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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，高浓度CO2气孔关闭。

(3)含水量

干旱或蒸腾过强失水多气孔关闭，雨后水分过饱和气孔也会关闭(保卫细胞膨胀过度)。

(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。

解析(1)经干旱处理后，植物根细胞的细胞液浓度增大，细胞液和外界溶液的浓度差增大，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。

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

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0.10mol·L－1KNO3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)

气孔内径/μm

处理液浓度

0.05/(mol·L－1)

0.10/(mol·L－1)

0.20/(mol·L－1)

2小时

0.79

1.24

0.79

3小时

1.55

1.58

1.34

请回答：

用0.20mol·L－1KNO3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。

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)0.20mol·L－1KNO3溶液的渗透压高于叶片细胞液的渗透压，叶片细胞在0.20mol·L－1KNO3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。

答案(1)气孔关闭，CO2供应减少，暗反应速率下降(2)渗