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习 题（第一章 植物的水分生理）
一、名词解释
自由水：指未与细胞组分相结合能自由活动的水。
束缚水：亦称结合水，指与细胞组分紧密结合而不能自由活动的水。
水势：每偏摩尔体积水的化学势差。用Ψ w 表示，单位 MPa 。Ψ w ＝ (μ w -μ w o )/V w ， m ，即水势为体系中水的化学势与处于等温、等压条件下纯水的化学势之差，再除以水的偏摩尔体积的商。
水孔蛋白：是存在于生物膜上的具有专一性通透水分功能的内在蛋白。
蒸腾拉力：由于蒸腾作用产生的一系列水势梯度使导管中水分上升的力量。 水分临界期：植物对水分不足特别敏感的时期。如花粉母细胞四分体形成期。 压力势：是由细胞壁的伸缩性对细胞内含物所产生的静水压而引起的水势增加值。 一般为正值，用 Ψ P 表示。
根压：由于根系的生理活动而使液流从根部上升的压力。
蒸腾速率：指植物在单位时间内，单位叶面积通过蒸腾作用而散失的水分量。 伤流现象：从植物茎的基部切断植株，则有液体不断地从切口溢出的现象。 蒸腾系数：植物每制造 1 g 干物质所消耗水分的克数。它是蒸腾效率的倒数，又称需水量。 渗透势：亦称溶质势，是由于溶液中溶质颗粒的存在而引起的水势降低值。 用 Ψ s 表示 , 一般为负值。
吐水现象：未受伤的植物如果处于土壤水分充足，空气湿润的环境中，在叶的尖端或者叶的边缘向外溢出水滴的现象。
蒸腾效率：植物每蒸腾 1 kg 水时所形成的干物质的克数。
渗透作用：水分通过半透膜从水势高的区域向水势低的区域运转的作用。 蒸腾作用：水分从植物地上部分表面以水蒸汽的形式向外界散失的过程。 二、写出下列符号的中文名称
μ w：任一体系水的化学势 μ w °：纯水的化学势； Ψ w ：水势 Ψ m：衬质势 Ψ p：压力势； Ψ s ：渗透势； 三、填空题
1. 植物散失水分的方式有（ 两 ）种，即（蒸腾作用）和（ 吐水 ）。 2. 作物灌水的生理指标有（ 叶片水势 ）、（细胞汁液浓度）、（ 渗透势 ）和（气孔开度 ）。
3. 植物细胞吸水的三种方式是（ 扩散 ）、（ 集流 ）和（ 渗透作用 ）。 4. 植物根系吸水的两种方式是（ 主动吸水 ）和（ 被动吸水 ）。前者的动力是（ 根压 ），后者的动力是（ 蒸腾拉力 ）。
5. 设甲乙两个相邻细胞，甲细胞的渗透势为 －16 × 10 5 Pa ，压力势为 9 × 10 5 Pa ，乙细胞的渗透势为
－13 × 10 5 Pa ，压力势为 9 × 10 5 Pa ，水应从（ 乙 ）细胞流向（ 甲 ）细胞，因为甲细胞的水势是（﹣ 7 × 10 5 Pa ），乙细胞的水势是（﹣ 4 × 10 5 Pa ）。
6. 某种植物每制造 10 克干物质需消耗水分 5000 克，其蒸腾系数为（ 500 克 ），蒸腾效率为（2 克 ）。
7. 把成熟的植物生活细胞放在高水势溶液中细胞表现（ 吸水 ），放在低水势溶液中细胞表现（ 排水 ），放在等水势溶液中细胞表现（吸、排水速度相等 ）。
8. 写出下列吸水过程中水势的组分 吸胀吸水，Ψ w = （ Ψ m ）；渗透吸水，Ψ w = （ Ψ s + Ψ P ）； 干燥种子吸水，Ψ w = （ Ψ m ）； 一个成熟细胞水势组分，Ψ w = （ Ψ s + Ψ P + Ψ g ）。
9. 当细胞处于初始质壁分离时，Ψ P = （ 0 ），Ψ w = （ Ψ s ）；当细胞充分吸水完全膨胀时，Ψ p = （ - Ψ s ），Ψ w = （ 0 ）；在初始质壁分离与细胞充分吸水膨胀之间，随着细胞吸水，Ψ S （升高 ），Ψ P （ 升高 ），Ψ w （ 升高 ）。
10. 蒸腾作用的途径有（ 皮孔蒸腾 ）和（ 叶片蒸腾 ），而后者又可分为（ 角质层蒸腾 ）和（ 气孔蒸腾 ）。
11. 细胞内水分存在状态有（ 自由水 ）和（ 束缚水 ）。 12. 常用的蒸腾作用指标有（ 蒸腾速率 ）、（ 蒸腾效率 ）和（ 蒸腾系数 ）。
13. 影响蒸腾作用的环境因子主要有（ 光照强度 ）、（ 温度 ）、（ 空气相对湿度 ）和（ 风 ）。
14. 植物水分代谢的三个过程为（ 吸收 ）、（ 运输 ）和（ 排出 ）。
15. 空气的相对湿度下降时，蒸腾速度（ 提高 ）。
16. 将Ψ P = 0 的细胞放入等渗透溶液中，其体积（ 不变 ）。 四、选择题
1. 有一充分饱和细胞，将其放入比细胞浓度低 10 倍的溶液中，则细胞体积（ 2 ）
（ 1 ）不变 （ 2 ）变小 （ 3 ）变大 （ 4 ）不一定
2. 已形成液泡的成熟细胞，其衬质势通常忽略不计，原因是（ 4 ） （ 1 ）衬质势不存在 （ 2 ）衬质势等于压力势 （ 3 ）衬质势绝对值很大 （ 4 ）衬质势绝对值很小
3. 水分在根及叶的活细胞间传导的方向决定于（ 3 ） （ 1 ）细胞液的浓度 （ 2 ）相邻活细胞的渗透势大小 （ 3 ）相邻活细胞的水势梯度 （ 4 ）活细胞压力势的高低 4. 在气孔张开时，水蒸气分子通过气孔的扩散速度（ 3 ） （ 1 ）与气孔面积成正比 （ 2 ）与气孔周长成反比
