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微专题3 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
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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导致气孔关闭。
(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。
[专题精练]
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
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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.(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
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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
解析 (1)白天植物的叶肉细胞同时进行光合作用和呼吸作用，光合作用过程中产
生ATP 的场所是叶绿体，呼吸作用过程中产生ATP 的场所是细胞质基质和线粒体
据题干信息可知，白天储存在液泡中的苹果酸脱羧释放出CO2用于光合作用，同
时叶肉细胞也进行细胞呼吸，细胞呼吸释放出来的CO2也可用于光合作用。
(2)干旱的环境中，白天气孔关闭可以降低蒸腾作用，避免植物细胞过度失水；夜间
气孔打开吸收CO2，通过生成苹果酸储存在液泡中，白天苹果酸脱羧释放的CO2
为光合作用的进行提供原料，保证了光合作用的正常进行。(3)该实验的目的是验
证植物甲在干旱环境中存在特殊的CO2固定方式，根据题干信息晚上气孔打开吸
收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中，推测苹果酸的存在会导致液
泡中呈酸性，由白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合
作用，可判断苹果酸分解释放出CO2后液泡中酸性下降或趋于中性，因此实验中
需要检测白天和夜晚叶肉细胞中液泡的pH。
3.(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
6.2
6.8
7.8
气孔导度/(mmol·m－2·s－1)
85
65
196
叶绿素含量/(mg·g－1)
9.8
11.8
12.6
RuBP 羧化酶活性/(μmol·h－1·g－1)
316
640
716
光合速率/(μmol·m－2·s－1)
6.5
8.5
11.4
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。
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(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
解析 (1)自由水是细胞内的良好溶剂，许多种物质溶解在自由水中；细胞内的许
多生化反应也都需要水的参与，如光合作用、细胞呼吸等；植物的大多数细胞必须
浸润在以水为基础的液体环境中；自由水在植物体内的流动还可以运送营养物质
和代谢废物。氮肥可溶解在水中，补充水分可以促进玉米根系对氮的吸收和运输，
从而提高植株氮供应水平。(2)镁是组成叶绿素的重要元素，在叶绿体类囊体薄膜
上，利用色素捕获的光能可进行水的光解，产生NADPH 和ATP。暗反应进行时，
CO2在RuBP 羧化酶的作用下与C5结合形成C3，C3最终被还原成糖类。
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