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第4节　环境因素参与调节植物的生命活动
[学习目标]　1.简述光、温度、重力等参与调节植物生命活动。2.阐明环境因素的调节与植物的适应性之间的关系。3.举例说明植物生命活动的调节具有复杂性和整体性。
一、光对植物生长发育的调节
1.光在植物生长发育中的调节作用
(1)光作为一种信号,影响、调控植物生长、发育的全过程。
(2)举例。
①光能够影响某些植物种子的萌发。
②光影响叶绿素的形成,并影响植物的形态。
③很多植物的开花与昼夜长短(光周期)有关。
2.光敏色素及其调节
3.植物体内除了光敏色素,还有感受蓝光的受体。可以认为,环境中的红光、蓝光,对于植物的生长发育来说,是非常关键的。
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
1.
2.重力
(1)重力是调节植物生长发育和形态建成的重要环境因素。
(2)植物的根、茎中具有感受重力的物质和细胞,可以将重力信号转换成运输生长素的信号,造成生长素分布的不均衡,从而调节植物的生长方向。
(3)“淀粉—平衡石假说”。
①植物对重力的感受是通过体内一类富含“淀粉体”的细胞,即平衡石细胞来实现的。
②当根的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。如通过影响生长素的运输导致生长素沿着重力刺激的方向不对称分布,从而造成重力对植物生长的影响。
三、植物生长发育的整体调控
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.植物的生长、发育、繁殖、休眠,都处在基因适时选择性表达的调控之下。
3.激素作为信息分子,会影响细胞的基因表达,从而起到调节作用。同时,激素的产生和分布是基因表达调控的结果,也受到环境因素的影响。
判断正误
(1)植株的衰老不受光的调控。(　　)
【答案】 ×
【提示】 光信号影响、调控植物生长发育的全过程。
(2)光敏色素主要吸收红光和远红光,是植物体内唯一感受光照的受体。(　　)
【答案】 ×
【提示】 植物体内还有感受蓝光的受体。
(3)光敏色素感受光照之后,不会影响植物体内基因的表达。(　　)
【答案】 ×
【提示】 光敏色素感受光照之后,影响植物体内基因的表达。
(4)春化作用是指植物开花需经一定光照时长的诱导。(　　)
【答案】 ×
【提示】 春化作用是指植物开花需要经历一段时期的低温。
(5)植物的根茎靠根冠中的细胞感受重力,从而引起根的向地生长。(　　)
【答案】 √
(6)植物体内激素的产生和分布受基因表达的调控,不受环境的影响。(　　)
【答案】 ×
【提示】 植物体内激素的产生和分布受基因表达的调控,也受环境的影响。
任务一　分析光信号调控植物生长、发育的原理
　　分析光调控植物生长发育的反应机制示意图,回答有关问题。
(1)图中感受光信号刺激的A是光敏色素。
(2)光信号刺激后发生的变化按步骤分为①②③。请概述其含义是①感受信号→②传导信号→③发生反应。
(3)从图中分析,光信号调控特定的生物学效应的根本原因是影响特定基因的表达。
(4)从豆芽到豆苗,光对植物的颜色和形态有什么影响
【提示】 光既促使叶绿素的合成从而使豆苗变成绿色,也会影响豆苗的形态。
核心归纳
辨析光合色素和光敏色素
典型例题
1.植物光敏色素是一类色素—蛋白复合体,有红光吸收型(Pr)和远红光吸收型(Pfr)。无活性的Pr在细胞质中合成,接受红光刺激后可转化为有活性的Pfr并转移到细胞核内,影响特定基因的表达,从而表现出生物学效应。下列叙述错误的是(　　)
[A] 光敏色素分布在植物的各个部位,分生组织中尤为丰富
[B]光敏色素接受光刺激后传递信号,影响相关基因的表达
[C]Pfr和Pr活性不同是由于其空间结构不同
[D]在光合作用中,光敏色素能够吸收、传递和转化光能
【答案】 D
【解析】 在光合作用中,吸收、传递和转化光能的是光合色素。
2.苍耳是一种短日照植物,含有4片完全展开叶片的苍耳才有接受光周期的能力。为探究苍耳的开花调控与光周期的关系,研究人员对其进行了以下两个实验,图中光周期处理的L表示连续光照处理,D表示连续黑暗处理,除特殊说明外,均为整株处理;实验二中4株苍耳通过嫁接连在一起。一段时间后,实验一中的②③④不开花,其余均开花。下列叙述错误的是(　　)
[A] 苍耳的光敏色素主要将蓝紫光转化为化学能
[B]仅靠一片叶片足以完成光周期诱导的作用
[C]叶片感知光照信息后产生影响开花的物质能从嫁接部位传递给其他植株
[D]若提供合适光周期但打断连续黑暗后不开花,则开花由连续黑暗时长决定
【答案】 A
【解析】 苍耳的光敏色素是能感受光信号的分子,不能将光能转化为化学能;实验一中①与③组比较,二者的区别是处理的光周期不同,结果只有①组开花,说明苍耳开花需要的光周期为15L+9D,在实验二中四株苍耳通过嫁接连在一起,用15L+9D处理一株苍耳的一片叶片,其余三株苍耳均用16L+8D处理,结果均能开花,说明仅靠一片叶片能够完成光周期诱导的作用,叶片感知光照信息后产生影响开花的物质,能够从嫁接部位传递给其他植株;若提供合适的光周期,但打断连续黑暗后不开花,说明开花由连续黑暗时长决定。
任务二　分析其他环境因素对植物生长发育的调节
探究1　分析重力对植物生长发育的调节
　　种子萌发后,根向地生长、茎背地生长。如果将幼苗横过来,茎会弯曲向上生长,根则弯曲向下生长。
(1)在图中A与C、B与D,生长素浓度比较高的是哪些 为什么 细胞生长较快的是哪些
【提示】 A与C、B与D中,生长素浓度比较高的分别是C、D,由于重力作用,生长素向近地侧运输。细胞生长较快的分别是A、D。
(2)请用“淀粉—平衡石假说”解释根的向地性(补充完善下图)。
探究2　分析温度对植物生长发育的调节
　　萝卜、白菜、大蒜、冬小麦等植物,必须经低温诱导才能开花。这种经历低温诱导促使植物开花的作用,称为春化作用。
(1)有的植物需要经过春化作用才能开花,这对于它们适应所生存的环境的意义是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)温度本质上主要通过什么途径来调节植物生长发育
【提示】 温度对植物生长发育的调节本质上主要是通过对酶活性的影响来实现的。
典型例题
3.下面关于温度参与植物生长发育的调节的叙述,不正确的是(　　)
[A] 温度可影响种子萌发、植株生长、开花结果等生命活动
