植物生理

自由水和束缚水含量常与植物生长与抗性有密切关系。自由水与束缚水比值较高的植物组织或器官，代谢活动较旺盛，生长也较快；反之则生长较缓慢，但抗性较强。因此，自由水和束缚水的相对含量可以作为代谢活动及抗逆性强弱的重要生理指标。

植物细胞汁液的浓度与植物的水分代谢、生长、抗性及果蔬品质等有关。当植物缺水时，叶肉细胞汁液浓度增高，因此可作为灌溉生理指标。果实、蔬菜中糖酸等溶质的含量也可用细胞汁液浓度表示，称为可溶性固形物，是果蔬品质的重要指标。

植物细胞的渗透势主要取决于胞液的溶质浓度，因此又称溶质势。渗透调节能力的大小可以用逆境调节下细胞的渗透势的降低值来表示，在水分生理与抗性生理研究中经常需要测定。

生长的植物细胞是一个渗透系统，活细胞的原生质及其表层具有分别透性，原生质层内部含有一个大液泡，具有一定的溶质势。当细胞与外界高渗溶液接触时，细胞内的水分外渗，原生质随着液泡一起收缩而发生质壁分离，其后，当与清水（或低渗溶液）接触，或当外面的溶质进入时，具有液泡的原生质体就又吸水而发生质壁分离复原。

叶绿体中含有绿色素（包括叶绿素a和叶绿素b）和黄色素（包括胡萝卜素和叶黄素）两大类。根据它们的共同特性，可以将其提取，而根据他们不同的特性，可以将其分离。

叶表皮对细胞起保护作用，壁厚，且排列紧密，其中有许多气孔，是叶片与外界环境之间进行气体交换和水分蒸腾的孔道，它既要让光合作用需要的CO2通过，又要防止过多的水分损失。气孔两侧的保卫细胞有控制和调节气孔启闭的作用，它们的胀缩变化直接影响气孔的启闭，从而显著地影响叶片的光合、蒸腾等生理代谢速率，因此，研究气孔运动有着非常重要的意义。

呼吸速率是植物生命活动强弱的重要指标之一。常用于植物生理研究及农业生产实践等方面。测呼吸速率的方法虽很多，但不外乎测定CO2的释放量或O2的吸收量两类方法。本实验用广口瓶法测定植物的呼吸速率，并比较不同萌发阶段小麦种子及幼芽的呼吸速率。

植物净同化率是指植物个体或小群体在一段时间（数天）内，单位叶面积在单位时间积累同化物的多少。该值除去了植物呼吸消耗，因此叫做净同化率。它可反映植物个体或群体在一个时期内的光合特性。

植物进行光合作用形成有机物，而有机物的积累可使叶片单位面积的干物重增加，但是，叶片在光下积累光合产物的同时，还会通过输导组织将同化物运出，从而使测得的干重积累值偏低。为了消除这一偏差，必须将待测叶片的一半遮黑，测量相同时间内叶片被遮黑的一侧单位面积干重的减少值，作为同化物输出量（和呼吸消耗量）的估测值。这就是经典的“半叶法”测定光合速率的基本原理。测定时须选择对称性良好、厚薄均匀一致的两组叶片，一组叶片用于测量干重的初始值，另一组（半叶遮黑的）叶片用于测定干重的终了值，不但手续烦琐，而且误差较大。“改良半叶法”采用烫伤、环割或化学试剂处理等方法来损伤叶柄韧皮部活细胞，以防止光合产物从叶中输出（这些处理几乎不影响木质部中水和无机盐分向叶片的输送），仅用一组叶片，且无须将一半叶片遮黑，既简化了手续，又提高了测定的准确性。

氧电极是为测定水中溶解氧含量而设计的一种极谱电极。目前通用的是薄膜氧电极，又称Clark电极，由镶嵌在绝缘材料上的银极（阳极）和铂极（阴极）构成，电极表面覆盖一层厚约20~25μm的聚四氟乙烯或聚已烯薄膜，电极和薄膜之间充以KCl溶液作为支持电解质。由于水中溶解氧能透过薄膜而电解质不能透过，因而排除了被测溶液中各种离子电极反应的干扰，成为测定溶解氧的专用电极。氧电极具有灵敏度高，反应快、可连续测量记录，能够追踪反应的动态变化过程等特点，因而在叶绿体及线粒体悬浮液的光合放氧和呼吸耗氧，某些耗氧或放氧的酶促反应，以及叶碎块或游离叶细胞的光合放氧等的研究上，都得到了广泛的应用。

在光合作用（及呼吸作用）测定方法的发展过程中，曾经有过多次革新，其中包括测定干物质积累的称重法，测定CO2吸收（和释放）的滴定法（基本原理见实验23），测氧气释放的检压法和氧电极法（实验20）等。与这些方法相比，红外线气体分析仪（IRGA）堪称最先进的方法。它不但快速、准确，而且可将测定信号变为电信号输出，便于仪器的自动化和智能化。

