植物生理复习题.docx
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植物生理复习题
一、光合作用的气孔与非气孔限制,如何判断?
气孔限制值的计算方法,优缺点。
气孔限制:
由于不良环境造成的气孔关闭,使气孔阻力增大,从而导致叶片光合速率下降
非气孔限制:
不是由于气孔关闭引起的,由于同化力不足,叶肉光合活性下降等原因引起的光合速率变化。
气孔限制、非气孔限制的判据
Ci和Ls的变化方向:
Ci下降和Ls上升表明气孔导度降低是主要原因
Ci上升和Ls下降表明主要原因是非气孔因素
气孔限制值计算
1、根据阻力值计算:
测出CO2扩散的总阻力、气孔阻力和叶肉阻力,则可算Ls
Ls=1-Ci’/Ca’(Ls变化在0~1之间)。
缺点:
只适用于CO2供应为限制因子的情况,即Pn—CO2曲线的直线上升阶段。
但是随着曲线的弯曲,CO2浓度虽仍继续增加,而光合速率并不随之成比例增加,不能以CO2浓度的变动来表示光合速率的变动。
在这种情况下,应该用实际光合值来计算
2、根据光合值的计算:
Ls=1-A/A0(A0为Ci’=Ca’)。
优点:
计算值可以避免对气孔限制值的过分夸大。
缺点:
必须测出Pn-Ca’与Pn-Ci’两条曲线,手续麻烦;逆境下光合很弱,Pn值太小,计算误差太大,甚至难以计算。
二、叶绿素荧光诱导动力学曲线,可以测定哪些叶绿素荧光参数?
有何意义?
叶绿素荧光诱导动力学曲线是指:
经过暗适应后的叶片从黑暗中转入光下叶片的荧光产量随时间而发生的动态变化称Kautsky效应,荧光的这种动态变化所描绘出的曲线即Kautsky曲线。
1、基础荧光参数:
Fo:
最小荧光(基础荧光或原始荧光),是PSⅡ反应中心处于完全开放时的荧光产量。
Fo’:
光适应下初始荧光。
Fs:
稳态荧光。
Fm:
最大荧光,是暗适应的光合机构全部PSⅡ中心处于完全开放时的荧光产量。
Fm’:
光适应下最大荧光。
Fv=Fm-Fo:
可变荧光,暗适应最大可变荧光,反映QA的还原情况。
Fv’=Fm’-Fo’:
光适应下可变荧光。
2、反映PSII光化学效率的荧光参数
Fv/Fm:
暗适应下PSⅡ最大光化学效率,反映PSⅡ反应中心最大光能转换效率。
Fv’/Fm’:
光适应下PSⅡ最大光化学效率。
反映有热耗散存在时PSⅡ反应中心完全开放时的化学效率。
Fv/Fo:
代表PSⅡ潜在的光化学活性,与有活性的反应中心数量成正比关系
ΦPSⅡ:
(Fm’-Fs)/Fm’:
PSⅡ实际光化学效率。
反映在照光条件下PSⅡ反应中心部分关闭的情况下的实际光化学效率。
3、荧光猝灭参数
qP=(Fm’-Fs)/(Fm’-Fo’):
可变荧光的光化学猝灭系数,它反映了PSⅡ反应中心的开放程度。
qNP=(Fm-Fm’)/(Fm-Fo’):
可变荧光的非光化学猝灭系数。
它反映了PSⅡ反应中心关闭的程度。
NPQ=(Fm-Fm’)/Fm’=Fm/Fm’-1:
非光化学猝灭
(补充增加):
有几个特征性的点,分别被命名为O、I、D、P、S、M和T。
完整的Kautsky曲线可分为两部分,从开始照光到荧光产量达到最大值时的荧光上升部分,所用时间很短,只需0.5-2.0s,称为快速荧光动力学曲线;此后,荧光产量降低,并逐渐达到一个稳恒值,时间大致需要8-10min,称为慢速荧光动力学曲线。
荧光产量降低是荧光猝灭(Quench)的结果。
所谓荧光猝灭,是指叶绿素吸收光量子后的部分激发能通过光化学途径或以热的方式散失,从而使荧光发射量减少的现象。
叶绿素荧光动力学研究得到广泛应用的原因
1、包含着光合作用过程的丰富信息●光能的吸收与转换●能量的传递与分配●反应中心的状态●过剩光能及其耗散●光合作用光抑制与光破坏……等等2、可以对光合器官进行“无损伤探查”,获得“原位”的信息。
3、近年来测定仪器的性能和自动化程度越来越高,操作步骤越也来越简便。
可以测定的参数有:
十一、简述植物光系统的结构与功能。
光系统Ⅱ复合体的结构:
它包括三部分
