一：何谓相容性物质 简述甜菜碱的主要合成途径及生理功能？
相容性物质（渗透调节物质）通过细胞增加或减少溶质调节细胞渗透势以期与细胞外渗透势平衡，是指细胞渗透势变化所表现出的调节作用。 1外界环境进入植物细胞的无机离子，K＋，Cl-,NO-3
2细胞内合成的有机溶质：脯氨酸,甜菜碱，可溶性糖（分子量小，易溶于水。在生理pH范围内不带净电荷。必须能为细胞膜所保持。引起酶变化的作用最小。生产迅速。）
简述甜菜碱的主要合成途径及生理功能？
甜菜碱 ：是一类季铵化合物，化学名称为N－甲基代氨基酸。植物中的甜菜碱主要有12种，研究最多的是甘氨酸甜菜碱，简称甜菜碱。
生物合成：以胆碱为底物经两部酶催化生成，即： 胆碱――（1）→甜菜碱醛――（2）―→甜菜碱
催化上述途径反应（2）的甜菜碱醛脱氢酶（, BADH）。
在高等植物中，甜菜碱由胆碱单氧化酶（CMO)和甜菜碱醛脱氢酶（BADH)催化合成。
在哺乳动物及微生物，如大肠杆菌细胞中，甜菜碱由胆碱脱氢酶（CDH）和甜菜碱醛脱氢酶（BADH)催化合成。
土壤微生物球形节杆菌中，甜菜碱仅由一种酶，即胆碱氧化酶(COD)催化合成。 功能：1参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。
2参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性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。 在高温、低温及盐胁迫下，外源甜菜碱和转甜菜碱合成酶基因植株体内合成甜菜碱都能促进HSP70的表达，这可能是甜菜碱能够提高植物对多种逆境胁迫抗逆性的原因之一。
二：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
三：简述次生代谢途径获取的主要方法及其主要生物学功能？
次生代谢物的合成途径
1、类异戊二烯途径——产生萜类化合物：植物类异戊二烯的生物合成至少存在两种生物合成途径。
甲羟戊酸途径（MVA）：在细胞质中进行。并一糖酵解产物乙酰辅酶A作为原初供体，合成倍半萜、三萜和甾体类等。 丙酮酸/磷酸甘油醛途径（DXP），又称非依赖甲羟戊酸途径：在质体中进行。以丙酮酸和磷酸甘油醛为原料，合成胡萝卜素、单萜和二萜等。 2、苯丙烷代谢途径—产生酚类化合物：多种途径产生。 莽草酸途径：高等植物合成酚类的主要方法。 丙二酸途径：真菌和细菌。
3、氨基酸代谢途径——含N生物碱化合物是由氨基酸转化而来。 次生代谢物的功能
1、生长发育的调控 2、提高抗逆性 3、抗氧化作用 4、信号物质 5、低于天敌的侵袭 6、增强抗病性
7、提高植物的种间竞争能力 8、维系植物与其他生物之间的互惠关系
四：从代谢途径和功能论述植物初生代谢和次生代谢的区别与联系
初生代谢（primary metabolism metabolism）
指合成生物体生存所必需的化合物，如糖类、脂肪酸类和核酸类的代谢，或维持细胞生命活动所必需的代谢。植物的次生代谢 (secondary metabolism) 从初级代谢途径衍生出来的，只存在于限定的 植物科属或种，没有明确的代谢功能，对维持细胞 生命活动不起主要作用的代谢。 （1）植物体内各种有机物之间的相互联系
（2）卡尔文循环、糖酵解、三羧酸循环和戊糖磷酸途径是有机物代谢的主干。（3）次生代谢是建立在初生代谢的基础上。产生的次生代谢物种类繁多，途径的复杂。