（ 3 ）与气孔周长成正比 （ 4 ）不决定于气孔周长，而决定于气孔大小 5. 一般说来，越冬作物细胞中自由水与束缚水的比值（ 2 ） （ 1 ）大于 1 （ 2 ）小于 1 （ 3 ）等于 1 （ 4 ）等于零
6. 植物根系吸水的主要部位是（ 3 ） （ 1 ）分生区 （ 2 ）伸长区
（ 3 ）根毛区 （ 4 ）伸长区的一部分和分生区的一部分 7. 植物的水分临界期是指（ 3 ）
（ 1 ）植物需水量多的时期 （ 2 ）植物对水分利用率最高的时期 （ 3 ）植物对水分缺乏最敏感的时期 （ 4 ）植物对水分的需求由低到高的转折时期
8. 植物体内水分长距离运输的主要渠道是元素中，属于必需（ 2 ） （ 1 ）筛管和半胞 （ 2 ）导管或管胞 （ 3 ）转移细胞 （ 3 ）胞间连丝 五、是非题
1. 蒸腾效率高的植物，一定是蒸腾量小的植物。（ × ）
2. 将一个细胞放入某一浓度的溶液中时，若细胞浓度与外界溶液的浓度相等，则细胞体积不变。（ × ）
3. 处于初始质壁分离状态的细胞，若其细胞内液浓度等于外液浓度，则细胞的吸水速度与排水速度相等，出现动态平衡。（ √ ） 4. 植物具有液泡的成熟细胞的衬质势很小，通常忽略不计。（ × ） 5. 一个细胞能否从外液中吸水，主要决定于细胞水势与外液水势的差值。（ √ ）
6. 水分通过根部内皮层，需经过共质体，因而内皮层对水分运转起调节作用。（ √ ） 7. 若细胞的Ψ P = - Ψ S ，将其放入某一溶液中时，则体积不变。（ × ） 8. 若细胞的Ψ w = Ψ S ，将其放入纯水中，则体积不变。（ × ） 9. 将 Ψ p = 0 的细胞放入等渗溶液中，其体积不变。（ √ ） 10. 植物代谢旺盛的部位自由水与束缚水的比值小。（ × ） 11. 土壤中的水分在具有内皮层的根内，可通过质外体进入导管。（ × ） 12. 保卫细胞进行光合作用时，其渗透势增高，水分进入，气孔张开。（ × ）
13. 植物体内水在导管和管胞中能形成连续的水柱，主要是由于蒸腾拉力和水分子内聚力的存在。（ √ ）
14. 不管活细胞还是死细胞，只要用中性红染色，都可观察到质壁分离现象。（ × ） 六、问答题
1.试述气孔开闭机理（三个学说）。
2.植物气孔蒸腾是如何受光、温度、 CO2 浓度调节的 ? 3.植物受涝害后，叶片萎蔫或变黄的原因是什么？ 4.低温抑制根系吸水的主要原因是什么？ 5.化肥施用过多为什么会产生“烧苗”现象？ 6.蒸腾作用的生理意义如何？
7.举例说明植物存在主动吸水和被动吸水。 8.试述水分在植物生命活动中的作用。 9.植物体内水分存在状态与代谢关系如何？
10.细胞质壁分离和质壁分离复原有何应用价值？
11.高大树木导管中的水柱为何可以连续不中断？
12.合理灌溉在节水农业中的意义如何？如何才能做到合理灌溉？ 13.为什么夏季晴天中午不能用井水浇灌作物？ 14.光照如何影响植物根系吸水？ 答案
1. 关于气孔开闭机理主要有两种学说：
（ 1 ）淀粉－糖互变学说：保卫细胞在光下进行光合作用，消耗CO2，细胞质内的pH增高，促使淀粉磷酸化酶水解淀粉为可溶性糖，保卫细胞的水势下降，从周围细胞吸水，气孔张开。保卫细胞在黑暗中进行呼吸作用，产生CO2使保卫细胞的pH下降，淀粉磷酸化酶把可溶性糖转变为淀粉，水势升高，保卫细胞失水，气孔关闭。
（ 2 ）无机离子泵学说 又称 K + 泵假说。在光下，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 ，并将 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，引发气孔开张。
（3）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 2 H + 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，该过程逆转。
6. （ 1 ）蒸腾作用可引起植物的被动吸水，并有利于水分的传导。
（ 2 ）蒸腾作用能降低叶温，使植物体及叶片保持一定温度，避免过热伤害。 （ 3 ）蒸腾作用能促进物质的吸收和运输。 （ 4 ）蒸腾作用有利于气体交换。
7. （ 1 ）可用伤流现象证明植物存在主动吸水。如将生长中的幼嫩向日葵茎，靠地面 5cm 处切断，过一定时间可看到有液体从茎切口流出。这一现象的发生，完全是由于根系生理活动所产生的根压，促使液流上升并溢出而造成，与地上部分无关。（亦可用吐水现象证明）。
（ 2 ）可用带有叶片但将根去掉的枝条（或用高温、毒剂杀死根系）吸水证明植物存在被动吸水。将带有叶片但将根去掉的枝条插入瓶中，可保持几天枝叶不萎蔫，说明靠叶片蒸腾作用产生的蒸腾拉力，能将水分被动吸入枝条并上运，是与植物根系无关的被动吸水过程。 8.