第4节 环境因素参与调节植物的生命活动
基础过关练
题组一 光对植物生长发育的调节
1.在黑暗中生长的植物幼苗通常表现为黄叶,称为黄化苗。光照影响幼苗叶色的分子机制如图所示。下列叙述错误的是( )
A.黑暗条件可能促进了细胞分裂素的降解,导致叶绿素合成量减少形成黄化苗
B.光敏色素是一类蛋白质,分布在植物的各个部位,主要吸收红光和蓝紫光
C.光敏色素接受光信号后,其空间结构会发生变化,影响特定基因的表达
D.光照环境下,光敏色素抑制HY5降解,使幼苗发生去黄化反应
2.(教材习题改编)科学家将一批莴苣种子交替暴露在红光(R)和红外光(FR)下,然后置于黑暗处。一段时间后,统计各组种子的萌发率如表所示。对这一实验结果,科学家研究发现其机理如图所示。已知光敏色素有Pr型(吸收红光)和Pfr型(吸收红外光),Pr与Pfr在不同光谱下可以相互转换,且莴苣种子对红光更敏感。下列分析错误的是( )
组别 光照处理方式 萌发率
1 R 70%
2 R→FR 6%
3 R→FR→R 74%
4 R→FR→R→FR 6%
5 R→FR→R→FR→R 76%
6 R→FR→R→FR→R→FR 7%
A.光敏色素Pr型在吸收红光后转变为Pfr型,而Pfr型吸收红外光后转变为Pr型
B.由表可知,种子的萌发率与最后一次光照的类型密切相关
C.未发芽的莴苣种子,光敏色素主要以非活性的Pr型存在于细胞质中,置于黑暗中的种子经红光处理后光敏色素Pfr型减少
D.Pfr传导的信号可能促进核内与合成赤霉素的酶相关的基因的表达进而促进种子的萌发
题组二 温度、重力对植物生长发育的调节
3.某些植物必须经春化作用才能开花(用低温诱导促使植物开花)。下表是对冬小麦进行春化处理的研究结果。
组别 1 2 3
处理方式 未经低温处理 经低温处理 先低温处理后高温处理
检测结果 没有某些特殊蛋白质 有某些特殊蛋白质 出现某些特殊蛋白质,高温处理后这些蛋白质消失
现象 不能抽穗开花 抽穗开花 不能抽穗开花
以下对研究结果的分析不正确的是( )
A.决定冬小麦抽穗开花的环境因素是温度
B.北方春季补种的冬小麦只会长苗不会开花结果
C.高温可以解除冬小麦的春化作用
D.春化作用产生的特殊蛋白质是低温诱导基因突变的结果
4.(易错题)“淀粉—平衡石假说”是被普遍承认的一种解释重力对植物生长调节的机制。植物对重力的感受是通过体内一类富含“淀粉体”的细胞(平衡石细胞)实现的,当植物放置方向发生改变时,平衡石细胞中的“淀粉体”就会沿着重力方向沉降,引起植物体内一系列信号分子的改变,从而造成重力对植物生长的影响,下列说法不正确的是( )
A.“淀粉体”能将重力信号转化为影响生长素运输方向的信号
B.“淀粉体”的沉降方向和生长素运输的方向相同
C.茎背地生长是因为平衡石细胞使向地一侧生长素分布多,细胞生长快
D.根向地生长是因为平衡石细胞使向地一侧生长素分布少,细胞生长慢
题组三 植物生长发育的整体调控
5.研究发现,拟南芥细胞中存在温度感受器ELF3蛋白。温度较低时,ELF3与开花基因结合阻断其转录。温度较高时,ELF3与开花基因脱离,促进开花。下列推测错误的是( )
A.ELF3在不同温度下的结构可能不同
B.低温下抑制ELF3的合成可使拟南芥延迟开花
C.温度作为一种信号,影响和调控拟南芥的开花
D.拟南芥开花与温度和特定基因的表达有关
6.植物激素和环境因素都可以作为信号,影响和调控植物生长发育,参与植物生命活动的调节。植物生命活动调节的原理在农业、园艺等生产活动中有着广泛的应用。
(1)从分子水平上看,植物具有能接收光信号的分子,其中的一种信号分子 (色素—蛋白复合体)受到光刺激后,会影响植物细胞内特定基因的表达,从而表现出生物学效应。
(2)从细胞水平上看,生长素和细胞分裂素协同促进细胞分裂的完成,而脱落酸则抑制细胞分裂,赤霉素和油菜素内酯能共同促进细胞分化,由此可以说明植物的生长发育调控主要是通过 来实现的。
