第三課時 素養(yǎng)提升課-破譯新情境·系統(tǒng)實驗知能

第三課時素養(yǎng)提升課——破譯新情境·系統(tǒng)實驗知能一、破譯新情境——抽象、理性的學(xué)科情境要讀懂新情境問題植物酸生長理論、CO基因與向光素[科普科研材料]材料一:植物酸生長理論“酸生長”學(xué)說是指由生長素啟動的一個酸化過程。細胞膜上存在著非活化的質(zhì)子泵(H+?ATP酶),生長素可使其活化,活化了的質(zhì)子泵消耗能量(ATP),將細胞內(nèi)的H+泵到細胞壁中,導(dǎo)致細胞壁所處溶液的pH下降。在酸性條件下,H+使細胞壁中對酸不穩(wěn)定的鍵(如氫鍵)斷裂,更為重要的是,H+使細胞壁中的某些多糖水解酶(如纖維素酶)活化或增加,從而使連接半纖維素與纖維素微纖絲之間的鍵斷裂,細胞壁松弛,細胞內(nèi)部的壓力下降,導(dǎo)致細胞吸水體積增大,進而發(fā)生不可逆增長。某科學(xué)家提出酸生長理論的生化機制和遺傳學(xué)證據(jù),即SAUR是生長素調(diào)控細胞生長的主要響應(yīng)基因。當沒有生長素信號時,AUX/IAA(轉(zhuǎn)錄抑制因子)與ARF(轉(zhuǎn)錄激活因子)相結(jié)合,從而抑制SAUR的轉(zhuǎn)錄;當生長素信號存在時,生長素受體(SCFs復(fù)合體)與生長素結(jié)合后,與AUX/IAA的結(jié)合能力大大增強,導(dǎo)致AUX/IAA與ARF結(jié)合減少,引起SAUR的轉(zhuǎn)錄。SAUR蛋白直接與H+?ATP酶局部PP2C.D相互作用,抑制PP2C.D磷酸酶的活性,解除其對H+?ATP酶的抑制,促進H+?ATP酶的磷酸化,活性增強,導(dǎo)致H+泵到細胞壁中,從而實現(xiàn)促進細胞的生長。[信息助讀]材料二:CO基因與向光素1.調(diào)控植物開花的CO基因CO(CONSTANS)基因是監(jiān)測日照長度、調(diào)控植物開花的重要基因。目前從擬南芥、水稻、油菜、馬鈴薯等多個物種中都已經(jīng)克隆到同源基因。其作用機理是長日照激活CO基因,由CO基因表達產(chǎn)生的CO蛋白結(jié)合在成花素基因靠近RNA聚合酶作用的部位,從而激活該基因表達出成花素,并運輸?shù)角o頂端,促進植物開花。2.向光素對植物生長的影響向光素是繼光敏色素、隱花色素之后發(fā)現(xiàn)的一種藍光受體蛋白,介導(dǎo)植物向光性運動、葉綠體移動與氣孔開放等反應(yīng)。在藍光信號傳導(dǎo)反應(yīng)中向光素啟動生長素載體的運動和誘導(dǎo)Ca2+的流動,從而調(diào)節(jié)植物細胞相關(guān)的反應(yīng),例如由藍光激活的向光素調(diào)節(jié)著生長素運輸載體的磷酸化,引起生長素的側(cè)向運動,導(dǎo)致植物器官不對稱生長。[內(nèi)蘊知識融通]1.根據(jù)材料一信息回答下列問題:(1)質(zhì)子泵(H+?ATP酶)是一種,將細胞內(nèi)的H+泵到細胞壁中屬于。

(2)生長素可以促進根系生長,但高濃度的生長素通過促進乙烯的生物合成,從而又抑制了根的伸長,這說明生長素具有的作用。用單側(cè)光照射燕麥幼苗時,由胚芽鞘的產(chǎn)生生長素,由于生長素的橫向運輸和,使尖端下部的生長素向光側(cè)比背光側(cè)含量。

(3)H+的增多使細胞壁松弛,導(dǎo)致細胞吸水的主要原因是。(4)概述某科學(xué)家對“酸生長”學(xué)說進行的理論解釋。(限100字以內(nèi))。

