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<第二章>自测试题
作者:植物生理…    文章来源:扬州大学农学院    点击数:1278    更新时间:2007/7/4
        ★★★ 【字体:
(一)填空
  1.由于               的存在而引起体系水势降低的数值叫做溶质势。溶质势表示溶液中水分潜在的渗透能力的大小,因此,溶质势又可称为               。溶质势也可按范特霍夫公式Ψs=Ψπ=               来计算。(溶质颗粒,渗透势, -iCRT)
  2.具有液泡的细胞的水势Ψw=               。干种子细胞的水势Ψw=               。(Ψs+Ψp,Ψm)
  3.盐碱地或灌溉水中的盐分浓度高,可引起作物               干旱。(生理)
  4.某种植物每制造一克干物质需要消耗水分500g,,其蒸腾系数为               ,蒸腾效率为____________。(500, 2g·kg-1H2O)
  5.通常认为根压引起的吸水为               吸水,而蒸腾拉力引起的吸水为               吸水。(主动吸水,被动吸水)
  6.植物从叶尖、叶缘分泌液滴的现象称为               ,它是               存在的体现。(吐水,根压)
  7.在标准状况下,纯水的水势为               。加入溶质后其水势               ,溶液愈浓其水势愈               。(0、下降、愈低)
  8.永久萎蔫是               引起的,暂时萎蔫则是暂时的               引起的。相当于土壤永久萎蔫系数的水,其水势约为               MPa。(土壤缺少有效水,蒸腾>吸水,-1.5)
  9.植物的吐水是以               状态散失水分的过程,而蒸腾作用以               状态散失水分的过程。(液体,气体)
  10.田间一次施肥过多,作物变得枯萎发黄,俗称               苗,其原因是土壤溶液水势               于作物体的水势,引起水分外渗。(烧,低)
  11.种子萌发时靠               作用吸水,干木耳吸水靠               作用吸水。形成液泡的细胞主要靠                 作用吸水。(吸胀,吸胀,渗透)
  12.植物细胞处于初始质壁分离时,压力势为               ,细胞的水势等于其               。当吸水达到饱和时,细胞的水势等于               。(0,Ψs,0)
  13.植物细胞中自由水与束缚水之间的比率增加时,原生质胶体的粘性               ,代谢活性               ,抗逆性               。(降低,上升,下降)
  14.气孔开放时,水分通过气孔扩散的速度与小孔的               成正比,不与小孔的               成正比。 (周长,面积)
  15.气孔在叶面上所占的面积一般为               %,但通过气孔蒸腾可散失植物体内的大量水分,这是因为气孔蒸腾符合               原理。(1,小孔律)
  16.移栽树木时,常常将叶片剪去一部分,其目的是减少               。(蒸腾面积)
  17.植物激素中的               促进气孔的张开;而               则促进气孔的关闭。(细胞分裂素,脱落酸)
  18.常用的蒸腾作用指标是                                          。(蒸腾速率、蒸腾效率、蒸腾系数或需水量)
  19.C4植物的蒸腾系数要               于C3植物。(小)
  20.设甲乙两个相邻细胞,甲细胞的渗透势为-1.6MPa,压力势为0.9MPa,乙细胞的渗透势为-1.3MPa,压力势为0.9MPa,甲细胞的水势是               ,乙细胞的水势是               ,水应从               细胞流向               细胞。 (-0.7MPa,-0.4MPa,乙,甲)
  21.利用细胞质壁分离现象,可以判断细胞               ,测定细胞的               。(死活, 渗透势)
  22.蒸腾旺盛时,木质部导管和叶肉细胞的细胞壁都因失水而收缩,使               势下降,从而引起这些细胞水势下降而吸水。(压力)
  23.根系吸水的部位主要在根的尖端,其中以               区的吸水能力为最强。(根毛)
  24.根中的质外体常常是不连续的,它被内皮层的               分隔成为内外两个区域。(凯氏带)
  25.共质体途径是指水分从一个细胞的细胞质经过               进入另一个细胞的细胞质的移动过程,其水分运输阻力较 。(胞间连丝,大)
  26.蒸腾作用的生理意义主要有:产生 力、促进 部物质的运输、降低 和促进CO2的同化等。(蒸腾拉力、木质部、植物体的温度 )
  27.保卫细胞的水势变化主要是由                            等渗透调节物质进出保卫细胞引起的。 (K+,苹果酸)
  28.通常认为在引起气孔开启的效应中,红光是通过               效应,而蓝光是通过               效应而起作用的。红光的光受体可能是               ,而蓝光的光受体可能是               色素。(间接,直接,叶绿素,隐花)
  29.低浓度CO2促进气孔               ,高浓度CO2能使气孔迅速               。(张开,关闭)
  30.植物叶片的                                                        和 等均可作为灌溉的生理指标,其中               是最灵敏的生理指标。(细胞汁液浓度,渗透势,水势,气孔开度,叶片水势)
  31.影响气孔开闭的最主要环境因素有                                                        等。(光、温、水、CO2
  32.和纯水比较,含有溶质的水溶液的蒸汽压               ,沸点               ,冰点               ,渗透压               ,渗透势               。(下降,升高,下降,升高,下降)
  33.适当降低蒸腾的途径有:减少               、降低               及使用               等。(蒸腾面积,蒸腾速率,抗蒸腾剂)

(二)选择题
  1.一个成熟的植物细胞,它的原生质层主要包括:               。B.
