3.2 课后习题详解
1．水分子的氢键对水的物理化学性质有何重要影响？
答：相邻的水分子之间，带负电荷的氧原子和带正电荷的氢原子以弱的静电引力相互吸引，这种静电吸引力称为氢键。水分子的氢键对水的物理化学性质影响如下：
（1）有氢键的水分子特别适合溶解离子化合物和带有极性基团的物质。氢键可有效降低溶液中带电溶质之间的静电作用，从而增加它们的溶解性。
（2）水分子间的氢键导致水具有特别的热力学特性，如高比热容和高汽化潜热。水汽化所吸收的大部分能量都用来打断水分子间的氢键。
（3）水分子间的氢键使分子间产生相互吸引的内聚力，水分子的内聚力使水具有很强的抗张强度。
2．什么是水势？植物细胞水势的基本组成有哪些？它们对水分进出细胞有何影响？
答：（1）水势的定义
水势是指每偏摩尔体积水的化学势差，即水溶液的化学势与纯水的化学势之差，再除以水的偏摩尔体积所得的商，即为水势（ψw）。
（2）水势的基本组成
植物细胞的水势由4个组分所组成，即溶质势、压力势、衬质势和重力势。
（3）植物细胞水势的组分对水分进出细胞的影响
①溶质势或渗透势：细胞溶液中溶质颗粒的存在使水势降低，促使水进入细胞，抑制水出细胞。
②压力势：外界（如细胞壁）对细胞的压力而使水势增加，促使水出细胞，抑制水进细胞。
③衬质势：细胞胶体物质对自由水束缚而引起水势降低，促使水进入细胞，抑制水出细胞。
④重力势：由于高度的存在而使水势增加，规定海平面上的重力势为0，10米高的水其水势为ρgh＝0.1MPa，从实验角度出发，重力势比较小通常可以忽略。
3．水分进入植物根系的基本途径有哪些？
答：水分进入植物根系的基本途径有3条：质外体途径、跨膜途径和共质体途径。
（1）质外体途径
质外体途径是指水分通过细胞壁、细胞间隙而没有经过细胞质的移动过程。质外体途径从外界吸收的水分经过皮层进入到内皮层时，遇到环绕内皮层细胞壁上凯氏带的阻挡，质外体的连续性被阻断。因此，水分必须经共质体途径通过内皮层细胞的原生质，或从凯氏带的破裂处才能进入到木质部的导管中。
（2）跨膜途径
跨膜途径是指水分连续地从细胞一侧进入，从另一侧出来，并依次跨膜进出细胞，最后进入植物体内部。在这个途径中，水分每经过一个细胞至少要跨两次质膜，也可能要跨过液泡膜。
（3）共质体途径
共质体途径是指水分从一个细胞的细胞质通过胞间连丝移动到另一个细胞的细胞质，形成一个细胞质的连续体。
4．植物吸水的动力包括哪几种方式？
答：根系吸水的方式分为主动吸水和被动吸水两类，主动吸水的动力是根压，被动吸水的动力为蒸腾拉力。
（1）主动吸水
①定义
主动吸水是指由根部自身生理活动引起的根系吸水方式。主动吸水的动力是根压。
②原理
根吸收的离子运送到内皮层内侧的中柱和木质部导管，使其的浓度升高而渗透势降低，水势下降。中柱细胞和导管中的水势低于皮层和土壤的水势时，土壤中的水分即沿着水势梯度从皮层进入木质部导管并向上输送。
（2）被动吸水
①定义
被动吸水是指植物地上部的叶和枝的蒸腾作用引起根部吸水和向上运输的方式。蒸腾拉力是根系被动吸水的驱动力。
②原理
水分蒸发时，细胞间隙的水层进入细胞壁的裂缝或微小孔道中，形成气-液交界面。由于水的表面张力很强，因此产生一个很大的张力或负压。于是这些细胞就从邻近的细胞吸水，与叶脉相邻的细胞又从叶脉木质部的导管吸水，从而引起木质部导管的水势下降。
5．试述水在木质部向上运输的机制。
