气孔运动的三大机理
作者：性仲敏 | 发布日期：2024-06-12 19:28:48
本文目录一览植物气孔运动的原理和方式是什么？大多数植物气孔一般白天张开，夜间关闭；叶面气孔还会出现短周期（以分钟计）的开合振荡，在光照等适当条件的启动下，振荡幅度与频率更为显著，从而使得叶面的气孔蒸腾与光合生产出现同样的起伏。
这样的气孔振荡更有利于光合生产中CO2的进入和限制水分的输出。
气孔与根系间，通过贯穿周身的导管网络，构成植物体内水分运转的连续体系。
叶面接受阳光热量，来启动水分的气孔蒸腾，在导管的末端形成很强的蒸腾拉力，抽引导管水流上升，迫使根系吸水。
盛夏中午，叶面的气孔蒸腾的水分超过根系的供应，气孔失水关闭，进入午睡，光合生产也受到阻抑。
气孔运动-气孔开闭原因
气孔开闭原因的实质是保卫细胞的吸水膨胀或失水，受到保卫细胞膨压的调节。 保卫细胞体积比其它表皮细胞小得多，少量的渗透物质积累就可使其渗透势明显下降，降低水势，促进吸水，改变膨压。
气孔运动-保卫细胞
与叶的表皮细胞相比，保卫细胞具有一些特点：（1）细胞体积很小并有特殊结构，肾形保卫细胞外壁薄，内壁厚（靠气孔一侧）。 有利于膨压迅速而显著地改变；（2）细胞壁中径向排列有辐射状微纤丝与内壁相连，便于对内壁施加作用；（3）细胞质中有一整套细胞器，而且数目较多；（4）叶绿体具明显的基粒构造，其中常有淀粉的积累，其淀粉的变化规律是白天减少，夜晚增多，与叶肉细胞相反，表皮细胞无叶绿体。
气孔的保卫细胞
气孔运动-气孔运动的方式
保卫细胞的运动（或形状的改变）可以造成小孔关闭或打开。 对于具有肾形保卫细胞的气孔，当一对肾形保卫细胞向外弯曲时，它们之间的小孔就会打开，反之就会关闭。 对于具有哑铃形保卫细胞的气孔，当保卫细胞两端的哑铃球膨胀变大时，它们之间的缝隙就会变宽，孔道变大，反之孔道就被关闭。
大多数植物的气孔在白天张开，使大气中CO2扩散进人叶内用于光合作用，而在夜晚光合作用停止时，气孔关闭以减少水分的散失。 但是一些在沙漠条件下生长的植物，如仙人掌科及凤梨科植物具有景天酸代谢途径(CAM途径)，它们的气孔运动与其他植物不同。 在炎热干燥的白天，气孔关闭以避免过度的水分散失，而在夜晚温度降低时气孔则逐渐打开。 由于白天气孔关闭CO2无法进人植物体内，因此这类植物在长期的进化过程中形成了特殊的CO2同化方式。
气孔的运动是个相当复杂的过程，在同一叶片上的气孔有时会出现一些气孔开放而相邻的气孔却部分关闭的现象，这样的气孔称为斑驳气孔。
气孔运动-影响气孔运动的环境因素
气孔的运动受到各种环境因素的影响。
(1)光照
光照是引起气孔运动的主要环境因素。 大多数植物的气孔在光照下张开，而在黑暗下关闭口气孔在清晨张开的过程大约需要1小时，而关闭的过程则延续整个下午，逐渐地进行。 引起气孔张开所需的光照强度很低，只相当于全光照的1/1000~1/30，刚刚够净光合作用的发生。
(2)CO2
低浓度CO2可以导致大多数植物气孔张开。 即使在黑暗条件下，用无C队的空气处理叶片同样会引起气孔的张开。 而用高浓度的CO2处理则会使气孔部分关闭。 但是如果气孔完全关闭，用无CO2的空气处理却无法使气孔张开，说明对气孔运动起作用的是气孔下空间的CO2浓度，而不是叶面CO2的浓度。
(3)空气湿度
许多植物对大气中水蒸气压非常敏感。 当空气下燥，空气中水蒸气压和气孔下空间水蒸气压之间的差值达到一定阑值时，气孔就会关闭。 当发生水分亏缺时，无论其他有关气孔运动的因素如何。 气孔都会发生关闭。
(4)温度
高温(30~35℃)会导致气孔关闭。 这可能是一种间接的影响。 高温可能使水分散，或者使细胞的呼吸增加，导致叶内的CO2浓度增加，从而使气孔关闭。 但是也有一些植物在高温条件下，气孔反而会张开，结果蒸腾速率加快使叶温下降。
(5)风风会使气孔关闭
这可能也是间接的影响。 因为风可以降低气孔对气体的扩散阻力，因而使叶内CO2浓度增加，此外风也会加速水的散失，结果导致气孔的关闭。
无机离子吸收学说：保卫细胞的渗透势主要是由钾离子浓度调节的。 光合作用产生的ATP供给保卫细胞氢/钾离子交换泵做功，使钾离子进入保卫细胞，水势下降，吸收水分，气孔张开。
苹果酸生成学说：苹果酸代谢影响着气孔的开闭。 在光下，保卫细胞进行光合作用，中间生成的苹果酸分解为氢离子和苹果酸根，在氢/钾离子泵的驱使下，氢离子与钾离子交换,保卫细胞内钾离子浓度增加,水势降低;同时苹果酸的存在也可降低水势,使保卫细胞吸水，气孔张开。