  A.细胞膜、核膜和这两层膜之间的细胞质 B.细胞膜、液泡膜和这两层膜之间的细胞质
  C.细胞膜和液泡膜之间的细胞质 D.细胞壁和液泡膜和它们之间的细胞质
  2.在同一枝条上,上部叶片的水势要比下部叶片的水势               。B.
  A.高 B.低 C.差不多 D.无一定变化规律
  3.植物水分亏缺时               。A.
  A.叶片含水量降低,水势降低,气孔阻力增高 B.叶片含水量降低,水势升高
  C.叶片含水量降低,水势升高,气孔阻力增高 D.气孔阻力不变
  4.当植物细胞溶质势与压力势绝对值相等时,这时细胞在纯水中:               。C.
  A.吸水加快 B.吸水减慢 C.不再吸水 D.开始失水
  5.将一个细胞放入与其胞液浓度相等的糖溶液中,则:               。D.
  A.细胞失水 B.既不吸水,也不失水
  C.既可能吸水,也可能失水 D.是否吸水和失水,视细胞压力势而定
  6.已形成液泡的细胞,在计算细胞水势时其衬质势可省略不计,其原因是:               。D.
  A.衬质势很低 B.衬质势很高 C.衬质势不存在 D.衬质势等于细胞的水势
  7.苍耳种子开始萌芽时的吸水属于:               。A.
  A.吸胀吸水 B.代谢性吸水 C.渗透性吸水 D.降压吸水
  8.植物分生组织的吸水依靠: 。A.
  A.吸胀吸水 B.代谢性吸水 C.渗透性吸水 D.降压吸水
  9.当细胞在0.25mol/L蔗糖溶液中吸水达动态平衡时,将该细胞置纯水中会               。A.
  A.吸水 B.不吸水也不失水 C.失水
  10.水分在根或叶的活细胞间传导的方向决定于               。C.
  A.细胞液的浓度 B.相邻活细胞的渗透势梯度
  C.相邻活细胞的水势梯度 D.活细胞水势的高低
  11.设根毛细胞的Ψs为-0.8MPa,Ψp为0.6MPa,土壤Ψs为-0.2MPa,这时是               。C.
  A.根毛细胞吸水 B.根毛细胞失水 C.水分处于动态平衡
  12.在保卫细胞内,下列哪一组因素的变化是符合常态并能促使气孔开放的?              D.
  A.CO2含量上升,pH值升高,K+含量下降和水势下降
  B.CO2含量下降,pH值下降,K+含量上升和水势下降
  C.CO2含量上升,pH值下降,K+含量下降和水势提高
  D.CO2含量下降,pH值升高,K+含量上升和水势下降
  13.在土壤水分充足的条件下,一般植物的叶片的水势为               。A.
  A.-0.8~-0.2MPa B.-8~-2MPa C.-2~-1MPa D.0.2~0.8MPa
  14.在土壤水分充足的条件下,一般一般陆生植物叶片细胞的溶质势为               。C.
  A.-0.8~-0.2MPa B.-8~-2MPa C.-2~-1MPa D.0.2~0.8MPa
  15.植物细胞吸水后,体积增大,这时其Ψs               。A.
  A.增大 B. 减小 C.不变 D.等于零
  16.蒸腾旺盛时,在一张叶片中,距离叶脉越远的部位,其水势               。B.
  A.越高 B.越低 C.基本不变 D.与距离无关
  17.在温暖湿润的天气条件下,植株的根压               。A.
  A.比较大 B.比较小 C.变化不明显 D.测不出来
  18.植物刚发生永久萎蔫时,下列哪种方法有可能克服永久萎蔫?              A.
  A.灌水 B.增加光照 C.施肥 D.提高大气湿度
  19.蒸腾作用的快慢,主要决定于               。B.