(3)从器官水平上看,光周期(日照长短)会诱导植物激素的产生以及影响开花。下图是研究人员设计的光周期对植物开花影响的实验。注:图中植物去掉了顶端的全部叶子,A、D组植物分别接受长日照、短日照;B、C组植物方框内为受短日照处理的部分。
根据实验结果,补充实验报告中的有关内容(均填“叶”或“顶端”)。
测试项目 结果分析
感受光周期的部位 ①
接受诱导产生开花激素的部位 ②
开花激素作用的部位 ③
(4)在个体层次,植物的生长、发育、繁殖、休眠,实际上是植物响应环境变化,调控基因表达以及激素产生、分布,最终表现在器官和个体水平上的变化,请在下面方框中写出调节植物生长发育的基因表达、植物激素、环境因素之间的关系。
能力提升练
题组 环境因素参与调节植物生命活动的分析
1.“淀粉—平衡石假说”是被普遍承认的一种解释重力对植物生长调节的机制,部分过程如图所示。下列叙述正确的是 ( )
A.生长素很可能是一种脂溶性物质
B.内质网膜上Ca2+转运蛋白缺陷的突变体植株,其根的向地性相对不明显
C.钙调蛋白与Ca2+结合后,其空间结构改变,进而发生变性
D.生长素向近地侧运输引发根的向地性,生长素向远地侧运输引发茎的背地性
2.高温会引起莴苣种子发芽率降低、自由基积累等问题。赤霉素(GA3)、人工合成的细胞分裂素(6-BA)对高温胁迫下莴苣种子萌发影响的研究结果如图所示(注:植物细胞代谢过程中产生的过氧化氢可以通过反应产生自由基)。下列叙述错误的是( )
A.GA3和6-BA具有提高过氧化氢酶活性的作用
B.高温胁迫可能严重损伤莴苣种子内的DNA和蛋白质分子
C.GA3和6-BA在莴苣种子萌发过程中存在协同作用
D.GA3和6-BA对于种子萌发的作用均具有低浓度促进生长、高浓度抑制生长的特性
3.有些植物在生长期经历一段时期的低温之后才能开花,称为春化作用。冬小麦、拟南芥等多种植物存在这种现象。
(1)研究表明春化作用的适宜温度为0~10℃,低于冰点的春化作用处理无效,推测其可能原因是
。
(2)为探究低温处理时间对春化作用效果的影响,将拟南芥的种子浸泡在水中,用低温处理不同时长,然后迅速给予35℃下3天的去春化处理,记录低温处理的时间和去春化处理后仍保持春化作用效果种子的比例,结果如图所示,据此可得出的结论是 。
(3)一同学发现将春化处理植株的叶片嫁接到未经春化处理的同种植物上,可诱导未经春化处理的植株开花。对此现象作出的合理解释是 。
答案与分层梯度式解析
第4节 环境因素参与调节植物的生命活动
基础过关练
1.B 2.C 3.D 4.D 5.B
1.B 细胞分裂素可以促进叶绿素合成,黑暗条件可能加速了细胞分裂素的降解,导致叶绿素合成量减少,形成黄化苗,A正确。光敏色素是一类蛋白质,分布在植物的各个部位,主要吸收红光和远红光,B错误。由图可知,光敏色素在黑暗环境下和光照环境下的结构不同,推测其接受光信号后,空间结构会发生变化;光照环境下,光敏色素结构改变之后,抑制HY5降解,从而影响特定基因的表达,使幼苗发生去黄化反应,C、D正确。
2.C 根据表中的实验结果可知,红光促进种子萌发的作用可以被随后照射的红外光降低,若用红光和红外光交替多次处理,种子的萌发率取决于最后照射的是哪种光;若最后照射的是红光,结合题图可知,光敏色素Pr型吸收红光转变为Pfr型,传导信息到细胞核,调控基因表达,最后解除休眠;而光敏色素Pfr型吸收红外光后会转变为Pr型,A、B正确。黑暗条件下光敏色素主要以Pr型存在,红光会促进Pr型转化为Pfr型,则置于黑暗中的种子经红光处理后光敏色素Pfr型增加,C错误。赤霉素可解除种子休眠、促进种子萌发,光敏色素Pfr型把信号传递给细胞核,促进细胞表达出控制赤霉素合成的酶,进而合成赤霉素,促进种子萌发,D正确。