五：硝态氮在植物体内的转化，生物固氮的方式
1硝酸的同化：当根系吸收少量的硝酸时，硝酸首先在根中被还原。随着外界硝酸浓度的增加，硝酸的吸收和同化将转移到地上部--叶片和茎中。主要分两步：硝酸的代谢还原和氨的同化。
1）硝酸的还原：由硝酸还原酶催化NO3-+NAD(P)H+H++2e- NO2-+NAD(P)+H2O高等植物的NR由两个亚基组成，每个亚基含有3个辅基：腺嘌呤黄素二核苷酸、亚铁血红素和结合了1个钼的有机分子（NR是植物组织中主要的含钼蛋白，却钼时NR的活性减弱，引起硝酸积累。硝酸、光、碳水化合物均可影响NR的转录和翻译） 2）亚硝酸的还原：亚硝酸还原酶催化
亚硝酸是具有高活性和潜在毒害作用的离子。植物将由硝酸还原的亚硝酸迅速从胞质中转移到叶细胞的叶绿体或根细胞的质体中，然后在亚硝酸还原酶的作用下将亚硝酸还原成铵。 NO2-+6Fdred+8H++6e- NH4++6Fdox+2H2O叶绿体和根质体中NiR存在形式不同，但都一个含两个辅基：铁-硫簇（Fe4S4）和一个亚铁血红素的多肽组成。这两个亚基一起与亚硝酸结合，将其还原为铵。当硝酸浓度高或暴露在光下时，将诱导NiR的转录。
3）铵的同化：谷氨酰胺合成酶，谷氨酸脱氢酶.植物细胞为躲避铵的毒害作用，会迅速将产
生的铵转移到氨基酸中。这个过程主要是由谷氨酰胺合成酶催化的，也可被谷氨酸脱氢酶催化。a. 谷氨酰胺合成酶 GS：谷氨酸+NH4++ATP 谷氨酰胺+ADP+Pi该过程需要水解1分子的ATP来提供能量，并以二价阳离子Mg2+、Mn2+或Co2+作为辅基。植物体中有两种GS，分别在细胞质中和根细胞的质体或叶细胞的叶绿体中。
b. 谷氨酸脱氢酶GDH催化完成一个可逆反应：谷氨酸的脱氨与合成α-酮戊二酸
+NH4++NAD(P)H 谷氨酸+H2O+NAD(P)+以NADH作为电子供体的GDH存在于线粒体中，以NADPH作为电子供体的GDH则位于叶绿体中。虽然两者含量都很丰富，但不能作为铵同化的GS途径的替代物，它们的主要作用是在氮的分配中催化谷氨酸脱氢。 生物固氮的方式
根据能量来源和固氮能力分为：共生固氮、自生固氮、联合固氮
1共生固氮：固氮微生物在与植物共生生长时，才能还原气态氮为氨。该系统固定的90%以上的氮素很快从细菌转运到植物体内，而植物为细菌提供碳水化合物，效率最高的生物固氮形式。农业上最重要的固氮体系是结瘤的豆科作物大豆和苜蓿，生态系统中有豆科木本植物银合欢和结瘤的非豆科植物。
2自生固氮：固氮菌在环境中生活时可自行固定空气中的氮，即以氮气作为唯一氮源进行生长，对其他生物体没有依存关系。包括多种细菌和蓝藻。
3联合固氮：固氮菌生活在植物根表面和近根土壤中，有的能侵入根表皮和外皮层的细胞间隙，靠根系分泌物生存和繁殖，与根关系密切，但并不形成特异分化的结构。这种生物固氮对寄主植物的益处是间接的，因为有90%的固定的氮素只有在细菌死后才能被植物利用。
六：离子吸收动力学参数，以小麦吸收K+离子为例，设计实验说明如何测定？并举例说明植物养分吸收动力学在植物矿质营养研究中有哪些应用？
用来表示离子浓度和吸收速率间相互关系的曲线，其动力学参数包括Km和Wmax。Wmax表示离子的最大吸收速率，Km表示酶的亲和力，含义为达到离子吸收最大速率一半时所需的离子浓度。
大麦根钾吸收动力学曲线呈现双等温线 推测：该曲线反映了两个家族转运蛋白的活性，表明离子吸收有两个系统按照两种不同的机理进行调控，分别为：机理1—高亲和性吸收系统，机理2—低亲和性吸收系统。