  A.叶面积的大小 B.叶内外蒸汽压差的大小
  C.蒸腾系数的大小 D.气孔的大小
  20.微风促进蒸腾,主要因为它能               。C.
  A.使气孔大开 B.降低空气湿度 C.吹散叶面水汽 D.降低叶温
  21.将Ψp为0的细胞放入等渗溶液中,其体积               。A.
  A.不变 B.增大 C.减少
  22.大气的水势通常               。A.
  A.低于-10-7Pa B.高于-10-7Pa C.等于0 Pa D.低于10-7Pa
  23.风和日丽的情况下,植物叶片在早晨、中午和傍晚的水势变化趋势为               。B
  A.低-高-低 B.高-低-高 C.低-低-高 D.高-高-低
  24.气孔关闭与保卫细胞中下列物质的变化无直接关系:              D.
  A.ABA B.苹果酸 C.钾离子 D.GA
  25.压力势呈负值时,细胞的Ψw 。C.
  A.大于Ψs B.等于Ψs C.小于Ψs D.等于0
  26.某植物在蒸腾耗水2kg,形成干物质5g,其需水量是               。C.
  A.2.5 B.0.4 C.400 D.0.0025
  27.植物带土移栽的目的主要是为了               。A.
  A.保护根毛 B.减少水分蒸腾 C.增加肥料 D.土地适应
  28.把植物组织放在高渗溶液中,植物组织               。B.
  A.吸水 B.失水 C.水分动态平衡 D.水分不动
  29.呼吸抑制剂可抑制植物的               。A.
  A.主动吸水 B.被动吸水 C.蒸腾拉力加根压 D.叶片蒸腾
  30.当细胞充分吸水完全膨胀时               。A.
  A.Ψp=Ψs,Ψw=0 B.Ψp>0,Ψw=Ψs+Ψp
  C.Ψp=-Ψs,Ψw=0 D.Ψp<0,Ψw=Ψs-Ψp
  31.当细胞处于质壁分离时               。A.
  A.Ψp=0,Ψw=Ψp B.Ψp>0,Ψw=Ψs+Ψp
  C.Ψp=0,Ψw=Ψs D.Ψp<0,Ψw=-Ψp
  32.进行渗透作用的条件是               。D.
  A.水势差 B.细胞结构 C.半透膜 D.半透膜和膜两侧水势差
  33. 可克服植物暂时萎蔫。B.
  A.灌水 B.遮荫 C.施肥 D.增加光照
  34.水分临界期是指植物 的时期。              C.
  A.消耗水最多 B.水分利用效率最高
  C.对缺水最敏感最易受害 D.不大需要水分
  35.植物的下列器官中,含水量最高的是               。A.
  A.根尖和茎尖 B.木质部和韧皮部 C.种子 D.叶片
  36.影响蒸腾作用的最主要环境因素组合是               。D.
  A.光,风,O2 B.光,温,O2 C.光,湿,O2 D.光,温,湿
  37.生长在岩石上的一片干地衣和生长在地里的一株萎蔫的棉花,一场阵雨后,两者的吸水方式               。B.
  A.都是吸胀作用 B.分别是吸胀作用和渗透作用
  C.都是渗透作用 D.分别是渗透作用和吸胀作用
  38.小液流法测定植物组织的水势,如果小液流向上,表明组织的水势               于外界溶液水势。B.
  A.等于 B.大于 C.小于
  39.植物中水分的长距离运输是通过               B.
  A.筛管和伴胞 B.导管和管胞 C.转移细胞 D.胞间连丝
  40.植物体内水分经 的运输速度,一般为3~45m·h-1。C.
  A.共质体 B.管胞 C.导管 D.叶肉细胞间
  41.施肥不当产生“烧苗”时               。A.
  A.土壤溶液水势(Ψ土)<根毛细胞水势(Ψ) B.ΨW土>ΨW细 C.ΨW细=ΨW土  

(三)问答题
1.简述水分在植物生命活动中的作用。

  (1)细胞的重要组成成分 一般植物组织含水量占鲜重的75%~90%。
  (2)代谢过程的反应物质 如果没有水,许多重要的生化过程如光合作用放氧反应、呼吸作用中有机物质的水解都不能进行。
  (3)各种生理生化反应和物质运输的介质 如矿质元素的吸收、运输、气体交换、光合产物的合成、转化和运输以及信号物质的传导等都需以水作为介质。
  (4)使植物保持固有的姿态 植物细胞含有大量水分,产生的静水压可以维持细胞的紧张度,使枝叶挺立,花朵开放,根系得以伸展,从而有利于植物捕获光能、交换气体、传粉受精以及对水肥的吸收。
  (5)具有重要的生态意义 通过水所具有的特殊的理化性质可以调节湿度和温度。例如:植物通过蒸腾散热,调节体温,以减轻烈日的伤害;水温的变化幅度小,在水稻育秧遇到寒潮时可以灌水护秧;高温干旱时,也可通过灌水来调节植物周围的温度和湿度,改善田间小气候;此外可以水调肥,用灌水来促进肥料的释放和利用。因此水在植物的生态环境中起着特别重要的作用。
2.植物体内水分存在的形式与植物的代谢、抗逆性有什么关系?
