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第三章 植物生理
二、典型例题
例1 甲、乙两个细胞分别在0.25M和0.35M的蔗糖溶液中发生初始质壁分离，若该两个细胞相邻，试问：
（1）在25℃条件下细胞间水分的移动方向？
（2）甲、乙两细胞的水势（ψw），渗透势（ψs）和压力势（ψp）分别是多少？
分析 解答此题，必须明确以下两个隐含条件，即（1）当细胞处于初始质壁分离时，细胞液浓度等于外液浓度；（2）细胞出现质壁分离以后，压力势（ψp）＝0，细胞的水势（ψw）等于细胞的渗透势（ψs）。运用公式P＝iCRT，即可求出细胞的渗透势（即水势），再根据甲、乙两细胞水势的大小来判断水分移动的方向。
解：依据公式P＝iCRT，ψs＝p，则
甲细胞的ψs＝－iCRT＝－1×0.25×0.082×（273＋25）＝－6.11（大气压）＝－6.11×1.013＝－6.19（巴）
乙细胞的ψs＝－iCRT＝－1×0.35×0.082×（273＋25）＝－8.56（大气压）＝－8.56×1.013＝－8.67（巴）
∵ψp＝0 ∴ψs＝ψw
1
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
故：甲细胞的ψw＝－6.19巴，乙细胞的ψw＝－8.67巴，乙细胞的水势低于甲细胞，所以水分从甲细胞向乙细胞移动。
例2 对下列说法中，正确的是
A 一个细胞放入某一浓度的溶液中时，若细胞液浓度与外界溶液的浓度相等，则体积不变。
B 若细胞的ψp＝－ψs，将其放入某一溶液中时，则体积不变。 C 若细胞的ψw＝ψs，将其放入纯水中，则体积变大。
D 有一充分饱和的细胞，将其放入比细胞液浓度低50倍的溶液中，则体积不变。
分析 A 除了处于初始质壁分离的状态的细胞之外，当细胞内液浓度与外液浓度相等时，由于细胞ψwp的存在，因而细胞水势高于外液水势而发生失水，体积会变小。
B 由于细胞ψw＝0，则把该细胞放入任意溶液时，都会失水，体积变小。 C 当细胞的ψw＝ψs时，将其放入纯水中，由于ψp＝0，而ψs为一负值，故此时细胞吸水，体积变大。
D 充分胞和的细胞ψw＝0，稀释溶液的ψw＜0，所以该细胞会失水，体积变小。
【参考答案】
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37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57
C。
例3 已知某植物细胞内含有带负电荷的不扩散离子浓度为0.01mol／L，把这样的细胞放在Na＋和Cl－浓度为0.01mol／L的溶液中，这时膜内Na＋浓度为0.01mol／L。当达到杜南平衡时，膜内〔Na＋〕是膜外〔Na＋〕的多少倍？（假设膜外体积等于膜内体积）
分析 植物细胞的质膜是一个半透膜，细胞内含有许多大分子化合物（如蛋白质，R－），不能扩散到细胞外，成为不扩散离子，它可以与阳离子形成盐类（如蛋白质的钠盐，NaR），设其浓度为Ci。若把这样的细胞放在浓度为C0的NaCl溶液中，由于细胞 内没有Cl－，所以Cl－由外界溶液扩散入细胞中，Na＋同时也跟着进去，否则外界溶液的电位就有差异。可是R－不能跑到细胞外，因此细胞内的Na＋也就被保留在细胞内。经过一段时间后，细胞内外离子扩散速度相等，达到杜南平衡状态，即［Na＋i］×［Cl－i］＝［Na＋0］×［Cl－0］。值得注意的是：在解答有关杜南平衡的问题时必须是在细胞内电荷（位）先平衡的前提下，再来求平衡时离子浓度。