离子浓度与吸收速率的相互关系可以用离子吸收的动力学曲线表示。动力学参数Km指示了酶的亲和力含义为达到离子最大吸收速率一半时所需的离子浓度，Vmax指离子的最大吸收速率。特征：在较宽的养分浓度范围内，膜上的转运蛋白都可能参与养分运输的调节，溶质的跨膜运输既有主动运输也有被动运输。在低浓度下，养分运输受高亲和力转运蛋白的调控，为主动运输，有饱和点：在高浓度下，养分运输受低亲和力转运蛋白的调控，为被动运输，有或者没有饱和点。在养分吸收动力学曲线上表现为双相曲线。
应用：1.近10余年来，随着分子生物学技术的发展，很多编码养分离子跨膜运输蛋白的基因被克隆，其功能被验证，充分证明了Epstein所提出的“载体”概念的正确性2．植物K转运机制研究
——植物离子运输的载体动力学研究与应用3.存在不同离子转运蛋白的生理学证据：分子
+
研究证实许多编码K运转蛋白的植物基因4．微量元素的吸收与运输
七：通过刊物的改名论述植物生理学的研究趋势
植物生理学的孕育阶段：荷兰人海尔蒙的柳枝试验；1771年光合作用的发现 植物生理学的诞生与成长阶段：从1840年李比希矿质营养学说的建立到19世纪末德国植物生理学家Sachs和Pfeffer的两部植物生理学专著的问世。 植物生理学的发展、分化与壮大阶段：
A农业化学：从植物生理学分化成一门独立学科
B生物化学独立成一门学科；对植物生理学的冲击、分子生物学异军突起。
C卡尔文循环，C4途径和CAM；弄清了光合膜上许多功能性色素蛋白的三维立体结构，将结构与功能的研究推向了微观世界。
D细胞全能性：组织培养，为植物细胞工程和基因工程的大力发展创造了条件。 E光周期现象：光敏色素，调控几十种生理过程。 F关于植物激素的研究，激素测定方法：HPLC和ELISA J逆境生理：活性氧，逆境蛋白 如上所述，分子生物学的迅速发展对传统植物生理学提出了严峻挑战和机遇；权威性的国际植物生理学评论刊物Annual Review of Plant Physiology从1985年起改名为Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology，2002年改名为Annual Review of Plant Biology
目前，植物整体生理学的研究正借助现代生物化学和分子生物学的成就而以新的面貌出现
八：生物钟的特点、组成、作用，调节机理。
特点：对环境周期性改变具有相对稳定性；具有遗传性；具温度补偿机制
组成：据环境信号来控制振荡器的输入途径；中央振荡器；产生与昼夜节律一致的震荡器输出途径
作用：昼夜节律与环境中的光-暗循环一致。昼夜节律同步的植物比脱离环境节律的植物有更多叶绿素和生物量，昼夜节律同步促进植物在最适的时间内进行营养生长和生殖发育，以增强植物进化的适应性。昼夜节律与环境昼夜节律钟相一致的植物有更强的竞争力，并最终在竞争中胜出。
机理：主要通过2个步骤进行调控：一方面光受体接受光信号，并通过输入途径将信号传到中心振荡器，从而使其状态和实际的环境变化相一致；另一方面，中心振荡器可以通过输出途径调控基因表达。
调节过程：黎明，光激活LHY和CAA1的表达，两者激活LHCB和其他早晨基因的表达,CCA1和LHY一直了TOC1和其他夜晚基因的表达，白天LHY和CCA1的表达逐渐减慢，是TOC1转录水平升高，到一天结束时打到最大水平,TOC1促进LHY和CCA1的表达，黎明时达到最高水平，开始新一轮的循环。
九：生长素与赤霉素信号转导模型
Auxin生长素:
