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现代植物生理学重点课后题答

案

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3、一个细胞放在纯水中其水势及体积如何变化？

水势变大，体积变大。纯水的水势高于细胞，水从高水势向低水势渗透。细胞体积吸水体积

变大，水势变大。

4、植物体内水分存在的形式与植物代谢强弱、抗逆性有何关系？

植物体内水分的存在状态与代谢关系极为密切，并且与抗性有关。

一般说来，束缚水不参与植物的代谢反应，若植物某些组织和器官主要含束缚水时，则其代

谢活动非常微弱，如越冬植物的休眠芽和干燥种子，仅以极低微的代谢强度维持生命活动，

但其抗性却明显增强，能渡过不良的环境条件。而自由水直接参与植物体内的各种代谢反应，

含量多少还影响着代谢强度，含量越高，代谢越旺盛。因此，常以自由水/束缚水的比率作

为衡量植物代谢强弱的指标之一。

5、试述气孔运动的机制及其影响因素？

机制假说

（1）淀粉与糖转化学说在光下，光合作用消耗了二氧化碳，于是保卫细胞细胞质的pH增

高到7以上，淀粉磷酸化酶催化淀粉水解为糖，引起保卫细胞渗透势下降，水势降低，从周

围细胞吸取水分，保卫细胞膨大，因而气孔张开。在黑暗中，保卫细胞光合作用停止，而呼

吸作用扔进行，二氧化碳积累，pH下降到5左右，淀粉磷酸化酶催化G-1-P转化成淀粉，溶

质颗粒数目减少，细胞溶质势升高，水势亦增大，细胞失水，膨压丧失，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。

（4）玉米黄素假说玉米黄素是叶绿体中叶黄素循环的三大组分之一，叶黄素循环在保卫细

胞中起着信号转导的作用。气孔对蓝光反应的强度取决于保卫细胞中玉米黄素的含量和照射

蓝光的总量，而玉米黄素的含量则取决于类胡萝卜素库的大小和叶黄素循环的调节。气孔对

蓝光反应的信号转导是从玉米黄素被蓝光激发开始的，蓝光激发的最可能的光化学反应是玉

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米黄素的异构化，引起其脱辅基蛋白发生构象改变，以后可能是通过活化叶绿体膜上的Ca2+-

ATPase,将胞基质中的钙泵进叶绿体，胞基质中钙浓度降低，又激活质膜上的H+-ATPase，

不断泵出质子，形成跨膜电化学势梯度，推动钾离子的吸收，同时刺激淀粉的水解和苹果酸

的合成，是保卫细胞的水势降低，气孔张开。

影响因素：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