[B]冬小麦在生长期需要经历一段时期的低温之后才能开花
[C]温度能影响代谢的快慢
[D]温度不能决定植物分布的地域性
【答案】 D
【解析】 植物分布的地域性很大程度上就是由温度决定的。
4.(多选)“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。研究表明:根横放时,根冠平衡石细胞中的淀粉体会沉降到细胞下侧,诱发内质网释放Ca2+到细胞质内,与钙调素结合激活细胞下侧的钙泵和生长素泵,于是细胞下侧积累过多Ca2+和生长素,影响该侧细胞生长。下列说法正确的是(　　)
[A] 重力也是一种重要的环境因素,可调节植物的生长发育
[B]当内质网中初始Ca2+水平较低时,根横放时其向地性程度会增大
[C]太空环境下,玉米根部生长素仍能极性运输,但根生长失去向地性
[D]根部细胞内淀粉体影响生长素运输,使根部近地侧细胞生长受到抑制
【答案】 ACD
【解析】 重力是调节植物生长发育和形态建成的重要环境因素,可调节植物的生长发育,如植物根向地、茎背地生长,就是在重力的调节下形成的;当内质网中初始Ca2+水平较低时,根横放,内质网释放到细胞质内的Ca2+数量减少,最终影响细胞下侧钙泵和生长素泵的激活,使细胞下侧积累的Ca2+和生长素较少,对根的抑制作用减小,根向地性程度将减小;生长素的极性运输是需要消耗能量的主动运输,在太空中仍能进行,而在太空失重条件下,根横放时,植物根两侧的生长素含量相差不大,失去向地性;根部细胞内淀粉体影响生长素运输,使根部近地侧生长素含量增高,导致近地侧细胞生长受到抑制。
任务三　理解植物生长发育的整体调控
　　资料1:春化作用与一种称为FLC的蛋白质有关。该蛋白质可阻止植物开花。低温的天气激活了3个基因VRN1、VRN2和VRN3,这3个基因阻止了FLC的形成,因而启动了开花的过程。
　　资料2:赤霉素(GA)能促进种子中α-淀粉酶的合成。研究发现,GA处理后24 h,大麦中控制合成α-淀粉酶的mRNA逐渐增加,表明α-淀粉酶基因在GA的调控下进行转录形成mRNA,进而翻译形成α-淀粉酶。
(1)分析资料1,可以得到环境因素是如何调节植物生命活动的
【提示】 通过影响特定基因的表达,进而调控植物的生长发育。
(2)分析资料2,可以得到激素是如何调节植物生命活动的
【提示】 激素作为信息分子,会影响细胞的基因表达,从而起到调节作用。
(3)用恰当的方式表示调节植物生长发育的环境因素、植物激素和基因表达的关系。
【提示】
核心归纳
植物生长发育的整体调控
典型例题
5.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(三者关系如下图)。下列说法错误的是(　　)
[A] 图中a、b、c依次代表植物激素、基因和环境因素
[B]a的产生和分布是b调控的结果,也受到c的影响
[C]赤霉素调控萌发大麦种子α-淀粉酶基因表达体现a对b的影响
[D]单侧光照可以影响生长素在胚芽鞘伸长区的横向运输体现c改变a的分布
【答案】 D
【解析】 单侧光可改变生长素在胚芽鞘尖端的分布,即横向运输发生在胚芽鞘尖端,而不是胚芽鞘伸长区。
随堂检测反馈
1.下列关于植物生长发育的整体调控的叙述,错误的是(　　)
[A] 植物的生长、发育、繁殖、休眠,都处在基因适时选择性表达的调控之下
[B]激素的产生和分布是基因表达调控的结果
[C]激素的产生和分布不受环境因素影响
[D]光照、温度等环境因子的变化对植物激素的合成和分解具有调节作用
【答案】 C
【解析】 激素的产生和分布受环境因素影响。
2.下列与年轮的形成有关的描述,错误的是(　　)
[A] 多年生木本植物年轮的形成主要与气温的变化有关
[B]春夏季温度较高,细胞分裂快,细胞体积大,在树干上形成颜色浅的带
[C]年轮的一环就是植物一年增长的部分
[D]多年生木本植物都有年轮
【答案】 D
【解析】 许多热带植物由于气温变化不明显(一年内无明显的四季之分),而没有年轮。
3.下列生命活动不是环境因素参与调节的是(　　)
[A] 胚芽鞘向光弯曲生长
[B]生长素的极性运输
[C]根向地生长
[D]烟草种子萌发
【答案】 B
【解析】 生长素的极性运输与环境因素无关。
4.(2023·广东卷)种植和欣赏水仙是广东的春节习俗。当室外栽培的水仙被移入室内后,其体内会发生一系列变化,导致徒长甚至倒伏。下列分析正确的是(　　)
[A] 水仙光敏色素感受的光信号发生改变
[B]水仙叶绿素传递的光信号发生改变
[C]水仙转入室内后不能发生向光性弯曲
[D]强光促进了水仙花茎及叶的伸长生长
【答案】 A
【解析】 当室外栽培的水仙被移入室内后,光信号发生变化,光敏色素作为光信号的受体感受的光信号发生改变;叶绿素可以吸收、传递和转化光能,叶绿素本身不传递光信号;植物的向光性是指在单侧光的作用下,向光侧生长素浓度低于背光侧,导致背光侧生长快,向光侧生长慢,植物向光弯曲生长。水仙转入室内后,若给以单侧光,植物仍可以发生向光性弯曲;室外栽培的水仙被移入室内后,光照强度减弱,导致徒长,说明强光抑制水仙花茎及叶的伸长生长。
5.(多选)光调控某种植物种子萌发的机制如图所示,光敏色素phyB有两种结构形态,其中phyB-Pfr为活化态可抑制转录因子RVE的转录。转录因子RVE可以直接结合到GA(赤霉素)合成基因GA3ox2的启动子上,抑制该基因的表达。GA3ox2的表达产物可将无活性的赤霉素转变为有活性的赤霉素。下列说法正确的是(　　)
[A] 光敏色素是一类色素—蛋白复合体,受到光照射时,其结构会发生变化,这种结构的变化是一种信息,能调控植物细胞的生命活动
[B]植物的向光性生长,植株的生长、开花等均会受到光的调控,植物体内存在感受光的受体
[C]由图可知,红光对该植物种子萌发的影响与脱落酸调控种子萌发的作用效果类似
[D]由图可知,植物生命活动受环境因素、激素等的综合影响,环境因素可通过影响基因表达调控植物生命活动
【答案】 ABD
【解析】 由图可知,在红光下,非活化态的phyB-Pr转化为活化态的phyB-Pfr,phyB-Pfr抑制RVE的作用,从而促进种子萌发和抑制种子休眠,而脱落酸是抑制种子萌发的激素,所以红光对该植物种子萌发的影响与脱落酸调控种子萌发的作用效果不同。
　　有些植物的开花需要较长时间的日照,这些植物一般在春夏季开花,如菠菜;有些植物的开花需要较短时间的日照,这些植物一般在秋季开花,如菊科植物。人们把前者叫长日照植物,后者叫短日照植物。长日照植物开花有一个最小日照长度,短日照植物开花有一个最大日照长度,植物开花所需要的极限日照长度叫临界日长。科研人员将苍耳置于不同的光照和黑暗条件下进行实验,结果如图1所示。
