应
电子传递和
光合磷酸化
碳同化
完成转变
的部位
基粒类囊体
叶绿体
的基质
是否依赖
光照
光反应
暗反应
5.光合电子传递的途径。
(1)非环式电子传递:
PSⅡ和PSⅠ共同受到光激发,串联推动电子传递,从水中获得电子并将电子最终传递给NADP+,生成O2和NADPH+H+。
电子传递路线:
H2O→PSⅡ→PQ→Cytb6f→PC→PSⅠ→Fd→FNR→NADP+
(2)环式电子传递:
PSⅠ受到光激发而PSⅡ没有受到光激发时,PSⅠ产生的电子传递给Fd,通过Cytb6f复合体和PC返回PSⅠ,形成了围绕PSⅠ的环式电子传递。
PSⅠ→Fd→PQ→Cytb6f→PC→PSⅠ
(3)假环式电子传递:
水光解后释放的电子不传递给NADP+,而是传递给分子O2,形成超氧阴离子。
超氧阴离子被超氧化物岐化酶SOD清除,生成H2O。
H2O→PSⅡ→PQ→Cytb6f→PC→PSⅠ→Fd→O2
6.PSⅡ中的反应中心色素分子是P680,PSⅠ中的反应中心色素分子是P700。
7.光反应的最终产物是ATP和NADPH,这两者又称为同化力。
8.C3途径(卡尔文循环)的三个阶段分别是:
羧化阶段;
还原阶段;
更新阶段。
9.C3途径(卡尔文循环)的反应过程:
(1)羧化阶段:
CO2与RuBP在Rubisco的催化下,发生羧化反应,生成3-磷酸甘油酸。
(2)还原阶段:
3-磷酸甘油酸在3-磷酸甘油酸激酶的催化下,生成1,3-二磷酸甘油酸;
1,3-二磷酸甘油酸在甘油醛-3-磷酸脱氢酶的催化下,生成3-磷酸甘油醛。
(3)更新阶段:
3-磷酸甘油醛经过一系列转变,再生形成RuBP。
10.C3途径中,CO2的受体是RuBP,催化CO2和RuBP发生羧化反应的酶是Rubisco。
11.C4途径中,CO2的受体是PEP,催化CO2和PEP发生羧化反应的酶是PEPC。
12.C4途径发生在两种不同类型的细胞中:
叶肉细胞;
维管束鞘细胞。
13.C4途径的反应过程:
(1)羧化与还原阶段:
在叶肉细胞中,CO2与PEP,在PEPC的催化下,发生羧化反应,生成草酰乙酸,草酰乙酸进一步转变为苹果酸或天冬氨酸。
(2)苹果酸或天冬氨酸被运至维管束鞘细胞中,脱羧变成丙酮酸。
脱羧形成的CO2参与C3循环。
(3)底物再生阶段:
C4酸脱羧形成的C3酸(丙酮酸或丙氨酸)运回叶肉细胞再生形成PEP。
14.根据运入维管束鞘的C4双羧酸的种类以及参与脱羧反应的酶类,C4途经又分为三种类型:
NADP-苹果酸酶型(在叶绿体脱羧),NAD-苹果酸酶型(在线粒体脱羧),PEP羧激酶型(在细胞质脱羧)。
15.CAM途径:
(1)夜间,气孔开放,吸收CO2,在细胞质PEP羧化酶的作用下,将CO2与PEP合成草酰乙酸(OAA),OAA在NADP-苹果酸脱氢酶的作用下,转化为苹果酸,贮存在液泡里。
(2)白天,气孔关闭,液泡中的苹果酸转运进入细胞质,在NADP-苹果酸酶催化下,脱羧释放出CO2,进入叶绿体参与卡尔文循环(C3途径)。
16.C3、C4和CAM植物的光合特征和生理特征。
特征
C3植物
C4植物
CAM植物
植物类型
温带植物
热带或亚热带植物
干旱地区植物
CO2固定酶
Rubisco
PEPC
CO2固定途径
卡尔文循环
在不同的空间分别进行C4途径和卡尔文循环
在不同时间分别进行CAM途径和卡尔文循环
最初CO2接受体
RuBP
PEP
光下:
RuBP;
暗中:
CO2固定的最初产物
3-磷酸甘油酸
草酰乙酸
3-磷酸甘油酸;
暗中:
气孔打开的时间
白天
晚上
耐旱性
弱
强
极强
17.C4植物净光合速率高于C3植物的原因。
(1)C4植物叶片维管束鞘薄壁细胞较大;
(2)维管束鞘外侧的叶肉细胞组成“花环型”结构。
叶肉细胞核维管束鞘细胞之间胞间连丝发达。
C3植物的维管束鞘薄壁细胞较小,没有“花环型”结构,维管束鞘周围叶肉细胞排列松散。
(3)PEPC与Rubisco相比,对CO2的亲和力更高;
C4植物的光呼吸速率低。
(4)C4酸由叶肉细胞进入维管束鞘细胞,C4途径对CO2有浓缩效应。
18.光呼吸(又称为乙醇酸途径,C2途径)的生理功能。
(1)消除乙醇酸的毒害。
(2)维持C3途径的运转:
在叶片气孔关闭或外界CO2浓度降低时,光呼吸释放的CO2能被C3途经利用,以维持C3途径的运转。
(3)消耗光反应产生的过剩ATP和NADPH,防止强光对光合机构的破坏。
(4)氮代谢的补充:
光呼吸代谢中涉及多种氨基酸(甘氨酸、丝氨酸)的形成和转化过程对绿色细胞的氮代谢是一个补充。
19.光呼吸分别在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体三种细胞器的协同参与下完成。
20.环境因素是如何影响植物的光合作用的?
