Question

【題目】研究表明氣孔的張開與保衛(wèi)細(xì)胞膜上的H+—ATPase有著非常密切的關(guān)系。H+—ATPase被藍(lán)光誘導(dǎo)激活后就會(huì)利用ATP水解釋放的能量將H+分泌到細(xì)胞外，此時(shí)內(nèi)向K+離子通道開啟，細(xì)胞外的K+轉(zhuǎn)移進(jìn)保衛(wèi)細(xì)胞；同時(shí)其他相關(guān)陰離子在H+協(xié)助下也進(jìn)入保衛(wèi)細(xì)胞，從而使氣孔張開。氣孔張開運(yùn)動(dòng)的相關(guān)機(jī)理如下圖所示。

注：圖中兩個(gè)細(xì)胞貼近氣孔部分細(xì)胞壁較厚，伸縮性較小，外側(cè)較薄

（1）保衛(wèi)細(xì)胞膜上的H+—ATPase被激活時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的H+通過____________的方式轉(zhuǎn)移出保衛(wèi)細(xì)胞；據(jù)細(xì)胞吸水與失水的原理推測，藍(lán)光誘導(dǎo)后氣孔張開的原因是__________________。

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

（3）科研人員利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)在擬南芥保衛(wèi)細(xì)胞中表達(dá)了由光控制的K+通道蛋白BL，試圖提高氣孔動(dòng)力，即光照增強(qiáng)時(shí)氣孔打開的更快，光照減弱時(shí)關(guān)閉的也更快。

①欲探究BL蛋白是否發(fā)揮了此功能，可在變化的光照強(qiáng)度和恒定光照強(qiáng)度下，分別測正常植株和轉(zhuǎn)基因植株的氣孔動(dòng)力，該實(shí)驗(yàn)的自變量是_____________________。

②若實(shí)驗(yàn)表明BL蛋白發(fā)揮了預(yù)期的作用，而在恒定光照強(qiáng)度下生長的轉(zhuǎn)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(dòng)運(yùn)輸 K+和其他相關(guān)離子進(jìn)入保衛(wèi)細(xì)胞，使保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)的滲透壓升高，細(xì)胞吸水使氣孔張開 細(xì)胞間隙 線粒體 增大 光照強(qiáng)度是否變化和植株類型 BL蛋白只在變化的光照強(qiáng)度下發(fā)揮作用（BL蛋白在恒定光照強(qiáng)度下不起作用）

【解析】

根據(jù)題干信息分析，H+-ATPase是一種位于保衛(wèi)細(xì)胞膜上的載體蛋白，其可以將氫離子運(yùn)出保衛(wèi)細(xì)胞，且消耗能量，為主動(dòng)運(yùn)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(yùn)輸?shù)壬�命活�?dòng)。

（1）細(xì)胞內(nèi)的H+移出保衛(wèi)細(xì)胞屬于逆濃度梯度運(yùn)輸，保衛(wèi)細(xì)胞膜上的H+—ATPase被激活時(shí)，水解ATP為其提供能量，故運(yùn)輸方式是主動(dòng)運(yùn)輸；藍(lán)光誘導(dǎo)激活后就會(huì)利用ATP水解釋放的能量將H+分泌到細(xì)胞外，此時(shí)內(nèi)向K+離子通道開啟，K+和其他相關(guān)離子進(jìn)入保衛(wèi)細(xì)胞，使保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)的滲透壓升高，細(xì)胞吸水使氣孔張開。

（2）氣孔關(guān)閉時(shí)葉肉細(xì)胞進(jìn)行光合作用消耗的CO2可來自細(xì)胞間隙儲(chǔ)存的CO2和線粒體有氧呼吸產(chǎn)生的CO2；氣孔開啟瞬間，CO2濃度增大，短時(shí)間內(nèi)二氧化碳的固定速率加快，故植物葉肉細(xì)胞消耗C5的速率會(huì)增大。

（3）欲探究BL蛋白是否發(fā)揮了此功能，可在變化的光照強(qiáng)度和恒定光照強(qiáng)度下，分別測正常植株和轉(zhuǎn)基因植株的氣孔動(dòng)力，由此分析可知該實(shí)驗(yàn)的自變量是光照強(qiáng)度是否變化和植株類型，因變量是氣孔動(dòng)力。若實(shí)驗(yàn)表明BL蛋白發(fā)揮了預(yù)期的作用，而在恒定光照強(qiáng)度下生長的轉(zhuǎn)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(qiáng)度下發(fā)揮作用（BL蛋白在恒定光照強(qiáng)度下不起作用）。