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氣孔運動(dòng)
植物細胞的生理活動(dòng)
基本信息
| 中文名 | 氣孔運動(dòng) |
| 外文名 | Stomatal movement |
| 原理 | 受保衛細胞的液泡水勢的調節 |
定義
序言
氣孔運動(dòng)
運動(dòng)機理
淀粉-糖轉化學(xué)說(shuō)
1.淀粉-糖轉化學(xué)說(shuō)(starch-sugar conversion theory)
很早以前已觀(guān)察到，pH影響磷酸化酶反應(在pH6.1～7.3時(shí)，促進(jìn)淀粉水解；在pH2.9～6.1時(shí)，促進(jìn)淀粉合成)：
淀粉-糖轉化學(xué)說(shuō)認為，植物在光下，保衛細胞的葉綠體進(jìn)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化為葡萄糖-1-P，細胞里葡萄糖濃度高，水勢下降，副衛細胞(或周?chē)砥ぜ毎?的水分通過(guò)滲透作用進(jìn)入保衛細胞，氣孔便開(kāi)放。黑暗時(shí)，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化為淀粉，保衛細胞里葡萄糖濃度低，于是水勢升高，水分從保衛細胞排出，氣孔關(guān)閉。試驗證明，葉片浮在pH值高的溶液中，可引起氣孔張開(kāi)；反之，則引起氣孔關(guān)閉。
但是，事實(shí)上保衛細胞中淀粉與糖的轉化是相當緩慢的，因而難以解釋氣孔的快速開(kāi)閉。試驗表明，早上氣孔剛開(kāi)放時(shí)，淀粉明顯消失而葡萄糖并沒(méi)有相應增多；傍晚，氣孔關(guān)閉后，淀粉確實(shí)重新增多，但葡萄糖含量也相當高。另外，有的植物(如蔥)保衛細胞中沒(méi)有淀粉。因此，用淀粉-糖轉化學(xué)說(shuō)解釋氣孔的開(kāi)關(guān)在某些方面未能令人信服。
無(wú)機離子吸收學(xué)說(shuō)
2.無(wú)機離子吸收學(xué)說(shuō)(inorganic ion uptake theory)
該學(xué)說(shuō)認為，保衛細胞的滲透勢是由鉀離子濃度調節的。光合作用產(chǎn)生的ATP，供給保衛細胞鉀氫離子交換泵做功，使鉀離子進(jìn)入保衛細胞，于是保衛細胞水勢下降，氣孔就張開(kāi)。1967年日本的M.Fujino觀(guān)察到，在照光時(shí)漂浮于KCl溶液表面的鴨跖草保衛細胞鉀離子濃度顯著(zhù)增加，氣孔也就開(kāi)放；轉入黑暗或在光下改用Na、Li時(shí)，氣孔就關(guān)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(kāi)放，說(shuō)明鉀離子泵被ATP開(kāi)動(dòng)。用電子探針微量分析儀測量證明，鉀離子在開(kāi)放或關(guān)閉的氣孔中流動(dòng)，可以充分說(shuō)明，氣孔的開(kāi)關(guān)與鉀離子濃度有關(guān)。
蘋(píng)果酸生成學(xué)說(shuō)
3.蘋(píng)果酸生成學(xué)說(shuō)(malate production theory)
人們認為，蘋(píng)果酸代謝影響著(zhù)氣孔的開(kāi)閉。在光下，保衛細胞進(jìn)行光合作用，由淀粉轉化的葡萄糖通過(guò)糖酵解作用，轉化為磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，同時(shí)保衛細胞的CO2濃度減少，pH上升，剩下的CO2大部分轉變成碳酸氫鹽(HCO3)，在PEP羧化酶作用下，HCO3與PEP結合，形成草酰乙酸，再還原為蘋(píng)果酸。蘋(píng)果酸會(huì )產(chǎn)生H+，ATP使H-K交換泵開(kāi)動(dòng)，質(zhì)子進(jìn)入副衛細胞或表皮細胞，而K進(jìn)入保衛細胞，于是保衛細胞水勢下降，氣孔就張開(kāi)。
此外，氣孔的開(kāi)閉與脫落酸(ABA)有關(guān)。當將極低濃度的ABA施于葉片時(shí)，氣孔就關(guān)閉。后來(lái)發(fā)現，當葉片缺水時(shí)，葉組織中ABA濃度升高，隨后氣孔關(guān)閉。
影響因素
光照引起
保衛細胞的葉綠體在光照下進(jìn)行光合作用，利用CO2，使細胞內pH值增高，淀粉磷酸化酶水解淀粉為磷酸葡萄糖，細胞內水勢下降．保衛細胞吸水膨脹，氣孔張開(kāi)；黑暗里呼吸產(chǎn)生的CO2使保衛細胞的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，保衛細胞失水，氣孔關(guān)閉。保衛細胞的滲透系統也可由K 來(lái)調節。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(guò)主動(dòng)運輸逆著(zhù)離子濃度差吸收K ，降低保衛細胞水勢，吸水使氣孔張開(kāi)。注意：①如果光照強度在光補償點(diǎn)以下，氣孔關(guān)閉；②在引起氣孔張開(kāi)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(kāi)，吸收和貯備CO2(形成蘋(píng)果酸貯于液泡中)，白天氣孔關(guān)閉，蘋(píng)果酸分解成丙酮酸釋放CO2進(jìn)行光合作用。
二氧化碳
低濃度CO2促進(jìn)氣孔張開(kāi)，高濃度CO2使氣孔迅速關(guān)閉，無(wú)論光照或黑暗皆如此。抑制機理可能是保衛細胞pH下降，水勢上升，保衛細胞失水，必須在光照一段時(shí)間待CO2逐漸被消耗后，氣孔才迅速張開(kāi)。
溫度
氣孔張開(kāi)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(cháng)時(shí)間光照，氣孔仍不能很好張開(kāi)，主要是淀粉磷酸化酶活性不高之故，溫度過(guò)高會(huì )導致蒸騰作用過(guò)強，保衛細胞失水而氣孔關(guān)閉。
葉片含水量
微風(fēng)時(shí)對氣孔的打開(kāi)有促進(jìn)作用，因為微風(fēng)可以適當降低葉片周?chē)臐穸取４箫L(fēng)則促使氣孔關(guān)閉。
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