(1)光照
(2)温度
(3)CO2
(4)水分
(5)矿质营养
植物的呼吸作用
一、名词解释
1.有氧呼吸:
生活细胞在氧的参与下,把葡萄糖等有机物彻底氧化分解,产生二氧化碳和水,同时释放能量的过程。
2.呼吸链:
呼吸代谢中间产物的电子和质子,沿着一系列有顺序的电子传递体组成的电子传递途径,传递到分子氧的总过程。
3.氧化磷酸化:
在线粒体中,电子经过电子传递链传递到氧,伴随ATP合酶催化,将ADP和磷酸合成ATP的过程,称为氧化磷酸化。
4.抗氰呼吸:
在氰化物存在下,某些植物的呼吸作用不受抑制,这种呼吸作用称为抗氰呼吸。
5.呼吸速率:
单位质量的植物组织在单位时间内释放的二氧化碳或者吸收氧气的量。
6.温度系数:
温度升高10°
C,呼吸速率增加的倍数,称为温度系数。
二、符号所代表的中文名称
1.EMP:
糖酵解途径
2.TCA:
三羧酸循环
3.PPP:
戊糖磷酸途径
4.UQ:
泛醌
5.ATP:
三磷酸腺苷
三、基本内容
1.呼吸作用的生理意义。
(1)提供植物生命活动所需要的大部分能量。
(2)为其它化合物的合成提供原料。
(3)为代谢活动提供还原力,比如NADH、NADPH。
(4)增强植物抗病免疫能力。
2.有氧呼吸作用中,糖的分解代谢途径及其发生的部位。
糖酵解途径(EMP)在细胞质中进行。
三羧酸循环(TCA)在线粒体中进行。
戊糖磷酸途径(PPP)在细胞质中进行。
3.长时间无氧呼吸使陆生植物受伤甚至死亡的原因。
(1)无氧呼吸释放的能量少,要依靠无氧呼吸释放的能量来维持生命活动的需要,就必须消耗大量有机物,从而造成呼吸底物迅速耗尽。
(2)无氧呼吸生成不彻底的氧化产物,比如酒精和乳酸。
这些物质的积累,对植物会产生毒害作用。
(3)无氧呼吸的中间产物较少,不能为合成其他细胞成分提供足够的原料。
4.线粒体内膜上呼吸电子传递链和氧化磷酸化的重要组分:
(1)NADH脱氢酶
(2)琥珀酸脱氢酶
(3)细胞色素bc1复合体
(4)细胞色素氧化酶
(5)交替氧化酶
(6)氧气(O2)
(7)ATP合酶
5.糖酵解途径(EMP)的生理意义。
(1)普遍存在与动物、植物和微生物中,是有氧呼吸和无氧呼吸的共同途径。
(2)中间产物磷酸丙糖、终产物丙酮酸是合成其它有机物的重要原料,是植物体内呼吸代谢和有机物质转化的枢纽。
(3)通过糖酵解,生物体可以获得生命活动所需的部分能量。
是厌氧生物分解糖和获取能量的主要方式。
(4)糖酵解途径中,除了己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶所催化的反应外,其余反应均可逆转,这就为糖异生作用提供了基本途径。
6.三羧酸循环(TCA)的生理意义。
(1)植物体进行有氧呼吸的主要途径,是物质代谢的枢纽。
蛋白质、脂肪、核酸的代谢产物必须通过TCA才能彻底氧化降解。
(2)植物体获得能量的最主要形式。
(3)中间产物为其它物质的合成提供原料。
例如,丙酮酸可转变成丙氨酸,草酰乙酸可转变成天冬氨酸等。
7.戊糖磷酸途径(PPP)的生理意义。
(1)PPP途径是对葡萄糖进行直接氧化降解的酶促反应过程,有较高的能量转化效率。
(2)产生的NADPH主要作为还原剂(供氢体),用于还原性的生物合成。
H+则通过泛醌或NAD+进入呼吸链。
(3)中间产物5-磷酸核糖是合成核酸的原料。
(4)PPP途径在植物中普遍存在,特别是在植物感病、受伤和干旱时;
当植物组织衰老时,PPP途径可占全部呼吸的50%以上。
8.植物细胞中末端氧化酶的种类。
线粒体内的末端氧化酶:
细胞色素氧化酶;
交替氧化酶。
线粒体外的末端氧化酶:
酚氧化酶;
抗坏血酸氧化酶;
乙醇酸氧化酶。
9.抗氰呼吸的生理意义。
(1)有利于授粉。
早春开花时,挥发一些胺、吲哚和萜类,引诱昆虫帮助授粉。
(2)抗氰呼吸释放的热量对产热植物早春开花有保护作用,有利于种子萌发。
(3)对呼吸代谢进行协同调控:
当底物和NADH过剩时,分流电子。
当细胞色素氧化酶途径受阻时,交替途径能够将过剩的电子除去,保证EMP途径、TCA循环、PPP途径正常运转。
(4)增强植物的抗逆性。
10.氧化磷酸化的机理:
化学渗透假说。
(1)呼吸电子传递体分为氢传递体和电子传递体,氢传递体既能传递电子也能传递质子,电子传递体只传递电子。
(2)氢传递体和电子传递体在线粒体内膜上有特定的位置,彼此间隔交替排列。
(3)氢传递体有质子泵的作用,当氢传递体从线粒体内膜内侧接收从底物传来的氢后,可将底物的电子传给其后的电子传递体,同时将H+泵出内膜,进入膜内空间。
由此产生跨膜H+电化学势梯度,也称为质子动力势。
H+电化学势梯度是氧化磷酸化的动力。
(4)线粒体膜内的H+顺电化学势梯度经ATP合酶的H+通道(Fo)进入线粒体基质
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