Question

【題目】研究表明氣孔的張開與保衛細胞膜上的H+—ATPase有著非常密切的關系。H+—ATPase被藍光誘導激活后就會利用ATP水解釋放的能量將H+分泌到細胞外，此時內向K+離子通道開啟，細胞外的K+轉移進保衛細胞；同時其他相關陰離子在H+協助下也進入保衛細胞，從而使氣孔張開。氣孔張開運動的相關機理如下圖所示。

注：圖中兩個細胞貼近氣孔部分細胞壁較厚，伸縮性較小，外側較薄

（1）保衛細胞膜上的H+—ATPase被激活時，細胞內的H+通過____________的方式轉移出保衛細胞；據細胞吸水與失水的原理推測，藍光誘導后氣孔張開的原因是__________________。

（2）植物有時為防止水分過度散失氣孔會關閉，此時葉肉細胞仍可進行光合作用，消耗的CO2可來自___________和___________，但光合速率會明顯減慢；氣孔開啟瞬間植物葉肉細胞消耗C5的速率會___________（填“增大”或“減小”或“不變”）。

（3）科研人員利用轉基因技術在擬南芥保衛細胞中表達了由光控制的K+通道蛋白BL，試圖提高氣孔動力，即光照增強時氣孔打開的更快，光照減弱時關閉的也更快。

①欲探究BL蛋白是否發揮了此功能，可在變化的光照強度和恒定光照強度下，分別測正常植株和轉基因植株的氣孔動力，該實驗的自變量是_____________________。

②若實驗表明BL蛋白發揮了預期的作用，而在恒定光照強度下生長的轉基因株系生物量積累和用水效率方面，與正常植株無明顯差異，說明____________________。

Answer 1

【答案】主動運輸 K+和其他相關離子進入保衛細胞，使保衛細胞內的滲透壓升高，細胞吸水使氣孔張開 細胞間隙 線粒體 增大 光照強度是否變化和植株類型 BL蛋白只在變化的光照強度下發揮作用（BL蛋白在恒定光照強度下不起作用）

【解析】

根據題干信息分析，H+-ATPase是一種位于保衛細胞膜上的載體蛋白，其可以將氫離子運出保衛細胞，且消耗能量，為主動運輸；該載體蛋白還具有酶的催化作用，可以催化ATP水解釋放能量，供給氫離子的跨膜運輸等生命活動。

（1）細胞內的H+移出保衛細胞屬于逆濃度梯度運輸，保衛細胞膜上的H+—ATPase被激活時，水解ATP為其提供能量，故運輸方式是主動運輸；藍光誘導激活后就會利用ATP水解釋放的能量將H+分泌到細胞外，此時內向K+離子通道開啟，K+和其他相關離子進入保衛細胞，使保衛細胞內的滲透壓升高，細胞吸水使氣孔張開。

（2）氣孔關閉時葉肉細胞進行光合作用消耗的CO2可來自細胞間隙儲存的CO2和線粒體有氧呼吸產生的CO2；氣孔開啟瞬間，CO2濃度增大，短時間內二氧化碳的固定速率加快，故植物葉肉細胞消耗C5的速率會增大。

（3）欲探究BL蛋白是否發揮了此功能，可在變化的光照強度和恒定光照強度下，分別測正常植株和轉基因植株的氣孔動力，由此分析可知該實驗的自變量是光照強度是否變化和植株類型，因變量是氣孔動力。若實驗表明BL蛋白發揮了預期的作用，而在恒定光照強度下生長的轉基因株系生物量積累和用水效率方面，與正常植株無明顯差異，說明BL蛋白只在變化的光照強度下發揮作用（BL蛋白在恒定光照強度下不起作用）。