（2）当细胞中糖、有机酸、离子增加时，细胞液中溶质微粒数目增加，细胞液渗透压增大；保卫细胞吸水．
（3）分析题图可知，调节保卫细胞的渗透压的因素有光照、CO2浓度、pH等，因此光照、CO2浓度、pH等能调节气孔运动．
故答案为：
（1）ATP 光反应 第一、二、三阶段 下降 上升
（2）增大 吸水
（3）光照、CO2浓度、pH等
气孔运动-气孔开闭原因
气孔开闭原因的实质是保卫细胞的吸水膨胀或失水，受到保卫细胞膨压的调节。 保卫细胞体积比其它表皮细胞小得多，少量的渗透物质积累就可使其渗透势明显下降，降低水势，促进吸水，改变膨压。
气孔运动-保卫细胞
与叶的表皮细胞相比，保卫细胞具有一些特点：（1）细胞体积很小并有特殊结构，肾形保卫细胞外壁薄，内壁厚（靠气孔一侧）。 有利于膨压迅速而显著地改变；（2）细胞壁中径向排列有辐射状微纤丝与内壁相连，便于对内壁施加作用；（3）细胞质中有一整套细胞器，而且数目较多；（4）叶绿体具明显的基粒构造，其中常有淀粉的积累，其淀粉的变化规律是白天减少，夜晚增多，与叶肉细胞相反，表皮细胞无叶绿体。
气孔的保卫细胞
气孔运动-气孔运动的方式
保卫细胞的运动（或形状的改变）可以造成小孔关闭或打开。 对于具有肾形保卫细胞的气孔，当一对肾形保卫细胞向外弯曲时，它们之间的小孔就会打开，反之就会关闭。 对于具有哑铃形保卫细胞的气孔，当保卫细胞两端的哑铃球膨胀变大时，它们之间的缝隙就会变宽，孔道变大，反之孔道就被关闭。
大多数植物的气孔在白天张开，使大气中CO2扩散进人叶内用于光合作用，而在夜晚光合作用停止时，气孔关闭以减少水分的散失。 但是一些在沙漠条件下生长的植物，如仙人掌科及凤梨科植物具有景天酸代谢途径(CAM途径)，它们的气孔运动与其他植物不同。 在炎热干燥的白天，气孔关闭以避免过度的水分散失，而在夜晚温度降低时气孔则逐渐打开。 由于白天气孔关闭CO2无法进人植物体内，因此这类植物在长期的进化过程中形成了特殊的CO2同化方式。
气孔的运动是个相当复杂的过程，在同一叶片上的气孔有时会出现一些气孔开放而相邻的气孔却部分关闭的现象，这样的气孔称为斑驳气孔。
气孔运动-影响气孔运动的环境因素
气孔的运动受到各种环境因素的影响。
(1)光照
光照是引起气孔运动的主要环境因素。 大多数植物的气孔在光照下张开，而在黑暗下关闭口气孔在清晨张开的过程大约需要1小时，而关闭的过程则延续整个下午，逐渐地进行。 引起气孔张开所需的光照强度很低，只相当于全光照的1/1000~1/30，刚刚够净光合作用的发生。
(2)CO2
低浓度CO2可以导致大多数植物气孔张开。 即使在黑暗条件下，用无C队的空气处理叶片同样会引起气孔的张开。 而用高浓度的CO2处理则会使气孔部分关闭。 但是如果气孔完全关闭，用无CO2的空气处理却无法使气孔张开，说明对气孔运动起作用的是气孔下空间的CO2浓度，而不是叶面CO2的浓度。
(3)空气湿度
许多植物对大气中水蒸气压非常敏感。 当空气下燥，空气中水蒸气压和气孔下空间水蒸气压之间的差值达到一定阑值时，气孔就会关闭。 当发生水分亏缺时，无论其他有关气孔运动的因素如何。 气孔都会发生关闭。
(4)温度
高温(30~35℃)会导致气孔关闭。 这可能是一种间接的影响。 高温可能使水分散，或者使细胞的呼吸增加，导致叶内的CO2浓度增加，从而使气孔关闭。 但是也有一些植物在高温条件下，气孔反而会张开，结果蒸腾速率加快使叶温下降。
(5)风风会使气孔关闭
这可能也是间接的影响。 因为风可以降低气孔对气体的扩散阻力，因而使叶内CO2浓度增加，此外风也会加速水的散失，结果导致气孔的关闭。
无机离子吸收学说：保卫细胞的渗透势主要是由钾离子浓度调节的。 光合作用产生的ATP供给保卫细胞氢/钾离子交换泵做功，使钾离子进入保卫细胞，水势下降，吸收水分，气孔张开。
苹果酸生成学说：苹果酸代谢影响着气孔的开闭。 在光下，保卫细胞进行光合作用，中间生成的苹果酸分解为氢离子和苹果酸根，在氢/钾离子泵的驱使下，氢离子与钾离子交换,保卫细胞内钾离子浓度增加,水势降低;同时苹果酸的存在也可降低水势,使保卫细胞吸水，气孔张开。
（2）当细胞中糖、有机酸、离子增加时，细胞液中溶质微粒数目增加，细胞液渗透压增大；保卫细胞吸水．
（3）分析题图可知，调节保卫细胞的渗透压的因素有光照、CO2浓度、pH等，因此光照、CO2浓度、pH等能调节气孔运动．
故答案为：
（1）ATP 光反应 第一、二、三阶段 下降 上升
（2）增大 吸水
（3）光照、CO2浓度、pH等
