摘 要 氣孔是植物進(jìn)行呼吸作用、光合作用及蒸騰作用等氣體代謝活動(dòng)時(shí)氣體的通道。氣孔運(yùn)動(dòng)的無機(jī)離子吸收學(xué)說認(rèn)為，氣孔的開閉同ATP酶—H+泵和離子的運(yùn)輸有關(guān)。根據(jù)這一原理設(shè)計(jì)了一個(gè)適合高中生的探究氣孔開閉機(jī)理的拓展性實(shí)驗(yàn)，意在促進(jìn)學(xué)生對氣孔結(jié)構(gòu)和開閉機(jī)理的認(rèn)識(shí)，從而更好地理解氣孔在植物光合作用、呼吸作用以及蒸騰作用等氣體交換過程中的作用。

關(guān)鍵詞 氣孔 保衛(wèi)細(xì)胞 開閉機(jī)理 探究

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B

氣孔是高等陸生植物表皮所特有的結(jié)構(gòu)，是植物表皮上兩個(gè)保衛(wèi)細(xì)胞及其圍繞形成的空隙的總稱。氣孔在植物的呼吸作用、光合作用以及蒸騰作用等氣體代謝過程中作為空氣和水蒸氣的通道，通過保衛(wèi)細(xì)胞的開閉運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)氣體的通過量，在生理上具有重要的意義?，F(xiàn)階段我國各版本的高中生物學(xué)教材不具有專門介紹氣孔開閉機(jī)理的章節(jié)，但是教師在講解植物光合作用、呼吸作用以及蒸騰作用等原理及過程方面的內(nèi)容時(shí)都會(huì)涉及到氣體交換的知識(shí)。根據(jù)這一教材編制的現(xiàn)狀，作者設(shè)計(jì)了探究氣孔開閉機(jī)理的拓展性實(shí)驗(yàn)，目的在于，學(xué)生通過這個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)饪椎慕Y(jié)構(gòu)及其開閉機(jī)理有個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，有助于學(xué)生更好的理解植物光合作用、呼吸作用以及蒸騰作用等過程中氣體的交換。

1 實(shí)驗(yàn)原理

氣孔的開閉與保衛(wèi)細(xì)胞的水勢有關(guān)，保衛(wèi)細(xì)胞水勢下降吸水膨脹，氣孔張開；水勢上升失水縮小，氣孔關(guān)閉。氣孔運(yùn)動(dòng)的無機(jī)離子吸收學(xué)說認(rèn)為，在光照條件下，保衛(wèi)細(xì)胞質(zhì)膜上的H+—ATP酶被激活，水解ATP使H+分泌出保衛(wèi)細(xì)胞，形成跨膜H+電化學(xué)勢梯度，驅(qū)動(dòng)K+從周圍細(xì)胞通過K+通道進(jìn)入保衛(wèi)細(xì)胞，引起保衛(wèi)細(xì)胞水勢下降，吸水膨脹，氣孔開放。

2 實(shí)驗(yàn)材料

2.1 植物

新鮮的蠶豆葉采摘后黑暗處理1 h開始實(shí)驗(yàn)。

2.2 器材

鋁箔、100 mL燒杯、pH試劑、顯微鏡、載玻片和蓋玻片、吸管、刀片。

2.3 試劑

pH為7的KCl溶液（3.7 g/500 mL）、pH為4.5的KCl溶液（取pH為7的KCl溶液用HCl調(diào)節(jié)pH到4.5）、pH為7的NaCl溶液（0.58 g/100 mL）。

3 實(shí)驗(yàn)步驟

3.1 設(shè)置實(shí)驗(yàn)組

設(shè)計(jì)4個(gè)實(shí)驗(yàn)組，如表1所示。

3.2 處理材料

將黑暗處理1 h后，同一植株上大小相似的健康葉片分別放置到盛有配置好的溶液的燒杯中，每組放置三片。將A、C、D三組放置到陽光下，將B組用鋁箔包裹燒杯外壁，將其放置于黑暗中。

3.3 制片觀察與記錄

處理完畢后用鑷子撕下蠶豆葉的下表皮，分別制作臨時(shí)裝片，每組制作三片。接著，利用顯微鏡觀察裝片，先在10倍鏡下選取視野，后放大到40倍鏡下統(tǒng)計(jì)氣孔的開閉狀況。每個(gè)裝片分別統(tǒng)計(jì)6個(gè)視野，記錄完全開放、半開放以及關(guān)閉的氣孔數(shù)。

3.4 數(shù)據(jù)處理

分別統(tǒng)計(jì)每組完全開放、半開放以及關(guān)閉的氣孔數(shù)的比例，制圖分析結(jié)果。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果案例展示如圖2、圖3所示。

統(tǒng)計(jì)氣孔的開閉情況制作表格如表2所示。

4.2 結(jié)果分析

4.2.1 光照對氣孔開閉的影響

對比A與B組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從圖3中可以看出，經(jīng)光照處理的葉片，將近40%的氣孔都是完全開放，近24%關(guān)閉；而黑暗處理的葉片，只有2%左右的氣孔是完全開放的，近88%關(guān)閉，由此可得，光照能夠促進(jìn)植物下表皮氣孔的開放。

4.2.2 H+對氣孔開閉的影響

從圖4中可以看出，關(guān)照條件下在pH為4.5的KCl溶液中處理過的葉片，只有近21%的氣孔是完全開放的，近37%的氣孔關(guān)閉。對比A組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，酸性環(huán)境對氣孔的開放具有一定的抑制作用。

4.2.3 K+對氣孔開閉的影響

從圖5可以看出，經(jīng)NaCl溶液處理過的葉片，只有20%左右的氣孔是完全開放的，近55%的氣孔關(guān)閉。對比A組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在氣孔的開閉過程中，K+影響了保衛(wèi)細(xì)胞細(xì)胞膜的通透性，對氣孔的開放具有積極的作用。

5 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的反思與總結(jié)

實(shí)驗(yàn)所用材料容易獲取，儀器設(shè)備簡單，操作難度適于高中生的認(rèn)知能力水平；實(shí)驗(yàn)結(jié)果容易觀察與統(tǒng)計(jì)，對照組之間對比明顯，實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜菀讓?shí)現(xiàn)；實(shí)驗(yàn)結(jié)論對于學(xué)生具有一定的啟發(fā)意義，便于學(xué)生進(jìn)行拓展思考施肥以及酸雨等外界因素對植物生理活動(dòng)的影響；學(xué)生通過操作這個(gè)實(shí)驗(yàn)不但能夠進(jìn)一步的掌握植物氣孔的結(jié)構(gòu)和開閉機(jī)理方面的知識(shí)，而且還能訓(xùn)練徒手制作植物下表皮裝片、使用顯微鏡以及統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)的技能，建立“設(shè)置對照組”、“單一變量”等探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的理念，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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