形成气孔和水孔的一对细胞。通常是肾形的细胞,但禾本科的气孔则呈哑铃形。气孔的保卫细胞含有叶绿体,因为细胞壁面对孔隙的一侧(腹侧)比较厚,而外侧(背侧)比较薄,所以随着细胞内压的变化,可进行开闭运动。蕨类和藓类的保卫细胞因腹侧较薄而背侧较厚,由于内压的增加,腹壁延伸,细胞厚度增加,两细胞分离,而小孔张开。通常象五倍子、紫鸭跖草一类的保卫细胞,因在小孔的内外产生壁突起样增厚,孔道内外分别形成称为前庭与后庭的小腔;而小浮萍没有这样的突起。旱生植物,在保卫细胞或邻接的表皮细胞上面,壁明显增厚,同时又有蜡质沉积,从而形成了复杂的结构,把气孔的开口部遮盖〔苍珊瑚属(Heliopora)、杓兰属(Cypri-pedium)〕。保卫细胞是来源于上表皮,经几次分裂后,产生了保卫细胞母细胞。以后一分为二,相邻细胞壁间的果胶质溶解而形成小孔。它的发生与叶内细胞间隙的发育有着密切的关系。水孔的保卫细胞构造是简单的,没有开闭的功能,小孔总是开放着。气孔老化以后,保卫细胞也就丧失了开闭的功能。 保卫细胞吸水时,气孔张开,保卫细胞失水时,气孔闭合。
这个过程的关键参与者是内部的叶绿体。叶绿体在阳光的作用下,把经有气孔进入叶子内部的二氧化碳和由根部吸收的水转变成为葡萄糖,同时释放氧气:
12H2O + 6CO2 + 光 → C6H12O6 (葡萄糖) + 6O2↑+ 6H2O