:植物体内的水分存在两种形式,一种是与细胞组分紧密结合而不能自由移动、不易蒸发散失的水,称为束缚水,另一种是与细胞组分之间吸附力较弱,可以自由移动的水,称为自由水。自由水可参与各种代谢活动,因此,当自由水/束缚水比值高时,细胞原生质呈溶胶状态,植物的代谢旺盛,生长较快,抗逆性弱;反之,自由水少时,细胞原生质呈凝胶状态,植物代谢活性低,生长迟缓,但抗逆性强。
3.在植物生理学中引入水势概念有何意义?
:(1)可用热力学知识来分析水分的运动状况 不论在生物界、非生物界,还是在生物界与非生物界之间,水分总是从水势高处流向水势低处,直到两处水势差为O为止。
  2)可用同一单位来判别水分移动 水势的单位为压力(Pa),与土壤学、气象学中的压力单位相一致,使在土壤-植物-大气的水分连续系统中,可用同一单位来判别水分移动。
  (3)与吸水力联系起来 水势概念与传统的吸水力(S)概念有联系,在数值上Ψw=-S,使原先前人测定的吸水力数值在加上负号后就变成水势值。
4.土壤溶液和植物细胞在水势的组分上有何异同点?
:(1)共同点:土壤溶液和植物细胞水势的组分均由溶质势、衬质势和压力势组成。
  (2)不同点:①土壤中构成溶质势的成分主要是无机离子,而细胞中构成溶质势的成分除无机离子外,还有有机溶质;②土壤衬质势主要是由土壤胶体对水分的吸附所引起的,而细胞衬质势则主要是由细胞中蛋白质、淀粉、纤维素等亲水胶体物质对水分的吸附而所引起的;③土壤溶液是个开放体系,土壤的压力势易受外界压力的影响,而细胞是个封闭体系,细胞的压力势主要受细胞壁结构和松驰或紧张状态情况的影响。
5.植物吸水有哪几种方式?
:通常认为细胞的水势主要由三部分组成:Ψ细胞=Ψs+Ψm+Ψp,这三个组成中的任何一个发生变化,都会影响细胞水势的变化,从而影响细胞与外界水分的交换。所以引起植物吸水主要有三种方式:
  (1)渗透吸水 指由于Ψs的下降而引起的细胞吸水。含有液泡的细胞吸水,如根系吸水、气孔开闭时保卫细胞的吸水主要为渗透吸水。
  (2)吸胀吸水 依赖于低的Ψm而引起的吸水。无液泡的分生组织和干燥种子中含有较多衬质(亲水物体),它们可以氢键与水分子结合,吸附水分。
  (3)降压吸水 这里是指因Ψp的降低而引发的细胞吸水。如蒸腾旺盛时,木质部导管和叶肉细胞(特别是萎蔫组织)的细胞壁都因失水而收缩,使压力势下降,从而引起细胞水势下降而吸水。失水过多时,还会使细胞壁向内凹陷而产生负压,这时Ψp<0,细胞水势更低,吸水力更强。
6.温度为什么会影响根系吸水?
:温度尤其是土壤温度与根系吸水关系很大。过高过低对根系吸水均不利。
  (1)低温使根系吸水下降的原因:①水分在低温下粘度增加,扩散速率降低,同时由于细胞原生质粘度增加,水分扩散阻力加大;②根呼吸速率下降,影响根压产生,主动吸水减弱;③根系生长缓慢,不发达,有碍吸水面积扩大。
  (2)高温使根系吸水下降的原因:①土温过高会提高根的木质化程度,加速根的老化进程;②使根细胞中的各种酶蛋白变性失活。
  土温对根系吸水的影响还与植物原产地和生长发育的状况有关。一般喜温植物和生长旺盛的植物的根系吸水易受低温影响,特别是骤然降温,例如在夏天烈日下用冷水浇灌,对根系吸水很不利。
7.试述将鲜嫩的蒜头浸入蔗糖与食醋配制的浓溶液中制成糖醋蒜的原理。
:鲜嫩的蒜头浸入溶液中不能进行正常的有氧呼吸。另外,高浓度蔗糖溶液的渗透势很低,低于蒜头细胞的水势,使蒜头细胞失水发生质壁分离。同时,食醋的主要成分是醋酸,它是蛋白质的凝固剂,对细胞膜结构有破坏作用,因而当用蔗糖与食醋配制的浓溶液浸渍鲜嫩的新蒜不仅会对蒜细胞有杀伤作用,而且使大蒜细胞死亡,原生质层成为全透性,这样蔗糖和醋酸分子均可进入蒜细胞内,新蒜就被浸渍成糖醋蒜。
8.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?
