素養提升課——破譯新情境?系統實驗知能第三課時一、破譯新情境——抽象、理性的學科情境要讀懂[科普科研材料]

材料一：植物酸生長理論

“酸生長”學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子泵(H+-ATP酶)，生長素可使其活化，活化了的質子泵消耗能量(ATP)，將細胞內的H+泵到細胞壁中，導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，細胞內部的壓力下降，導致細胞吸水體積增大，進而發生不可逆增長。新情境問題植物酸生長理論、CO基因與向光素某科學家提出酸生長理論的生化機制和遺傳學證據，即SAUR是生長素調控細胞生長的主要響應基因。當沒有生長素信號時，AUX/IAA(轉錄抑制因子)與ARF(轉錄激活因子)相結合，從而抑制SAUR的轉錄；當生長素信號存在時，生長素受體(SCFs復合體)與生長素結合后，與AUX/IAA的結合能力大大增強，導致AUX/IAA與ARF結合減少，引起SAUR的轉錄。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，導致H+泵到細胞壁中，從而實現促進細胞的生長。[信息助讀]材料二：CO基因與向光素1.調控植物開花的CO基因CO(CONSTANS)基因是監測日照長度、調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基因表達產生的CO蛋白結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，并運輸到莖頂端，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、隱花色素之后發現的一種藍光受體蛋白，介導植物向光性運動、葉綠體移動與氣孔開放等反應。在藍光信號傳導反應中向光素啟動生長素載體的運動和誘導Ca2+的流動，從而調節植物細胞相關的反應，例如由藍光激活的向光素調節著生長素運輸載體的磷酸化，引起生長素的側向運動，導致植物器官不對稱生長。[內蘊知識融通]1.根據材料一信息回答下列問題：(1)質子泵(H+-ATP酶)是一種__________，將細胞內的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。用單側光照射燕麥幼苗時，由胚芽鞘的_______產生生長素，由于生長素的橫向運輸和___________，使尖端下部的生長素向光側比背光側含量_______。

載體蛋白主動運輸

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)H+的增多使細胞壁松弛，導致細胞吸水的主要原因是_______________________________________________。

(4)概述某科學家對“酸生長”學說進行的理論解釋。(限100字以內)__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。細胞壁松弛，細胞內部的壓力下降，導致細胞吸水

沒有生長素信號時，SAUR不轉錄，有生長素信號時，SAUR轉錄，SAUR蛋白直接與H+-ATP酶的PP2C.D結合，增強H+-ATP酶的活性，使H+泵到細胞壁中，實現細胞生長2.根據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_______________的結果。

CO蛋白是由長日照激活CO基因表達產生的，可與成花素基因結合調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外側基因選擇性表達[遷移創新訓練]1.科學家提出“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。下列有關敘述錯誤的是(

)A.生長素的調節依賴于細胞膜上和細胞內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促進細胞伸長的效果C.在生長素作用下，H+通過協助擴散的方式進入細胞壁D.細胞壁在酸性條件下發生結構改變導致細胞壁松弛，細胞膨脹，引起細胞生長解析：由圖可知，生長素的調節需要和細胞膜上以及細胞內受體結合，調節生命活動，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+通過主動運輸的方式進入細胞壁，C錯誤；細胞壁在酸性條件下發生結構改變，導致細胞膨脹，引起細胞生長，D正確。√2.我國科學家證實生長素可以誘導細胞膜上類受體蛋白激酶(TMK)激活質子泵,將大量H+泵至細胞外,這為“酸生長理論”提供了有力證據。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。下列相關敘述正確的是

(

)A.質子泵具有既是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√解析:質子泵具有既是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較低的環境中將有利于莖切段的生長,B錯誤；質子泵將大量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基因已經被敲除,無法通過生長素誘導H+通過質子泵泵出細胞,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.CONSTANS(縮寫為CO)基因是監測日照長短、調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蛋白會結合在基因FT靠近轉錄起始的部位，從而激發基因FT表達出成花素，并運輸到莖頂端，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合，調控基因的表達B.成花素從韌皮部細胞運輸到莖頂端細胞的方式為協助擴散C.成花素的加工與核糖體、內質網、高爾基體有關D.植物開花受日照長短和相關基因的共同影響√解析：

CO蛋白結合的是基因FT，即基因片段，A錯誤；根據題意無法判斷成花素從韌皮部細胞運輸到莖頂端細胞的方式，有可能為主動運輸，B錯誤；成花素化學成分未知，若其為蛋白質，則成花素的合成場所是核糖體，內質網和高爾基體是加工場所，C錯誤；根據題意可知，某些植物在長日照條件下，植物體內相關基因表達，植物才會開花，D正確。4.研究表明，高等植物的向光性與向光素(光受體)有關，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，激活的向光素調節著生長素運輸載體的磷酸化，引起生長素的側向運動，導致植物器官不對稱生長。下圖為用不同波長的單側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節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.紅光刺激向光素發生自磷酸化是引起玉米胚芽鞘向光彎曲的主要原因√解析：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節，A正確；高等植物的向光性與向光素(光受體)有關，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；紅光區域的胚芽鞘彎曲角度幾乎無變化，且紅光區域的吸收值很低，據此說明紅光刺激向光素發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、修訂或完善實驗設計[專題提能訓練]1.(2025·合肥模擬)某校生物興趣小組用溶液培養法研究生長素(IAA)和赤霉素(GA3)對玉米胚芽鞘生長的影響，得到如下實驗結果。(1)圖中“?”處理方法是__________________________。據上圖推斷IAA和GA3混合使用后表現出_________。

加等量蒸餾水(或不加激素)協同作用解析：圖中“?”處理方法是加等量蒸餾水，作為空白對照；結合圖示可知，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具有協同作用。(2)實驗中用激素處理胚芽鞘時，應將IAA加在胚芽鞘尖端而不是加到培養液中，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。

解析：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對照芽鞘的作用效果，應將IAA加在胚芽鞘尖端而不是加到培養液中；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。生長素被吸收后在胚芽鞘中的運輸是極性運輸(或只能由形態學上端運輸到形態學下端)不一定(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。現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_______________________________________________________。

解析：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。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.研究認為由植物頂端產生的生長素可以向下極性運輸進入側芽，從而產生對側芽生長的抑制作用。獨腳金內酯(SLs)是一類植物激素，參與調節植物分枝和根的形態建成。(1)科研人員用人工合成的獨腳金內酯類似物(GR24)和生長素類調節劑(NAA)處理擬南芥植株，結果如圖。據圖說明在調節側枝生長方面生長素和獨腳金內酯具有_______關系。

協同解析：根據圖像可知，生長素類調節劑和獨腳金內酯類似物混合處理時，側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枝生長，為協同關系。(2)有研究指出，獨腳金內酯除了可以影響分枝和根形態的建成，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影響氣孔關閉以及脅迫響應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計。①取野生型植株、_____________________在正常條件下測定氣孔開度，經干旱處理后，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___________________________________，經過干旱處理后，檢測兩組_______的含量并測定兩組植株氣孔開度。

脫落酸合成缺陷突變體獨腳金內酯合成缺陷突變體獨腳金內酯水