植物生理学 大题

一、简述植物主要次生代谢物的种类,并分别说明这些代谢产物对植物生命活动的意义。（15分）

生物体利用某些初生代谢产物为原料，在一系列酶的催化作用下，形成一些特殊的化学

物质，这些产物叫次生代谢物．植物次生代谢物种类繁多，结构迥异．一般分为酚性化合物、萜类化合物、含氦有机物三大类．酚性化合物主要包括黄酮类、简单酚类和醌类等，萜类是由异戊二烯单元组成的化台物，通过异戊二烯途径(又称甲羟戊酸途径)合成．根据萜类分子结构通常分为低等萜类和高等萜类．含氦有机物要有生物碱、胺类、非蛋白氨基酸、生氰苷和芥子油苷，多具有防御作用． 生命活动的意义：次生代谢是一类特殊而且复杂的代谢类型，通常认为生物的次生代谢是通过渐变或突变获得的一种适应生存的方式，是生物体在长期的进化中对生态环境适应的结果．次生代谢物具有许多复杂功能，在植物的生长发育、抗病、抗逆境等方面起着重要作用． （1）植保素 植保索是植物受病原微生物侵染后产生的一系列相对分子量比较低的抗病原微生物的次生代谢物质，植保素多为一些有毒物质如棉酚，其大量的积累能导致病原微生物的死亡或生理功能的紊乱．（2）木质化作用 在已研究的真菌病害中都可见病原菌感染引起的木质化作用．这是植物的一种特殊肪御反应，为阻止病原菌的进一步侵染提供了防护层．木质化增强了细胞抗酶溶的作用，同时增强细胞壁抗真菌穿透能力．真菌的菌类和毒索向寄主扩散受到限制，而水和营养物质向真菌的扩散也受到了抑制，除了屏障作用，低分子量酶类前体及多聚作用时产生的游离基还可以钝化真茵的膜、酶和毒絮．（3）信号分子作用 植物受病原微生物侵染后，引起局部防御反应和过敏反应，导致植物侵染部位附近积累抗病物质，既限制或杀伤病原菌，叉破坏自身细胞结构。最后变褐生成枯斑．这种局部防御反应还导致信号分子产生，信号分子传输又使植物其他部分引发抗性，如水杨酸等．（4）趋避捕食作用 植物能台成一些次生代谢物，这些产物对昆虫和草食动物是有毒的，如菊的叶和花中舍有的单萜脂拟除虫菊酯是很强的杀虫剂．此外还有许多次生代谢产物可以防止昆虫、草食动物取食，如松树脂中的双萜冷杉酸、橡胶等，流出后可防止昆虫继续取食，并封闭伤口．

（5）其他功能植物受到外界伤害或者其他一些逆境作用下都会产生许多次生代谢产物，并对周围环境产生影响．

二、简述细胞信号的跨膜转导过程及途径（15分）

植物细胞信号转导(signal transduction)： 是植物感受、传导环境分子的刺激及其在发育过程中调控基因的表达和生理生化反应，包括信号、受体、信号转导网络和反应等环节。

过程1．识别：外界信号被细胞表面受体所识别，信号转变为受体的物理或化学状态的改变。2．转导：受体状态的改变直接或通过G蛋白为中介开启第二信使的产生机构。3．传递：产生的第二信使从质膜运到细胞内部。4．接受：第二信使与细胞内的专一信使结合。 5．调节：信使受体复合物使一种或几种功能性蛋白的构象发生改变，达到调节目的。6反应：功能蛋白的结构与功能的变化，引起生理生化反应。7．终止：信使完成功能后，恢复到初始水平。

植物跨膜信号转导途径 腺苷酸环化酶（AC）激活途径——cAMP途径 1.机理： 一些激素作用于质膜上的受体，即AC的调节亚基,激素一受体结合物与G蛋白作用，使G蛋白变构，激活AC的催化亚基C，催化亚基C催化ATP生成cAMP（cAMP可激活蛋白激酶A，同时，已活化的AC在GTP酶的作用下，将G蛋白中的GTP水解为GDP而终止AC的活性。2.腺苷酸环化酶系的组成 激素受体——腺苷酸环化酶的调节亚基R，腺苷酸环化酶的催化亚基C

3.G蛋白的组成 G蛋白是由α、β、γ亚基组成的三聚体，处于非激活态的α亚基结合着GDP，当激素与受体结合后，激素一受体结合物使α亚基的构象发生变化，GDP释放而结合GTP，而后α亚基脱离β、γ亚基，与AC的催化亚基C结合而使之变构活化。同时与α亚基结合的GTP被水解而生成GDP，α亚基恢复构象，与C亚基分离而与β、γ亚基重新结合，完成一次循环4、蛋白激酶A（Protein Kinase A，PKA）：由两个催化亚基和两个调节亚基组成。cAMP与调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基解离，释放出催化亚基，激活蛋白激酶A的活性。

三、简述植物春花作用的分子机制及其对低温适应的意义（15分）

大多数冬性一年生或二年生植物在其种子萌动期或营养生长初期必须经过一定时期的低温处理(通常为4℃, 2~8周)才能开花。这一低温处理一定时期而促进植物开花的作用称为春化作用。