3.D 题述实验自变量为温度处理方式,研究结果可说明决定冬小麦抽穗开花的环境因素是温度,并且高温可以解除冬小麦的春化作用,A、C正确。北方春季补种的冬小麦没有经过低温处理,只会长苗不会开花结果,B正确。由表可知,未经低温处理,无特殊蛋白质;经低温处理,有特殊蛋白质;先低温处理后高温处理,出现了某些特殊蛋白质,但高温处理后这些蛋白质消失,说明特殊蛋白质是环境因素影响的结果,而不是基因突变的结果,D错误。
4.D 当植物放置方向发生改变时,平衡石细胞中的“淀粉体”就会沿着重力方向沉降,引起植物体内一系列信号分子的改变,如“淀粉体”能将重力信号转化为影响生长素运输方向的信号,“淀粉体”的沉降方向和生长素运输的方向相同,都是沿着重力方向,A、B正确。平衡石细胞可使向地一侧生长素分布多,但茎对生长素的敏感度相对较低,向地侧生长素浓度高,促进生长作用更强,茎出现背地性;而根对生长素的敏感度较高,向地侧生长素浓度高抑制生长,背地侧生长素浓度低促进生长,根出现向地性,C正确,D错误。
5.B 温度较低时,ELF3与开花基因结合阻断其转录;温度较高时,ELF3与开花基因脱离,促进开花,推测ELF3在不同温度下的结构不同,温度作为一种信号,可以通过影响基因的表达来影响拟南芥的开花,A、C、D正确。低温下抑制ELF3的合成,则ELF3不能与开花基因结合阻断其转录,会促进开花,B错误。
6.答案 (1)光敏色素
(2)多种激素相互作用共同调控细胞的分裂分化
(3)叶 叶 顶端
(4)
解析 (3)分析植物经不同光照处理后的开花情况:
分组 处理 结果
A组 接受长日照 不开花
B组 叶片接受短日照 开花
C组 顶端接受短日照 不开花
D组 接受短日照 开花
A、D组实验结果对比,说明该植物属于短日照植物。B、C、D组的实验结果对比,说明感受光周期的部位是叶,接受诱导产生开花激素的部位也是叶;叶子接受短日照刺激后产生的开花激素,从叶运输到顶端,从而使B组植株开花,开花激素作用的部位是顶端。(4)植物生长发育的调控中,激素作为信息分子,会影响基因的表达;激素的产生和分布是基因表达调控的结果,也受环境因素的影响;植物通过光敏色素响应环境变化,调控基因表达及激素的产生和分布。基因表达、植物激素、环境因素之间的关系见答案。
能力提升练
1.B 脂溶性物质一般可以通过自由扩散进出细胞,而题图中的生长素需借助转运蛋白进行跨膜运输,A错误;内质网膜上Ca2+转运蛋白缺陷的突变体植株,Ca2+无法及时激活钙调蛋白,影响生长素向近地侧运输,无法显著引起生长素分布不均,其根的向地性相对不明显,B正确;钙调蛋白与Ca2+结合后,其空间结构发生可逆改变,不发生变性,C错误;植物不同器官对生长素的敏感程度不同,生长素向近地侧运输引发根的向地性和茎的背地性,D错误。
2.D 据图乙可知,与浓度为0时相比,GA3和6-BA均可以提高过氧化氢酶活性,且GA3和6-BA共同使用时效果更好,A正确。高温会引起莴苣种子发芽率降低、自由基积累等问题,自由基积累会攻击细胞内的DNA和蛋白质分子等,从而破坏其结构、影响其功能,B正确。图甲中,与浓度为0时相比,GA3、6-BA均可以提高莴苣种子发芽率,且在一定浓度范围内,GA3和6-BA共同使用时效果更好,C正确。题图中,GA3和6-BA对于种子萌发的作用均只体现了促进生长的特性,D错误。
3.答案 (1)春化作用处理时需要保持一定的细胞代谢活性,温度太低时细胞代谢被抑制
(2)低温处理时间越长,春化作用的效果越稳定
(3)已春化处理的植物叶片中含有某种促进开花的化学物质
解析 (1)春化作用处理时需要保持一定的细胞代谢活性,温度过低可能导致酶活性过低,无法进行必要的细胞代谢,因此低于冰点的春化作用处理无效。(2)图中随着低温处理时间的延长,去春化处理后仍保持春化作用效果种子的比例越高,说明低温处理时间越长,春化作用的效果越稳定。(3)已春化处理的植物叶片中可能含有某种促进开花的化学物质,这种物质传递到未经春化处理的植株可诱导其开花。
