实验3_光和K__对气孔运动的调节解析
植物气孔开放与光合作用调控机制的研究
植物气孔开放与光合作用调控机制的研究植物是地球上最重要的生物之一，它们可以通过光合作用将二氧化碳转化为氧气和有机物质，为地球的生态环境做出了巨大贡献。
而植物能够进行光合作用的关键在于它们的叶片能够通过气孔调控CO2和水的交换，将光能转化为化学能。
本文将从气孔开放与光合作用调控机制的研究入手，探讨植物如何调控气孔的开放和关闭，以及如何实现高效的光合作用。
一、植物气孔开放与关闭的机制气孔是植物体内负责气体交换的孔道，主要由两个相对的保卫细胞组成，它们通过膨胀或收缩的方式控制气孔的开放和关闭。
气孔的开放与关闭是由多种生理信号共同作用而形成，其中最为核心的生理过程是保卫细胞的质壁比和细胞内的离子浓度。
保卫细胞的质壁比是一个非常重要的调控机制，质壁比的大小决定了保卫细胞膨胀和收缩所需要的能量，约束了气孔开放和关闭的过程。
质壁比的变化受到多种激素和外界因素的影响，例如脯氨酸、赤霉素、ABA和ET等。
其中ABA是气孔关闭的主要激素，它通过与质膜上的受体结合，调节离子转运蛋白的活性，从而改变保卫细胞质壁比，使气孔逐渐关闭。
除了影响保卫细胞质壁比的激素外，细胞内的离子浓度也是气孔开放和关闭的关键因素。
保卫细胞内有大量的离子通道和转运蛋白，它们能够调节细胞内外的电位差和离子浓度差，从而影响气孔的开放和关闭。
其中最为重要的是K+通道和Cl-通道，它们能够承担细胞内的阳离子和阴离子调节气孔开放的任务。
一些植物能够通过调节离子通道和受体的活性，实现对气孔开放和关闭的快速调节，如油菜中的Ca2+/CAM信号转导通路就是其中之一。
二、光合作用调控机制的研究气孔开放和关闭直接影响着植物中的CO2浓度，进而影响光合作用的效率。
而光合作用的调控机制与气孔开放和关闭密切相关，它能够通过调节光合作用酶的活性和基因表达，实现对光合作用速率的调节。
光合作用中最为关键的酶是固碳酶，它基本上是植物体内CO2固定的唯一通路。
植物能够通过调节固碳酶的活性和蛋白表达量，来适应不同的光照强度和CO2浓度。
实验 2 气孔运动的观察及钾离子对气孔开度的影响
实验2 气孔运动的观察及钾离子对气孔开度的影响一、实验目的1、了解气孔的运动情况。
2、了解钾离子对气孔开度的影响。
二、实验原理气孔的开闭运动是由组成气孔器的两个保卫细胞的膨压控制的，将叶片表皮放在高渗溶液中，保卫细胞失水，气孔关闭；置换成低渗溶液后，保卫细胞吸水，气孔开启。
气孔的开闭运动可在显微镜下直接观察。
保卫细胞的渗透系统可由钾离子所调节，无论是环式或非环式光合磷酸化都可形成ATP，A TP不断供给保卫细胞膜上的H+—泵作功，使保卫细胞中的H+泵出，并从周围表皮细胞吸收钾离子，降低保卫细胞的水势，使保卫细胞吸水，气孔张开。
三、实验材料、试剂与工具材料与试剂：鸭跖草、5％甘油溶液、1%KNO3溶液、1％NaNO3溶液、等渗蔗糖水工具：有光源的显微镜1台、载玻片与盖玻片若干、尖头镊子1把、滴管、刀片、吸水纸四、实验步骤1、取一片鸭跖草叶片，用尖头镊子撕取一小片下表皮，浸入有水滴的载玻片上，盖上盖玻片后立即在显微镜下观察。
2、尽可能找到开得最大的气孔观察。
3、在盖玻片的一端用滤纸吸去水，而从另一端滴上5％甘油溶液，使甘油溶液取代水，再次观察同个气孔开启关闭的情况。
4、在盖玻片的一端用滤纸吸去甘油，而从另一端滴上水，使水取代甘油溶液，再次观察同个气孔开启关闭的情况。
观察完毕后取下载玻片。
5、取三个培养皿编号，分别放入2－3ml的1%KNO3溶液，1％NaNO3溶液和等渗蔗糖水中。
6、用尖头镊子撕取几小片鸭跖草叶片表皮分别放入上述3个培养皿中。
7、把3个培养皿放入灯光下照30分钟，分别取出叶表皮，加盖玻片，在显微镜下观察气孔的开度。