1、近侧天线系统—CP43和CP47两个色素蛋白复合体围绕PSⅡ。
远侧天线系统—主要由LHCⅡ捕光复合体。
2、由两个32kD多肽组成的D1—D2蛋白,其中包括原初供体Yz;P680;Pheo;QA;QB。
3由33,23及17kD三种外周多肽以及与放氧有关的锰簇和CI与钙离子组成的水氧化放氧系统。
PSⅡ短波反应,主要特征是水的光解和放氧。
PSⅡ反应中心色素分子吸收光能把水分解,夺取水中的电子供给PSⅠ
光系统Ⅰ复合体的结构:
由P700,电子受体和捕光天线三部分组成。
他们都结合在蛋白亚基上。
PSⅠ—A和PSⅠ—B两个大亚基,是由叶绿体基因编码的分子量为83kD和82kD的两条多肽,P700,原处电子受体A0,A1及Fx都存在在此大亚基中。
小亚基PSⅠ—C也是由叶绿体基因编码的9kD多肽,它是铁硫中心FA和FB的所在部位。
三个小亚基PSⅠ—D,PSⅠ—E和PSⅠ—F由核基因编码
PSⅠ:
长波反应,NADP+还原
细胞色素b6/f复合体:
是一种多亚基膜蛋白,它由4个多肽,即细胞色素f,细胞色素b6,Rieske和一个17kD多肽。
他们在膜的疏水区,分子结构尚不清楚。
磷酸化了的LHCⅡ在横向运动时,会伴随Cytb6/f从基粒到间质类囊体的同步移动,由此参与光能在两个光系统之间的均衡分配。
三、光合作用光抑制,衡量指标,植物的光保护机制。
光合作用的光抑制指植物光合机构所接受的光能超过其光合作用所能利用的数量时,光合效率和光合功能下降的现象。
指标:
①量子效率②PSⅡ的光化学效率(Fv/Fm)
光破坏防御机制
(一)减少光能的吸收:
叶片变小,变厚,被毛,蜡质层等。
叶片、叶绿体的引动,天线的减少,CO2同化能力的提高
(二)过剩光能的耗散:
光能被捕获后主要有三条相互竞争的出路:
光化学电子传递、叶绿素荧光发射和热耗散。
叶绿素荧光只消耗很少一部分光能;光化学途径产生的化学能通过碳同化、光呼吸、Mehler反应和N素还原来消耗;光能过剩时,热耗散就成为耗散过剩光能的主要途径。
1.状态转换与光能分配:
通常当吸收的光能在两个光系统之间的分配处于平衡时,光能转换效率最高。
远红光下,PSⅠ吸收的光能大于PSⅡ,可诱导激发能向PSⅡ分配的比例增加,称为“状态Ⅰ”;红光下,PSⅡ吸收的光能多于PSⅠ,激发能向PSⅠ分配的比例增加,称为“状态Ⅱ”。
这就是状态转换,与PSⅡ复合体蛋白可逆磷酸化有关。
2.PSⅡ反应中心功能的下调:
光合机构内约20-30%的PSⅡ反应中心呈非活性状态,主要特征是QA氧化速率极低(Fo升高),几乎不能进行QA至QB的电子传递,称为失活的反应中心。
这类失活的反应中心仍能进行电荷分离,但以失去放氧功能,主要进行热耗散以保护有活性的反应中心。
3.依赖叶黄素循环的非发射能量耗散:
所谓的叶黄素循环是指光能过剩时,双环氧的紫黄质(V)在紫黄质脱环氧化酶(VDE)的催化下,经过中间物单环氧的玉米黄质(A)转化为无环氧的玉米黄质(Z);在暗处,则反应在环氧化酶的作用下朝反方向进行,形成一个循环。
4.光呼吸:
干旱条件气孔关闭、CO2供应受阻、光呼吸可以消耗部分过剩激发能,保护光合机构
5.Mehler反应与水—水循环:
低温抑制卡尔文循环,弱光下有光能过剩们就进行水—水循环,建立pH,启动叶黄素循环(D1蛋白很可能对依赖叶黄素循环的能量耗散有调控作用)
6.活性氧清除系统的保护作用:
植物体内活性氧清除系统主要分为酶促和非酶促两种。
他们的保护作用只有在保护酶及抗氧化物质的协同作用下通过Halliwell-Asada途径实现。
7.D1蛋白周转的保护作用:
D1蛋白的修复可被看作是反应中心防御强光破坏的最后一道防线。
光抑制对PSⅡ的破坏与修复是同时发生的。
光抑制程度取决于PSⅡ损伤与修复的速率,PSⅡ的修复必需D1蛋白的重新合成和插入。
四、水孔蛋白种类、功能。
把一系列Mr为25000~30000,选择性地高效转运水分子的膜水通道蛋白称为水孔蛋白水。