答：水分在木质部运输机制是植物顶部的蒸腾作用产生巨大的负静水压（蒸腾拉力）拖动导管中的水分向上运输。
（1）导管中的水柱一端受到蒸腾拉力的作用向上移动，水柱的另一端受到向下的重力。这两种力方向相反，故水柱受到一种张力。水分子的内聚力远大于张力。
（2）水分子与导管内纤维素之间还有附着力，因此木质部导管或管胞中的水可形成连续的水柱，向上运输。
6．何谓蒸腾作用，蒸腾作用有哪些方式？蒸腾拉力的原动力是怎样产生的？
答：（1）蒸腾作用的定义
水从植物体表面（主要是叶片）以气体状态从植物体内散失到植物体外的过程称为蒸腾作用。
（2）蒸腾作用的方式
①皮孔蒸腾：木本植物长大后，茎和枝上的皮孔可以蒸腾，这种通过皮孔的蒸腾作用称为皮孔蒸腾。
②叶片蒸腾：植物的蒸腾作用主要靠叶片蒸腾。
③角质蒸腾：蒸腾散失的水分中大约有5％的水分通过角质层的裂缝扩散进入大气，这种蒸腾方式称为角质蒸腾。
④气孔蒸腾：通过气孔的蒸腾作用称为气孔蒸腾，是植物蒸腾作用最主要的形式。
（3）蒸腾拉力的原动力的产生
气孔张开后，气孔下腔附近的叶肉细胞因蒸腾失水，水势下降，所以从相邻细胞夺取水分，失水的细胞又从旁边的另一个细胞取得水分，如此，气孔下腔、叶脉导管、叶柄、茎的导管、根系导管之间就形成了一系列的水势梯度，最后引起根系从环境吸收水分。
7．试分析植物细胞吸收水分和矿质元素的关系及其主要不同。
答：（1）植物细胞吸收水分和矿质元素的关系
植物对水分和矿质的吸收是既相互关联，又相互独立。
①相互关联性
养分一定要溶于水中才能被根系吸收，并随水流进入根内。而矿质的吸收降低了细胞的渗透势，促进了植物的吸水。
②相互独立性
二者的吸收比例不同，吸收机制不同，分配方向不同。
（2）植物细胞吸收水分和矿质元素的主要不同
①吸收比例不同，吸收机制不同
水分的吸收主要是以蒸腾作用引起的被动吸水为主，而矿质的吸收则是以消耗代谢能的主动吸收为主。
②分配方向不同
水分主要分配到叶片，而矿质主要分配到当时的生长中心。
8．有关气孔运动的假说有哪些，有哪些研究证据？你对这方面的研究有何思考？
答：（1）有关气孔运动的假说及研究证据
①淀粉-糖转化学说
a．假说内容
光照下，保卫细胞进行光合作用，消耗CO2，引起细胞质pH升高，促使淀粉磷酸化酶水解淀粉为可溶性糖，保卫细胞的水势下降，水分从其邻近的表皮细胞或副卫细胞进入保卫细胞，气孔张开；黑暗中，保卫细胞光合作用停止，呼吸作用产生的CO2积累，细胞质的pH降低，淀粉磷酸化酶催化逆向反应，使可溶性糖转化为淀粉，水势升高，水分又从保卫细胞流入到邻近的表皮细胞或副卫细胞，于是气孔关闭。
b．研究证据
以蚕豆叶片为研究材料，发现清晨气孔的张开伴随着保卫细胞中钾含量的增加，但是在中午前，钾含量逐渐下降，而蔗糖含量在上午增加缓慢，当钾含量降低后，蔗糖成为主要的渗透物质。当气孔在下午关闭时，蔗糖含量也随之下降。实验结果表明，气孔的张开和钾离子含量有关，而气孔的关闭则和蔗糖含量下降有关。
②钾离子泵学说（钾离子累积学说）
a．假说内容
钾离子是引起保卫细胞渗透势发生改变的主要离子。气孔张开，保卫细胞中钾离子的含量高。气孔关闭时，钾离子含量减少。钾离子的跨膜运输是由ATP质子泵建立的质子梯度来推动的次级运输。
b．研究证据
在保卫细胞质膜上有ATP质子泵，可分解ATP，将H＋分泌到保卫细胞外，使保卫细胞的pH升高，同时使保卫细胞的质膜超极化，驱动钾离子进入保卫细胞，再进入液泡。用壳梭孢菌素激活ATP质子泵，可使气孔张开。用钒酸盐抑制ATP质子泵的活动，气孔则关闭。有少量氯离子伴随钾离子进入保卫细胞，维持电荷平衡。由于保卫细胞中钾离子和氯离子的累积增多，使细胞水势降低，促进保卫细胞吸水，气孔即张开。