春化作用的分子机制——FLC染色质空间结构的改变春化作用导致VIN3表达, 进而使基因FLC染色质组蛋白H3-K9和H3-K14去乙酰化, 因而FLC染色质构型发生了改变, 这种染色质构型的改变使得组蛋白H3特异位点甲基化成为可能, 在VRN1 和VRN2 以及其他一些相关基因的共同作用下, 使FLC染色质H3-K9、H3-K27 甲基化从而形成稳定的异染色质, 实现了对FLC的抑制, FLC 表达的关闭导致下游发育相关基因表达的变化, 决定了新细胞的生殖发育方向, 从而加速了开花的进程。

春化作用的意义：(1) 春化（脱春化）处理：冬小麦春播，当归、洋葱等脱春化。(2) 适期播种：注意不同春化类别和特性。(3) 合理引种：能否满足低温条件。春化效果在不同枝条和砧木接穗间的可传导性。（4）春化是一些植物诱导花发生所必需的条件, 阐明了春化作用机制对成花的调控以及揭示植物生长发育的本质具有深远意义。

四、简述动物细胞程序化死亡的机制及植物细胞程序化死亡的研究进展（20分）

细胞程序性死亡(PCD)是生物体生长发育、细胞分化和病理条件下细胞主动、有序的、受基因控制的死亡过程。即PCD是具有信号或一系列分子参与, 并且由细胞内在的死亡程序介导的有序过程。当细胞经历PCD时, 细胞表面皱缩, 细胞质浓缩, 核内染色质固缩并趋于边缘化, 最后染色体断裂为大小不等的碎片。植物在经历PCD 激活限制性内切酶, 能够将DNA 降解断裂,形成DNA 梯状条带。DNA 梯状条带也是检测植物发生PCD的常用指标。细胞经历PCD后形成凋亡小体, 其膜结构完整, 无内含物的渗出, 这是与坏死最显著的区别。

进展：植物PCD 的调节途径、各信号分子的调节机理以及信号分子之间的关系、其它细胞器如液泡在PCD 中是否起到作用、植物发生PCD时一些酶和相关蛋白之间是怎样联系并发挥作用。

五、简述植物提高土壤中磷、钾吸收的策略与原理（15分）

矿质磷肥1．水溶性磷肥2．弱酸溶性磷肥3．难溶性磷肥 缺磷原因：1.被酸性土壤中的铁铝氧化物及石灰性土壤中的碳酸钙化合物固定，成为难被利用的固态磷。如石灰性土壤中磷肥当季利用率一般只有10％左右。土壤磷的有效性缺乏。实际上，酸性红黄壤与石灰性土壤中总磷一般比有效磷高几百倍。2、土壤中的总磷很低：土壤学缺磷（本质缺磷）。

施磷：干热天气叶面喷施磷肥。磷肥移动性差且容易被固定，所以一般要集中施用，并要靠近根层；磷矿粉只适于酸性土壤；微量元素肥料以叶面喷施为主，有时沾根或浸种用

肥料的稀溶液浸种，或用其固体稀释制剂拌种，可促进幼苗早期生长。对于移植苗木或秧苗，可用肥料溶液或固体制剂沾根，然后栽植。

钾肥主要是各种钾盐矿及其加工制品，还有草木灰。常用钾肥有硫酸钾和氯化钾，都是水溶性速效钾肥，有较弱的生理酸性反应，宜做基肥。

缺钾原因 1.气候条件：高温多雨，淋溶剧烈，粘土矿物类型多为1：1型高岭土，吸持钾的能力弱，故土壤缺钾；2. 耕作制度：复种指数高，以及高产品种的引进和推广，在获得高产的同时，植物带走更多的养分，包括钾素；3. 施肥习惯：重施氮、磷，而少施或不施钾，更加剧了土壤钾的耗竭；4. 社会因素：农家肥、秸秆还田少，也减少了钾素的来源。 施钾：钾肥宜集中条施或穴施于根系附近，并应与N，P肥配合使用。北方土壤一般不缺钾素，可以少施钾肥；低湿土壤施用有机肥（尤其是新鲜有机肥）易导致土壤通气条件恶化，所以应慎重。

总的上来说酸性土忌施酸性肥，碱性土不施碱性肥料；粘土一次施用化肥量可稍大，沙质土则宜少量多次、少施勤施为好；酸性土壤上可施难溶性磷肥，石灰性土施难溶性磷肥则无效；

六、简述光对植物命活动的影响（20分）

一、光是光合作用的能源，也是叶绿体形成的条件。通过光合作用为植物的生长提供有机营养物质和能量，因此光是植物生长的根本条件。在一定范围内，植物的光合速率随光强的增加而相应的增加，但光强超过一定范围之后，会出现光饱和抑制现象，橙光和红光光合效率最高，绿光最差。光质也影响植物的生长发育，一般红光对植物细胞生长没有抑制作用，而短波长，特别是紫外线破坏生长素，对细胞延伸有抑制作用。