: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值升高,质膜内侧的电势变低,周围细胞的pH值降低,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,引发开孔。
  (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值上升至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。
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 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。
9.简述水分在植物体内的运输途径和运输速率 。
:水分在植物体内的运输的途径是:土壤水分→根毛→根皮层→根内皮层→根中柱鞘→根中柱薄壁细胞→根的导管或管胞→茎的导管→叶柄导管→叶脉导管→叶肉细胞→叶细胞间隙→气孔下腔→气孔→大气。水分运输途径中有经质外体的,有经共质体的,如从皮层→根中柱,叶脉→叶肉细胞,是通过共质体活细胞进行的。共质体运输虽只有几毫米,但阻力大,速度一般只有10-3cm·h-1。从土壤中吸收的水分进入根中柱之后,以集流的方式沿着导管和管胞向地上部运输。它们占水分运输全部途径(从根表皮到叶表皮)的99.5%以上。导管是中空而无原生质体的长形死细胞,阻力小,运输速度较快,一般3~45m·h-1;而管胞中由于相连的细胞壁未打通,水分须经壁中纹孔移动,阻力较大,运输速度不到0.6m·h-1。通常蒸腾作用旺盛,叶片失水多,根冠水势梯度大,植物体水分运输的速率也就较大。
10.高大树木导管中的水柱为何可以连续不中断?假如某部分导管中水柱中断了,树木顶部叶片还能不能得到水分?为什么?
:蒸腾作用产生的强大拉力把导管中的水往上拉,而导管中的水柱可以克服重力的影响而不中断,这通常可用蒸腾流-内聚力-张力学说,也称“内聚力学说”来解释,即水分子的内聚力大于张力,从而能保证水分在植物体内的向上运输。水分子的内聚力很大,可达几十MPa。植物叶片蒸腾失水后,便向导管吸水,而水本身有重量,受到向下的重力影响,这样,一个上拉的力量和一个下拖的力量共同作用于导管水柱上就会产生张力,其张力可达-3.0MPa,但由于水分子内聚力远大于水柱张力,同时,水分子与导管或管胞壁的纤维素分子间还有附着力,因而维持了输导组织中水柱的连续性,使得水分不断上升。
  导管水溶液中有溶解的气体,当水柱张力增大时,溶解的气体会从水中逸出形成气泡。在张力的作用下,气泡还会不断扩大,产生气穴现象。然而,植物可通过某些方式消除气穴造成的影响。例如气泡在某一些导管中形成后会被导管分子相连处的纹孔阻挡,而被局限在一条管道中。当水分移动遇到了气泡的阻隔时,可以横向进入相邻的导管分子而绕过气泡,形成一条旁路,从而保持水柱的连续性。另外,在导管内大水柱中断的情况下,水流仍可通过微孔以小水柱的形式上升。同时,水分上升也不需要全部木质部参与作用,只需部分木质部的输导组织畅通即可。
11.适当降低蒸腾的途径有哪些?

  (1)减少蒸腾面积 如移栽植物时,可去掉一些枝叶,减少蒸腾失水。
  (2)降低蒸腾速率 如在移栽植物时避开促进蒸腾的高温、强光、低湿、大风等外界条件,增加植株周围的湿度,或复盖塑料薄膜等都能降低蒸腾速率。
  (3)使用抗蒸腾剂,降低蒸腾失水量。
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?
:我国水资源总量并不算少,但人均水资源量仅是世界平均数的26%,而灌溉用水量偏多又是存在多年的一个突出问题。节约用水,发展节水农业,是一个带有战略性的问题。合理灌溉是依据作物需水规律和水源情况进行灌溉,调节植物体内的水分状况,满足作物生长发育的需要,用适量的水取得最大的效果。因此合理灌溉在节水农业中具有重要的意义。
要做到合理灌溉,就需要掌握作物的需水规律。反映作物需水规律的参数有需水量和水分临界期。作物需水量(蒸腾系数)和水分临界期又因作物种类、生长发育时期不同而有差异。合理灌溉则要以作物需水量和水分临界期为依据,参照生理和形态等指标制定灌溉方案,采用先进的灌溉方法及时地进行灌溉。
13.合理灌溉为何可以增产和改善农产品品质?