③苹果酸代谢学说
a．假说内容
苹果酸含量变化可调节气孔开闭。保卫细胞中苹果酸增多，气孔就张开，反之关闭。
b．研究证据
细胞质中的淀粉分解成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP），PEP在羧化酶的作用下与HCO3－结合成草酰乙酸，草酰乙酸进一步还原为苹果酸，进入液泡，水势降低，水分进入保卫细胞，气孔张开。
（2）对气孔运动研究的思考
气孔运动的调控是一个非常复杂的过程，可能涉及许多方面的因素，因此应该进行综合的分析。
9．影响气孔运动的因素有哪些？
答：影响气孔运动的因素有：
（1）内部因素
①气孔和气孔下腔的结构特点，这是影响蒸腾作用速率的主要因素。
②叶片的形态解剖结构特点对界面层厚度的影响，叶表面的叶毛也可以减少风对界面层的影响。
（2）环境因素
①光
光是影响气孔运动的主要因素。在一般情况下，气孔在光照下开放，在黑暗中关闭。只有景天科植物例外，其气孔在晚上开放，而在白天关闭。
②温度
一般说来，提高温度能增加气孔的开放度。高温下气孔增加开度是植物抗热的保护机制，它可以通过加强蒸腾作用，降低植物体温。
③叶片含水量
叶片过高或过低的含水量，会使气孔关闭。
④二氧化碳
二氧化碳浓度对气孔的开闭有显著影响，低浓度时促进气孔开放，高浓度时不管在光照或黑暗条件下都能促进气孔关闭。
⑤风
微风对气孔的开闭没有影响，大风促使气孔关闭减少开度。
⑥化学物质
醋酸苯汞、阿特拉津、乙酰水杨酸等能抑制气孔开放，降低蒸腾；脱落酸的低浓度溶液洒在叶表面，可抑制气孔开放达数天；细胞分裂素可促进气孔开放。
10．讨论离子跨膜的被动运输、主动运输、协同运输的机制，并简述这些不同机制间的相互关系。
答：（1）被动运输
物质在细胞内外浓度不同形成梯度，物质顺着梯度由高浓度向低浓度转运的过程称为被动运输。被动运输分为自由扩散（简单扩散）和协助扩散（促进扩散）
（2）主动运输
主动运输是指物质逆浓度梯度，在载体的协助下，在能量的作用下运进或运出细胞膜的过程。Na＋、K＋和Ca2＋等离子，都不能自由地通过磷脂双分子层，它们从低浓度一侧运输到高浓度一侧，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，即需要载体和消耗能量。
（3）协同运输
协同运输是靠间接提供能量完成的主动运输方式。物质跨膜运动所需要的能量来自膜两侧离子的电化学浓度梯度，而维持这种电化学势的是钠钾泵或质子泵。
（4）不同机制间的相互关系
①运输方向
主动运输逆浓度梯度或电化学梯度，被动运输顺浓度梯度或电化学梯度。
②是否需要载体的参与
主动运输需要载体参与，被动运输方式中，简单扩散不需要载体参与，而协助扩散需要载体的参与。
③是否需要细胞直接提供能量
主动运输需要消耗能量，而被动运输不需要消耗能量。
11．简述植物细胞吸收养分的方式。
答：植物细胞吸收溶质的方式有4种：通道运输、载体运输、泵运输和胞饮作用。
（1）通道运输
通道运输是通过离子通道进行运输的方式。
离子通道是指在细胞质膜上由内在蛋白构成的横跨膜两侧的通道。离子通道对离子的运输具有选择性和专一性。离子通道分为两类：一类是对跨膜电势梯度有响应的电位门控通道，另一类是对外界多种刺激产生响应而开放的配体门控通道。
