Question

研究表明气孔的张开与保卫细胞膜上的H⁺—ATPase有着非常密切的关系。H⁺—ATPase被蓝光诱导激活后就会利用ATP水解释放的能量将H⁺分泌到细胞外，此时内向K⁺离子通道开启，细胞外的K⁺转移进保卫细胞；同时其他相关阴离子在H⁺协助下也进入保卫细胞，从而使气孔张开。气孔张开运动的相关机理如下图所示。

注：图中两个细胞贴近气孔部分细胞壁较厚，伸缩性较小，外侧较薄

（1）保卫细胞膜上的H⁺—ATPase被激活时，细胞内的H⁺通过____________的方式转移出保卫细胞；据细胞吸水与失水的原理推测，蓝光诱导后气孔张开的原因是__________________。

（2）植物有时为防止水分过度散失气孔会关闭，此时叶肉细胞仍可进行光合作用，消耗的CO₂可来自___________和___________，但光合速率会明显减慢；气孔开启瞬间植物叶肉细胞消耗C₅的速率会___________（填“增大”或“减小”或“不变”）。

（3）科研人员利用转基因技术在拟南芥保卫细胞中表达了由光控制的K⁺通道蛋白BL，试图提高气孔动力，即光照增强时气孔打开的更快，光照减弱时关闭的也更快。

①欲探究BL蛋白是否发挥了此功能，可在变化的光照强度和恒定光照强度下，分别测正常植株和转基因植株的气孔动力，该实验的自变量是_____________________。

②若实验表明BL蛋白发挥了预期的作用，而在恒定光照强度下生长的转基因株系生物量积累和用水效率方面，与正常植株无明显差异，说明____________________。

Answer

主动运输 K+和其他相关离子进入保卫细胞，使保卫细胞内的渗透压升高，细胞吸水使气孔张开 细胞间隙 线粒体 增大 光照强度是否变化和植株类型 BL蛋白只在变化的光照强度下发挥作用（BL蛋白在恒定光照强度下不起作用）

【解析】

根据题干信息分析，H+-ATPase是一种位于保卫细胞膜上的载体蛋白，其可以将氢离子运出保卫细胞，且消耗能量，为主动运输；该载体蛋白还具有酶的催化作用，可以催化ATP水解释放能量，供给氢离子的跨膜运输等生命活动。

（1）细胞内的H+移出保卫细胞属于逆浓度梯度运输，保卫细胞膜上的H+—ATPase被激活时，水解ATP为其提供能量，故运输方式是主动运输；蓝光诱导激活后就会利用ATP水解释放的能量将H+分泌到细胞外，此时内向K+离子通道开启，K+和其他相关离子进入保卫细胞，使保卫细胞内的渗透压升高，细胞吸水使气孔张开。

（2）气孔关闭时叶肉细胞进行光合作用消耗的CO2可来自细胞间隙储存的CO2和线粒体有氧呼吸产生的CO2；气孔开启瞬间，CO2浓度增大，短时间内二氧化碳的固定速率加快，故植物叶肉细胞消耗C5的速率会增大。

（3）欲探究BL蛋白是否发挥了此功能，可在变化的光照强度和恒定光照强度下，分别测正常植株和转基因植株的气孔动力，由此分析可知该实验的自变量是光照强度是否变化和植株类型，因变量是气孔动力。若实验表明BL蛋白发挥了预期的作用，而在恒定光照强度下生长的转基因株系生物量积累和用水效率方面，与正常植株无明显差异，说明BL蛋白只在变化的光照强度下发挥作用（BL蛋白在恒定光照强度下不起作用）。