第4章 植物的矿质营养
一、单项选择题
1．具有引导花粉管定向生长作用的矿质离子是（ ）。[2015研]
A．Zn2＋
B．Ca2＋
C．Mn2＋
D． Cu2＋
【答案】B
【解析】胞质溶胶中的钙与可溶性的蛋白质即钙调素结合，形成有活性的Ca2＋·CaM复合体，在代谢调节中起第二信使的作用。伸长的花粉管具有明显的Ca2＋梯度，顶端区域浓度最高，亚顶端之后随之降低。在花粉管的持续伸长过程中，此区域浓度变化呈现周期性的上升和回落。因此，Ca2＋具有引导花粉管定向生长作用。因此答案选B。
2．植物细胞壁中含量最高的矿质元素是（ ）。[2014研]
A．镁
B．锌
C．钙
D．铁
【答案】C
【解析】细胞壁是植物细胞的最大钙库，钙浓度可达l0－5～10－4mol／L。
3．植物细胞膜上通道蛋白运输离子的特点是（ ）。[2014研]
A．顺电化学势梯度进行，有饱和效应
B．顺电化学势梯度进行，无饱和效应
C．逆电化学势梯度进行，有饱和效应
D．逆电化学势梯度进行，无饱和效应
【答案】B
【解析】细胞膜上存在两类主要的转运蛋白，即：载体蛋白和通道蛋白。植物细胞膜上通道蛋白运输离子的特点是：顺电化学势梯度进行、无饱和效应；载体蛋白运输离子的特点是：顺电化学势梯度进行，有饱和效应。
4．当土壤中缺钼时，植物通常也表现出（ ）。[2014研]
A．缺氮症状
B．缺磷症状
C．缺钙症状
D．缺镁症状
【答案】A
【解析】钼是硝酸还原酶的组分，缺乏会导致缺氮症状。
5．下列元素中，缺乏时引起植物老叶首先出现病症的元素是（ ）。[2013研]
A．Mg
B．Fe
C．Ca
D．Mn
【答案】A
【解析】根据矿质元素在植物体内的循环情况将其分为可再利用元素（如N、P、K、Mg等）和不可再利用元素（如Ca、Mn、Fe、S等）。不可再利用元素的缺素症首先出现在幼嫩器官上，可再利用元素的缺素症首先出现在较老器官上。A项，Mg属于可再利用元素，而BCD三项均属于不可再利用元素，因此缺乏时引起植物嫩叶首先出现病症。
6．下列元素中，作为硝酸还原酶组分的是（ ）。[2012研]
A．Mn
B．Mo
C．Cu
D．Zn
【答案】B
【解析】氮素被吸收主要形式是NH4＋、NO3－以及可溶性有机氮化合物(氨基酸、尿素等)，其中NO经过硝酸还原酶、亚硝酸还原酶将NO还原成NH4＋才能被植物利用，硝酸还原酶是诱导酶，是一种可溶性的钼黄素蛋白，由黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)、血红素和钼复合蛋白(Mo-Co)组成。
7．下列膜蛋白，能转运离子并具有明显饱和效应的是（ ）。[2012研]
A．通道蛋白
B．水孔蛋白
C．外在蛋白
D．载体蛋白
【答案】D
【解析】细胞膜上离子运输蛋白包括通道蛋白、载体蛋白、离子泵。载体蛋白有选择地与质膜一侧的分子或离子结合，通过载体蛋白的构象变化将物质转移到膜的另一侧，并释放出去。经载体蛋白的转运依赖于溶质与载体特殊位点的结合，由于结合位点的数量有限，所以有饱和效应。
8．以下关于植物细胞离子通道的描述，错误的是（ ）。[2011研]
A．离子通道是由跨膜蛋白质构成的
B．离子通道是由外在蛋白质构成的
C．离子通道的运输具有一定的选择性
D．离子通道的运输只能顺电化学势梯度进行
【答案】B
【解析】离子通道是细胞膜上由通道蛋白形成的跨膜孔道结构，控制离子通过细胞膜这一生理活动。离子通道对离子运输有选择性，顺电化学势梯度进行，不消耗代谢能量等特点，是一种被动的、单方向跨膜运输。
9．下列元素缺乏时，导致植物幼叶首先出现病症的元素是（ ）。[2008研]
A．N
B．P