解：依题意，起始状态时，细胞［R内］＝0.01mo／L，［Na＋内］＝0.01mo／L，细胞［Na＋外］＝0.01mo／L，〔Cl－外〕＝0.01mol／L。设由细胞外进入到细胞内的Cl－离子浓度为x，则此时细胞内的〔Cl－内〕＝x，［Na＋内］＝0.01＋x，而细胞外的〔Cl－外〕＝0.01－x，［Na＋外］＝0.01－x，当达到杜南平衡以后，根据杜南平衡原理，即此时应存在［Na＋内］×［Cl－内］＝［Na＋外］×［Cl－外］，即（0.01＋x）×x＝（0.01－x）×（0.01一x）。解该方程得x＝0.01／3，则细胞内的［Na
＋内
］＝0.01＋0.01 / 3，细胞外的［Na
＋外］＝
3
58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77
0.01－0.01 / 3，故［Na＋内］/［Na＋外］＝2，则达到杜南平衡时，膜内［Na
＋内
］是膜外［Na＋外］的2倍。
例4 在含有Fe、K、P、Ca、B、Mg、Cu、S．Mn等营养元素的培养液中培
养棉花，当棉苗第四片叶展开时，在第一片叶上出现了缺绿症，问该缺乏症是由于上述元素中哪种元素含量不足而引起的？为什么。
分析 在上述元素中，能引起植物缺绿症的元素有Mg、Cu、S、Mn，这四种元素中只有Mg是属于可再利用的元素，它的缺乏症一般首先表现在老叶上，而Cu、S、Mn属于不能再利用的元素，它们的缺乏症一般首先表现在嫩叶上。当棉苗第四叶（新叶）展开时，在第一片叶（老叶）上出现了缺绿症，可见缺乏的是再利用元素Mg而不是其他元素。
【参考答案】
这是由于Mg的含量不足而引起的。
例5 藻和草履虫在光下生长于同一溶液中。已知草履虫每星期消耗0.10mol葡萄糖，藻每星期消耗0.12mol葡萄糖。现在该溶液中每星期葡萄糖的净产量为0.25mol。这一溶液中每星期氧的净产量是多少？ A 0.03mol B 0.60mol C 1.32mol D 0.18mol
分析 根据光合作用的总反应式6CO2＋6H2O→C6H12O6＋6O2，可知，光合作用净合成0.25mol葡萄糖，能产生6×0.25＝1.5mol氧气（O2）。又从呼吸作用的总反应式 C6H12O6＋6O2→6CO2＋6H2O可知，藻每消耗0.12mo葡萄糖，需消耗6×0.12＝0.72摩尔O2；草履虫每消耗0.10mo葡萄糖，需消耗6×0.10
4
78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95
＝0.60molO2。故藻和草履虫每星期通过呼吸作用共消耗O2为0.72＋0.60＝1.32mol。由于藻能通过其光合作用合成葡 萄糖和制造O2，而藻和草履虫又通过呼吸作用消耗葡萄糖、消耗氧气，故溶液中每星期氧的净产量为1.50－1.32＝0.18mol。
【参考答案】 D。
例6 一株C3植物和一株C4植物，放在同一钟罩下，钟罩内与外界空气隔绝，并每天照光12小时，共照若干天。一星期后，C3植物死亡。这是因为
A C4植物在夜间的呼吸需氧较少 B C4植物较能抗旱
C C4植物光合作用效率提高
D C4植物能利用低浓度的CO2进行光合作用，而C3植物则不能。 分析 在光照条件下，植物光合作用的强度大于呼吸作用的强度，相同时间内呼吸作用所放出的CO2量小于光合作用所消耗的CO2量，因此当钟罩与外界空气隔绝后，其内的CO2量将越来越少，CO2浓度越来越低。由于C4植物能够利用低浓度的CO2为原料进行光合作用，而C3植物不能，故C3植物会死亡，而C4植物仍能存活。
【参考答案】
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最新中学生物竞赛辅导第三章：植物生理(中)
