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氣孔運動（植物細胞的生理活動）

次瀏覽 | 更新時間：2023-05-23

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氣孔運動

植物細胞的生理活動

氣孔運動主要受保衛(wèi)細胞的液泡水勢的調(diào)節(jié)，但調(diào)節(jié)保衛(wèi)細胞水勢的途徑比較復雜。引起保衛(wèi)細胞水勢的下降與上升的原因目前存在以下學說。

基本信息

中文名	氣孔運動
外文名	Stomatal movement
原理	受保衛(wèi)細胞的液泡水勢的調(diào)節(jié)

定義

序言

氣孔運動

氣孔是會運動的。一般來講，氣孔在白天開放，晚上關閉。氣孔之所以能夠運動，是與保衛(wèi)細胞的結(jié)構特點有關保衛(wèi)細胞的胞壁有伸縮性，細胞體積能可逆性地增大40%~100%。由于保衛(wèi)細胞壁的厚度不同，加上纖維素微纖絲與胞壁相連，所以會導致氣孔運動，雙子葉植物的腎形保衛(wèi)細胞的內(nèi)壁（靠氣孔一側(cè)）厚而外壁薄，微纖絲從氣孔呈扇形輻射排列。當保衛(wèi)細胞吸水膨脹時，較薄的外壁易于伸長，向外擴展，但微纖絲難以伸長，于是將力量作用于內(nèi)壁，把內(nèi)壁拉過來，于是氣孔張開。禾本科植物的啞鈴型保衛(wèi)細胞中間部分的胞壁厚，連兩頭薄，微纖絲徑向排列。當保衛(wèi)細胞吸水膨脹時，微纖絲限制兩端胞壁縱向伸長，而改為橫向膨大，這樣就將兩個保衛(wèi)細胞的中部推開，于是氣孔張開。

運動機理

淀粉-糖轉(zhuǎn)化學說

1.淀粉-糖轉(zhuǎn)化學說(starch-sugar conversion theory)

光合作用是氣孔開放所必需的。黃化葉的保衛(wèi)細胞沒有葉綠素，不能進行光合作用，在光的影響下，氣孔運動不發(fā)生。

很早以前已觀察到，pH影響磷酸化酶反應(在pH6.1～7.3時，促進淀粉水解；在pH2.9～6.1時，促進淀粉合成)：

淀粉-糖轉(zhuǎn)化學說認為，植物在光下，保衛(wèi)細胞的葉綠體進行光合作用，導致CO2濃度的下降，引起pH升高(約由5變?yōu)?)，淀粉磷酸化酶促使淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖-1-P，細胞里葡萄糖濃度高，水勢下降，副衛(wèi)細胞(或周圍表皮細胞)的水分通過滲透作用進入保衛(wèi)細胞，氣孔便開放。黑暗時，光合作用停止，由于呼吸積累CO2和H2CO3，使pH降低，淀粉磷酸化酶促使糖轉(zhuǎn)化為淀粉，保衛(wèi)細胞里葡萄糖濃度低，于是水勢升高，水分從保衛(wèi)細胞排出，氣孔關閉。試驗證明，葉片浮在pH值高的溶液中，可引起氣孔張開；反之，則引起氣孔關閉。

但是，事實上保衛(wèi)細胞中淀粉與糖的轉(zhuǎn)化是相當緩慢的，因而難以解釋氣孔的快速開閉。試驗表明，早上氣孔剛開放時，淀粉明顯消失而葡萄糖并沒有相應增多；傍晚，氣孔關閉后，淀粉確實重新增多，但葡萄糖含量也相當高。另外，有的植物(如蔥)保衛(wèi)細胞中沒有淀粉。因此，用淀粉-糖轉(zhuǎn)化學說解釋氣孔的開關在某些方面未能令人信服。

無機離子吸收學說

2.無機離子吸收學說(inorganic ion uptake theory)

該學說認為，保衛(wèi)細胞的滲透勢是由鉀離子濃度調(diào)節(jié)的。光合作用產(chǎn)生的ATP，供給保衛(wèi)細胞鉀氫離子交換泵做功，使鉀離子進入保衛(wèi)細胞，于是保衛(wèi)細胞水勢下降，氣孔就張開。1967年日本的M.Fujino觀察到，在照光時漂浮于KCl溶液表面的鴨跖草保衛(wèi)細胞鉀離子濃度顯著增加，氣孔也就開放；轉(zhuǎn)入黑暗或在光下改用Na、Li時，氣孔就關閉。撕一片鴨跖草表皮浮于KCl溶液中，加入ATP就能使氣孔在光下加速開放，說明鉀離子泵被ATP開動。用電子探針微量分析儀測量證明，鉀離子在開放或關閉的氣孔中流動，可以充分說明，氣孔的開關與鉀離子濃度有關。