孔蛋白是被称为MIP(majorintrinsicprotein,主要内在蛋白)的通道蛋白家族中的一个类群。
根据水孔蛋白序列同源性分为:
液泡膜内在蛋白TIP;质膜内在蛋白PIP;NLM蛋白
水孔蛋白的生理意义:
1、参与种子的萌发2、参与植物的渗透调节3、参与维管束水分运输:
水分进出导管 4、水分共质体运输的理论依据5、气孔调节6、参与叶肉内CO2运输7、H2O2的运输8、调节植物对中性分子和营养元素的吸收
补充:
水孔蛋白功能的调节
(1)蛋白水平的调节:
快速调节水孔蛋白转运的一个重要方式是水孔蛋白的磷酸化。
可被蛋白激酶磷酸化。
(2)基因水平的调节:
由于TIP基因的特殊表达方式而产生不同的同工型,以适应不同类型细胞液胞的特殊生理环境,植物在特定的生理条件下,特别是水分胁迫时,为了增加整株水平的水导度,植物有可能合成新的水孔蛋白,尤其增加定位于质膜上的水孔蛋白的合成。
五、渗透调节,植物相容性物质的作用机理。
渗透胁迫是指植物与环境之间渗透势的不平衡导致的对植物的胁迫。
干旱、盐胁迫等多种逆境都会对植物产生渗透胁迫。
在一定胁迫范围内,植物通过积累各种无机和有机物质,提高细胞液浓度,降低其渗透势,保持一定的压力势,从而抵抗外界的渗透胁迫,这种现象称为渗透调节
相容性物质的作用机制——两种主要假说
1、表面结合假说:
其主要思想是,相容性物质与蛋白质表面特别是疏水表面结合,提高蛋白质表面水化程度。
Schobert认为,蛋白质表面的疏水区域是非常脆弱或敏感的部分,因为结合在这里的水分子结合能力非常弱,细胞在水分胁迫环境中将首先脱去这部分水。
相容性物质与蛋白质疏水区域结合后,将其转化为亲水表面。
2、溶质排除假说:
这一假说认为,在蛋白质溶液中,相容性物质将首先溶解在大量的自由水中从而提高蛋白质分子表面的水化程度,而不是溶在蛋白质或其他生物大分子表面的结合水中,不参与生物大分子的直接作用
补充:
(一)、相容性物质(渗透调节物质)
1.外界环境进入植物细胞的无机离子,K+,Cl-,NO-3等
2.细胞内合成的有机溶质:
脯氨酸,甜菜碱,可溶性糖等A.在生理pH范围内不带净电荷。
B.必须能为细胞膜所保持。
C.引起酶变化的作用最小。
D.产生迅速。
E.分子量小,易溶于水。
(二)、甜菜碱的合成途径和哪些相关的酶,提高抗性的主要机制有哪些
合成途径:
胆碱→甜菜碱醛→甜菜碱
相关的酶:
A、高等植物中,甜菜碱由胆碱单氧化酶(CMO)和甜菜碱醛脱氢酶(BADH)催化合成
B、哺乳动物及微生物,如大肠杆菌细胞中,甜菜碱由胆碱脱氢酶(CDH)催化合成
C、土壤微生物Arthrobacterglobiformis中,甜菜碱仅由一种酶,即胆碱氧化酶(COD)催化合成,该酶具有双功能。
提高抗性的机制:
即甜菜碱生理功能
A、参与细胞渗透调节作用溶质区域化理论甜菜碱只有区域化地分布在占有细胞体积很小的细胞质中,在渗透胁迫条件下,其积累的浓度才有可能起主要的渗透调节作用。
B、参与稳定生物大分子的结构与功能
(1)甜菜碱对光合放氧即PSII外周多肽的稳定起作用。
(2)对有氧呼吸和能量代谢也有良好的保护作用。
(3)影响离子在细胞内的分布:
可能调节膜载体蛋白或通道活(4)其它相容性物质的特殊功能:
参与羟自由基的清除;(5)对Rubisco活化酶的作用
六、简述植物激素的研究进展,测定植物激素的方法,优缺点。
研究进展:
1研究方法上的突破:
外源施加或内源水平上的检测变为运用分子生物学和遗传学手段,有较大发展:
A通过在自然界筛选或化学诱变的方法,得到了适合不同研究目的的突变体和营养缺陷型。
B通过基因工程的方法,成功的从农杆菌和假单胞中克隆出IAA和CTK的代谢基因,获得了转基因植物,使人们有可能改变植物体内IAA和CTK的浓度和分布,重新检测各种生理现象。
C在激素受体、激素感应和信号传导方面;在激素对基因的调控、激素确切的生理作用等方面都取得了重要进展。
原有的五大类激素的种类在增多
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