（2）载体运输
载体运输是通过载体蛋白进行的。
载体蛋白是一类跨膜的内在蛋白，但没有明显的孔道结构。载体蛋白在运送离子或溶质时，首先在质膜的一侧有选择地与被运送的离子或溶质结合，形成载体-转运物质复合物，再通过载体蛋白构象的变化，将离子从膜的一侧运至另一侧。由载体进行的运输可以是被动的，也可以是主动的。
（3）泵运输
①离子泵
离子泵为膜内在蛋白，根据离子泵的活动对膜电位的影响，将其分为生电离子泵和中性离子泵。生电离子泵导致净电荷的跨膜运输；中性离子泵不改变膜两侧的电荷分布状况。
②质子泵
生电质子泵，又称H＋-ATP酶，消耗ATP水解释放的能量，将质子从细胞内泵到细胞外，结果使质膜两侧产生质子浓度梯度和膜电位梯度。
③钙泵
钙泵又称Ca2＋-ATP酶。质膜，液泡膜、内质网膜和叶绿体内被膜上均存在钙泵，可调节细胞质中钙含量。
（4）胞饮作用
胞饮作用是指细胞通过质膜吸附物质之后，通过质膜内折而将物质转移到细胞内的过程。胞饮作用的过程是：质膜内折将物质围起来形成小囊泡；小囊泡向细胞内部移动，本身逐渐溶解，物质留在胞内；小囊泡也可能将物质送到液泡内。
12．何谓“初级主动运输”和“次级主动运输”？
答：（1）初级主动运输
植物细胞膜上的H＋-ATP酶利用能量将H＋逆浓度梯度运到细胞外的过程称为初级主动运输。初级主动运输又称原初主动运转，原初主动运转在能量形式上把化学能转为渗透能。
（2）次级主动运输
除H＋外其他无机离子或小分子有机物质利用H＋-ATP酶活动所建立的跨膜电化学势梯度而进行跨膜运输的过程称为次级主动运输。
13．试分析植物细胞膜对不同离子的选择性与植物对环境的适应性之间的可能关系。
答：略。
14．植物必需的矿质元素有哪些？确定植物必需元素的方法和标准有哪些？
答：（1）植物必需的矿质元素
现已确定植物必需的矿质（含氮）元素有16种，它们是氮、磷、钾、钙、镁、硫、硅、铁、铜、硼、锌、锰、钼、镍、钠和氯。
（2）确定植物必需元素的方法
①溶液培养法（水培法）
将植物根系浸没在含有全部或部分营养元素的溶液中培养植物的方法。
②砂基培养法
石英砂或玻璃球等洗净，再加入含有全部或部分营养元素进行培养的培养方法。
③气培法
植物的根系悬浮在空气中，将营养液持续喷洒在根系表面的培养方法。
④营养膜法
植物根系固定于水槽表面，使营养液流过根系的培养方法。
（3）确定植物必需元素的标准
①为完成植物整个生长发育周期不可缺少的元素，若缺乏该元素，植物不能完成它的生活史。
②在植物体中的功能不能被其他元素所代替，该元素缺乏所表现的症状只能通过加入该元素的方法消除。
③直接参与植物的生理代谢活动，而不是因为影响土壤的物理化学性质或微生物的生长条件而产生的间接结果。
15．试分析氮、磷、钾的生理作用及植物缺乏这些元素时的主要病症。
答：（1）氮的生理作用及缺素症状
①生理作用
氮是生命元素，含有氮的物质大多是活细胞赖以生存的结构或功能的成分，如蛋白质、核酸、磷脂等的组成成分；氮也是叶绿素、植物激素、维生素及许多辅酶和辅基（如NAD＋、NADP＋、FAD等）的组成元素，对生命活动有重要的调节作用。
②缺素症状
缺氮时，植株矮小、分枝、分蘖很少、叶片小而薄、花少、子粒不饱满及产量低；叶柄或茎叶呈红色或紫色。因此缺氮时，首先植物下部的叶片开始变黄甚至脱落，并逐渐向上发展。
（2）磷的生理作用及缺素症状