(1)图1所示的实验中,各组处理的差异(变量)是光照与黑暗处理时长。据A、B组可知,苍耳为短(填“长”或“短”)日照植物。由图1前四组苍耳的营养生长和开花情况可知,苍耳开花的关键因素可能是足够长的连续黑暗期。据此推测E组中的苍耳开花(填“开花”或“营养生长”)。
晚上地球会发出红外光(非可见光),白天可见光中含有红光。因此光暗周期响应可能也与红光和远红光的刺激有关。科研人员用红光(R)和远红光(FR)进行暗期间断实验,图2表示在暗期用R和FR刺激对苍耳开花的影响。
(2)由图2可知,苍耳是否开花取决于最后是否使用远红光照射。该实验证明了光敏色素作为光信号受体参与了对光周期的感知。
(3)使用红光进行暗期间断后光敏色素将转变为Pfr(填“Pfr”或“Pr”)型,抑制苍耳开花。用远红光照射后,苍耳开花。据此推测,短日照植物开花需要较低(填“高”或“低”)的Pfr/Pr值。
课时作业
(时间:30分钟　分值:60分)
第1～8题每题3分,第9～10题每题6分,共计36分。
基础对点练
知识点1　光对植物生长发育的调节
1.光作为一种信号,影响、调控植物生长、发育的全过程。下列有关说法错误的是(　　)
[A] 多数植物的种子在有光的条件下才能萌发
[B]光敏色素是一类蛋白质,在受到光照刺激时,结构会发生改变
[C]有些植物的开花与昼夜长短有关系
[D]植物的向光性生长是植物对光刺激的反应
【答案】 A
【解析】 少数植物的种子需要在有光的条件下才能萌发。
2.小麦需要日照长度达到一定值才能开花,下面相关说法错误的是(　　)
[A] 小麦细胞内的光敏色素能感知光信号
[B]光信号在细胞内通过信息传递系统被传导到细胞核
[C]和小麦类似的植物通常在春末夏初开花
[D]长日照能增加细胞核内与开花有关的基因数量
【答案】 D
【解析】 长日照没有增加细胞核内与开花有关的基因数量,只是影响了相关基因的表达。
3.植物能通过感知外界光照变化,调节脱落酸和赤霉素合成,保证冬天(短日照)休眠、夏天(长日照)生长。下列有关叙述错误的是(　　)
[A] 长日照能促进脱落酸和赤霉素的合成
[B]脱落酸和赤霉素对植物休眠的调控相抗衡
[C]植物的生长发育不仅受激素调节,还受环境因素影响
[D]光作为一种信号,影响、调控植物生长和发育的全过程
【答案】 A
【解析】 夏季植物生长旺盛,赤霉素含量多,脱落酸含量少,故长日照能促进赤霉素的合成,不能促进脱落酸的合成。
4.高等植物的向光性主要受蓝光调节。向光素是一种自磷酸化蛋白激酶,在蓝光刺激下,发生自磷酸化而被激活。激活的向光素调节生长素运输载体的定位,进而引起生长素的侧向运输,最终使得植物器官不对称生长。下列有关描述错误的是(　　)
[A] 向光素是感受蓝光的受体蛋白
[B]植物生长发育受激素和环境的影响
[C]向光素激活后催化生长素基因的表达
[D]生长素的侧向运输与向光素的自磷酸化有关
【答案】 C
【解析】 分析题意可知,激活的向光素通过调节生长素运输载体的定位,进而引起生长素的侧向运输,而非催化生长素基因的表达。
知识点2　参与调节植物生命活动的其他环境因素
5.冬小麦经历一段时间低温后才能抽穗开花,这种经历低温诱导促使植物开花的作用,称为春化作用。用一定浓度的赤霉素(GA)溶液处理含水量正常的冬小麦种子,不经过低温处理也可以抽穗开花。下列叙述错误的是(　　)
[A] 温度作为一种信号,参与植物生命活动的调节
[B]春化作用对于植物适应生存的环境具有重要意义
[C]生产实践上可利用GA处理春季播种的冬小麦
[D]植物生长发育仅受激素调节和环境因素的作用
【答案】 D
【解析】 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。
6.绿色植物倒伏后,它的茎秆能部分恢复直立状态。下列说法错误的是(　　)
[A] 引起这种现象的原因是受重力影响
[B]根、茎中分布有感受重力的物质和细胞
[C]重力信号可以转化成生长素合成的信号影响其含量
[D]重力能影响植物的生长发育、形态建成
【答案】 C
【解析】 根、茎中分布有感受重力的物质和细胞,感受重力信号后转化成运输生长素的信号,导致生长素分布不均衡,调节植物的生长方向。
7.水稻分蘖的实质是水稻茎秆分枝,分枝相当于侧芽。研究发现,水稻体内的YUC基因突变后,水稻分蘖芽抑制作用解除、发育成新茎。下列推测错误的是(　　)
[A] 去除顶穗后水稻分蘖芽生长加快
[B]水稻体内YUC基因可能与生长素合成有关
[C]水稻分蘖的调控机制包括基因表达调控和激素调节
[D]施用生长素运输抑制剂能抑制水稻分蘖
【答案】 D
【解析】 顶端优势是指顶芽产生的生长素向侧芽运输,使顶芽生长素浓度降低,侧芽生长素浓度升高,结果低浓度的生长素促进顶芽生长,高浓度的生长素抑制侧芽生长的现象,因此去除顶穗后水稻分蘖芽生长加快,施用生长素运输抑制剂能促进水稻分蘖;水稻体内YUC基因突变后,水稻分蘖芽抑制作用解除,即顶端优势解除,推测YUC基因可能与生长素的合成有关,基因突变导致生长素合成减少,低浓度生长素促进分蘖芽生长;水稻分蘖的调控机制包括基因表达调控和激素调节。
8.下面为探究白菜经三种不同方式处理后植株的开花情况的实验。由该实验可得出的结论是(　　)
实验1:低温处理,不另外施加赤霉素;实验结果:白菜开花。
实验2:未经低温处理,另外施加赤霉素;实验结果:白菜开花。
实验3:未经低温处理,不另外施加赤霉素;实验结果:白菜不开花。
[A] 赤霉素能促进花的发育
[B]赤霉素能解除种子休眠
[C]赤霉素必须经低温诱导才能合成
[D]白菜必须经低温环境处理才能开花
【答案】 A
【解析】 比较实验2和实验3可知,赤霉素能促进花的发育;据题干信息不能得出赤霉素能解除种子休眠和赤霉素合成必须经低温诱导的结论;根据实验2的处理方法可知,白菜开花不一定必须经低温环境处理。
综合提升练
9.(多选)(2024·江西卷)阳光为生命世界提供能量,同时作为光信号调控生物的生长、发育和繁衍,使地球成为生机勃勃的美丽星球。下列叙述正确的是(　　)
[A] 植物可通过感受光质和光周期等光信号调控开花
[B]植物体中感受光信号的色素均衡分布在各组织中
[C]植物体中光敏色素结构的改变影响细胞核基因的表达
[D]光信号影响植物生长发育的主要机制是调节光合作用的强度
【答案】 AC