1(共22张PPT)
1.调节作用:光作为一种信号,影响、调控植物生长、发育的全过程。
2.光敏色素——能接收光信号的一种分子
(1)本质:蛋白质(色素—蛋白复合体)。
(2)分布:植物体的各个部位,其中在分生组织的细胞内比较丰富。
第4节 环境因素参与调节植物的生命活动
必备知识 清单破
知识点 1 光对植物生长发育的调节
3.调节机制
归纳总结 光是植物进行光合作用的能量来源,也是调节植物生命活动的重要因素。
1.温度
(1)年轮的形成
春夏季细胞分裂快、细胞体积大,树干上形成颜色较浅的带;秋冬季细胞分裂慢、细胞体积
较小,树干上形成颜色较深的带。
(2)春化作用
有些植物在生长期需要经历一段时间的低温之后才能开花。这种经历低温诱导促使植物开
花的作用,称为春化作用。
知识点 2 参与调节植物生命活动的其他环境因素
特别提醒 春化作用的意义:可以避免出现在冬季来临之前开花从而无法正常结果的情况。
2.重力
(1)调节机制:“淀粉—平衡石假说”。
(2)根的向地性和茎的背地性
①生长素浓度:a②根、茎对生长素的敏感度不同。
③作用效果
特别提醒 若将该植物放到太空中,由于没有重力的影响,植株将横向生长。
1.植物生长发育的调控,是由基因表达调控、激素调节和环境因素调节共同完成的。
2.植物生长发育的调节网络
知识点 3 植物生长发育的整体调控
知识辨析
1.种子的萌发都需要光,但菊、水稻的开花与光照时长无关,是否正确
不正确。有些植物种子,如洋葱、番茄种子的萌发受到光的抑制。菊、水稻要光照短于一定的时长才开花。
2.光敏色素只分布在叶肉细胞的叶绿体的膜结构上,是否正确
不正确。光敏色素分布在植物的各个部位,其中在分生组织的细胞内比较丰富。
3.植物的根可以靠根尖中的细胞感受重力,从而引起根的向地生长,是否正确
正确。植物的根、茎中具有感受重力的物质和细胞,可将重力信号转换成运输生长素的信号,使生长素分布不均匀,从而调节植物的生长方向。
4.根的向地性和茎的背地性都只体现了生长素的促进作用,是否正确
不正确。根的向地性体现了生长素的促进作用和抑制作用,茎的背地性只体现了生长素的促进作用。
提示
提示
提示
提示
1.实验操作
注:B盒下侧有开口,可以进光。
2.实验分析
(1)A为对照组,受重力的影响,幼苗向上弯曲生长。
(2)B为实验组,受重力、单侧光的影响。重力调节幼苗向上弯曲生长,下方的单侧光调节幼苗向下弯曲生长。
关键能力 定点破
定点 光、重力对植物生命活动的影响
3.结果预测及结论
(1)若A、B中幼苗都向上弯曲生长,只是B向上弯曲程度小,说明重力对生长素分布的影响大
于单侧光。
(2)若A中幼苗向上弯曲生长,B中幼苗向下弯曲生长,说明单侧光对生长素分布的影响大于重
力。
(3)若A中幼苗向上弯曲生长,B中幼苗基本不弯曲,说明单侧光对生长素分布的影响约等于重
力。
生长素存在两种类型,在酸性环境中,IAA的羧基不易解离,生长素主要呈非解离型(I-
AAH),较亲脂。中性环境时,生长素主要为解离型(IAA-)。
生长素可通过两种机制进入植物细胞。机制1:质子型IAAH透过磷脂双分子层;机制2:
IAA-由H+-IAA-同向运输蛋白参与运输。
学科素养 情境破
情境探究
素养 科学思维——生长素极性运输模型
问题1 生长素通过机制1和机制2进入细胞的方式相同吗
不同。机制1质子型IAAH透过磷脂双分子层进入细胞属于自由扩散;机制2IAA-进入
细胞由H+-IAA-同向运输蛋白参与,属于消耗能量的主动运输。
问题2 细胞壁呈酸性的原因是什么
H+通过H+-ATP酶逆浓度梯度向细胞壁运输H+,维持细胞壁的酸性。