①生理作用
磷是核酸、核蛋白、磷脂等活细胞内多种功能性物质的重要成分。磷在能量代谢中起重要作用，参与ATP、NAD(P)＋、FAD、CoA、FMN等，也是呼吸作用和光合作用过程中的糖-磷中间产物的组分。
②缺素症状
缺磷时，植株矮小、分枝或分蘖减少、叶片暗绿、叶片畸形并含有坏死组织；糖分运输受阻，叶片积累大量糖分，有利于形成花色素苷，使叶片呈紫红色。
（3）钾的生理作用及缺素症状
①生理作用
钾在植物细胞渗透势的调节中起重要作用。钾可激活许多参与呼吸作用和光合作用的酶的活性；钾能促进蛋白质和糖类的合成，促进糖类的运输；钾能增加原生质的水合程度，使细胞保水力增强，提高抗旱性。
②缺素症状
缺钾时，叶片有斑点、叶缘黄化、叶尖坏死、叶缘焦枯、生长缓慢和整个叶片卷曲皱缩；植株茎秆柔弱、易倒伏，抗旱、抗寒性降低。缺素症状首先出现在茎基部的叶片。
16．比较铁、锰、铜及锌的缺素症状及其生理作用有何异同。
答：（1）铁的缺素症状及其生理作用
①缺素症状
铁缺乏的一个典型特征是植物脉间失绿。缺铁时脉间失绿首先出现在新叶。在极端缺铁或长时间缺铁时，老叶脉也失绿，使整个叶片变成白色。
②生理作用
铁是许多氧化还原酶的辅基，铁也是光合作用和呼吸作用中电子传递链中重要载体的组成成分，铁还是固氮酶中铁蛋白和钼铁蛋白的组分，催化叶绿素合成的酶中有几个酶的活性表达需要铁。
（2）锰的缺素症状及其生理作用
①缺素症状
锰缺乏的主要症状是叶脉间失绿，伴随出现小的坏死斑点。失绿症可能出现在新叶，也可能出现在老叶，与植物种类及生长速率有关。
②生理作用
锰离子是许多酶的活化剂，锰是叶绿体中光合放氧复合体的重要组成，也是维持叶绿体正常结构的必需元素，锰在氧化还原、电子传递等过程中起作用。
（3）铜的缺素症状及其生理作用
①缺素症状
缺铜时，叶片黑绿，有坏死的斑点。坏死的斑点首先出现在新叶叶尖，然后沿着边缘向叶基部延伸，叶片卷曲或变形。极端缺铜时，叶片在成熟前脱落。
②生理作用
铜是一些氧化还原反应相关的酶的辅基，铜在呼吸作用的电子传递过程中起重要作用，铜也是质体蓝素的成分，参与光合电子传递。
（4）锌的缺素症状及其生理作用
①缺素症状
缺锌时植株生长受阻，出现“小叶病”。一些植物合成叶绿素需要锌，缺锌时，这些植物老叶脉间黄化并且出现坏死斑点。
②生理作用
锌是许多酶的组分或活化剂；锌是碳酸酐酶的组成成分；锌是谷氨酸脱氢酶及羧肽酶的组成成分；锌是色氨酸合成酶的必需成分。
（5）四种元素缺素症状及其生理作用的比较
①缺素症状比较
a．缺锌病症出现在老叶，铁、锰、铜出现在新叶。
b．缺锌、锰、铜叶面出现斑点，缺铁无坏死斑点。
c．缺铜嫩叶萎蔫，缺锌、铁、锰嫩叶不萎蔫。
②生理作用的比较
a．铁、锰、铜都与光合作用有关。
b．铜与呼吸作用有关。
c．四种元素都与酶相关。
17．请解释为什么有的缺素病症出现在植物的幼叶上，有的出现在老叶上。
答：有的缺素病症出现在植物的幼叶上，有的出现在老叶上，与元素的可再利用性有关。
（1）可再利用元素
氮、磷、钾、镁在植物体内容易移动，这类元素称为可再利用元素。当这类元素缺乏时，植物的较老组织或器官中的元素可以被转运到幼嫩的组织或器官中重复再利用，因此，缺素症状先出现在老叶中。
（2）不可再利用元素
钙、铁、锰、铜等元素一般在细胞中形成难溶解的稳定化合物，不易移动，是不可再利用的元素。这些元素缺乏时，缺素症状先出现在嫩叶。