由于铁氰化钾不能透过被膜，故完整叶绿体在等渗介质中不能进行铁氰化钾光还原的Hill反应。而失去完整被膜的叶绿体，铁氰化钾可以进入类囊体进行Hill反应。根据这一原理，比较胀破与未胀破的叶绿体Hill反应速率，就可计算叶绿体被膜的完整度。

研磨叶片得到的匀浆，经过滤、离心可制备叶绿体。叶绿体的被膜比较脆弱，分离叶绿体应在等渗的缓冲溶液中，0~4℃温度下进行。叶绿体活力会随着离体时间延长而不断下降，因此，分离工作尽可能在短时间内完成。

根据叶绿体色素提取液对可见光谱的吸收，利用分光光度计在某一特定波长下测定其光密度，即可用公式计算出提取液中各色素的含量。根据朗伯—比尔定律，某有色溶液的光密度D与其中溶质浓度C和液层厚度L成正比。

叶绿素是一种二羧酸—叶绿酸与甲醇和叶绿醇形成的复杂酯，故可与碱起皂化反应而生成醇（甲醇和叶绿醇）和叶绿酸的盐，产生的盐能溶于水中，可用此法将叶绿素与类胡萝卜素分开；叶绿素与类胡萝卜素都具有光学活性，表现出一定的吸收光谱，可用分光镜检查或用分光光度计精确测定；叶绿素吸收光量子而转变成激发态，激发态的叶绿素分子很不稳定，当它变回到基态时可发射出红光量子，因而产生荧光。叶绿素的化学性质很不稳定，容易受强光的破坏，特别是当叶绿素与蛋白质分离以后，破坏更快，而类胡萝卜素则较稳定。叶绿素中的镁可以被H+所取代而成褐色的去镁叶绿素，后者遇铜则成为绿色的铜代叶绿素，铜代叶绿素很稳定，在光下不易破坏，故常用此法制作绿色多汁植物的浸渍标本。

测定植物体内游离氨基酸含量对研究植物在不同条件下及不同生长发育时期氮代谢变化、植物对氮素的吸收、运输、同化及营养状况等有重要意义。游离氨基酸的氨基可与水合茚三酮反应，产生蓝紫色化合物，其颜色的深浅与游离氨基酸的含量成正比。

氯化三苯基四氮唑（TTC）是标准氧化还原电位为80mV的氧化还原物质，溶于水中成为无色溶液，但还原后即生成红色而不溶于水的三苯基甲 （TTF）。生成的TTF比较稳定，不会被空气中的氧自动氧化，所以TTC被广泛地用作酶试验的氢受体，植物根所引起的TTC还原，可因加入琥珀酸、延胡索酸、苹果酸得到增强，而被丙二酸、碘乙酸所抑制。所以TTC还原量能表示脱氢酶活性，并作为根系活力的指标。

硝酸还原酶（NR）是植物氮素同化的关键酶，它催化植物体内的硝酸盐还原为亚硝酸盐。产生的亚硝酸盐与对–氨基苯磺酸（或对–氨基苯磺酰胺）及α–萘胺（或萘基乙烯二胺）在酸性条件下定量生成红色偶氮化合物。生成的红色偶氮化合物在540nm波长下有最大吸收峰，可用分光光度法测定。硝酸还原酶活性可由产生的亚硝态氮的量表示。一般以Nμg·g﹣1·h﹣1为单位。NR的测定可分为活体法和离体法。活体法步骤简单，适合快速、多组测定。离体法复杂，但重复性较好。

硝酸还原酶（NR）是植物氮素同化的关键酶，它催化植物体内的硝酸盐还原为亚硝酸盐。产生的亚硝酸盐与对–氨基苯磺酸（或对–氨基苯磺酰胺）及α–萘胺（或萘基乙烯二胺）在酸性条件下定量生成红色偶氮化合物。生成的红色偶氮化合物在540nm波长下有最大吸收峰，可用分光光度法测定。硝酸还原酶活性可由产生的亚硝态氮的量表示。一般以Nμg·g﹣1·h﹣1为单位。NR的测定可分为活体法和离体法。活体法步骤简单，适合快速、多组测定。离体法复杂，但重复性较好。

植物体内硝态氮含量可以反映土壤氮素供应情况，常作为施肥指标。另外，蔬菜类作物特别是叶菜和根菜中常含有大量硝酸盐，在烹调和腌制过程中可转化为亚硝酸盐而危害健康。因此，硝酸盐含量又成为蔬菜及其加工品的重要品质指标。测定植物体内的硝态氮含量，不仅能够反映出植物的氮素营养状况，而且对鉴定蔬菜及其加工品质也有重要的意义。传统的硝酸盐测定方法是采用适当的还原剂先将硝酸盐还原为亚硝酸盐，再用对氨基苯磺酸与α-萘胺法测定亚硝酸盐含量。此法由于影响还原的条件不易掌握，难以得出稳定的结果，而水杨酸法则十分稳定可靠，是测定硝酸盐含量的理想选择。