【解析】 植物细胞中的光敏色素可以感受光质和光周期等光信号调控开花;植物体中感受光信号的光敏色素在分生组织的细胞内比较丰富;光敏色素在感受光信号时会发生结构的改变,这种改变会影响细胞核基因的表达,进而调控开花;光信号影响植物生长发育的主要机制是调节植株生长、开花、衰老等。
10.(多选)下图是植物体内赤霉素(GA)和脱落酸(ABA)的形成过程,下列相关说法正确的是(　　)
[A] GA与ABA的形成从根本上说是植物体基因组选择性表达的结果
[B]GA与ABA有一定的相抗衡作用,共同对植物的生长发育起调节作用
[C]GA与ABA的形成受光照的影响
[D]GA与ABA在植物不同器官和组织中的含量往往相同
【答案】 ABC
【解析】 GA与ABA的形成从根本上说是植物体基因组选择性表达的结果;GA促进种子萌发,促进细胞分裂与分化,ABA抑制细胞分裂维持种子休眠,二者有一定的相抗衡作用,共同对植物的生长发育起调节作用;甲瓦龙酸在长日照条件下形成GA,在短日照条件下形成ABA,说明GA与ABA的形成受光照的影响;不同的植物激素在植物不同器官和组织中的含量往往不同。
11.(12分)植物生长过程中会对重力这一外界刺激产生反应,表现出向地性,这一现象称为重力反应。
(1)茎的背地性利于植物接受更多的阳光和空气,根的向地性利于植物深入土壤吸收　　
　　　　　　　,这些现象都是植物　　　　　　　　　的表现。
(2)独脚金内酯是一种植物激素,在植物体内作用广泛。为研究独脚金内酯是否参与重力反应的调控,研究人员将正常生长状态下的水稻幼苗水平放置后,施加一定浓度的独脚金内酯类似物GR24,一段时间后测量茎的弯曲角度θ(如图1)。实验结果(如图2)表明,GR24能
　　　(填“减弱”或“增强”)植株的重力反应。
(3)已知生长素在植物的重力反应中发挥关键作用。为研究GR24影响重力反应的作用机理,研究人员进一步检测了上述幼苗上半侧、下半侧(图1)中生长素响应基因R的表达情况(R基因的表达量与生长素含量呈正相关),实验结果如图3。由对照组的结果可知重力刺激对生长素分布的影响是　　　　　　　　　 　　　　　　　,导致茎两侧的细胞生长速度表现为　　　　　　　　　　　　　　　　,从而形成一定角度的弯曲,表现出背地性。对比实验组和对照组结果,并结合图2可推测　　　　　　　　　　。
【答案】 (每空2分)
(1)水和无机盐　适应环境　(2)减弱　(3)下半侧生长素含量高于上半侧　下半侧快于上半侧　GR24通过降低生长素不均匀分布的差异从而减弱重力反应
【解析】 (1)根的向地性利于植物深入土壤吸收水和无机盐,这是植物适应环境的表现。(2)据图2可知,施加一定浓度的独脚金内酯类似物GR24,茎的弯曲角度θ减小,说明GR24能减弱植株的重力反应。(3)根据图3,对照组的上半侧R基因的表达量较低,下半侧较高,即生长素含量上半侧低,下半侧高,导致茎下半侧生长速度快,表现出背地性。分析图3可知,与对照组相比,实验组幼苗上半侧与下半侧R基因表达量的差值减小,已知R基因的表达量与生长素含量呈正相关,因此推测GR24通过降低生长素不均匀分布的差异从而减弱重力反应。
12.(12分)为研究红光、远红光及赤霉素对莴苣种子萌发的影响,研究小组进行黑暗条件下莴苣种子萌发的实验。其中红光和远红光对莴苣种子赤霉素含量的影响如图甲所示,红光、远红光及外施赤霉素对莴苣种子萌发的影响如图乙所示。
甲
乙
回答下列问题。
(1)在不同波长的光照下,莴苣种子细胞内的　　　　可感知不同的信号刺激,且据图甲、图乙分析可知,　　　　光可激活该物质,进而促进种子萌发。
(2)据图可知,红光照射,随着处理时间的延长,莴苣种子萌发率逐渐增加,其原因可能是　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。红光处理莴苣种子,比外施赤霉素的种子萌发响应时间　　　　,可能是红光促进种子细胞内　　　　　　　 　　的表达效率较高,进而导致促进种子萌发的速度更快。
(3)若红光处理结合外施脱落酸,莴苣种子萌发率比单独红光处理　　　　。若要进一步探究赤霉素促进种子萌发的最适浓度,可在光照条件下,设置　　　　　　　　的赤霉素溶液分别处理未萌发的种子。
(4)红光促进种子萌发的机制有一种假说是红光能提高种子对赤霉素的敏感性。研究小组将某赤霉素合成缺陷型种子分为甲、乙、丙三组,其中甲组红光照射、乙组黑暗处理并施用适宜浓度的赤霉素、丙组红光照射并施用适宜浓度的赤霉素,若实验结果为
　,
则能证明该假说正确。
【答案】 (除标注外,每空1分)
(1)光敏色素　红　(2)随红光照射时间的延长,赤霉素含量逐渐升高,而赤霉素能促进种子萌发(2分)　短　赤霉素合成酶基因(2分)　(3)低　一系列一定浓度梯度　(4)甲组种子不萌发,丙组种子的萌发率大于乙组种子(3分)
【解析】 (1)在不同波长的光照下,莴苣种子细胞内的光敏色素可感知不同的信号刺激,图甲显示红光能使种子赤霉素含量增加,其机理为红光将光敏色素激活,进而调节相关基因表达,促进种子萌发。(2)据图可知,随红光照射时间的延长,赤霉素含量逐渐升高,而赤霉素能促进种子萌发,使莴苣种子萌发率逐渐增加;红光处理莴苣种子,比外施赤霉素的种子萌发响应时间短,可能是红光促进种子细胞内赤霉素合成酶基因的表达效率较高,进而导致促进种子萌发的速度更快。(3)红光处理促进种子萌发,脱落酸会抑制种子萌发,二者作用相反,所以红光处理结合外施脱落酸,莴苣种子萌发率比单独红光处理低。若要进一步探究赤霉素促进种子萌发的最适浓度,可在光照条件下,设置一系列一定浓度梯度的赤霉素溶液分别处理未萌发的种子。(共43张PPT)
第4节　环境因素参与调节植物的生命活动
1.简述光、温度、重力等参与调节植物生命活动。2.阐明环境因素的调节与植物的适应性之间的关系。3.举例说明植物生命活动的调节具有复杂性和整体性。
[学习目标]
预习案·自主学习
一、光对植物生长发育的调节
1.光在植物生长发育中的调节作用
(1)光作为一种信号,影响、调控植物生长、发育的全过程。
(2)举例。
①光能够影响某些植物种子的 。
②光影响叶绿素的形成,并影响植物的形态。
③很多植物的 与昼夜长短(光周期)有关。
萌发
开花
2.光敏色素及其调节
蛋白质
分生组织
红光
远红光
信息传递系统
基因的表达
3.植物体内除了光敏色素,还有感受 的受体。可以认为,环境中的红光、蓝光,对于植物的生长发育来说,是非常关键的。
蓝光
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
1.