2.根據(jù)材料二信息回答下列問題:(5)CO蛋白可促進開花,能證明它是一種植物激素嗎?。

(6)藍光作用于向光素(受體蛋白),向光素位于細胞膜的,具有信息傳遞的功能;植物體不同部位對藍光敏感度不一樣,是的結(jié)果。

[遷移創(chuàng)新訓(xùn)練]1.科學(xué)家提出“酸生長理論”,認為生長素能夠促進H+向細胞外主動運輸,使細胞壁周圍pH下降,軟化細胞壁從而促進生長。下列有關(guān)敘述錯誤的是()A.生長素的調(diào)節(jié)依賴于細胞膜上和細胞內(nèi)的受體識別來傳遞信息B.將胚芽鞘切段放入酸性緩沖液中也能表現(xiàn)促進細胞伸長的效果C.在生長素作用下,H+通過協(xié)助擴散的方式進入細胞壁D.細胞壁在酸性條件下發(fā)生結(jié)構(gòu)改變導(dǎo)致細胞壁松弛,細胞膨脹,引起細胞生長2.我國科學(xué)家證實生長素可以誘導(dǎo)細胞膜上類受體蛋白激酶（TMK）激活質(zhì)子泵，將大量H+泵至細胞外，這為“酸生長理論”提供了有力證據(jù)。該理論認為生長素能夠促進H+向細胞外運輸，使細胞壁周圍pH下降，軟化細胞壁從而促進植物生長。下列相關(guān)敘述正確的是()A.質(zhì)子泵具有既是H+載體又可以合成ATP的雙重功能B.將植物莖切斷放入pH較高的環(huán)境中將有利于莖段的生長C.阻斷胚芽鞘的呼吸作用后放入適宜濃度的生長素溶液中，一段時間后溶液pH將降低D.將TMK基因敲除的胚芽鞘放入適宜濃度的生長素溶液中，生長速度慢于正常胚芽鞘3.CONSTANS(縮寫為CO)基因是監(jiān)測日照長短、調(diào)控植物開花的重要基因。某些植物在長日照條件下,韌皮部細胞中的CO蛋白會結(jié)合在基因FT靠近轉(zhuǎn)錄起始的部位,從而激發(fā)基因FT表達出成花素,并運輸?shù)角o頂端,促進植物開花。下列分析正確的是()A.CO蛋白通過與非基因片段結(jié)合,調(diào)控基因的表達B.成花素從韌皮部細胞運輸?shù)角o頂端細胞的方式為協(xié)助擴散C.成花素的加工與核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體有關(guān)D.植物開花受日照長短和相關(guān)基因的共同影響4.研究表明,高等植物的向光性與向光素(光受體)有關(guān),向光素是一種自磷酸化蛋白激酶。不同波長的光照影響向光素的自磷酸化過程,激活的向光素調(diào)節(jié)著生長素運輸載體的磷酸化,引起生長素的側(cè)向運動,導(dǎo)致植物器官不對稱生長。下圖為用不同波長的單側(cè)光照射玉米胚芽鞘后測量的吸收值與胚芽鞘彎曲角度曲線。下列說法不正確的是()A.高等植物的向光性主要受藍紫光調(diào)節(jié)B.核黃素與向光素的吸收光特性基本一致C.β?胡蘿卜素可作為向光彎曲生長的輔助色素D.紅光刺激向光素發(fā)生自磷酸化是引起玉米胚芽鞘向光彎曲的主要原因二、系統(tǒng)實驗知能——實驗方案的補充及評價“五看法”把握評價、修訂或完善實驗設(shè)計[專題提能訓(xùn)練]1.(2025·合肥模擬)某校生物興趣小組用溶液培養(yǎng)法研究生長素(IAA)和赤霉素(GA3)對玉米胚芽鞘生長的影響,得到如下實驗結(jié)果。(1)圖中“?”處理方法是。據(jù)上圖推斷IAA和GA3混合使用后表現(xiàn)出。

(2)實驗中用激素處理胚芽鞘時,應(yīng)將IAA加在胚芽鞘尖端而不是加到培養(yǎng)液中,原因是。若實驗中使用的IAA濃度為m,則改用高于m濃度的IAA時,玉米胚芽鞘的長度(填“會”“不會”或“不一定”)增加。