二、光控制植物的形态建成，即叶的伸展扩大，茎的高矮、开花等。光建成一般作为信号调节植物的生长发育，比光合作用光补偿点所需的能量至少低30-40倍。1）光与种子萌发 需光种子萌发受光照而促进，需暗种子因光照而抑制。2）光与植物营养生长 黑暗中，幼苗生长呈黄化状态，表现出茎叶淡黄、茎秆柔嫩细长等现象，照光后，茎叶逐渐转绿，植株健壮。3）光与成花诱导，自然界许多植物开花受光周期诱导，如长日植物小麦、短日植物苍耳等对开花日照长短有严格的要求4）日照数时影响植物生长与休眠 绝大多数植物都是长日照促进GA合成进而促进植物生长，短日照诱导ABA形成，促进休眠。5）光与植物运动，例向光性，茎叶通常有向光性，根有负向光性，此外叶片的昼开夜合、气孔的运动调节都受光的调节。

此外光照充足还有利于果实着色。

说明光是怎样影响植物的光合作用的。

首先，光是光合作用的能量来源，光能经过光反应转变成活跃的化学能，又经过暗反应转变成稳定的化学能贮存在有机物内。其次，光影响到暗反应酶的活性，Rubisco在黑暗中是没有活性的，其它酶也需要光的激活。第三，光影响到叶绿体的发育和叶绿体色素的合成，没有光的情况下叶绿体不能分化，叶绿素不能合成。第四， 光的强度影响到光合作用的强弱，植物要有光合产物积累，光强必须大于光补偿点。第五， 光强过高会产生光抑制和光破坏。

光周期及其光周期类型：

自然界一昼夜间的光暗交替称为光周期。生长在地球上不同地区的植物在长期适应和进化过程中表现出生长发育的周期性变化，植物对白天黑夜相对长度的反应，称为光周期现象。 植物的开花、休眠和落叶，以及鳞茎、块茎、球茎等地下贮藏器官的形成都受昼夜长度的调节，其中研究最多的是植物成花的光周期诱导。根据植物开花对光周期的反应，将植物分为三种主要的光周期类型。(1)长日植物 在昼夜周期中日照长度长于某临界值时数才能成花的植物。 如小麦、大麦、黑麦、油菜、天仙子等。(2)短日植物 在昼夜周期中日照长度短于某临界值时数才能成花的植物。 如大豆、苍耳、菊花、晚稻、美洲烟草等。(3)日中性植物 只要其他条件满足，在任何长度的日照下都能成花的植物。如月季、黄瓜、番茄、四季豆、向日葵等。

（植物的成花机理）简述花器官形态发生ABC模型的主要内容。 答：E. Coen和E. Meyerowitz等（1991）提出花器官形态发生基因控制的ABC模型，

以阐明同源异型基因控制花形态发生的机理。

根据这个模型，正常花的四轮结构的形成是由花原基三个重叠区（A区、B区和C区）里的三组基因共同作用而完成的。即花的四轮结构花萼、花瓣、雄蕊、雌蕊分别由A、AB、BC和C组基因决定。由A组基因单独作用调控花萼发育，A和B组基因共同作用调控花瓣的发育，B和C组基因共同作用调控雄蕊的发育，C组基因单独作用调控心皮的发育。

RNAi的生物学意义-1/8

RNAi(RNA interference)是近年来发现的在生物体内普遍存在的一种古老的生物学现象，是由dsRNA介导的由特定酶参与的特异性基因沉默现象，它在转录水平、转录后水平和翻译水平上阻断基因的表达。RNAi是真核生物体抵抗外源基因(如病毒基因、转座子、人工转入基因等)入侵的一种保护性反应，它还是生物体在不同时期通过调控基因表达来调节细胞分化的机制。RNAi已成为一种极为有用的使基因失活的工具应用于多方面的研究中。

1)病毒防御：RNAi在生物体抵御外来病毒的入侵方面有着重要的作用，可能是其最原始的生物学功能之一 .在植物中，RNAi诱发的PTGS参与了植物体对病毒的防御，而且已经发现某些病毒蛋白可以抑制PTGS.2)抑制转座子的转座，保护基因组的完整性。3)调节基因表达。siRNA／miRNA主要通过两种方式直接调节基因表达： (1)通过与靶mRNA3’UTR结合抑制其翻译；(2)通过RNAi途径降解靶mRNA。（3）也有证据表明内源siRNA可以通过调节染色质的凝集而调节基因表达： 4)清除畸变的RNA：RdRP可以催化细胞内的畸变RNA转变成dsRNA，后者进入RNAi途径被降解； 5)参与基因组重排：这一过程可能与重组区域组蛋白的甲基化有关 。6)RNAi具有高度的特异性：它可以用于研究单基因功能或基因家族或具有高度相似性的一组基因中的单个基因的功能； 7)RNAi沉默效率高：每个细胞只要很少的几个分子dsRNA就可以完全阻断靶基因的表达，利用细胞特异性启动子，也可以研究特定基因在不同器官中的功能。8)利用RNAi技术进行大规模的高通量的基因功能分析已经在线虫中取得成功，但是要将其应用到植物基因组的研究中必须构建可行的hpRNA载体如pHELLSGATE ，摸索高效的转化技术．