低温
2.重力
(1)重力是调节植物生长发育和 的重要环境因素。
(2)植物的根、茎中具有感受重力的物质和细胞,可以将重力信号转换成 的信号,造成生长素分布的 ,从而调节植物的生长方向。
(3)“淀粉—平衡石假说”。
①植物对重力的感受是通过体内一类富含“淀粉体”的细胞,即 细胞来实现的。
②当根的放置方向发生改变时,平衡石细胞中的“淀粉体”就会沿着 方向沉降,引起植物体内一系列信号分子的改变。如通过影响 导致生长素沿着重力刺激的方向不对称分布,从而造成重力对植物生长的影响。
形态建成
运输生长素
不均衡
平衡石
重力
生长素的运输
三、植物生长发育的整体调控
1.植物生长发育的调控,是由 、 和 调节共同完成的。
2.植物的生长、发育、繁殖、休眠,都处在 的调控之下。
3.激素作为信息分子,会影响细胞的 ,从而起到调节作用。同时,激素的产生和分布是 的结果,也受到 的影响。
基因表达调控
激素调节
环境因素
基因适时选择性表达
基因表达
基因表达调控
环境因素
判断正误
(1)植株的衰老不受光的调控。(　　)
【提示】 光信号影响、调控植物生长发育的全过程。
(2)光敏色素主要吸收红光和远红光,是植物体内唯一感受光照的受体。
(　　)
×
×
【提示】 植物体内还有感受蓝光的受体。
(3)光敏色素感受光照之后,不会影响植物体内基因的表达。(　　)
×
【提示】 光敏色素感受光照之后,影响植物体内基因的表达。
(4)春化作用是指植物开花需经一定光照时长的诱导。(　　)
【提示】 春化作用是指植物开花需要经历一段时期的低温。
×
(5)植物的根茎靠根冠中的细胞感受重力,从而引起根的向地生长。(　　)
(6)植物体内激素的产生和分布受基因表达的调控,不受环境的影响。
(　　)
√
【提示】 植物体内激素的产生和分布受基因表达的调控,也受环境的影响。
×
探究案·互动探究
任务一　分析光信号调控植物生长、发育的原理
分析光调控植物生长发育的反应机制示意图,回答有关问题。
(1)图中感受光信号刺激的A是 。
(2)光信号刺激后发生的变化按步骤分为①②③。请概述其含义是
。
(3)从图中分析,光信号调控特定的生物学效应的根本原因是
。
(4)从豆芽到豆苗,光对植物的颜色和形态有什么影响
光敏色素
①感受
信号→②传导信号→③发生反应
影响特定基因
的表达
【提示】 光既促使叶绿素的合成从而使豆苗变成绿色,也会影响豆苗的形态。
「核心归纳」
辨析光合色素和光敏色素
「典型例题」
1.植物光敏色素是一类色素—蛋白复合体,有红光吸收型(Pr)和远红光吸收型(Pfr)。无活性的Pr在细胞质中合成,接受红光刺激后可转化为有活性的Pfr并转移到细胞核内,影响特定基因的表达,从而表现出生物学效应。下列叙述错误的是(　　)
[A] 光敏色素分布在植物的各个部位,分生组织中尤为丰富
[B]光敏色素接受光刺激后传递信号,影响相关基因的表达
[C]Pfr和Pr活性不同是由于其空间结构不同
[D]在光合作用中,光敏色素能够吸收、传递和转化光能
D
【解析】 在光合作用中,吸收、传递和转化光能的是光合色素。
2.苍耳是一种短日照植物,含有4片完全展开叶片的苍耳才有接受光周期的能力。为探究苍耳的开花调控与光周期的关系,研究人员对其进行了以下两个实验,图中光周期处理的L表示连续光照处理,D表示连续黑暗处理,除特殊说明外,均为整株处理;实验二中
4株苍耳通过嫁接连在一起。一段时间后,实验一中的②③④不开花,其余均开花。下列叙述错误的是(　　)
A
[A] 苍耳的光敏色素主要将蓝紫光转化为化学能
[B]仅靠一片叶片足以完成光周期诱导的作用
[C]叶片感知光照信息后产生影响开花的物质能从嫁接部位传递给其他植株
[D]若提供合适光周期但打断连续黑暗后不开花,则开花由连续黑暗时长决定
【解析】 苍耳的光敏色素是能感受光信号的分子,不能将光能转化为化学能;实验一中①与③组比较,二者的区别是处理的光周期不同,结果只有①组开花,说明苍耳开花需要的光周期为15L+9D,在实验二中四株苍耳通过嫁接连在一起,用15L+9D处理一株苍耳的一片叶片,其余三株苍耳均用16L+8D处理,结果均能开花,说明仅靠一片叶片能够完成光周期诱导的作用,叶片感知光照信息后产生影响开花的物质,能够从嫁接部位传递给其他植株;若提供合适的光周期,但打断连续黑暗后不开花,说明开花由连续黑暗时长决定。
任务二　分析其他环境因素对植物生长发育的调节
探究1　分析重力对植物生长发育的调节
种子萌发后,根向地生长、茎背地生长。如果将幼苗横过来,茎会弯曲向上生长,根则弯曲向下生长。
(1)在图中A与C、B与D,生长素浓度比较高的是哪些 为什么 细胞生长较快的是哪些
【提示】 A与C、B与D中,生长素浓度比较高的分别是C、D,由于重力作用,生长素向近地侧运输。细胞生长较快的分别是A、D。
(2)请用“淀粉—平衡石假说”解释根的向地性(补充完善下图)。
促进
抑制
大
近
探究2　分析温度对植物生长发育的调节
萝卜、白菜、大蒜、冬小麦等植物,必须经低温诱导才能开花。这种经历低温诱导促使植物开花的作用,称为春化作用。
(1)有的植物需要经过春化作用才能开花,这对于它们适应所生存的环境的意义是 。
(2)温度本质上主要通过什么途径来调节植物生长发育
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
【提示】 温度对植物生长发育的调节本质上主要是通过对酶活性的影响来实现的。
「典型例题」
3.下面关于温度参与植物生长发育的调节的叙述,不正确的是(　　)
[A] 温度可影响种子萌发、植株生长、开花结果等生命活动
[B]冬小麦在生长期需要经历一段时期的低温之后才能开花
[C]温度能影响代谢的快慢
[D]温度不能决定植物分布的地域性
D
【解析】 植物分布的地域性很大程度上就是由温度决定的。
4.(多选)“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。研究表明:根横放时,根冠平衡石细胞中的淀粉体会沉降到细胞下侧,诱发内质网释放Ca2+到细胞质内,与钙调素结合激活细胞下侧的钙泵和生长素泵,于是细胞下侧积累过多Ca2+和生长素,影响该侧细胞生长。下列说法正确的是(　　 )