五、实验现象与结果气孔运动的观察:一开始在清水中的时候气孔是打开状态的,后来加入甘油，放置一段时间，气孔稍微关闭了,最后再次加入清水放置一段时间气孔再次打开并且开度与刚开始在清水中的差不多。
钾离子对气孔开度的影响:钾离子溶液中的气孔开度最大,其次是钠离子溶液,开度最小的是蔗糖等渗溶液。
实验三-钾离子对气孔开度的影响
【措施提醒】
根据原理和目旳，选择合适旳材料用具， 设计试验，验证气孔开放对光旳需要
以及对K+以及对K+旳需要。并根据设计旳 试验环节进行试验，注意观察不同处理下
气孔旳开度。
要求：
画出气孔旳示意图（气孔开或闭）！ 试分析影响气孔开闭还有哪些原因？
硅胶层析板旳制作
将3－4块载玻片洗净，晾干备用。 称取1克G型层析用硅胶，置入小烧杯中，
用吸量管量取4mL CMC溶液，与硅胶迅速 搅匀（1分钟左右）。 用药勺取上述1mL液体倒在载玻片上，并涂 满整个载玻片，共可制备3－4片。 将载玻片小心交至老师处，以备下次试验 用。
试验三 钾离子对气孔开度旳影响
【试验目旳】
⑴ 验证气孔开放旳K+吸收学说。 ⑵ 观察光和不同离子对气孔开度旳影响。
狭义上常把保卫细胞之间形成旳凸透镜状旳小孔 称为气孔。保卫细胞区别于表皮细胞是构造中含 有叶绿体，只是体积较小，数目也较少，片层构 造发育不良，但能进行光合作用合成糖类物质。 有时也伴有与保卫细胞相邻旳2—4个副卫细胞。 把这些细胞涉及在内是广义旳气孔（或气孔器）。 紧接气孔下面有宽旳细胞间隙（气室）。气孔在 碳同化、呼吸、蒸腾作用等气体代谢中，成为空 气和水蒸汽旳通路，其经过量是由保卫细胞旳开 闭作用来调整，在生理上具有主要旳意义。
【试验原理】
在光下，保卫细胞质膜旳H＋－ATPase被活化，利用 ATP水解所释放旳能量将H＋泵到保卫细胞外，使细胞膜外 侧带正电，内侧带负电，形成跨细胞膜旳电压；在这一电压 旳驱动下，钾离子经过膜上旳钾离子通道进入细胞，使细胞 内细胞液浓度增长，降低保卫细胞旳渗透势；从而使保卫细 胞吸水膨胀，气孔开放。
实验五K+对气孔开度的影响
实验五K+对气孔开度的影响实验五、K+ 对气孔开度的影响【实验目的】观察K+在气孔开张中的作用，加深对“气孔运动——K+积累学说”的理解。
【实验原理】“气孔运动——K+积累学说”认为气孔运动主要是例子调节保卫细胞渗透系统的缘故，在光下植物保卫细胞叶绿体通过光合磷酸化合成ATP，活化了质膜H+-ATP酶，保卫细胞主动吸收离子，引起保卫细胞渗透势下降，细胞吸水膨胀，从而使气孔张开。
【实验步骤】1. 取3个培养皿（或小烧杯）编号，分别放入0.05mol/L KNO3溶液，0.05mol/L NaNO3和蒸馏水。
2. 取蚕豆叶片或紫鸭跖草叶片，剪成大小相近的小片，分别取4—5片放入上述3个培养皿中。
3. 将3个培养皿置于人工气候箱内，温度25℃，光强4000lx，培养1h~2h。
4. 用镊子撕取叶片下表皮放在载玻片上，加盖玻片，在显微镜下观察气孔的开度，随机测量10个气孔的内径，取平均值。
【注意事项】1 夜间大部分气孔关闭，早晨光照不足以使气孔开放，此时气孔处于待开放状态，所以最好在上午7:00-8:00取材，或者可将盆栽材料在实验前暗培养48h以上，以使绝大多数气孔关闭。
2 气孔保卫细胞对钠钾离子的吸收是一个耗能过程，需要时间，有研究认为2.5-3h为宜，并且实验浸泡时间要求一致。
3 实验过程中，气孔会随处理时间的延长呈有节律的开闭，可能会影响实验效果。
4 由于水的水势较高，容易使保卫细胞吸水打开，所以以蒸馏水作为对照时如果处理时间较短可能会出现气孔开度大于钠钾离子处理的情况，因此可以用等渗溶液代替蒸馏水。
5 观察材料要生长一致，最好用同一叶片。
6 KNO3、NaNO3用摩尔浓度，而不是百分比浓度，确保两种溶液水势相同。
钾离子对气孔开度的影响【精品-PDF】
