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植物气孔开放和关闭的验证 |
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目的观察叶片气孔运动情况，从而理解气孔开闭的原理。 实验前的思考 气孔是由它旁边的两个保卫细胞围成的。气孔的开放还是关闭，直接受保卫细胞运动所控制，保卫细胞的运动又受多种因素影响。实验中选择四种不同的溶液来影响保卫细胞，观察气孔的变化。 材料器具 盆栽紫鸭跖草或蚕豆；小烧杯，镊子，刀片，滴管，载玻片，盖玻片，带有目镜测微尺的显微镜，特种铅笔，吸水纸；1.0～1.5％硝酸钾溶液，15％甘油，1％乙酸，蒸馏水。 步骤1．取4只小烧杯，编号。在1号小烧杯中加入50毫升蒸馏水，2号小烧杯中加入50毫升1.0～1.5％硝酸钾溶液，3号杯内加入50毫升15％甘油，4号杯内加入50毫升1％乙酸。 2．选择新鲜、幼嫩、形态大小相似的紫鸭跖草叶8片，每只烧杯中各放2片，注意放入时间各相隔10分钟，叶背向上，全部浸没，在阳光下直接照射15～20分钟。如果用日光灯照射（见图）， 材料距灯管6厘米，照射20～30分钟，不得超过30分钟，否则影响实验效果（如果气温较高，光照时间相应缩短）。 3．取4块洁净的载玻片，标好号码。在1号载玻片中央滴一滴1号烧杯里的溶液（即蒸馏水），然后取出1号烧杯中的叶片，轻轻吸去叶片两面的溶液，用刀片在叶背主脉旁划一小浅口，用镊子从浅口处撕下一小块下表皮，放在1号载玻片的溶液中，做成临时装片，盖上盖玻片镜检。先用低倍镜找到含气孔量较多的区域，换上高倍镜，用目镜测微尺测量气孔的内径，把测出的数据记录在下表内，连测3个气孔，求出平均值。 4．以同样方法依次做2、3、4号烧杯叶下表皮装片（注意吸取每一烧杯中溶液时，必须换新滴管，以免溶液混淆）。通过镜检，测出每张载玻片上3个气孔的平均值，并记录在表中。 分析和讨论 实验结果是，1号烧杯浸蒸馏水中叶的气孔微开，因保卫细胞处于低渗环境，吸水膨胀，气孔微微拉开。2号烧杯叶经1.0～1.5％硝酸钾溶液处理，气孔开得最大，因保卫细胞内K+累积，细胞渗透压增加，吸水膨胀，气孔张开。3号烧杯中叶经15％甘油处理，因为甘油有吸水作用，保卫细胞失水，所以气孔关闭。4号烧杯中叶经1％乙酸处理，气孔关闭。这是因为溶液呈酸性，保卫细胞收缩所造成的。 建议 如果没有目镜测微尺，只能由学生目测，并画下气孔形状，作比较。 |
植物的气孔
气孔是植物与外界进行气体交换的孔道和控制蒸腾的结构。通过它的开闭，调控着植物的气体交换率和水分蒸腾率，对植物的生活起着极为重要的作用。现将与气孔有关的知识编撰如下，供同行在教学时参考。
一、结构与概念
气孔一般由两个保卫细胞围成。保卫细胞通常呈肾形或哑铃形。肾形的保卫细胞中位于气孔内侧的细胞壁较厚，坚韧而有弹性；外侧的细胞壁较薄，可胀缩；哑铃形的保卫细胞其两端壁薄，中间壁厚。有些植物，在保卫细胞的四周还有一或多个副卫细胞。在植物叶表皮的气孔下方，常有较大的空隙，叫孔下室。孔下室与叶肉组织的细胞间隙相通连，构成叶片内部的通气系统和水分蒸散系统。因此，气孔的开闭能控制植物的气体交换和水分蒸散。
二、分布与位置
气孔，除了根部以外，在植物体所有的气生部分都有分布，尤以叶上为多。气孔的数量、排列和位置，随植物种类和生活环境而不同。即使是同一叶的不同位置都有很大差别。保卫细胞的水平位置变化也很大，有的凸出叶表面，有的凹入表面。
气孔在表皮上的分布，不同种的植物各有自己的规律。如天竺葵叶上的气孔是散生的；夹竹桃叶上的气孔只分布于下表皮的局部区域；地钱的叶状体背面有许多菱形或多角形的小区，每个小区的中央有一气孔；问荆的气孔分布在茎上，位于节间的沟槽中，呈纵行排列；满江红的孢子体叶形成两裂片，只露出水面的裂片上下表皮均具气孔，而沉水中的裂片无气孔；很多裸子植物，如红豆杉，在条形叶子上气孔纵向单列成两条气孔带。一般情况下，水生植物的气孔分布在气生叶的上表皮。据调查，三分之一的陆生植物叶上下表皮有气孔，但下表皮更多些；有些只在下表皮有。下表是几种植物叶子的气孔分布情况（单位：个／厘米2）：
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三、发生与类型
在被子植物中，某个原表皮细胞发生不均等分裂，其中较小的细胞即为保卫细胞的母细胞。母细胞经分裂，再分化为两个保卫细胞。问荆的气孔形成很独特，气孔原细胞经两次分裂，成为4个细胞，分内外两层，外面的两个较大与表皮细胞一样浸透硅质，形成自气孔隙口辐射而分叉的横向硅质增厚，永远保持原形而失去了关闭能力。内面两个细胞形体较小，没有硅质增厚而起保卫细胞的作用。
副卫细胞在个体发育上，有的与保卫细胞有关，如百岁兰属的植物，叶子的原表皮细胞分裂成保卫细胞的母细胞和两个侧生细胞，这两个侧生细胞各自成为副卫细胞或通过分裂而成为副卫细胞。有的与保卫细胞无关，如苏铁、银杏、禾本科的植物副卫细胞，是由气孔侧面的表皮细胞衍生出来的。
气孔类型复杂，就双子叶植物而言，依据副卫细胞的有无及状况可分为四种：一是无规则型。象西瓜等植物，保卫细胞外无副卫细胞，周围的表皮细胞分布不规则。二是不等型。如景天，在保卫细胞外有三个副卫细胞，其中一个较小。三是平列型。如豇豆等，其副卫细胞一至多个，且细胞形状及排列与保卫细胞的长轴平行。四是横列型。如石竹等植物，其一对副卫细胞的共用横壁与保卫细胞的长轴垂直。