:作物要获得高产优质,就必须生长发育良好,而合理灌溉能在水分供应上满足作物的生理需水和生态需水,促使植物生长发育良好,使光合面积增大,叶片寿命延长,光合效率提高,根系活力增强,促进肥料的吸收和运转,并能促进光合产物向经济器官运送与转化,使产量和品质都得以提高。
14.测定植物组织水势的方法主要有哪些?各方法的基本原理是什么?
:测定植物组织水势的方法有多种,较常用的以下几种:
  (一)液体交换法 植物组织放在已知水势的一系列溶液中,如果组织的水势(Ψ细)小于某一溶液的水势(Ψ外),则组织吸水,反之组织失水。若两者相等,水分交换保持动态平衡。组织的吸水或失水会使溶液的浓度、比重、电导以及组织本身的体积与重量发生变化。根据这些参数的变化情况可确定与植物组织等水势的溶液。
  下表是液体交换法测定水势的种类和原理:
判据
Ψ=Ψ外-Ψ细
组织的水分得失
组织的体积
长度或重量变化
外液的比重变化
外液的浓度变化
外液的电导变化
△Ψ>0
吸水
增加
升高
增加
增高
△Ψ<0
失水
降低
降低
降低
降低
△Ψ=0
平衡
不变
不变
不变
不变
测定方法
组织体积(重量)法
小液流法
折射仪法
电导仪法
使用器材
直尺(天平) 测量组织的体积(重量)变化
用毛细移液管测定外液的比重变化
用折射仪测定外液的浓度变化
用电导仪测定外液的电导变化
适用的材料
块茎、块根和果实
叶片或碎的组织
叶片或碎的组织
叶片或碎的组织
  (二)蒸气压法 用于测定含有样品的密闭容器中的水蒸气压。把植物组织样品封入小室中,小室内装有作为温度传感器的热电偶,热电偶上带一滴溶液。开始时,水分同时从组织和液滴蒸发,使小室内的湿度升高,直至小室中的空气被水蒸气饱和或接近饱和。此时,如果植物组织与液滴的水势不同,则会发生水分的迁移,液滴温度也会发生变化。要是组织的水势低于液滴的水势,那么,水分将从液滴蒸发,通过空气扩散,最后被组织吸收。液滴水分蒸发的结果是使其温度降低,且蒸发得越迅速(即组织与液滴间水势差越大),温度降得越低。反之,要是液滴的水势低于组织的水势,水分将从组织蒸发,在液滴上凝结,使液滴的温度升高。如果植物组织与液滴的水势相同,则在组织与液滴间就没有水分的净迁移,液滴的温度将与环境温度相同。因而,通过改变液滴溶液浓度,可找到一个温度不变的液滴,即一个与组织水势相同的溶液。
  如果把植物组织事先冷冻,破坏细胞膜的结构,然后按上法测定,所得结果为植物组织的渗透势。而压力势为Ψp=Ψw-Ψπ。用此法也能测定纯胶体溶液的衬质势。
  (三)压力室法 快速测定枝条、完整叶片水势的方法。可将植物枝条或叶片切下,导管中原为连续的水柱断裂,水柱会从切口向内部收缩。将切下的材料密封于钢制压力室中;使枝条的切割端或叶柄伸出压力室。测定时向压力室通压缩空气(或氮气),直至小水柱恰好重新回到切面上为止,所加的压力,称为平衡压力,可以从仪器的压力表上读出,加上负号即为该水柱的压力势,又由于木质部的溶质势绝对值很小,因此可用测得的压力势来近似地代表该器官的水势。该法简单迅速,被广泛应用。

(四)计算题
1.一个细胞的Ψw为-0.8MPa,在初始质壁分离时的Ψs为-1.65MPa,设该细胞在发生初始质壁分离时比原来体积缩小4%,计算其原来的Ψπ和Ψp各为多少MPa?
:根据溶液渗透压的稀释公式,溶质不变时,渗透压与溶液的体积成反比,有下列等式:
  π1V1=π2V2 或 Ψπ1V1=Ψπ2V2
   Ψπ原来×100%=Ψπ质壁分离×96%
   Ψπ原来=(-1.65MPa×96)/100=-1.536MPa
  Ψp=Ψw–Ψπ=-0.8MPa–(-1.536MPa)=0.736MPa
  原来的Ψπ为-1.536 MPa,Ψp为 0.736MPa.