18．植物根系对矿质元素的吸收有哪些特点？影响植物根系吸收矿质元素的因素有哪些？
答：（1）植物根系对矿质元素的吸收的特点
①对矿质元素和水分的吸收具有相对性
a．相互关联性
养分溶于水中才能被根系吸收，并随水流进入根内；矿质的吸收降低了细胞的渗透势，促进了植物的吸水。
b．相互独立性
第一，吸收比例不同，吸收机制不同
水分的吸收主要以蒸腾作用引起的被动吸水为主，矿质的吸收以消耗代谢能的主动吸收为主。
第二，分配方向不同
水分主要分配到叶片，而矿质主要分配到当时的生长中心。
②对矿质元素的吸收具有选择性
a．同一种植物对不同离子的吸收不同。
b．不同的植物对矿质元素的吸收也不同。
③单盐毒害和离子颉颃
a．单盐毒害
单盐毒害是指植物只在含有一种单盐的溶液中培养时会生长发育不正常，并最终死亡的现象。
b．颉颃作用
颉颃作用是指在单盐溶液中加入少量其他离子，单盐的毒害就可减弱或消除的作用。
（2）影响植物根系吸收矿质元素的因素
①土壤温度
土壤温度影响溶质的扩散速度、根系的呼吸作用以及酶的活性。
②土壤通气状况
土壤通气状况通过影响根系的呼吸作用而影响根部的生理状况和对矿质元素的吸收。
③土壤溶液的浓度
在一定浓度范围内，随土壤溶液浓度的增加，根部吸收离子的量也增加。但是当土壤溶液的浓度高出此范围时，根部吸收离子的速度就不再增加。当溶液浓度过高时，会对根组织产生渗透胁迫，严重时会出现“烧苗”现象。
④土壤溶液的pH
氢离子浓度（pH）影响植物根系的生长和土壤微生物的分布。
⑤土壤的含水量
土壤含水量直接影响土壤溶液的浓度、养分的运移速率以及土壤的通气状况，对土壤温度和pH等也有一定影响。
⑥土壤微生物
土壤中的菌根真菌有助于根系对养分的吸收。
19．简述硝态氮进入植物体内被还原以及合成氨基酸的过程。
答：硝态氮进入植物体内被还原以及合成氨基酸的过程
（1）硝酸根还原成铵
硝酸根的还原有两个步骤：硝酸根（NO3－）进入细胞后被硝酸还原酶还原为亚硝酸根（NO2－）；在亚硝酸还原酶的作用下，亚硝酸根被还原成铵（NH4＋）。
硝酸根的还原总表达式如下
①硝酸根还原为亚硝酸根
②亚硝酸根还原为铵
式中，Fd是铁氧还蛋白，下标red和ox各自代表还原态和氧化态的铁氧还蛋白。
（2）氨的同化
①谷氨酰胺合成酶途径
铵离子在谷氨酰胺合成酶催化下与谷氨酸结合，形成谷氨酰胺（图3-6）。
图3-6 谷氨酰胺合成酶途径示意图
②谷氨酸合酶途径
该途径中氨的同化过程如图3-7所示。
图3-7 谷氨酸合酶途径示意图
③谷氨酸脱氢酶途径
在谷氨酸脱氢酶的作用下，铵与α-酮戊二酸结合，形成谷氨酸（图3-8）。
图3-8 谷氨酸脱氢酶途径示意图
④转氨基作用
氨被同化形成谷氨酰胺和谷氨酸后，可通过转氨基作用合成其他的氨基酸，催化这类反应的酶称为氨基转移酶。
⑤天冬酰胺和谷氨酰胺连接了碳和氮的代谢过程
天冬酰胺具有高稳定性和高氮碳比特性，不仅是蛋白质的前体，也是氮运输和储存的主要化合物。
天冬酰胺合成的主要途径如图3-9所示。
图3-9 天冬酰胺和谷氨酰胺连接了碳和氮的代谢过程示意图
20．试述水分进出植物体的全过程及其动力。
答：（1）水分进出植物体的全过程
土壤→根毛→根皮层→根中柱鞘→根木质部维管束→茎木质部维管束→叶柄木质部维管束→叶脉木质部末端→叶肉细胞→叶肉细胞间隙→气孔下腔→气孔→大气。
（2）水分进出植物体的动力
无论水通过何种方式运输，始终遵循顺水势梯度运输的原则。
