Question

干旱环境中植物叶表皮气孔关闭，CO₂吸收减少，造成农作物减产。科研人员发现H₂S可增强植物抵御干旱的能力，选取拟南芥为实验材料进行下列实验。

（1）在正常浇水和干旱条件下，分别添加H₂S，测定气孔导度（气孔导度越大，气孔打开程度越大）和光合速率，结果如图1。

比较________组结果，可知在干旱环境中，H₂S对气孔导度和光合速率的影响分别是____________。

（2）叶表皮保卫细胞吸水膨胀，气孔打开，这一现象与细胞膜上K⁺-ATP通道有关。研究发现植物自身可产生H₂S，为探究H₂S影响气孔导度和光合作用的机理，进行如下实验。

实验一：同时检测三个品种拟南芥细胞膜上K⁺-ATP通道蛋白含量，结果如图2。

实验二：检测不同处理方式中固定二氧化碳的Rubisco酶的活性，结果如图3。

①请推测H₂S影响气孔导度的机理_____________________________。

②图3的实验结果表明_______________________________。

（3）H₂S可帮助植物抵御干旱环境，请综合上述实验和所学生物学知识分析植物是如何适应干旱环境的________________________________________________。

Answer

3、4组（或干旱和干旱+H2S） 抑制气孔导度，提高光合速率 H2S降低保卫细胞膜上，K+-ATP通道蛋白的含量，K+进细胞减少；保卫细胞的细胞液浓度低，细胞失水，气孔关闭，气孔导度下降 H2S提高了 Rubisco酶活性 ①H2S降低了细胞膜上K+通道蛋白含量，导致气孔关闭，气孔导度下降，蒸腾作用下降，水分散失减少，从而保证细胞代谢正常进行，以适应干旱环境。

②H2S提高了叶绿体中 Rubisco酶活性，使光合作用过程中CO2固定速度加快，光合作用速率提高，以适应干旱环境

【解析】

图1中，1和2结果对比可知，添加H2S后，气孔导度和光合速率均降低；3、4组结果对比可知，添加H2S后，气孔导度降低，光合速率增大。

图2中，与野生型相比，H2S超表达突变体细胞膜上K+-ATP通道蛋白的含量较高，H2S缺陷突变体细胞膜上K+-ATP通道蛋白的含量较低。

图3中，1、2结果对比和3、4组结果对比可知，添加H2S后，Rubisco酶的活性增大。

（1）比较3、4组结果可知，在干旱环境中，添加H2S后，气孔导度降低，光合速率增大，说明H2S可抑制气孔导度，提高光合速率。

（２）①由图2可知，与野生型相比，H2S超表达突变体细胞膜上K+-ATP通道蛋白的含量较高，H2S缺陷突变体细胞膜上K+-ATP通道蛋白的含量较低。说明H2S可降低保卫细胞膜上K+-ATP通道蛋白的含量，K+进细胞减少；保卫细胞的细胞液浓度低，细胞失水，气孔关闭，气孔导度下降。

②图3中，1、2结果对比和3、4组结果对比可知，添加H2S后，Rubisco酶的活性增大，说明H2S可提高Rubisco酶活性。

（3）综合上述实验和所学生物学知识分析可知，①H2S降低了细胞膜上K+通道蛋白含量，导致气孔关闭，气孔导度下降，蒸腾作用下降，水分散失减少，从而保证细胞代谢正常进行，以适应干旱环境。②H2S可提高了叶绿体中Rubisco酶活性，使光合作用过程中CO2固定速度加快，光合作用速率提高，以适应干旱环境。