钾离子对气孔开度的影响【精品-PDF】随着全球气候变化的加剧，植物适应干旱的能力成为了人们关注的焦点之一。
气孔开度是植物生长发育和光合作用最核心的过程之一，它能够控制植物的水分蒸腾和二氧化碳吸收。
而钾是调节气孔开度的关键元素之一。
本文将探讨钾离子对气孔开度的影响。
气孔开度在植物体内的调节气孔是植物体表现出的最突出的器官之一，它们是植物蒸腾和二氧化碳吸收的主要通道。
气孔一般由两个相互接近的小孔组成（称为气室），被一定数量的细胞环绕，形成了孔口的复杂结构。
随着气室内外水分压差的变化，气孔能够调节自身的大小以保持植物内部水分和温度的平衡。
这个过程由气孔开度调整来控制，其中许多因素会影响气孔开度的调整，包括光照、CO2浓度、干旱、气温、湿度等。
钾离子作为细胞内最主要的阳离子之一，对于植物体内代谢过程的调控十分重要。
在气孔开度调整中，钾离子的浓度会直接影响气孔的开闭状态。
植物细胞内的钾离子可以通过钾渠道和钾转运蛋白被特定运输到气孔细胞中，进而对气孔的开闭状态和调节产生影响。
高浓度的钾离子可以通过增加花生四烯酸（jarsmonic acid，JA）在气孔细胞内的合成和积累来启动气孔封闭，并减少CO2 的下降速率，从而缓解干旱胁迫，保持植物水分的平衡，促进植物的生长和发育。
同时，最近的一些研究也表明，气孔调节过程中的钾离子还能够影响到植物的光合作用和微量元素的吸收。
结论钾离子对于植物的生长和发育至关重要，它不仅直接参与细胞代谢过程的调节，还能够调节气孔的开闭状态。
在干旱和其他压力环境下，植物在气孔调节过程中适当增大钾的供应量，可以有效地缓解干旱和其他压力的胁迫，减少其对植物提供的影响，保持植物内部湿度的平衡。
因此，随着全球气候变化的加剧，研究钾离子在植物气孔调节中的作用将具有重要的意义。
气孔运动及其影响因素
气孔运动及其影响因素、钙参与ABA 调控气孔运动的信号转导姓名：李希东专业：植物学学号：200808201 日期：09.4.25 成绩：一、实验目的：1. 探明植物激素和外界环境因素对气孔运动的影；2. 证明钙参与ABA对气孔运动的调控；3. 学习剥离表皮的方法和显微镜的使用。
二、实验原理：气孔是陆生植物与外界环境交换水分和气体的主要通道及调节机构，可通过开闭响应不同的环境条件。
保卫细胞的渗透系统受钾离子调节。
光下，保卫细胞中的叶绿体通过光合磷酸化生成ATP，ATP驱动质膜上K+-H+泵，使保卫细胞能逆浓度梯度从周围表皮细胞吸收钾离子，或从外界溶液中吸收钾离子，从而降低其渗透势，使气孔开放。
植物内源激ABA(脱落酸)、SA（水杨酸）、JA（茉莉酸）等均能够影响气孔的开闭运动。
Ca2+是ABA调节气孔运动信号转导的重要组分之一。
经不同处理后，可用镜检法测量气孔开度，三、实验器皿：实验材料：蚕豆叶片实验试剂：0.4％KNO3、0.4％NaNO3 ；1mmol ABA、1mmol SA、pH6.1的10mmol/L Tris 缓冲液、蒸馏水；100 mmol/L CaCl2溶液、20 mmol/L EGTA。
实验器皿：培养皿、手术刀片、眼科剪、眼科镊、毛笔、载玻片、盖玻片、移液器（1000μL、100μL）、光照培养箱。
四、实验步骤：1. 钾离子对气孔开度的影响1. 将三个培养皿中各放2ml的0.4％KNO3，0.4％NaNO3与蒸馏水（对照）。
2. 在暗处理的同一蚕豆叶上撕表皮若干，分放在上述的三个培养皿中。
3. 将培养皿置于人工光照条件下照光4 h左右，光照强度在40001x左右。
4. 分别在显微镜下（10倍或40倍）观察气孔的开度。
2. ABA和SA等植物激素对气孔关闭的作用1. 取3~4周龄蚕豆幼苗上端刚展开的叶片，光照2~3h，诱导气孔张开。
2. 用pH6.1的10mmol/L Tris缓冲液配制不同浓度的ABA和SA溶液（0、10-4、10-5和10-6mol/L）。