(3)用一般的理化方法很難檢測出瓊脂塊中是否含有生長素?，F(xiàn)將某瓊脂塊放在去除尖端的玉米胚芽鞘上,若胚芽鞘能夠生長,說明該瓊脂塊中含有一定量的生長素。該實驗存在缺陷,補救措施為。2.研究認為由植物頂端產(chǎn)生的生長素可以向下極性運輸進入側(cè)芽,從而產(chǎn)生對側(cè)芽生長的抑制作用。獨腳金內(nèi)酯(SLs)是一類植物激素,參與調(diào)節(jié)植物分枝和根的形態(tài)建成。(1)科研人員用人工合成的獨腳金內(nèi)酯類似物(GR24)和生長素類調(diào)節(jié)劑(NAA)處理擬南芥植株,結(jié)果如圖。據(jù)圖說明在調(diào)節(jié)側(cè)枝生長方面生長素和獨腳金內(nèi)酯具有關(guān)系。

(2)有研究指出,獨腳金內(nèi)酯除了可以影響分枝和根形態(tài)的建成,還可以通過MAK2信號途徑參與葉片衰老以及脅迫抗性,MAK2基因突變后可以通過降低脫落酸響應(yīng)影響氣孔關(guān)閉以及脅迫響應(yīng)來降低植物對干旱和鹽脅迫抗性。為驗證植物在干旱條件下氣孔開度降低是獨腳金內(nèi)酯通過影響脫落酸合成間接完成的,請利用野生型、獨腳金內(nèi)酯合成缺陷突變體、脫落酸合成缺陷突變體等實驗材料完成下列實驗設(shè)計。①取野生型植株、在正常條件下測定氣孔開度,經(jīng)干旱處理后,再測定氣孔開度。