问题3 在细胞质基质中,两种类型的生长素哪一种占优势
细胞质基质的pH为7,中性环境中生长素主要为解离型(IAA-)。
问题4 生长素极性运输的方向与哪些蛋白的分布有关
AUX蛋白分布在细胞的顶部,PIN蛋白分布在细胞的基部。
提示
提示
提示
提示
讲解分析
1.细胞壁空间的生长素通过扩散或在输入载体AUX蛋白的协助下,从细胞的顶端流入细胞质
基质,又在细胞基部质膜上的输出载体PIN蛋白等的协助下输出细胞。如此反复进行,形成了
生长素的极性运输。
2.生长素除了极性运输外,还能通过植物的维管系统实现长距离运输,包括韧皮部运输和通过
木质部沿着植物茎秆向上或向下运输。生长素非极性运输的方向主要决定于两端生长素的
浓度差。生长素的非极性运输和极性运输共同发挥作用,调控细胞内生长素的平衡。
典例呈现
例题 植物根系穿过充满空气的土壤气孔时,瞬时缺水会抑制侧根生长,再次遇到湿润土壤时
恢复侧根生长的现象称为“干分支”,这使植物能最大限度利用分布不均的土壤水源。为探
究其机制,科研人员以拟南芥为材料开展实验。
(1)植物激素作为 分子,可由产生部位运送到作用部位,是能对植物生长发育有显著
影响的 有机物。
(2)科研人员用两层琼脂之间的间隙模拟土壤气孔,对拟南芥根尖施加“干分支”刺激,观察
野生型(WT)和ABA基因缺失突变体的侧根生长情况,并检测WT根尖表层细胞中ABA的含量
变化,结果分别如图1、图2所示。
①由图1可知,ABA在“干分支”反应中 侧根的生长。
②正常情况下,根尖的水分由表层流向内层细胞,但环境缺水会引起内层韧皮部细胞的水分
向表层流动,约8 h到达表层细胞。图2结果显示
,可推测产生于韧皮部的ABA也伴随水分向表层细胞移动。
(3)生长素是调控侧根发育的重要激素,膜上的生长素输出载体PIN和输入载体AUX的空间分
布决定生长素的运输方向(图3)。通常生长素的运输方向为“表层细胞→内层细胞(侧根发
生部位)”,但当根尖进入土壤气孔后,检测到表层细胞中生长素含量增加,且并未显示有新的
生长素合成,根据这一结果结合图3提出两种可能的假设。
假设1: 。
假设2:PIN和AUX的数量或结构改变,抑制了生长素“表层细胞→内层细胞”的运输。若要
验证上述假说,需进一步检测根尖表层细胞膜上 是否发生变化。
(4)后续研究中证实生长素在表层细胞和内层细胞间的运输并非由PIN和AUX介导,而是通过
胞间连丝(PD)实现的。科研人员对WT拟南芥根尖施加“干分支”刺激,检测到其PD关闭且
无侧根生长,敲除ABA基因后结果相反,推测“干分支”刺激下,ABA通过促进PD关闭来影响
侧根生长。欲为此推测提供证据,需对 (填数字)的根尖施加“干分支”刺
激,并检测PD的开闭和侧根生长情况。
①PD疏通剂+WT ②PD疏通剂+ABA基因缺失突变体 ③PD阻断剂+WT ④PD阻断剂+
ABA基因缺失突变体
解题思路 (1)植物激素是由植物体内产生,能从产生部位运送到作用部位,对植物的生长发
育有显著影响的微量有机物。是细胞间进行信息传递的信息分子。
(2)图1中WT组存在ABA,但间隙处没有侧根生长,而ABA基因缺失突变体在间隙处有侧根生
长,说明ABA在“干分支”反应中抑制侧根的生长。由图2可知,根尖进入间隙8小时后,表层
细胞ABA含量迅速增加,推测产生于韧皮部的ABA也伴随水分向表层细胞移动。
(3)结合题干信息,分析得出结论。
(4)归纳题干信息:
欲为此推测提供证据,设计实验。
自变量:有无ABA基因、PD关闭或打开。
因变量:是否有侧根生长。
无关变量:“干分支”刺激。
实验思路:
答案 (1)信息 微量(高效) (2)抑制 根尖进入间隙8小时后,表层细胞ABA含量迅速升高
(3)PIN和AUX空间分布的变化使生长素进行“内层细胞→表层细胞”的反向运输 PIN
和AUX的结构、数量和空间分布 (4)①④
