備課素材：氣孔與細(xì)胞代謝 高一上學(xué)期生物人教版必修1

氣孔與細(xì)胞代謝

先看一道試題：科研工作者以長(zhǎng)勢(shì)良好的2年生夾竹桃為研究對(duì)象，探究干旱對(duì)其光合特性的影響，下圖表示夾竹桃葉片實(shí)驗(yàn)結(jié)果(氣孔導(dǎo)度是指氣孔張開(kāi)的程度，胞間CO2濃度是指葉肉細(xì)胞間的CO2濃度)。

回答下列有關(guān)問(wèn)題:

(1)在干旱處理組中，葉片的光合速率小于其速率，導(dǎo)致凈光合速率為負(fù)值;形成3-磷酸甘油酸的場(chǎng)所是。(2)植物激素在植物光合作用對(duì)缺水的響應(yīng)中發(fā)揮重要作用，其中(填激素名稱)在氣孔導(dǎo)度下降過(guò)程中起主要作用。植物生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控，是由調(diào)控、激素調(diào)節(jié)和因素調(diào)節(jié)共同完成的。(3)導(dǎo)致光合速率下降的原因可能來(lái)自兩個(gè)方面:一是由于干旱使氣孔導(dǎo)度降低，限制了CO2的供應(yīng)，即發(fā)生了氣孔限制;二是由于干旱使葉肉細(xì)胞中的活性降低，即發(fā)生了非氣孔限制。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知夾竹桃在干旱條件下主要發(fā)生

了_,理由是干旱時(shí)答案：(1）細(xì)胞呼吸/呼吸作用葉綠體基質(zhì)（2）脫落酸基因表達(dá)環(huán)境（3）光合酶/酶非氣孔限制氣孔導(dǎo)度下降，胞間CO2反而上升，說(shuō)明光合速率下降不是由于氣孔導(dǎo)度下降導(dǎo)致CO2供應(yīng)減少，而是因?yàn)槊富钚越档蛯?dǎo)致光合速率下降，暗反應(yīng)對(duì)CO2的利用減少這道試題涉及到氣孔與植物代謝（光合作用/細(xì)胞呼吸）。教材中沒(méi)有提到。那么，氣孔與植物代謝的關(guān)系是怎樣的？氣孔是植物葉片與外界進(jìn)行氣體交換的主要通道。通過(guò)氣孔擴(kuò)散的氣體有O2、CO2和水蒸氣。氣孔的運(yùn)動(dòng)可以影響光合作用、細(xì)胞呼吸及蒸騰作用。(1).氣孔的結(jié)構(gòu)及分布?xì)饪滓话阌蓛蓚€(gè)保衛(wèi)細(xì)胞圍成。保衛(wèi)細(xì)胞通常呈腎形或啞鈴形。腎形的保衛(wèi)細(xì)胞中位于氣孔內(nèi)側(cè)的細(xì)胞壁較厚，堅(jiān)韌而有彈性;外側(cè)的細(xì)胞壁較薄，可脹縮(圖A雙子葉植物);啞鈴形的保衛(wèi)細(xì)胞其兩端壁薄，中間壁厚(圖B，禾本科植物)。

(2).氣孔的開(kāi)閉

保衛(wèi)細(xì)胞吸水---膨壓增大---氣孔張開(kāi)

氣孔的開(kāi)閉與保衛(wèi)細(xì)胞細(xì)胞壁的厚薄均勻程度密切相關(guān)。氣孔開(kāi)閉的動(dòng)力則來(lái)自保衛(wèi)細(xì)胞膨壓的變化，當(dāng)保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)的水分增加時(shí)，細(xì)胞膨壓增大，腎形的保衛(wèi)細(xì)胞位于孔口邊的胞壁厚，保衛(wèi)細(xì)胞膨脹時(shí)向孔口邊彎曲，引起氣孔張開(kāi)。啞鈴型的保衛(wèi)細(xì)胞兩端球型部分胞壁薄，中部胞壁堅(jiān)厚。當(dāng)細(xì)胞膨壓提高、體積增大時(shí)，其兩端向外膨脹，兩個(gè)保衛(wèi)細(xì)胞向?qū)Ψ綌D壓，迫使位于中部的氣孔張開(kāi)。而當(dāng)膨壓明顯減小時(shí)，則正好相反，氣孔趨向關(guān)閉。