[A] 重力也是一种重要的环境因素,可调节植物的生长发育
[B]当内质网中初始Ca2+水平较低时,根横放时其向地性程度会增大
[C]太空环境下,玉米根部生长素仍能极性运输,但根生长失去向地性
[D]根部细胞内淀粉体影响生长素运输,使根部近地侧细胞生长受到抑制
ACD
【解析】 重力是调节植物生长发育和形态建成的重要环境因素,可调节植物的生长发育,如植物根向地、茎背地生长,就是在重力的调节下形成的;当内质网中初始Ca2+水平较低时,根横放,内质网释放到细胞质内的Ca2+数量减少,最终影响细胞下侧钙泵和生长素泵的激活,使细胞下侧积累的Ca2+和生长素较少,对根的抑制作用减小,根向地性程度将减小;生长素的极性运输是需要消耗能量的主动运输,在太空中仍能进行,而在太空失重条件下,根横放时,植物根两侧的生长素含量相差不大,失去向地性;根部细胞内淀粉体影响生长素运输,使根部近地侧生长素含量增高,导致近地侧细胞生长受到抑制。
任务三　理解植物生长发育的整体调控
资料1:春化作用与一种称为FLC的蛋白质有关。该蛋白质可阻止植物开花。低温的天气激活了3个基因VRN1、VRN2和VRN3,这3个基因阻止了FLC的形成,因而启动了开花的过程。
资料2:赤霉素(GA)能促进种子中α-淀粉酶的合成。研究发现,GA处理后
24 h,大麦中控制合成α-淀粉酶的mRNA逐渐增加,表明α-淀粉酶基因在GA的调控下进行转录形成mRNA,进而翻译形成α-淀粉酶。
(1)分析资料1,可以得到环境因素是如何调节植物生命活动的
【提示】 通过影响特定基因的表达,进而调控植物的生长发育。
(2)分析资料2,可以得到激素是如何调节植物生命活动的
【提示】 激素作为信息分子,会影响细胞的基因表达,从而起到调节作用。
(3)用恰当的方式表示调节植物生长发育的环境因素、植物激素和基因表达的关系。
【提示】
「核心归纳」
植物生长发育的整体调控
「典型例题」
5.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(三者关系如下图)。下列说法错误的是(　　)
[A] 图中a、b、c依次代表植物激素、基因和环境因素
[B]a的产生和分布是b调控的结果,也受到c的影响
[C]赤霉素调控萌发大麦种子α-淀粉酶基因表达体现a对b的影响
[D]单侧光照可以影响生长素在胚芽鞘伸长区的横向运输体现c改变a的分布
D
【解析】 单侧光可改变生长素在胚芽鞘尖端的分布,即横向运输发生在胚芽鞘尖端,而不是胚芽鞘伸长区。
思维导图
随堂检测反馈
1.下列关于植物生长发育的整体调控的叙述,错误的是(　　)
[A] 植物的生长、发育、繁殖、休眠,都处在基因适时选择性表达的调控
之下
[B]激素的产生和分布是基因表达调控的结果
[C]激素的产生和分布不受环境因素影响
[D]光照、温度等环境因子的变化对植物激素的合成和分解具有调节作用
C
【解析】 激素的产生和分布受环境因素影响。
2.下列与年轮的形成有关的描述,错误的是(　　)
[A] 多年生木本植物年轮的形成主要与气温的变化有关
[B]春夏季温度较高,细胞分裂快,细胞体积大,在树干上形成颜色浅的带
[C]年轮的一环就是植物一年增长的部分
[D]多年生木本植物都有年轮
D
【解析】 许多热带植物由于气温变化不明显(一年内无明显的四季之分),而没有年轮。
3.下列生命活动不是环境因素参与调节的是(　　)
[A] 胚芽鞘向光弯曲生长
[B]生长素的极性运输
[C]根向地生长
[D]烟草种子萌发
B
【解析】 生长素的极性运输与环境因素无关。
4.(2023·广东卷)种植和欣赏水仙是广东的春节习俗。当室外栽培的水仙被移入室内后,其体内会发生一系列变化,导致徒长甚至倒伏。下列分析正确的是(　　)
[A] 水仙光敏色素感受的光信号发生改变
[B]水仙叶绿素传递的光信号发生改变
[C]水仙转入室内后不能发生向光性弯曲
[D]强光促进了水仙花茎及叶的伸长生长
A
【解析】 当室外栽培的水仙被移入室内后,光信号发生变化,光敏色素作为光信号的受体感受的光信号发生改变;叶绿素可以吸收、传递和转化光能,叶绿素本身不传递光信号;植物的向光性是指在单侧光的作用下,向光侧生长素浓度低于背光侧,导致背光侧生长快,向光侧生长慢,植物向光弯曲生长。水仙转入室内后,若给以单侧光,植物仍可以发生向光性弯曲;室外栽培的水仙被移入室内后,光照强度减弱,导致徒长,说明强光抑制水仙花茎及叶的伸长生长。
5.(多选)光调控某种植物种子萌发的机制如图所示,光敏色素phyB有两种结构形态,其中phyB-Pfr为活化态可抑制转录因子RVE的转录。转录因子RVE可以直接结合到GA(赤霉素)合成基因GA3ox2的启动子上,抑制该基因的表达。GA3ox2的表达产物可将无活性的赤霉素转变为有活性的赤霉素。
下列说法正确的是(　 　)
[A] 光敏色素是一类色素—蛋白复合体,受到光照射时,其结构会发生变化,这种结构的变化是一种信息,能调控植物细胞的生命活动
[B]植物的向光性生长,植株的生长、开花等均会受到光的调控,植物体内存在感受光的受体
[C]由图可知,红光对该植物种子萌发的影响与脱落酸调控种子萌发的作用效果类似
[D]由图可知,植物生命活动受环境因素、激素等的综合影响,环境因素可通过影响基因表达调控植物生命活动
ABD
【解析】 由图可知,在红光下,非活化态的phyB-Pr转化为活化态的phyB-Pfr,
phyB-Pfr抑制RVE的作用,从而促进种子萌发和抑制种子休眠,而脱落酸是抑制种子萌发的激素,所以红光对该植物种子萌发的影响与脱落酸调控种子萌发的作用效果不同。
联系实际 迁移应用
有些植物的开花需要较长时间的日照,这些植物一般在春夏季开花,如菠菜;有些植物的开花需要较短时间的日照,这些植物一般在秋季开花,如菊科植物。人们把前者叫长日照植物,后者叫短日照植物。长日照植物开花有一个最小日照长度,短日照植物开花有一个最大日照长度,植物开花所需要的极限日照长度叫临界日长。科研人员将苍耳置于不同的光照和黑暗条件下进行实验,结果如图1所示。