高等植物光合作用中的气孔调节机制
高等植物光合作用中的气孔调节机制高等植物的光合作用是维持植物生命的重要过程，气孔是参与光合作用的重要器官。
大多数高等植物气孔都位于植物叶面上，是植物调节CO2和水分的入口和出口。
气孔开放与关闭调节作用非常重要，能够帮助植物适应不同的环境条件，以及进行光合作用。
气孔开放与关闭的机制与植物体内的植物激素、渗透调节、光照、温度和水分等环境因素息息相关，其中最主要的是植物激素控制气孔的开闭。
植物生长素（IAA）能够促进气孔开放，而脱落酸和脱落酸乙酯则能够抑制气孔开放。
除了植物生长素和脱落酸外，气孔开闭还与气孔附近的细胞压力密切相关。
当渗透调节产生变化时，细胞扩张或收缩，导致气孔的开启或关闭。
光照也是决定气孔开闭的重要因素。
光照能够刺激叶面细胞产生ATP，使K+离子进入叶片细胞，同时透明质酸和其他物质的扩散也能促进气孔开放。
除此之外，环境温度和水分状况也会影响气孔开闭。
在高温环境下，气孔打开时间较短；而在干旱和低温环境下，植物会通过封闭气孔保护自身。
在光合过程中，气孔开闭的作用是非常重要的。
气孔开闭可以影响二氧化碳的摄取速率，从而影响光合作用的效率。
随着气孔的收缩，植物在干旱条件下可以减少水分的流失。
气孔的开合还可以影响植物的生长、发育、抗病性和光合作用的速率。
目前，研究植物中气孔调节机制已经成为生物学研究的一个热门话题，研究人员希望通过对气孔调节机制的研究，能够为植物的优化生长提供理论指导。
同时，气孔调节机制的研究还可以为农业生产提供一定的参考意义，例如在节水灌溉和植物抗旱方面的应用。
总之，高等植物中光合作用的气孔调节机制是一个十分重要的过程，与气孔开闭有关的因素很多，涉及到植物体内的生长素调控和渗透调节等因素，也受到环境因素的影响。
通过对气孔调节机制的研究，我们可以更好地了解植物的生命周期、适应环境的机制，同时为农业生产提供理论支持，为植物栽培提供更加有效的方法和手段。
k离子学说气孔关闭
k离子学说气孔关闭
气孔是植物叶片上的小孔，负责控制植物体内的气体交换和水分蒸发。
在植物生理学中，K离子被认为是一个重要的调节气孔开闭的离子。
以下是K离子影响气孔关闭的具体机制：
首先，K离子在维持细胞正常代谢活动中起着关键作用。
在光合作用中，K离子参与糖类的合成和代谢过程，对于植物的生长和发育至关重要。
其次，K离子对气孔的开闭具有调节作用。
当植物体内的K离子浓度过高时，气孔会关闭，以防止过多的K离子进入植物体内。
这是因为在光照条件下，植物叶肉细胞中的光合作用会消耗大量的水分，导致细胞液浓度降低，从而引起K离子的流失。
为了维持细胞内的离子平衡，植物会通过关闭气孔来减少水分的蒸发，防止K离子的进一步流失。
此外，气孔的开闭还受到其他因素的影响，如光照、湿度、温度等。
在光照条件下，植物叶肉细胞中的光合作用会消耗大量的水分，导致细胞液浓度降低，从而引起K离子的流失。
为了维持细胞内的离子平衡，植物会通过关闭气孔来减少水分的蒸发，防止K离子的进一步流失。
而在阴雨天或空气湿度较高的情况下，气孔通常会处于开放状态，以适应环境变化。
总之，K离子对气孔的开闭具有调节作用，通过影响植物体内的水分和离子平衡来维持植物的正常生理功能。
同时，气孔的开闭还受到环境因素的影响，如光照、湿度、温度等。
这些因素共同作用，使植物能够适应不同的环境条件，维持正常的生长和发育。
因此，了解气孔开闭的机制对于植物生理学和农业实践都具有重要意义。
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注意：目镜测微尺刻度的大小是随显微镜放大的倍数而不同的， 必须用物镜测微尺来决定放大时目镜测微尺刻度的大小。
2. 实验器材