②取植株,分為兩組,實驗組用一定濃度的進行處理,對照組,經(jīng)過干旱處理后,檢測兩組的含量并測定兩組植株氣孔開度。

實驗結(jié)果分析:實驗①中。

實驗②中。

說明植物在干旱條件下氣孔開度降低是獨腳金內(nèi)酯通過影響脫落酸合成間接完成的。第三課時素養(yǎng)提升課一、破譯新情境——抽象、理性的學(xué)科情境要讀懂[內(nèi)蘊知識融通](1)載體蛋白主動運輸(2)在濃度較低時促進生長，在濃度過高時抑制生長尖端極性運輸少(3)細胞壁松弛，細胞內(nèi)部的壓力下降，導(dǎo)致細胞吸水(4)沒有生長素信號時，SAUR不轉(zhuǎn)錄，有生長素信號時，SAUR轉(zhuǎn)錄，SAUR蛋白直接與H＋-ATP酶的PP2C.D結(jié)合，增強H＋-ATP酶的活性，使H＋泵到細胞壁中，實現(xiàn)細胞生長(5)CO蛋白是由長日照激活CO基因表達產(chǎn)生的，可與成花素基因結(jié)合調(diào)控成花素基因的表達，促進開花，并不能證明CO蛋白是一種植物激素(6)外側(cè)基因選擇性表達[遷移創(chuàng)新訓(xùn)練]1．選C由圖可知，生長素的調(diào)節(jié)需要和細胞膜上以及細胞內(nèi)受體結(jié)合，調(diào)節(jié)生命活動，A正確；將胚芽鞘切段放入酸性緩沖液，H＋可進入細胞壁，軟化細胞壁從而促進細胞伸長，B正確；H＋通過主動運輸?shù)姆绞竭M入細胞壁，C錯誤；細胞壁在酸性條件下發(fā)生結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致細胞膨脹，引起細胞生長，D正確。2．選D質(zhì)子泵具有既是H＋載體又可以催化ATP水解的雙重功能，A錯誤；“酸生長理論”認為生長素能夠促進H＋向細胞外運輸，使細胞壁周圍pH下降，軟化細胞壁從而促進植物生長，所以將植物莖切段放入pH較低的環(huán)境中將有利于莖切段的生長，B錯誤；質(zhì)子泵將大量H＋泵至細胞外屬于主動運輸，需要消耗能量，阻斷胚芽鞘的呼吸作用后放入適宜濃度的生長素溶液中，一段時間后溶液pH不會降，C錯誤；將TMK基因敲除的胚芽鞘放在適宜濃度的生長素溶液中，由于TMK基因已經(jīng)被敲除，無法通過生長素誘導(dǎo)H＋通過質(zhì)子泵泵出細胞，無法促進植物細胞生長，則TMK基因敲除的胚芽鞘生長速度慢于正常胚芽鞘，D正確。3．選DCO蛋白結(jié)合的是基因FT，即基因片段，A錯誤；根據(jù)題意無法判斷成花素從韌皮部細胞運輸?shù)角o頂端細胞的方式，有可能為主動運輸，B錯誤；成花素化學(xué)成分未知，若其為蛋白質(zhì)，則成花素的合成場所是核糖體，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體是加工場所，C錯誤；根據(jù)題意可知，某些植物在長日照條件下，植物體內(nèi)相關(guān)基因表達，植物才會開花，D正確。4．選D胚芽鞘對藍紫光的吸收值與胚芽鞘彎曲角度同步變化，說明高等植物的向光性主要受藍紫光調(diào)節(jié)，A正確；高等植物的向光性與向光素(光受體)有關(guān)，核黃素與β-胡蘿卜素的吸收值與胚芽鞘彎曲角度同步變化，據(jù)此可推測核黃素與向光素的吸收光特性基本一致，B正確；β-胡蘿卜素對光的吸收值的變化與胚芽鞘的彎曲角度變化一致，說明β-胡蘿卜素可作為向光彎曲生長的輔助色素，C正確；紅光區(qū)域的胚芽鞘彎曲角度幾乎無變化，且紅光區(qū)域的吸收值很低，據(jù)此說明紅光刺激向光素發(fā)生自磷酸化不是引起玉米胚芽鞘向光彎曲的主要原因，D錯誤。二、系統(tǒng)實驗知能——實驗方案的補充及評價1．解析：(1)圖中“？”處理方法是加等量蒸餾水，作為空白對照；結(jié)合圖示可知，單獨使用GA3或IAA以及兩者混合使用均高于對照組，IAA和GA3混合使用后胚芽鞘長度高于單獨使用GA3或IAA組，因此說明IAA和GA3具有協(xié)同作用。(2)生長素被吸收后在胚芽鞘中的運輸是極性運輸，因此為檢測IAA對胚芽鞘的作用效果，應(yīng)將IAA加在胚芽鞘尖端而不是加到培養(yǎng)液中；生長素對胚芽鞘的生長具有低濃度促進、高濃度抑制的作用，因此增加生長素的濃度，不一定會增加胚芽鞘的長度。(3)增加一組將空白瓊脂塊放在去除尖端的玉米胚芽鞘上的實驗，以排除瓊脂塊本身的干擾。答案：(1)加等量蒸餾水(或不加激素)協(xié)同作用(2)生長素被吸收后在胚芽鞘中的運輸是極性運輸(或只能由形態(tài)學(xué)上端運輸?shù)叫螒B(tài)學(xué)下端)不一定(3)增加一組將空白瓊脂塊放在去除尖端的玉米胚芽鞘上的實驗2．解析：(1)根據(jù)圖像可知，生長素類調(diào)節(jié)劑和獨腳金內(nèi)酯類似物混合處理時，側(cè)枝長度比二者分別處理都短，且都比對照組短，說明二者均能抑制側(cè)枝生長，為協(xié)同關(guān)系。(2)①本實驗是驗證植物在干旱條件下氣孔開度的降低是獨腳金內(nèi)酯通過影響脫落酸合成間接完成的。因此因變量需要檢測氣孔開放度的變化，故應(yīng)取野生型植株、脫落酸合成缺陷突變體在正常條件下測定氣孔開度，經(jīng)干旱處理后，再測定氣孔開度，以說明脫落酸能夠降低氣孔開度。②取獨腳金內(nèi)酯合成缺陷突變體植株，分為兩組，實驗組用一定濃度的獨腳金內(nèi)酯水溶液進行處理，對照組不做處理(或清水處理或蒸餾水處理)，經(jīng)過干旱處理后，檢測兩組脫落酸的含量，以說明干旱條件下獨腳金內(nèi)酯能夠促進脫落酸的