(1)图1所示的实验中,各组处理的差异(变量)是 。据A、B组可知,苍耳为 (填“长”或“短”)日照植物。由图1前四组苍耳的营养生长和开花情况可知,苍耳开花的关键因素可能是 。据此推测E组中的苍耳 (填“开花”或“营养生长”)。
光照与黑暗处理时长
短
足够长的连续黑暗期
开花
晚上地球会发出红外光(非可见光),白天可见光中含有红光。因此光暗周期响应可能也与红光和远红光的刺激有关。科研人员用红光(R)和远红光(FR)进行暗期间断实验,图2表示在暗期用R和FR刺激对苍耳开花的影响。
(2)由图2可知,苍耳是否开花取决于 。该实验证明了光敏色素作为 参与了对光周期的感知。
(3)使用红光进行暗期间断后光敏色素将转变为 (填“Pfr”或“Pr”)型,抑制苍耳开花。用远红光照射后,苍耳开花。据此推测,短日照植物开花需要较 (填“高”或“低”)的Pfr/Pr值。
最后是否使用远红光照射
光信号受体
Pfr
低第4节　环境因素参与调节植物的生命活动
课时作业
(时间:30分钟　分值:60分)
第1～8题每题3分,第9～10题每题6分,共计36分。
基础对点练
知识点1　光对植物生长发育的调节
1.光作为一种信号,影响、调控植物生长、发育的全过程。下列有关说法错误的是(　　)
[A] 多数植物的种子在有光的条件下才能萌发
[B]光敏色素是一类蛋白质,在受到光照刺激时,结构会发生改变
[C]有些植物的开花与昼夜长短有关系
[D]植物的向光性生长是植物对光刺激的反应
【答案】 A
【解析】 少数植物的种子需要在有光的条件下才能萌发。
2.小麦需要日照长度达到一定值才能开花,下面相关说法错误的是(　　)
[A] 小麦细胞内的光敏色素能感知光信号
[B]光信号在细胞内通过信息传递系统被传导到细胞核
[C]和小麦类似的植物通常在春末夏初开花
[D]长日照能增加细胞核内与开花有关的基因数量
【答案】 D
【解析】 长日照没有增加细胞核内与开花有关的基因数量,只是影响了相关基因的表达。
3.植物能通过感知外界光照变化,调节脱落酸和赤霉素合成,保证冬天(短日照)休眠、夏天(长日照)生长。下列有关叙述错误的是(　　)
[A] 长日照能促进脱落酸和赤霉素的合成
[B]脱落酸和赤霉素对植物休眠的调控相抗衡
[C]植物的生长发育不仅受激素调节,还受环境因素影响
[D]光作为一种信号,影响、调控植物生长和发育的全过程
【答案】 A
【解析】 夏季植物生长旺盛,赤霉素含量多,脱落酸含量少,故长日照能促进赤霉素的合成,不能促进脱落酸的合成。
4.高等植物的向光性主要受蓝光调节。向光素是一种自磷酸化蛋白激酶,在蓝光刺激下,发生自磷酸化而被激活。激活的向光素调节生长素运输载体的定位,进而引起生长素的侧向运输,最终使得植物器官不对称生长。下列有关描述错误的是(　　)
[A] 向光素是感受蓝光的受体蛋白
[B]植物生长发育受激素和环境的影响
[C]向光素激活后催化生长素基因的表达
[D]生长素的侧向运输与向光素的自磷酸化有关
【答案】 C
【解析】 分析题意可知,激活的向光素通过调节生长素运输载体的定位,进而引起生长素的侧向运输,而非催化生长素基因的表达。
知识点2　参与调节植物生命活动的其他环境因素
5.冬小麦经历一段时间低温后才能抽穗开花,这种经历低温诱导促使植物开花的作用,称为春化作用。用一定浓度的赤霉素(GA)溶液处理含水量正常的冬小麦种子,不经过低温处理也可以抽穗开花。下列叙述错误的是(　　)
[A] 温度作为一种信号,参与植物生命活动的调节
[B]春化作用对于植物适应生存的环境具有重要意义
[C]生产实践上可利用GA处理春季播种的冬小麦
[D]植物生长发育仅受激素调节和环境因素的作用
【答案】 D
【解析】 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。
6.绿色植物倒伏后,它的茎秆能部分恢复直立状态。下列说法错误的是(　　)
[A] 引起这种现象的原因是受重力影响
[B]根、茎中分布有感受重力的物质和细胞
[C]重力信号可以转化成生长素合成的信号影响其含量
[D]重力能影响植物的生长发育、形态建成
【答案】 C
【解析】 根、茎中分布有感受重力的物质和细胞,感受重力信号后转化成运输生长素的信号,导致生长素分布不均衡,调节植物的生长方向。
7.水稻分蘖的实质是水稻茎秆分枝,分枝相当于侧芽。研究发现,水稻体内的YUC基因突变后,水稻分蘖芽抑制作用解除、发育成新茎。下列推测错误的是(　　)
[A] 去除顶穗后水稻分蘖芽生长加快
[B]水稻体内YUC基因可能与生长素合成有关
[C]水稻分蘖的调控机制包括基因表达调控和激素调节
[D]施用生长素运输抑制剂能抑制水稻分蘖
【答案】 D
【解析】 顶端优势是指顶芽产生的生长素向侧芽运输,使顶芽生长素浓度降低,侧芽生长素浓度升高,结果低浓度的生长素促进顶芽生长,高浓度的生长素抑制侧芽生长的现象,因此去除顶穗后水稻分蘖芽生长加快,施用生长素运输抑制剂能促进水稻分蘖;水稻体内YUC基因突变后,水稻分蘖芽抑制作用解除,即顶端优势解除,推测YUC基因可能与生长素的合成有关,基因突变导致生长素合成减少,低浓度生长素促进分蘖芽生长;水稻分蘖的调控机制包括基因表达调控和激素调节。
8.下面为探究白菜经三种不同方式处理后植株的开花情况的实验。由该实验可得出的结论是(　　)
实验1:低温处理,不另外施加赤霉素;实验结果:白菜开花。
实验2:未经低温处理,另外施加赤霉素;实验结果:白菜开花。
实验3:未经低温处理,不另外施加赤霉素;实验结果:白菜不开花。
[A] 赤霉素能促进花的发育
[B]赤霉素能解除种子休眠
[C]赤霉素必须经低温诱导才能合成
[D]白菜必须经低温环境处理才能开花
【答案】 A
【解析】 比较实验2和实验3可知,赤霉素能促进花的发育;据题干信息不能得出赤霉素能解除种子休眠和赤霉素合成必须经低温诱导的结论;根据实验2的处理方法可知,白菜开花不一定必须经低温环境处理。
综合提升练
9.(多选)(2024·江西卷)阳光为生命世界提供能量,同时作为光信号调控生物的生长、发育和繁衍,使地球成为生机勃勃的美丽星球。下列叙述正确的是(　　)