C．Ca
D．K
【答案】C
【解析】必需元素在植物生长发育过程中的生理功能决定了元素在植物体内的移动性和被利用性，而元素的移动性和被利用性决定该种元素的缺素症首先出现在植物体的部位。元素进入植物体内形成不稳定的化合物，不断分解，释放的离子移动性大、易被重复利用，该缺素症首先出现在植物体较老的组织或器官(如老叶)。植物体内典型的移动性大和易被重复利用的元素主要包括N、P、K等。元素进入植物体内能形成稳定的化合物，元素的移动性小、不易被运输、不易被重复利用，该缺素症首先出现在植物体较幼嫩的组织或器官(如幼叶、幼茎)，植物体内典型的移动性小和不易被重复利用的元素主要包括Ca、S、Fe、Mn、B等。
10．植物细胞中质子泵利用ATP水解释放的能量，逆电化学势梯度跨膜转运H＋，这一过程称为（ ）。[2008研]
A．初级主动运输
B．次级主动运输
C．同向共运输
D．反向共运输
【答案】A
【解析】根据离子跨膜运输与能量消耗相偶联以及发生跨膜运输的离子的运输方向与该种离子的电化学势梯度方向的关系，离子跨膜运输可分为被动运输和主动运输。在离子的被动运输过程中，离子跨膜运输不直接消耗水解ATP的能量，离子运输的方向是顺电化学势梯度进行的。在离子的主动运输过程中，离子跨膜运输与消耗水解ATP的能量相偶联，离子运输的方向是逆电化学势梯度进行的。植物细胞膜上由H＋－ATP酶作用，利用ATP水解释放的能量，逆电化学势梯度跨膜转运H＋的过程，称为初级主动运输。由H＋－ATP酶作用所建立的跨膜质子电化学势梯度所驱动的其他离子或小分子物质的跨膜运输过程，称为次级主动运输。次级主动运输实际上是一种共运输过程。根据两种物质被跨膜运输的方向，共运输分为同向共运输和反向共运输。同向共运输被运输的两种物质跨膜运输的方向相同，反向共运输被运输的两种物质跨膜运输的方向相反。因此，植物细胞中质子泵利用ATP水解释放的能量，逆电化学势梯度跨膜转运H＋，这一过程称为初级主动运输。
11．植物叶片中进行亚硝酸还原的主要部位是（ ）。[2008研]
A．线粒体
B．细胞基质
C．液泡
D．叶绿体
【答案】D
【解析】植物的氮源主要是无机氮化物，以铵盐和硝酸盐为主。植物可直接利用吸收的铵态氮合成氨基酸，但硝态氮必须经过还原形成铵态氮后才能被利用。植物根系从土壤中吸收NO3—，NO3—进入细胞后被硝酸还原酶和亚硝酸还原酶还原为铵。在植物的根细胞和叶肉细胞中都存在还原硝酸根的酶系，当植物吸收少量硝酸根时，硝酸根在根细胞中被还原；当植物吸收大量硝酸根时，硝酸根被运至叶片叶肉细胞中被还原。在叶肉细胞中，硝酸根被还原为亚硝酸根的过程是在细胞质中进行的，亚硝酸根被运至叶绿体中再被还原为铵。硝酸根在根中的还原与叶中基本相同，在细胞质中进行硝酸根的还原，形成的亚硝酸根被运至前质体中再被还原为铵。因此，植物叶片中进行亚硝酸还原的主要部位是叶绿体。
二、简答题
1．应用溶液培养法培养植物时一般应注意哪些事项？[2015研]
答：溶液培养法又称水培法，是指将植物生长所需的各元素按一定的比例和适宜的pH值配成溶液，然后在其中栽培植物的方法。
（1）选择合适的培养液。包括必需的矿质元素；各种化合物都必须以植物可以吸收的形式存在；是均衡的营养液；具有合适的PH范围。溶液培养缓冲性能小，PH值易改变，应经常测营养液的PH。
（2）定期更换培养液。预防单盐毒害和离子拮抗。随着PH值的变化，当营养液PH大于6时，无机铁盐就会形成不溶性的氢氧化铁，使植物产生缺铁症，溶液培养PH变化较大，易缺铁。因此，为防止缺铁症，调节PH的同时可加入稀铁溶液。
（3）注意通气，以提供足够的O2，促进根系的生长，增强根系吸肥吸水的能力。
