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第二单元 细胞的结构和功能
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学习评价
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知识联系
01
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(2023·北京,20)学习以下材料,回答(1)~(4)题。
调控植物细胞活性氧产生机制的新发现
能量代谢本质上是一系列氧化还原反应。在植物细胞中,线粒体和叶绿体是能量代谢的重要场所。叶绿体内氧化还原稳态的维持对叶绿体行使正常功能非常重要。在细胞的氧化还原反应过程中会有活性氧产生,活性氧可以调控细胞代谢,并与细胞凋亡有关。
我国科学家发现一个拟南芥突变体m(M基因突变为m基因),在受到长时间连续光照时,植株会出现因细胞凋亡而引起的叶片黄斑等表型。M基因编码叶绿体中催化脂肪酸合成的M酶。与野生型相比,突变体m中M酶活性下降,脂肪酸含量显著降低。
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为探究M基因突变导致细胞凋亡的原因,研究人员以诱变剂处理突变体m,筛选不表现细胞凋亡,但仍保留m基因的突变株。通过对所获一系列突变体的详细解析,发现叶绿体中pMDH酶、线粒体中mMDH酶和线粒体内膜复合物Ⅰ(催化有氧呼吸第三阶段的酶)等均参与细胞凋亡过程。由此揭示出一条活性氧产生的新途径(如图):A酸作为叶绿体中氧化还原平衡的调节物质,从叶绿体经细胞质基质进入到线粒体中,在mMDH酶的作用下产生NADH([H])和B酸,NADH被氧化会产生活性氧。活性氧超过一定水平后引发细胞凋亡。
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在上述研究中,科学家从拟南芥突变体m入手,揭示出在叶绿体和线粒体之间存在着一条A酸-B酸循环途径。对A酸-B酸循环的进一步研究,将为探索植物在不同环境胁迫下生长的调控机制提供新的思路。
(1)叶绿体通过________作用将CO2转化为糖。从文中可知,叶绿体也可以合成脂肪的组分________。
(2)结合文中图示分析,M基因突变为m后,植株在长时间光照条件下出现细胞凋亡的原因是:__________________________________________________________
______________________________________________________________________,A酸转运到线粒体,最终导致产生过量活性氧并诱发细胞凋亡。
答案
光合
脂肪酸
长时间光照促进叶绿体内NADH的产生,突变体m中M酶活性下降,导致NADH的消耗减少,故NADH更多地在pMDH酶的催化作用下将B酸还原为A酸
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(3)请将下列各项的序号排序,以呈现本文中科学家解析“M基因突变导致细胞凋亡机制”的研究思路________________。
①确定相应蛋白的细胞定位和功能
②用诱变剂处理突变体m
③鉴定相关基因
④筛选保留m基因但不表现凋亡的突变株
(4)本文拓展了高中教材中关于细胞器间协调配合的内容,请从细胞器间协作以维持稳态与平衡的角度加以概括说明。
答案
②④①③
答案 线粒体和叶绿体之间通过A酸-B酸循环途径调节线粒体内活性氧的合成及NADH与NAD+的相互转化,使得二者内部氧化还原稳态得以维持。
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解析 (3)依据文中第三段,科研人员按照以下顺序进行研究:以诱变剂处理突变体m(②)→筛选不表现细胞凋亡、但保留m基因的突变株(④)→pMDH酶、mMDH酶、复合物Ⅰ的定位(①)→鉴定相关基因(③)→确定M基因突变导致细胞凋亡的机制。
解析
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题号 侧重的核心素养 具体的核心素养表现 对应的学习目标
(1) 生命观念 水平Ⅱ,具有结构与功能观,物质与能量观,稳态与平衡观,并能够运用这些观念分析解释简单情境中的生命现象 在掌握叶绿体和线粒体结构和功能的基础上,尝试初步形成结构与功能观
(2) 科学思维 水平Ⅲ,通过仔细阅读材料,挖掘相关重要信息,对生物学相关问题,能够运用科学思维展开分析 在理解光合作用、细胞呼吸、细胞凋亡机制的基础上,挖掘材料信息,并尝试利用学到的基本概念分析和解决问题
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(3) 科学思维科学探究 水平Ⅳ,在给定的情境中,能以生命观念为指导,用科学思维分析情境,设计可行的实验探究方案 反映是否能根据事实和信息对材料研究结果进行分析和设计,并尝试解决生活中的生物学问题
(4) 科学思维语言表达 水平Ⅳ,运用创新思维应对问题情境,组织相关语言提出新设想,具有运用科学思维方法展开探讨和论证的意识或想法 结合课本植物细胞细胞器之间的协同配合,尝试建立稳态与平衡观并能准确描述自己的观点
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02
知识联系
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1.内共生学说认为真核细胞的祖先是一种古核生物,它将需氧细菌吞噬,建立起共生关系,需氧细菌最终演化为线粒体