2.将Ψm为-100MPa的干种子,放置在温度为27℃、RH为60%的空气中,问干种子能否吸水?
:气相的水势可按下式计算:
  Ψw=(RT/Vw,m)·lnRH=[8.3cm3·MPa·mol-1·K-1·(273+27)K/18cm3·mol-1]·ln60%
   =138.33MPa·(-0.5108)=-70.70MPa
  由于RH为60%的气相水势大于-100MPa干种子的水势,因此干种子能从RH为60%空气中吸水.
3.一组织细胞的Ψs为-0.8MPa,Ψp为0.1MPa,在27℃时,将该组织放入0.3mol·L-1的蔗糖溶液中,问该组织的重量或体积是增加还是减小?
:细胞的水势Ψw=Ψs+Ψp=-0.8MPa+0.1MPa=-0.7MPa
  蔗糖溶液的水势Ψw溶液=-iCRT=0.3 mol·L-1×0.0083 L·MPa·mol-1·k-1×(273+27)K
   =-0.747 MPa
  由于细胞的水势>蔗糖溶液的水势 ,因此细胞放入溶液后会失水,使组织的重量减少,体积缩小。
4.若室温为27℃,将洋葱鳞叶表皮放在0.45mol·L-1的蔗糖溶液中,细胞发生细胞质壁分离;放在0.35mol·L-1的蔗糖溶液中,细胞有胀大的趋势;放在0.4mol·L-1的蔗糖溶液中,细胞基本上不发生变化,这表明细胞水势约为多少?
:植物细胞放在已知水势的溶液中,只有和溶液间水分交换保持动态平衡时,溶液的水势等于细胞水势。本题中洋葱鳞叶表皮细胞水势相当于0.4mol·L-1的蔗糖溶液的水势。
  Ψw=-RTC=-0.0083 L·MPa·mol-1·K-1×0.4mol·L×(273+27)K=0.996 Mpa
  洋葱鳞叶表皮细胞水势为0.996 Mpa。
5.有A、B两细胞,A细胞的Ψπ=-106Pa,Ψp=4×105Pa,B细胞的Ψπ=-6×105Pa,Ψp=3×105Pa。请问:(1) A、B两细胞接触时,水流方向如何?(2) 在28℃时,将A细胞放入0.12 mol·L -1蔗糖溶液中,B细胞放入0.2 mol·L-1蔗糖溶液中。假设平衡时两个细胞的体积没有发生变化,平衡后A、B两细胞的Ψw、Ψπ和Ψp各为多少?如果这时它们相互接触,其水流方向如何?

  (1) A细胞:Ψw=-106Pa+4×105Pa=-6×105Pa
  B细胞:Ψw=-6×105Pa+3×105Pa=-3×105Pa
  由于B细胞水势高于A细胞的,所以相互接触时从B细胞流入A细胞;
  (2) A细胞:Ψw=外液水势=-RTC=0.0083 L·MPa·mol-1·k-1×(273+28)K×0.12 mol·L-1
  =-3×105Pa
  Ψπ=-106Pa,Ψp=Ψw-Ψπ=-3×105Pa--106Pa=7×105Pa;
  B细胞的Ψw=外液水势=-RTC=0.0083 L·MPa·mol-1·k-1×(273+28)K×0.2 mol·L-1
  =-5×105Pa,
  Ψπ=-6×105Pa,Ψp=Ψw-Ψπ=-5×105Pa--6×105Pa=105Pa,
  由于A细胞水势高于B细胞的,所以相互接触时水从A细胞流入B细胞。
6.三个相邻细胞A、B、C的Ψs、Ψp如下图,三细胞的水势各为多少?用箭头表示出三细胞之间的水分流动方向。
A
Ψs=-1Mpa
Ψp=0.4Mpa
B
Ψs=-0.9Mpa
Ψp=0.6Mpa
C
Ψs=-0.8Mpa
Ψp=0.4Mpa
:细胞水势:A:Ψw=-0.6Mpa,B:Ψw=-0.3Mpa,C:Ψw=-0.4Mpa
  水流方向:
  细胞C流向细胞A。
7.25℃时,纯水的饱和蒸汽压为3168 Pa·1 mol·L–1蔗糖溶液中水的饱和蒸汽压为3105 Pa.。水的偏摩尔体积近似为18cm3·  mol–1。请计算1 mol·L–1蔗糖溶液的水势是多少?