[A] 植物可通过感受光质和光周期等光信号调控开花
[B]植物体中感受光信号的色素均衡分布在各组织中
[C]植物体中光敏色素结构的改变影响细胞核基因的表达
[D]光信号影响植物生长发育的主要机制是调节光合作用的强度
【答案】 AC
【解析】 植物细胞中的光敏色素可以感受光质和光周期等光信号调控开花;植物体中感受光信号的光敏色素在分生组织的细胞内比较丰富;光敏色素在感受光信号时会发生结构的改变,这种改变会影响细胞核基因的表达,进而调控开花;光信号影响植物生长发育的主要机制是调节植株生长、开花、衰老等。
10.(多选)下图是植物体内赤霉素(GA)和脱落酸(ABA)的形成过程,下列相关说法正确的是(　　)
[A] GA与ABA的形成从根本上说是植物体基因组选择性表达的结果
[B]GA与ABA有一定的相抗衡作用,共同对植物的生长发育起调节作用
[C]GA与ABA的形成受光照的影响
[D]GA与ABA在植物不同器官和组织中的含量往往相同
【答案】 ABC
【解析】 GA与ABA的形成从根本上说是植物体基因组选择性表达的结果;GA促进种子萌发,促进细胞分裂与分化,ABA抑制细胞分裂维持种子休眠,二者有一定的相抗衡作用,共同对植物的生长发育起调节作用;甲瓦龙酸在长日照条件下形成GA,在短日照条件下形成ABA,说明GA与ABA的形成受光照的影响;不同的植物激素在植物不同器官和组织中的含量往往不同。
11.(12分)植物生长过程中会对重力这一外界刺激产生反应,表现出向地性,这一现象称为重力反应。
(1)茎的背地性利于植物接受更多的阳光和空气,根的向地性利于植物深入土壤吸收　　
　　　　　　　,这些现象都是植物　　　　　　　　　的表现。
(2)独脚金内酯是一种植物激素,在植物体内作用广泛。为研究独脚金内酯是否参与重力反应的调控,研究人员将正常生长状态下的水稻幼苗水平放置后,施加一定浓度的独脚金内酯类似物GR24,一段时间后测量茎的弯曲角度θ(如图1)。实验结果(如图2)表明,GR24能
　　　(填“减弱”或“增强”)植株的重力反应。
(3)已知生长素在植物的重力反应中发挥关键作用。为研究GR24影响重力反应的作用机理,研究人员进一步检测了上述幼苗上半侧、下半侧(图1)中生长素响应基因R的表达情况(R基因的表达量与生长素含量呈正相关),实验结果如图3。由对照组的结果可知重力刺激对生长素分布的影响是　　　　　　　　　 　　　　　　　,导致茎两侧的细胞生长速度表现为　　　　　　　　　　　　　　　　,从而形成一定角度的弯曲,表现出背地性。对比实验组和对照组结果,并结合图2可推测　　　　　　　　　　。
【答案】 (每空2分)
(1)水和无机盐　适应环境　(2)减弱　(3)下半侧生长素含量高于上半侧　下半侧快于上半侧　GR24通过降低生长素不均匀分布的差异从而减弱重力反应
【解析】 (1)根的向地性利于植物深入土壤吸收水和无机盐,这是植物适应环境的表现。(2)据图2可知,施加一定浓度的独脚金内酯类似物GR24,茎的弯曲角度θ减小,说明GR24能减弱植株的重力反应。(3)根据图3,对照组的上半侧R基因的表达量较低,下半侧较高,即生长素含量上半侧低,下半侧高,导致茎下半侧生长速度快,表现出背地性。分析图3可知,与对照组相比,实验组幼苗上半侧与下半侧R基因表达量的差值减小,已知R基因的表达量与生长素含量呈正相关,因此推测GR24通过降低生长素不均匀分布的差异从而减弱重力反应。
12.(12分)为研究红光、远红光及赤霉素对莴苣种子萌发的影响,研究小组进行黑暗条件下莴苣种子萌发的实验。其中红光和远红光对莴苣种子赤霉素含量的影响如图甲所示,红光、远红光及外施赤霉素对莴苣种子萌发的影响如图乙所示。
甲
乙
回答下列问题。
(1)在不同波长的光照下,莴苣种子细胞内的　　　　可感知不同的信号刺激,且据图甲、图乙分析可知,　　　　光可激活该物质,进而促进种子萌发。
(2)据图可知,红光照射,随着处理时间的延长,莴苣种子萌发率逐渐增加,其原因可能是　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。红光处理莴苣种子,比外施赤霉素的种子萌发响应时间　　　　,可能是红光促进种子细胞内　　　　　　　 　　的表达效率较高,进而导致促进种子萌发的速度更快。
(3)若红光处理结合外施脱落酸,莴苣种子萌发率比单独红光处理　　　　。若要进一步探究赤霉素促进种子萌发的最适浓度,可在光照条件下,设置　　　　　　　　的赤霉素溶液分别处理未萌发的种子。
(4)红光促进种子萌发的机制有一种假说是红光能提高种子对赤霉素的敏感性。研究小组将某赤霉素合成缺陷型种子分为甲、乙、丙三组,其中甲组红光照射、乙组黑暗处理并施用适宜浓度的赤霉素、丙组红光照射并施用适宜浓度的赤霉素,若实验结果为
　,
则能证明该假说正确。
【答案】 (除标注外,每空1分)
(1)光敏色素　红　(2)随红光照射时间的延长,赤霉素含量逐渐升高,而赤霉素能促进种子萌发(2分)　短　赤霉素合成酶基因(2分)　(3)低　一系列一定浓度梯度　(4)甲组种子不萌发,丙组种子的萌发率大于乙组种子(3分)
【解析】 (1)在不同波长的光照下,莴苣种子细胞内的光敏色素可感知不同的信号刺激,图甲显示红光能使种子赤霉素含量增加,其机理为红光将光敏色素激活,进而调节相关基因表达,促进种子萌发。(2)据图可知,随红光照射时间的延长,赤霉素含量逐渐升高,而赤霉素能促进种子萌发,使莴苣种子萌发率逐渐增加;红光处理莴苣种子,比外施赤霉素的种子萌发响应时间短,可能是红光促进种子细胞内赤霉素合成酶基因的表达效率较高,进而导致促进种子萌发的速度更快。(3)红光处理促进种子萌发,脱落酸会抑制种子萌发,二者作用相反,所以红光处理结合外施脱落酸,莴苣种子萌发率比单独红光处理低。若要进一步探究赤霉素促进种子萌发的最适浓度,可在光照条件下,设置一系列一定浓度梯度的赤霉素溶液分别处理未萌发的种子。

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