微专题5　气孔与细胞代谢

[知识必备]

气孔是植物叶片与外界进行气体交换的主要通道。通过气孔扩散的气体有O2、CO2和水蒸气。气孔的运动可以影响光合作用、细胞呼吸及蒸腾作用。

1.气孔的结构及分布

气孔由两个肾形的保卫细胞(内含叶绿体)构成。气孔一般分布在陆生植物如阳生植物下表皮，浮水植物只在上表皮分布。

2.气孔的开闭

植物气孔的开闭运动关键在于保卫细胞吸水膨胀变化。由于保卫细胞的内外壁厚度不一样，当保卫细胞吸水膨胀时，较薄的外壁就会伸长，细胞向内弯曲，于是气孔就张开；当保卫细胞失水时，气孔就关闭了。

3.调节气孔开闭的因素

(1)光

植物气孔一般是按昼夜节律开闭：白天打开气孔进行光合作用，晚上通过关闭气孔来减少水分损失。

(2)CO2浓度

低浓度CO2气孔开启。

(3)含水量

干旱或蒸腾过强失水多气孔关闭。

(4)植物激素

细胞分裂素促进气孔开放，而脱落酸却引起气孔关闭。

[对点小练]

1.(2019·全国卷Ⅰ，29)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小。回答下列问题。

(1)经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力________。

(2)与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会________，出现这种变化的主要原因是___________________________________________________。

(3)有研究表明：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料，设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。

答案　(1)增强　(2)降低　气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少

(3)取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。

将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变

解析　(1)经干旱处理后，植物根细胞的细胞液浓度增大，植物的吸水能力增强。(2)干旱处理后，叶片气孔开度减小，使CO2供应不足，暗反应减弱，从而导致光合作用减弱。(3)本实验需先设计干旱处理与非干旱处理的对照，证明干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的；再设计在干旱条件下ABA处理组与非ABA处理组的对照，证明干旱条件下气孔开度减小是由ABA引起的。

2.(2020·福州市质检)植物叶片表皮上分布有大量的气孔，气孔结构如图所示，保卫细胞吸水导致气孔开放，保卫细胞失水则气孔关闭，回答下列问题。

(1)植物在高温、强光照条件下光合速率反而下降的现象称作“光合午休”。某些植物可观察到表皮上大量气孔关闭，此类“光合午休”产生的原因是________________________________________________。

(2)已知某植物叶片细胞液的渗透压与0.10 mol·L－1 KNO3溶液的渗透压相当，现撕取该植物叶片表皮，将其置于不同浓度的KNO3溶液中处理，一定时间后测量叶片气孔内径，得到如下的结果(内径越大，表明气孔开放程度越大)

请回答：

用0.20 mol·L－1 KNO3处理时，较短时间内即可观察到气孔关闭，产生该现象的原因是保卫细胞________，2小时后，气孔开放程度增大，原因是_____________________________________________________。

本实验中，在载玻片上应滴加________溶液制作表皮临时装片，进行观察。

答案　(1)气孔关闭，CO2供应减少，暗反应速率下降　(2)渗透失水　保卫细胞吸收K＋和NO，细胞液渗透压升高，吸水膨胀　相应浓度的KNO3

解析　(1)气孔关闭后，引起暗反应中二氧化碳供应减少，从而导致暗反应速率下降。(2)0.20 mol·L－1 KNO3溶液的渗透压高于叶片细胞液的渗透压，叶片细胞在0.20 mol·L－1 KNO3溶液中会通过渗透作用失水，从而引起气孔关闭，同时叶片细胞又会逐渐吸收钾离子和硝酸根离子，导致细胞液的渗透压逐渐增大，而外界溶液的渗透压逐渐减小，当细胞液的渗透压大于外界溶液时，叶片细胞吸水，气孔开放程度增大。本实验中，应在载玻片上滴加相应浓度的硝酸钾溶液制作临时装片进行观察。

3.(2021·山西太原模拟)某拟南芥变异植株气孔内有一种称为“PATROL1”的蛋白质与气孔开闭有关。“PATROL1”能根据周围环境运送一种称为“AHA1”的蛋白质。“AHA1”蛋白质被运送到气孔表面之后，气孔会张开；其被

回收到气孔内部之后，气孔会关闭。研究表明：干旱条件下，正常拟南芥气孔开度会减小。请回答：

(1)当变异植株将“AHA1”蛋白质运送到气孔表面之后，其主要通过影响________阶段来影响光合作用速率，干旱环境中“PATROL1”含量较高的植株光反应速率________(填“较高”“较低”或“无明显差异”)。

(2)有研究表明：具有“PATROL1”的拟南芥植株更加适应干旱条件。

①根据题意推测，该拟南芥变异植株适应干旱条件的原因是　                     。

②请以该种拟南芥植株和普通拟南芥植株为材料，设计一个简单可行的实验来验证该拟南芥变异植株是通过增加气孔开放程度来适应干旱条件的，要求简要写出实验思路　                                          。

答案　(1)暗反应　较高　(2)①该拟南芥变异植株“PATROL1”运送的“AHA1”蛋白质能够使气孔张开，从而使植株更容易吸收CO2，合成更多有机物，从而适应干旱条件　②将长势相同的两种拟南芥植株分成数量相等的两组(一组为具有“PATROL1”的拟南芥植株，另一组为普通拟南芥植株)，在相同的干旱条件下(其他条件相同且适宜)培养一段时间后，分别测定两组植株的气孔开放程度和生长发育状况(答案合理即可)

解析　(1)当“AHA1”蛋白质被运送到气孔表面之后，气孔会张开，进入叶肉细胞的CO2会增加，促进暗反应阶段，据此分析可知干旱环境中“PATROL1”含量较高的植株光反应速率也会较高。(2)①由题干信息可知，具有“PATROL1”的拟南芥植株的“PATROL1”能根据周围环境运送一种称为“AHA1”的蛋白质，“AHA1”蛋白质被运送到气孔表面之后，气孔会张开，与普通拟南芥植株相比，具有“PATROL1”蛋白质的拟南芥更容易吸收二氧化碳，合成更多有机物，因此具有“PATROL1”蛋白质的拟南芥植株更适应干旱条件。②该实验目的是验证题述拟南芥变异植株更加适应在干旱条件下生长，因此自变量应为植株的种类，因变量可为植株的气孔开放程度和生长发育状况，所以设计实验为：取生理状况相同、数量相等的上述两种拟南芥植株，分为两组(一组为普通拟南芥植株，另一组为具有“PATROL1”的拟南芥植株)，两组在相同干旱条件下培养，一段时间后，分别测定两组植株的气孔开放程度和生长发育状况。