1.5二轮微专题-气孔与细胞代谢

试卷第=page11页，共=sectionpages33页二轮微专题——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一般由两个保卫细胞围成。保卫细胞通常呈肾形或哑铃形。肾形的保卫细胞中位于气孔内侧的细胞壁较厚，坚韧而有弹性；外侧的细胞壁较薄，可胀缩（图A，双子叶植物）；哑铃形的保卫细胞其两端壁薄，中间壁厚（图B，禾本科植物）。2.气孔的开闭气孔的开闭与保卫细胞细胞壁的厚薄均匀程度密切相关。气孔开闭的动力则来自保卫细胞膨压的变化，当保卫细胞内的水分增加时，细胞膨压增大，肾形的保卫细胞位于孔口边的胞壁厚，保卫细胞膨胀时向孔口边弯曲，引起气孔张开。哑铃型的保卫细胞两端球型部分胞壁薄，中部胞壁坚厚。当细胞膨压提高、体积增大时，其两端向外膨胀，两个保卫细胞向对方挤压，迫使位于中部的气孔张开。而当膨压明显减小时，则正好相反，气孔趋向关闭。3.调节气孔开闭的因素植物气孔运动主要受自身遗传因素、时间节律等因素的控制，但是通过感知外界的环境信号，并将其转变为内部信号，植物气孔的开闭也受到多种环境因子的调节与控制。（1）水分调节保卫细胞是一种湿度敏感细胞，植物可用来应对周围环境湿度的变化。气孔会产生非常敏感的直接反应。单叶或整株植物处于干旱的环境中时，由于叶片和空气之间存在较大的蒸气压差，植物的蒸腾会增加。此时，植物为防止植物体过量失水，气孔导性随即下降，蒸腾作用也随之降低，最终降低了植物由于大气干旱而遭受伤害的可能性。在久晴不雨的干热天和夏天中午，气孔导度较小，这主要是由保卫细胞失水，体积变小，细胞壁伸直而导致;而在久雨之后，细胞吸水膨胀，保卫细胞受到挤压无法打开，所以白天也处于关闭状态。（2）温度调节植物叶片内的蒸汽压随着叶片温度而不断地发生变化。随着叶温的提高，植物细胞间隙内可容纳的水蒸气的量增加，叶肉细胞表面的蒸发作用使得细胞间隙内蒸汽压逐步趋于饱和。在叶片外面环境蒸汽压不变的情况下，叶片内外蒸汽压差增大会使叶片的蒸腾作用增强。这是植物在高温条件下通过气孔蒸腾来保持体温、避免高温灼伤的一种自我保护机制。一般来讲，植物气孔开放程度随温度的增加而增加，在30℃～50℃时，气孔开度最大。（3）光调节光是影响气孔开闭的主要因素。在一个世纪之前，达尔文就已经注意到，置于窗前的植物，面向窗户的叶片表面的气孔是开放的，北向窗户的叶片气孔是关闭的;将植物翻转后，原来关闭的气孔开放而原来开放的气孔关闭了。在经过长时间的大量研究之后，发现光下保卫细胞进行光合作用时释放的CO2使细胞内酸度降低，pH值约在7时淀粉就会在磷酸化酶的作用下转变戊糖，使细胞内水势增加而吸水膨胀。此时，气孔细胞壁薄的一侧伸长程度大于细胞壁厚的一侧，使细胞弯曲并导致气孔开启。而在日落时，细胞pH值增加，糖转换为淀粉，细胞内的水势下降而导致失水，引起气孔关闭。也有研究表明，光能促进细胞内苹果酸钾的大量形成，使气孔细胞水势增加进而促进气孔开放。气孔对光的这种反应保证了大部分植物气孔只有在进行CO2同化的时候才开放，这可保证植物尽可能多地从环境获取CO2，尽可能少地减少水分损失。（4）CO2调节气孔是CO2进入植物体的主要通道，其数量和功能等对大气CO2浓度的变化非常敏感。大气CO2浓度的升高，导致植物细胞间隙CO2浓度增加，为保持胞间CO2分压始终低于大气CO2分压(约20%～30%左右)，植物通常通过调节气孔开闭程度或减少气孔数量来降低细胞间CO2浓度。同时，高浓度CO2为植物的光合作用提供了充足的原料，在植物保卫细胞内光合产物浓度随之增加的同时，由于大量的水分消耗，细胞含水量相对降低，保卫细胞的膨压减小，气孔趋于关闭。研究发现，在气孔下腔细胞间隙中CO2浓度与气孔导度之间有一个反馈环:胞间CO2浓度降低时，气孔张开，胞间CO2增加;反之，气孔关闭，胞间CO2降低。可见，胞间CO2与气孔导度间呈负相关性。但是，也有研究认为，关于CO2浓度升高所引起的植物叶片气孔导度的降低，以及由此引起的蒸腾作用的降低，必然会导致植物叶片温度的升高，而这一变化又反过来促进气孔开放。(5)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。【精选例题】1.（2021·广东13）保卫细胞吸水膨胀使植物气孔张开。适宜条件下，制作紫鸭跖草叶片下表皮临时装片，观察蔗糖溶液对气孔开闭的影响，图为操作及观察结果示意图。下列叙述错误的是（）