生长素调控了高等植物众多的生理和发育过程，作为一个信号分子，从最初如何被感知和识别，到经过怎样的途径调控下游相关基因的表达，到最终实现生理作用，成为了多年来研究者关注的重点。经过多年的研究，人们初步揭示出了生长素的信号转导途径，发现调控如此众多生理过程的信号途径相对比较简单，这也为生长素的快速响应奠定了基础。 生长素与受体结合后，并不需要中间传导，受体-酶复合体直接水解特定的转录抑制因子，从而激活生长素下游的反应基因，绝大多数的生长素反应可能都是通过这种机制起作用。
与生长素信号转导相关的三类蛋白组分是：生长素受体相关SCF复合体（SKP1，Cullin and F-box complex）、 发挥抑制功能的生长素蛋白（Aux/IAA） 和生长素响应因子（ARF）。
生长素信号转导模型:
TIR1
基于对SCF介导的生长素信号转导途径三类主要蛋白的研究，人们提出了该信号转导的基本模型：在生长素浓度较低时，ARF家族蛋白与AUX/IAA家族蛋白形成异源二聚体，不具有转录调节功能，细胞内各基因的转录、蛋白质的翻译以及降解处于平衡状态；当生长素含量增加后，TIR1/AFB受体结合生长素，TIR构象变化，与Aux/IAA蛋白家族紧密结合，介导它的泛素化，Aux/IAA蛋白被26S蛋白酶体降解，从而释放出ARF，ARF自身形成同源二聚体以促进/抑制下游基因的转录（如下图），产生生长素反应。
赤霉素的信号转导:
植物体内存在GA信号转导的分子网络。当赤霉素受体感知GA信号后，激活信号传递通道，调控下游基因的表达，从而影响植物生长发育和形态建成。当编码这些传递因子的基因及其所识别的顺式作用位点发生突变时，下游基因的表达或者相关蛋白间的相互作用就会发生相应的变化，导致植物对GA敏感性发生改变。
目前，已经从多种植物中分离了一系列改变GA响应的突变体。组成型激活GA响应的突变体表现出植株较高、叶片浅绿、早花等表型，它与野生型施加过量GA的表型类似，如水稻slr1(slender rice 1)突变体；反之，阻断GA信号转导的突变体植株矮小、迟花、叶片深绿、育性降低等表型，这些表型与GA合成缺失突变体表型类似，但外源施加GA不能恢复表型，如拟南芥gai(GA-insensitive)突变体。
近年来，多个参与GA信号传递途径的正/负调控因子已经被鉴定，其中包括赤霉素受体GID1蛋白(gibberellin insensitive dwarf 1)和信号传递途径的DELLA蛋白，尤其是对赤霉素介导DELLA蛋白降解的de-repression分子模型的解析，加深了我们对赤霉素作用分子机理的认识。
已经被克隆的参与拟南芥GA信号传递的关键元件GAI和RGA(repressor of ga1-3)，与玉米的d8(dwarf 8)、小麦的SLR1、大麦的SLN1(SLENDER1)以及葡萄的VvGAI等同源性较高，尤其在N端都含有一个保守的DELLA结构域，因此称之为DELLA蛋白。
DELLA蛋白N端有两个非常保守的DELLA和VHYNP结构域，中部有一个核定位信号结构域NLS (nuclear localization signal) 和亮氨酸重复序列LHR(Leu hepeat repeat)等结构域，C端有类似SH2和SAW等结构域，研究认为DELLA和VHYNP是GA信号响应的功能域；多聚S/T(Ser/Thr)可能是作为磷酸化和糖基化的靶标，是调节结构域；亮氨酸重复LHR介导蛋白-蛋白间的相互作用，C端的VHIID、SH2(磷酸酪氨酸结合结构域)和SAW等结构域是阻遏结构域。