(3).調(diào)節(jié)氣孔開(kāi)閉的因素①水分調(diào)節(jié)在久晴不雨的干熱天和夏天中午，氣孔導(dǎo)度較小，這主要是由保衛(wèi)細(xì)胞失水，體積變小，細(xì)胞壁伸直而導(dǎo)致;而在久雨之后，細(xì)胞吸水膨脹，保衛(wèi)細(xì)胞受到擠壓無(wú)法打開(kāi)，所以白天也處于關(guān)閉狀態(tài)。②溫度調(diào)節(jié)一般來(lái)講，植物氣孔開(kāi)放程度隨溫度的增加而增加，在30℃~50℃時(shí)，氣孔開(kāi)度最大。③光調(diào)節(jié)氣孔對(duì)光的這種反應(yīng)保證了大部分植物氣孔只有在進(jìn)行CO2同化的時(shí)候才開(kāi)放，這可保證植物盡可能多地從環(huán)境獲取CO2，盡可能少地減少水分損失。④CO2調(diào)節(jié)研究發(fā)現(xiàn)，在氣孔下腔細(xì)胞間隙中CO2濃度與氣孔導(dǎo)度之間有一個(gè)反饋環(huán):

胞間CO2濃度降低時(shí)，氣孔張開(kāi)，胞間CO2增加;反之，氣孔關(guān)閉，胞間CO2降低。⑤植物激素細(xì)胞分裂素促進(jìn)氣孔開(kāi)放，而脫落酸卻引起氣孔關(guān)閉。

氣孔開(kāi)閉對(duì)光合作用的影響：光合作用的原料其中一種是二氧化碳,而氣孔關(guān)閉導(dǎo)致葉片吸收二氧化碳的量減少,所以導(dǎo)致光合作用效率下降；氣孔開(kāi)閉影響植物呼吸作用：氣孔開(kāi)閉可以調(diào)控水分的蒸騰，使葉溫變化，影響呼吸作用的強(qiáng)度。蒸騰影響營(yíng)養(yǎng)物的吸收和運(yùn)輸，間接影響呼吸作用。氣孔開(kāi)閉可以調(diào)控氣體CO2、O2的進(jìn)出，影響呼吸作用的強(qiáng)度。當(dāng)CO2/O2比值過(guò)大或時(shí)，抑制呼吸作用。氣孔開(kāi)閉影響植物蒸騰作用：蒸騰作用是指植物體內(nèi)的水分通過(guò)葉片的氣孔以水蒸氣的形式散發(fā)到植物體外的一個(gè)過(guò)程．氣孔張開(kāi)時(shí)，葉片內(nèi)的水分吸收熱量變成水蒸氣，經(jīng)氣孔擴(kuò)散到外界空氣中去．因此，氣孔是植物體蒸騰失水的“門(mén)戶”，故蒸騰作用直接受到氣孔開(kāi)閉影響．光照過(guò)強(qiáng)時(shí)，溫度較高，致使葉面水分迅速蒸發(fā)，出于植物自我保護(hù)（防止枯死）而關(guān)閉氣孔，降低減弱蒸騰作用，阻止植物體內(nèi)水分進(jìn)一步散失，這樣就減弱了二氧化碳吸收率和氧氣排放率，同時(shí)因?yàn)檎趄v作用減弱也造成植物根部吸水減弱導(dǎo)致供水不足，同時(shí)高溫蒸發(fā)也是導(dǎo)致葉子缺水不利于光合作用的原因之一。

例1、為探究不同光周期條件下，不同濃度外源Fe對(duì)番茄光合作用的影響科研小組設(shè)置了兩個(gè)光周期:12h光照+12h黑暗(12h/12h)和16h光照+8h黑暗(16h/8h);開(kāi)花前后在番茄葉面噴施不同濃度(0umol/L100umol/L150umol/L200umot/L)的Fe肥，測(cè)定氣孔導(dǎo)度(氣孔開(kāi)放程度)、凈光合速率，結(jié)果如下圖所示。

回答下列問(wèn)題:(1)CO2通過(guò)氣孔進(jìn)入細(xì)胞后，在特定酶的作用下，與C5結(jié)合。根據(jù)圖甲可知，F(xiàn)e肥可(填“增大”或“減小”)氣孔導(dǎo)度，在光周期條件下作用更明顯。

(2)根據(jù)圖乙分析，可以得到的結(jié)論有(至少答出兩點(diǎn))。

(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，光周期為18h/6h的番茄植株提早開(kāi)花，這表明光除了供能，還能，調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)發(fā)育。(4)Fe肥除通過(guò)影響光合作用提高番茄產(chǎn)量外，還可以提高番茄品質(zhì)。因此有同學(xué)認(rèn)為在生產(chǎn)過(guò)程中需要給植物施加大量Fe肥

你認(rèn)為這樣做是否合適，并說(shuō)出理由;

。

答案：(1)增大12h/12h(2)Fe肥可以提高番茄葉片的凈光合速率;隨著Fe肥濃度的增加，番茄葉片凈光合速率先增加后減少，兩種光周期下Fe肥濃度均為150umol/L時(shí)，番茄