高中 | 第4节 环境因素参与调节植物的生命活动 题目答案及解析

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选择性必修一 稳态与调节

第三章 植物生命活动的调节

第4节 环境因素参与调节植物的生命活动

我国科学家以不同植物为材料,在不同光质条件下探究光对植物的影响。测定了番茄的光合作用相关指标并拟合$\rm \text{C}{{\text{O}}_{2}}$响应曲线(图$\rm a$);比较了突变体与野生型水稻水分消耗的差异(图$\rm b$),鉴定到突变体发生了$\rm PILI5$基因的功能缺失,并确定该基因参与脱落酸信号通路的调控。

回答下列问题:

$\rm a$中,当胞间$\rm \text{C}{{\text{O}}_{2}}$浓度在$\rm 900\sim1200\;\mu mol\cdot mol^{-1}$范围时,红光下光合速率的限制因子是                ,推测此时蓝光下净光合速率更高的原因是                                                                

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光照强度、光质;蓝光能促进光合作用相关酶的活性(或蓝光被光合色素吸收的效率更高等合理答案)

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当胞间$\rm CO_{2}$浓度在$\rm 900-1200\;\rm \mu mol\cdot mol^{-1}$范围时,从图$\rm a$中红光曲线来看,随着$\rm CO_{2}$浓度增加,光合速率不再上升,说明此时$\rm CO_{2}$浓度不是限制因子,而可能是光照强度、光质等其他因素限制了光合速率。对于蓝光下净光合速率更高的原因,可能是蓝光能够促进光合作用中某些关键酶的活性,或者蓝光被光合色素吸收后转化为化学能的效率更高等。

$\rm b$中,突变体水稻在远红光与红光条件下蒸腾速率接近,推测其原因是                                                                

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突变体中 $\\rm PILI5$ 基因功能缺失,阻断了脱落酸信号通路对气孔开放程度的调控,使得气孔开放程度在远红光和红光条件下无明显差异

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已知红光下植物的相关反应与白天相似,远红光下植物的相关反应与夜间相似,突变体发生了 $\rm PILI5$ 基因的功能缺失,且该基因参与脱落酸信号通路的调控。在远红光与红光条件下蒸腾速率接近,推测原因可能是突变体中 $\rm PILI5$ 基因功能缺失,使得脱落酸信号通路对气孔的调控作用减弱,导致在不同光质(远红光和红光)下气孔开放程度变化不大,从而蒸腾速率接近。

归纳上述两个研究内容,总结出光影响植物的两条通路(图$\rm c$)。通路$\rm 1$中,①吸收的光在叶绿体中最终被转化为                。通路$\rm 2$中吸收光的物质②为                。用箭头完成图$\rm c$中②所介导的通路,并在箭头旁用“($\rm +$)”或“($\rm -$)”标注前后两者间的作用,($\rm +$)表示正相关,($\rm -$)表示负相关                                                                

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有机物中的化学能;光敏色素光敏色素$\\rm →(\\rm -)\\rm PILI5$ 基因$\\rm →(\\rm +)$脱落酸信号通路$\\rm →(\\rm -)$气孔开放程度

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通路$\rm 1$中,①为光合色素,吸收的光在叶绿体中最终被转化为化学能(储存在 $\rm ATP$$\rm NADPH$ 中,最终储存在有机物中)。 通路 $\rm 2$ 中吸收光的物质②为光敏色素。 由于突变体发生 $\rm PILI5$ 基因功能缺失后,在远红光与红光条件下蒸腾速率接近,可推测光敏色素吸收光信号后,通过影响 $\rm PILI5$ 基因的表达,进而影响脱落酸信号通路,对气孔开放程度进行调控。且从图 $\rm b$ 中突变体在远红光和红光下蒸腾速率变化不大,野生型在红光条件下蒸腾速率较大,可推断光敏色素对 $\rm PILI5$ 基因表达的影响是负相关,$\rm PILI5$ 基因对脱落酸信号通路是正相关,脱落酸信号通路对气孔开放程度是负相关,即光敏色素$\rm →(\rm -)\rm PILI5$ 基因$\rm →( +)$脱落酸信号通路$\rm →(\rm -)$气孔开放程度。

根据图$\rm c$中相关信息,概括出植物利用光的方式:                                                                

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通过叶绿体中的光合色素吸收光能用于光合作用合成有机物;通过光敏色素吸收光信号调控基因表达,影响植物生理过程

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根据图 $\rm c$ 中相关信息,植物利用光的方式有:一方面,通过叶绿体中的光合色素吸收光能,将其转化为化学能用于光合作用合成有机物;另一方面,通过光敏色素吸收光信号,调控基因(如$\rm PILI5$基因)表达,进而影响植物的生理过程(如通过脱落酸信号通路调控气孔开放程度)。

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