:气相的水势公式则按下式计算:
  Ψw=RT/Vw,m×ln(P ww/P0w)w=0.0083dm3·MPa·mol-1·K-1×(273+25)K/18cm3·mol-1×ln (3168/3105)=2.78×106Pa
8.假设一个细胞的Ψπ=-8×105Pa,将其放入Ψπ=-3×105Pa的溶液中,请计算细胞Ψp为何值时才能分别发生以下三种情况:(1)细胞失水;(2)细胞吸水;(3)细胞既不吸水又不失水。
:(1) 细胞失水:8×105 Pa≥Ψp>5×105Pa
  (2) 细胞吸水:0Pa≤Ψp<5×105Pa
  (3) 细胞既不吸水又不失水:Ψp=5×105Pa
9.假定土壤的渗透势和衬质势之和为–105Pa,生长在这种土壤中的植物根的Ψπ为–106Pa,Ψp为7×105Pa。在根与土壤达到平衡时,其Ψw、Ψπ和Ψp各为多少?如果向土壤加入盐溶液,其水势变为-5×105Pa ,植物可能会出现什么现象?
  :达到平衡时,根的Ψw=-105Pa,Ψπ=-106Pa,Ψp=9×105Pa,当土壤水势降为-5×105Pa,因为根中的水分流向土壤,所以植物会发生萎蔫。
10.气温为15.5℃时,假定水分在植物体内的运输不受任何阻力,仅有1大气压(1.01325×105Pa)的作用能使水在植物体内升高多少米?如果仅有根压在水分运输中起作用,根压为3×105Pa时,植物的最大高度能为多少米?
  :1.01325×105Pa=1.01325×105N·m-2;3×105Pa=3×105N·m-2
  根据Ψg=ρWgh,
  h=Ψg÷ρWg=1.01325×105 N·m-2÷(1000Kg·m-39.8N·Kg-1)=10.3m
  h=Ψg÷ρWg=3×105 N·m-2÷(1000Kg·m-3×9.8N·Kg-1)=30.6
  1大气压(1.01325×105Pa)能使水在植物体内升高10.3米。根压为3×105Pa时,植物最大高度可为30.6米。
11.实验测得表中数据,请计算这些植物的蒸腾系数和蒸腾效率(1mg干物质=1.5mgCO2
4种植物的光合速率及蒸腾速率
植物
光合速率
mgCO2·m-2·s-1
蒸腾速率
mgH2O·m-2·s-1
蒸腾系数
gH2O·g-1干物
蒸腾效率
g·Kg-1H2O
杉树
0.196
32.24
246
4.07
油茶
0.154
30.51
296
3.37
樟树
0.132
21.55
245
4.08
马尾松
0.083
27.57
501
2.00
  :蒸腾系数是指植物每制造1g干物质所消耗水分的g数。蒸腾效率是指植物每蒸腾1kg水时所形成的干物质的g数。在忽略呼吸消耗的情况下,二者可以通过植物的光合速率和蒸腾速率来计算。
  蒸腾系数:
  32.24÷(0.196÷1.5)=32.24÷0.131=246
  30.51÷(0.154÷1.5)=30.51÷0.103=296
  21.55÷(0.132÷1.5)=21.55÷0.088=245
  27.57÷(0.083÷1.5)=27.57÷0.055=501
  蒸腾效率:
  1000÷246=4.07
  1000÷296=3.37
  1000÷245=4.08
  1000÷501=2.00
12.请根据下表数据计算蒸腾效率:
植物
高粱
玉米
小麦
燕麦
紫苜蓿
蒸腾系数
272
346
471
636
831
:蒸腾系数是指植物每制造1g干物质所消耗水分的g数,它的倒数为蒸腾效率,指植物每蒸腾1kg水时所形成的干物质的g数,单位为g·kg-1H2O。那么:
  蒸腾效率=1000/蒸腾系数
植物
高粱
玉米
小麦
燕麦
紫苜蓿
蒸腾系数
272
346
471
636
831
蒸腾效率
g·Kg-1H2O
3.68
2.89
2.12
1.57
1.20
13.A,B,C三种土壤的田间持水量分别为38%,22%,9%,其永久萎蔫系数分别为18%,11%,3%,用这三种土分别盆栽大小相同的同一种植物,浇水到盆底刚流出水为止,此后不再浇水,请问哪种土壤中的植物将首先萎蔫?
:可利用水量为田间持水量与永久萎蔫系数的差值。因此,A,B,C三种土壤的中的可利用水分别为20%,11%和6%,三种土壤中如种的是大小相同的同一种植物,其消耗水的速度应该是基本相同的,所以C土壤中的可利用水会首先消耗完而植物发生萎蔫,其次是B,最后是A。
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