四、气孔开闭机理
气孔运动的最终原因是保卫细胞的吸水膨胀或失水皱缩。对气孔运动机理目前有三种学说：
l、淀粉—糖变化说在光照的前提下，保卫细胞进行光合作用，CO2浓度降低，使之pH值增高至6.l～7.3，这时，淀粉磷酸化酶水解淀粉为葡萄糖，导致保卫细胞水势下降，引起吸水膨胀和气孔开放。在黑暗中，呼吸产生CO2，pH下降，葡萄糖+磷酸合成淀粉，水势上升，细胞失水，气孔关闭。
2、无机离子说光下，光活化H+泵ATP酶分解ATP，在H+分泌到细胞壁外的同时，钾离于进人保卫细胞，导致水势下降，保卫细胞吸水膨胀，气孔开放。
3、苹果酸生成说光下，CO2被消耗，pH上升，淀粉经糖酵解产生的磷酸烯醇式丙酮酸与HCO3-作用形成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸，细胞水势下降，水分进人保卫细胞，细胞膨胀，气孔开放。
五、光合作用与蒸腾作用
气孔开闭与植物的光合作用和蒸腾作用密切相关。但光合作用和蒸腾作用在叶片上是两个相互联系相互矛盾的过程，在植物光合作用时蒸腾失水不可避免；而光合作用所需的CO2只有在气孔张开时才能进人。因此，一些植物在叶片上密生茸毛，或气孔下陷是减少水分蒸腾的一种适应。另一方面，光合作用中合成的淀粉、产生的ATP、CO2浓度降低又直接为保卫细胞运动提供原动力，有利于气孔开放。
六、气孔与皮孔
皮孔是位于茎和根周皮上的一种通气结构。皮孔大小不一，小的用肉眼刚能看见，大的长达1厘米以上，它们以分散存在或成行排列。当根与茎次生生长产生周皮时，由气孔内方的木栓形成层局部产生大量球形、排列疏松的薄壁细胞，变为补充组织，使其外方的组织隆起，进而被胀破，显出不同形状的裂孔。皮孔使木栓内方的细胞与外界相通，这和表皮上的气孔具有同样的适应意义。另外，在周皮的生长过程中，不断产生新的皮孔。皮孔在形态、结构、位置等方面均与气孔不同，但在通气这一功能上是相同的。
七、气孔与水孔
一般情况下，植物根吸水量的99％左右都通过气孔以气态形式散发到体外。但当植物的吸水量大于蒸腾失水量，此时空气中湿度又较大时，如早晨或傍晚，植物将水以液态形式通过水孔排出体外。水孔是分布在植物的叶尖或叶齿表面的排水孔，属于分泌组织的一种。它也是由成对并列的保卫细胞围成，但不能调节关闭，始终开放着。水孔内方有排列疏松的薄壁细胞，这些细胞的间隙与管胞的末端相通连。水从管胞流出，通过薄壁组织间隙而经水孔流出。这样看来，气孔与水孔在构成、分布、性质等方面存在着一些微小差异，但最终都是使体内的水分进人到外界环境之中。
實驗: 觀察植物氣孔大小與分布
姓名:呂學霖
一.
利用测微器量算氣孔大小.並仔細觀察氣孔位置及蒸散作用的途徑
二.
氣體對生物的生存上佔據了很重要的地位.植物也是.不論是光合作用.蒸散作用.或呼吸作用.氣體都佔據了很重要的地位.而氣體進出植物細胞的方式最主要就是經由氣孔.所以氣孔是一個重要的器官而其大小更是影響進出氣體量的關鍵.所以學習測量氣孔大小.是了解氣孔的第一步
三.
1.
2.
3.
4.
四.
1. 下表皮單位面積上氣孔之平均數目為:180
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長 |
寬 |
面積 |
表皮張開率 |
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紫背萬年青 |
17格=0.0425cm |
5格=0.0125cm |
0.0004171 |
7.5078 |
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蕃薯葉莖 |
10格=0.025cm |
2.3格=0.00575cm |
0.0001128 |
2.0304 |
五.
1.比較單子葉植物禾本科與雙子葉植物葉片氣孔分布情形?
雙子葉植物氣孔多分佈下表皮，排列較不規律
單子葉植物氣孔多沿葉脈方向呈帶狀分佈，排列較整齊
2.比較上下表皮氣孔分布與形狀?
具背腹性的葉，多分佈下表皮，上表皮氣孔很少或完全沒有
直立的葉片，上、下表皮氣孔分佈量較平均
水生植物的浮葉，氣孔僅分佈上表皮、下表皮幾乎完全沒有
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植物气孔是大自然的CO2探测器 |
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气孔实验及反思 |
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气孔器是由植物叶片表皮上成对的保卫细胞以及之间的孔隙组成的结构，常称之为气孔，是植物与外界进行气体交换的门户和控制蒸腾的结构。保卫细胞区别于表皮细胞是结构中含有叶绿体，只是体积较小，数目也较少，片层结构发育不良，但能进行光合作用合成糖类物质。 |
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