A.比较保卫细胞细胞液浓度，③处理后>①处理后B.质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中C.滴加③后有较多水分子进入保卫细胞D.推测3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③【答案】A2.(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。3.(2021·全国乙卷，29)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题：(1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有________________。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和________释放的CO2。(2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止________________，又能保证____________正常进行。(3)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果)答案(1)叶绿体、细胞质基质、线粒体细胞呼吸(2)蒸腾作用过强导致植物失水光合作用(3)实验思路：取若干长势相同的植物甲，平均分为A、B两组；将A组置于干旱条件下培养，B组置于水分充足的条件下培养，其他条件相同且适宜；一段时间后，分别测定两组植物甲白天和夜晚液泡中的pH。预期结果：B组液泡中的pH白天和夜晚无明显变化，A组液泡中的pH夜晚明显低于白天4.(2021·河北卷，19)为探究水和氮对光合作用的影响，研究者将一批长势相同的玉米植株随机均分成三组，在限制水肥的条件下做如下处理：(1)对照组；(2)施氮组，补充尿素12(g·m－2)；(3)水＋氮组，补充尿素12(g·m－2)同时补水。检测相关生理指标，结果见下表。生理指标对照组施氮组水＋氮组自由水/结合水6.26.87.8气孔导度/(mmol·m－2·s－1)8565196叶绿素含量/(mg·g－1)9.811.812.6RuBP羧化酶活性/(μmol·h－1·g－1)316640716光合速率/(μmol·m－2·s－1)6.58.511.4注：气孔导度反映气孔开放的程度回答下列问题：(1)植物细胞中自由水的生理作用包括____________________________________等(写出两点即可)。补充水分可以促进玉米根系对氮的________________，提高植株氮供应水平。(2)参与光合作用的很多分子都含有氮。氮与________离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能，用于驱动________________两种物质的合成以及________________的分解；RuBP羧化酶将CO2转变为羧基加到________分子上，反应形成的产物被还原为糖类。(3)施氮同时补充水分增加了光合速率，这需要足量的CO2供应。据实验结果分析，叶肉细胞CO2供应量增加的原因是_____________________________。答案(1)是细胞内的良好溶剂；参与细胞内的某些生化反应；为细胞提供液体环境；运送营养物质和代谢废物(写出两点即可)吸收和运输(2)镁NADPH和ATP水C5(3)气孔导度增大，对于外界二氧化碳的吸收增加，RuBP羧化酸的活性变大，二氧化碳固定效率增大5．（2022·浙江1月）不同光质及其组合会影响植物代谢过程。以某高等绿色植物为实验材料，研究不同光质对植物光合作用的影响，实验结果如图1，其中气孔导度大表示气孔开放程度大。该高等植物叶片在持续红光照射条件下，用不同单色光处理（30s/次），实验结果如图2，图中“蓝光+绿光”表示先蓝光后绿光处理，“蓝光+绿光+蓝光”表示先蓝光再绿光后蓝光处理。回答下列问题：(1)高等绿色植物叶绿体中含有多种光合色素，常用____________方法分离。光合色素吸收的光能转化为ATP和NADPH中的化学能、可用于碳反应中____________的还原。(2)据分析，相对于红光，蓝光照射下胞间CO2浓度低，其原因是____________。气孔主要由保卫细胞构成、保卫细胞吸收水分气孔开放、反之关闭，由图2可知，绿光对蓝光刺激引起的气孔开放具有阻止作用，但这种作用可被____________光逆转。由图1图2可知蓝光可刺激气孔开放，其机理是蓝光可使保卫细胞光合产物增多，也可以促进K+、C