2．比较初级主动运输和次级主动运输的异同。[2014研]
答：（1）初级主动运输和次级主动运输的相同点：都属于主动运输，即在载体蛋白和能量的参与下逆着浓度梯度进行物质跨膜运输的过程。
（2）初级主动运输和次级主动运输的不同点：初级主动运输是由质子泵执行的主动运输。质子泵直接利用ATP分解产生的能量跨膜转运质子，形成质子电化学势梯度—质子动力。次级主动运输是一类由质子泵与载体蛋白协同作用靠间接消耗ATP所完成的主动运输方式。物质跨膜运动所需要的直接动力是由初级主动运输过程所产生的质子动力，它是一种共运输过程。
3．简述植物同化氮素的过程。[2013研]
答：植物同化氮素的过程包括：
（1）植物所需的氮素主要是通过土壤中获得铵盐和硝态盐，再同化为自身组成物。植物吸收铵盐后可直接合成氨基酸，而硝态盐必须通过代谢还原才能利用。
（2）植物吸收的硝酸根在细胞质基质中被硝酸还原酶还原为亚硝酸根；亚硝酸根在质体或叶绿体中被亚硝酸还原酶还原为NH4＋。产生的NH4＋以及植物吸收的NH4＋，通过谷氨酸合酶途径形成谷氨酸。硝酸盐的代谢还原主要发生在根和叶，其供氢体是还原型辅酶Ⅰ。
4．确定植物必需元素的标准是什么？根据该标准已确定的必需元素有哪些？[2010研]
答：（1）确定植物的必须元素包括三条标准，三者缺一不可：
①如果缺乏该元素，植物生长发育受阻，不能完成完整的生活史。
②如果缺乏该元素，植物表现出专一的缺素病症，这种缺素病症只有加入该元素才能预防或消除。
③该元素在植物生理上的作用是直接的，而不是通过改善土壤的理化性质等产生的间接作用。
（2）现已确定的植物必需元素有17种，它们是碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、铜、硼、锌、锰、钼、氯、镍。
三、分析论述题
1．论述土壤因素对植物根系吸收矿质离子的影响。[2011研]
答：土壤因素对植物根系吸收矿质离子具有重要影响，具体包括以下几个方面：
（1）土壤温度：不同植物有一定的适宜温度范围，过高、过低都会影响根系的活动。
（2）土壤通气状况：通气好能提高根细胞活力，根系的呼吸代谢旺盛，根组织吸收矿质元素的速度较快。
（3）土壤溶液的浓度：溶液浓度低时，根系吸收矿质元素的速度随矿质元素浓度的增加而增加。当溶液浓度过高时，对根组织产生渗透胁迫，造成烧苗现象。
（4）土壤溶液的pH值：土壤溶液pH影响根系对阴、阳离子的吸收，在一定pH范围内，阳离子的吸收速率会随土壤溶液pH的升高而增大，阴离子的吸收速率会随土壤溶液pH的升高而减慢。土壤溶液pH也会影响土壤微生物的活动，从而影响到这些微生物对矿质元素的分解活动，也会影响根系对矿质离子的吸收。
（5）土壤微生物：植物的根系受真菌侵染常形成菌根，菌根的形成会增强根系对矿质元素的吸收。
（6）土壤中离子间有相互作用，离子间的相互作用会影响根系对某种元素的吸收。
2．论述植物细胞的离子跨膜运输机制。[2009研]
答：（1）根据离子跨膜运输是否消耗能量和运输离子的方向，可将离子跨膜运输分为被动运输和主动运输。
（2）被动运输是指离子的跨膜运输不消耗代谢能量，而且离子的运输方向是顺电化学势梯度进行的。包括简单扩散与易化扩散。
（3）主动运输需要消耗代谢能量，被运送的离子的方向是逆电化学势梯度进行的。离子通过离子泵的跨膜运输就是主动运输过程。主动运输又可分为初始主动运输和次级主动运输，由H＋－ATPase运送质子的过程是初始主动运输，由H＋－ATPase活动所建立的跨膜质子电化学势梯度所驱动的离子的跨膜运输过程是次级主动运输。次级主动运输是一种共运输过程，共运输包括同向共运输和反向共运输。