①水在土壤和木质部中，在压力梯度的作用下以集流的方式运输。
②水从叶片向大气运动时则以扩散的方式进行。
③水进入植物体内还要涉及在跨膜的水势差驱动下以渗透方式流动。
④水在木质部导管或管胞中运输的动力是根压和负静水压（蒸腾拉力）。
a．根压能使水分在木质部导管中运输，但是根压很小，不能使水分在高大的乔木中向上运输。
b．内聚力-张力学说：导管中的水柱受到蒸腾拉力和重力这两种方向相反的力，形成张力。水分子与导管内纤维素之间还有附着力，可形成连续的水柱，向上运输。
21．试设计一个能够说明植物进行蒸腾作用的实验。
答：能够说明植物进行蒸腾作用的实验设计如下：
（1）从一株阔叶植物上，剪下大体相同的两个枝条。一枝条保留叶片，另一枝条剪去全部叶片。
（2）将枝条（保留叶片）插入A试管中；将另一枝条（叶片全部剪去）在切口处涂上凡士林后插入B试管。在AB两个相同试管中加入等量的红墨水染红的水，保持两试管内洪水的液面高度一样，并在液面上滴少许植物油，防止水分的蒸发。
（3）用红色橡皮筋从试管底套上，移动到液面位置，标记液面高度。
（4）用棉絮包住枝条，固定在试管口，然后将两支试管放置试管架上。
（5）枝条露出试管外的部分分别用透明塑料袋罩住，袋口扎紧。
（6）将上述A、B两套装置放在有阳光，温暖的地方，数小时后，观察发生的现象。
实验结果预测：若A组袋上有水珠，B组袋上无水珠，说明叶是植物进行蒸腾作用的器官。
22．对植物大量施用化肥有无危害，为什么？怎样进行合理施肥？
答：（1）对植物大量施用化肥有危害，原因是：
①养分不能被植物有效吸收，积累在土壤中，造成土壤板结。
②植物对矿质元素的选择性吸收影响土壤酸碱性，造成土壤酸化或碱化。
③大量施化肥导致土壤溶液浓度过高，引起植物失水，出现“烧苗”现象。
④大量施化肥会导致土壤有害金属和有害病菌超标。
（2）合理施肥的方法
①增加有机肥的比重
有机肥可增加土壤有机质含量，提高土壤蓄水、保肥能力，改善土壤的理化性状和团粒结构，提高农产品品质。
②加大对微肥及生物菌肥的利用
微肥能平衡作物所需的养分，而生物菌肥又能通过自身所含有的微生物分泌生理活性物质，能固氮、解磷、解钾、分解土壤中的其他微量养分，提高化肥和有机肥的利用率，改善土壤的理化性状，同时生物菌肥还能分解土壤中的有害化学物质和杀死有害菌群，减少化肥、农药的残留量及有害病菌。
③协调大量元素与微量元素之间的关系
增施微量元素或喷施微量元素生长剂及复合生物生长剂，都能使养分平衡供应，促进作物体内营养快速转化，减少有害物质的积累。
④科学配比，平衡施肥
施肥应根据土壤条件、作物营养需求和季节气候变化等因素，调整各种养分的配比和用量，保证作物所需营养的比例平衡供给。
⑤注意各养分间的化学反应和拮抗作用
磷肥不宜与石灰混用，也不宜与硝酸钙等肥料混用。钾离子和钙离子相互拮抗，钾离子过多会影响作物对钙的吸收，相反钙离子过多也会影响作物对钾离子的吸收。
23．将植物细胞分别放在纯水和1mol/L的蔗糖溶液中，细胞的渗透势、压力势、水势和细胞的体积各自会发生什么样的变化？
答：（1）将植物细胞放在纯水中，由于细胞水势低于纯水水势，细胞会吸收水分。具体变化：①渗透势变大；②压力势变大；③水势变大；④细胞体积变大。
（2）将植物细胞放在1mol/L的蔗糖溶液中，由于细胞水势高于1mol/L的蔗糖溶液水势，细胞会失去水分。具体变化：①渗透势变小；②压力势变小；③水势变小；④细胞体积变小。