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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？ 答：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 。
答：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。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；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。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？
答：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
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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? 答：
(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？
答：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？
答：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？ 答：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：
组织
的组外外外据 体
织液液液Ψ积
的的的的＝长
水比浓电Ψ度
分重度导外或
得变变变-Ψ重
失 化化 化 细 量
变化
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判
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小折电液射导流仪仪法法 法 文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.
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？
答：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? 答：气相的水势可按下式计算:
Ψw＝(RT/Vw，m)·lnRH＝[8.3cm3·MPa·mol·K·(273＋27)K/18cm3·mol]·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的蔗糖溶液中，问该组织的重量或体积是增加还是减小?
答：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×0.0083 L·MPa·mol·k×(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的蔗糖溶液中，细胞发生细胞质壁分离；放在0.35mol·L的蔗糖溶液中，细胞有胀大的趋势；放在0.4mol·L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？
答：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的蔗糖溶液的水势。 Ψw＝-RTC＝-0.0083 L·MPa·mol·K×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＝-10Pa，Ψp＝4×10Pa，B细胞的Ψπ＝-6×10Pa，Ψp＝3×10Pa。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？ 答：
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(1) A细胞：Ψw＝-10Pa＋4×10Pa＝-6×10Pa B细胞：Ψw＝-6×10Pa＋3×10Pa＝-3×10Pa
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·k×(273＋28)K×0.12 mol·L ＝-3×10Pa
Ψπ＝-10Pa，Ψp＝Ψw－Ψπ＝-3×10Pa－-10Pa＝7×10Pa；
B细胞的Ψw＝外液水势＝-RTC＝0.0083 L·MPa·mol·k×(273＋28)K×0.2 mol·L ＝-5×10Pa，
Ψπ＝-6×10Pa，Ψp＝Ψw－Ψπ＝-5×10Pa－-6×10Pa＝10Pa， 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。
B
Ψs＝Ψp＝
－a
C －a
A Ψs＝Ψs＝-1Mpa 0.9Mp0.8Mp0.4MpΨp＝Ψp＝a 0.6Mp0.4Mp
a
答：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310 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？ 答：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·K×(273＋25)K/18cm3·mol×ln （3168/310）＝2.78×10Pa
8．假设一个细胞的Ψπ＝-8×105Pa，将其放入Ψπ＝-3×10Pa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。 答：(1) 细胞失水：8×10 Pa≥Ψp＞5×10Pa (2) 细胞吸水：0Pa≤Ψp＜5×10Pa (3) 细胞既不吸水又不失水：Ψp＝5×10Pa
9．假定土壤的渗透势和衬质势之和为–10Pa，生长在这种土壤中的植物根的Ψπ为–10Pa，Ψp为7×10Pa。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-5×10Pa ，植物可能会出现什么现象？
答：达到平衡时，根的Ψw＝-10Pa，Ψπ＝-10Pa，Ψp＝9×10Pa，当土壤水势降为-5×10Pa，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(1.01325×10Pa)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3×10Pa时，植物的最大高度能为多少米？
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1植物的水分生理单元自测题