蘋果酸生成學說

3.蘋果酸生成學說(malate production theory)

人們認為，蘋果酸代謝影響著氣孔的開閉。在光下，保衛(wèi)細胞進行光合作用，由淀粉轉(zhuǎn)化的葡萄糖通過糖酵解作用，轉(zhuǎn)化為磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，同時保衛(wèi)細胞的CO2濃度減少，pH上升，剩下的CO2大部分轉(zhuǎn)變成碳酸氫鹽(HCO3)，在PEP羧化酶作用下，HCO3與PEP結(jié)合，形成草酰乙酸，再還原為蘋果酸。蘋果酸會產(chǎn)生H+，ATP使H-K交換泵開動，質(zhì)子進入副衛(wèi)細胞或表皮細胞，而K進入保衛(wèi)細胞，于是保衛(wèi)細胞水勢下降，氣孔就張開。

此外，氣孔的開閉與脫落酸(ABA)有關。當將極低濃度的ABA施于葉片時，氣孔就關閉。后來發(fā)現(xiàn)，當葉片缺水時，葉組織中ABA濃度升高，隨后氣孔關閉。

影響因素

光照引起

保衛(wèi)細胞的葉綠體在光照下進行光合作用，利用CO2，使細胞內(nèi)pH值增高，淀粉磷酸化酶水解淀粉為磷酸葡萄糖，細胞內(nèi)水勢下降．保衛(wèi)細胞吸水膨脹，氣孔張開；黑暗里呼吸產(chǎn)生的CO2使保衛(wèi)細胞的pH值下降，淀粉磷酸化酶又把葡萄糖合成為淀粉，細胞液濃度下降，水勢升高，保衛(wèi)細胞失水，氣孔關閉。保衛(wèi)細胞的滲透系統(tǒng)也可由K 來調(diào)節(jié)。光合作用光反應(環(huán)式與非環(huán)式光合磷酸化)產(chǎn)生ATP，通過主動運輸逆著離子濃度差吸收K ，降低保衛(wèi)細胞水勢，吸水使氣孔張開。注意：①如果光照強度在光補償點以下，氣孔關閉；②在引起氣孔張開的光質(zhì)上以紅光與藍紫光效果最好；③景天科植物夜晚氣孔張開，吸收和貯備CO2(形成蘋果酸貯于液泡中)，白天氣孔關閉，蘋果酸分解成丙酮酸釋放CO2進行光合作用。

二氧化碳

低濃度CO2促進氣孔張開，高濃度CO2使氣孔迅速關閉，無論光照或黑暗皆如此。抑制機理可能是保衛(wèi)細胞pH下降，水勢上升，保衛(wèi)細胞失水，必須在光照一段時間待CO2逐漸被消耗后，氣孔才迅速張開。

溫度

氣孔張開度一般隨溫度的上升而增大，在30%左右達到最大，低溫(如10% 以下)雖長時間光照，氣孔仍不能很好張開，主要是淀粉磷酸化酶活性不高之故，溫度過高會導致蒸騰作用過強，保衛(wèi)細胞失水而氣孔關閉。

葉片含水量

白天若蒸騰過于強烈，保衛(wèi)細胞失水氣孔關閉，陰雨天葉子吸水飽和，表皮細胞含水量高，擠壓保衛(wèi)細胞，故白天氣孔也關閉。

微風

微風時對氣孔的打開有促進作用，因為微風可以適當降低葉片周圍的濕度。大風則促使氣孔關閉。

化學物質(zhì)

醋酸苯汞、阿特拉津(2-氯-4-乙氨基-6-異丙氨基均三氮苯)、乙酰水楊酸等能抑制氣孔開放，降低蒸騰。脫落酸的低濃度溶液灑在葉表面，可抑制氣孔開放達數(shù)天，并且作用快，在2～10分鐘內(nèi)可使多種植物氣孔開始關閉。細胞分裂素可促進氣孔開放。

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