（1） 材料：蚕豆叶（洗净） （2） 仪器：显微镜、物镜测微尺 （3） 试剂：无水乙醇、胶棉液
3. 实验步骤
➢ 取3 个培养皿编号，分别放入15ml 0.5%KNO3、 0.5%NaNO3、蒸馏水。
➢ 撕蚕豆叶下表皮分别放入3 个培养皿。 ➢ 将3 个培养皿放入人工光照条件下，保温1 小时。 ➢ 分别取出叶表皮放在载玻 片上，盖上盖玻片，在显微 镜下观察气孔的开度。
开度
4. 数据记录及处理
• 吸水后，作用于外壁上的 （净）压力通过微纤丝传到 内壁，成为作用于内壁、背 离气孔口方向的拉力
实验目的
1 掌握测定气孔密度和开度的方法； 2 学会分析外界因素对气孔运动的调节； 3 学会利用物镜测微尺标定目镜测微尺及测定视野
直径的方法。
（Ⅰ）气孔状态的观察
1、 实验原理
1) 印迹法 原理：以有机物质的溶胶涂在植物的表面，胶体风干后就凝成薄膜，这 层膜就印有表皮组织各细胞的边界痕迹。除用来观察气孔状况外，还 可用于观测植物表皮上的细胞、茸毛以及蜜腺、蜜盘、刺鳞片等。 优点: 非破坏性取样，方便快捷； 缺点: 边界痕迹不明显的样品印迹模糊，凹陷气孔难以取到印迹，清晰 薄膜制作有难度。
实验三 气孔状态观察及K+对气孔 开度的影响
• 长7-40μm (H2O-0.54nm; CO2-0.46nm)
• 多数植物下表皮气孔数 目多于上表皮。
肾型： 双子叶植物,
哑铃型：单子叶植物
• 保卫细胞运动的结构基础
1 (肾型）外壁薄，内壁厚 2 壁中存在径向排列的微纤丝
• 微纤丝
难以伸长。以气孔口为中心，限 制了保卫细胞沿短轴方向直径的 扩大
3. 实验步骤
定性： 1）固定法：取蚕豆叶下表皮，迅速放入无水乙 醇，固定2-3min，取出镜检。 2）印迹法：蚕豆叶下表皮涂一层胶棉液，用镊 子取下，在稍有湿润的载玻片上此膜就能粘贴牢 固，即可镜检 。 定量： 3）气孔密度测定：
A 标定目镜测微尺，并利用物镜测微尺计算 视野的直径
B 镜检，随机取3 个视野，观察气孔数；并算 出单位面积气孔数= a/s = a/πr2
6. 思考题 固定、印迹法两种方法测定结果是否一样？ 哪一种方法影响
1. 实验原理
保卫细胞的渗透系统受K+调节，Na+一定程度上 可代替K+ ，但不如K+有效。
2. 实验材料、仪器和试剂
（1） 材料：蚕豆叶 （2） 仪器：显微镜、温箱、培养皿等 （3） 试剂：0.5%KNO3、0.5NaNO3、蒸馏水
不同溶液处理后的气孔开度
方法 气孔开度
KNO3 12345
NaNO3 12345
水 12345
气孔平均开度
5. 分析与讨论
6. 思考题
比较何种溶液中气孔开度最大？为什么？
7. 注意事项
1. 首先确定显微镜好用 2. 胶棉液涂均匀、超薄一层 3. 叶表皮取下后迅速投入乙醇 4. 物镜测微尺安全使用，切勿压破 5. 先低倍镜找视野,后高倍观察气孔数目、大小或标定目尺 6. 物尺放在视野直径线计算直径 7. 物尺和目尺0刻度对齐再标定，之后即可还物尺 8. 固定法、印迹法观察3个视野 9. 胶膜朝上观察 10. 实验结束后请将显微镜载物台调至最低。
目镜测微尺的标定
目镜测微尺
物镜测微尺
目镜测微尺17格 物镜测微尺6格
注：物镜每格 为10µ m
17格目尺对 6格物尺 目尺每格＝ 6×10/17µ m 测气孔大小
4. 数据记录及处理
方法
视野内气孔数目
固定法 123
视野半径r＝ 单位面积上气孔数目 单位面积上气孔数目平均值
印迹法 123
5. 分析与讨论
2) 固定法 原理：无水酒精能使植物细胞迅速脱水死亡，因而细胞壁硬化、细胞形 状固定，气孔也得以保持原样，有利于以后镜检研究，植物材料还可 长期保存。 优点: 镜下观察较印迹法的醒目， 植物材料可长期保存，凹陷气孔仍可 观察； 缺点: 破坏性取样，不适用于下表皮难以剥离的样品观察。
3) 气孔密度的测定