2024年甘肃省高考生物第17题分析与拓展

2024年甘肃省高考生物第17题分析与拓展 原题呈现： 17. 类胡萝卜素不仅参与光合作用，还是一些植物激素的合成前体。研究者发现了某作物的一种胎萌突变体，其种子大部分为黄色，少部分呈白色，白色种子未完全成熟即可在母体上萌发。经鉴定，白色种子为某基因的纯合突变体。在正常光照下（400μmol·m-2•s-1），纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失。将野生型和纯合突变体种子在黑暗中萌发后转移到正常光和弱光（1μmol·m-2•s-1）下培养一周，提取并测定叶片叶绿素和类胡萝卜素含量，结果如图所示。回答下列问题。 （1）提取叶片中叶绿素和类胡萝卜素常使用的溶剂是______，加入少许碳酸钙可以______。 （2）野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高，其原因______。 （3）正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子，因为______。 （4）现已知此突变体与类胡萝卜素合成有关，本研究中支持此结论的证据有：①纯合体种子为白色；②______。 （5）纯合突变体中可能存在某种植物激素X的合成缺陷，X最可能是______。若以上推断合理，则干旱处理能够提高野生型中激素X的含量，但不影响纯合突变体中X的含量。为检验上述假设，请完成下面的实验设计： ①植物培养和处理：取野生型和纯合突变体种子，萌发后在______条件下培养一周，然后将野生型植株均分为A、B两组，将突变体植株均分为C、D两组，A、C组为对照，B、D组干旱处理4小时。 ②测量指标：每组取3-5株植物的叶片，在显微镜下观察、测量并记录各组的______。 ③预期结果：______。 【答案】（1）无水乙醇    防治研磨中色素被破坏 （2）叶绿素的合成需要光照，适宜的光照强度有利于叶绿体形成和叶绿素合成。 （3）在正常光照下，纯合突变体叶片中因叶绿体发育异常、类囊体消失，导致无法正常进行光合作用，种子无法获得有机物，进而无法获得种子。 （4）正常光和弱光条件下，野生型类胡萝卜素含量有明显差异，而纯合突变体含量极少且无差异。 （5）脱落酸    正常且适宜    气孔开度    气孔开度：A＞B、C=D 【解析】 （1）叶片中叶绿素和类胡萝卜素都能溶解在有机溶剂中，所以常使用无水乙醇提取。加入少许碳酸钙可以防止研磨中色素被破坏。 （2）叶绿素的形成需要光照，正常光下更有利于叶绿素的形成，所以野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高。 （3）在正常光照下（400μmol·m-2•s-1），纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失，叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低，分别为0.3和0.1，说明纯合突变体的光合作用极弱，无法满足植株生长对有机物的需求，使得植株难以生长，因此正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子。 （4）由图可知：与野生型相比，纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量极低（几乎为零），说明此突变体与类胡萝卜素合成有关。 （5）纯合突变体中可能存在某种植物激素X的合成缺陷。由图可知：纯合突变体叶片中的叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低，而细胞分裂素能促进叶绿素的合成， 据此可推知：X最可能是细胞分裂素。若以上推断合理，则干旱处理能够提高野生型中激素X的含量，但不影响纯合突变体中X的含量。为检验上述假设，并结合题意“在正常光照下，纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失”可知：该实验的自变量是植株的种类和培养条件，因变量是叶绿体的大小及数量，而在实验过程中对植株的生长有影响的无关变量应控制相同且适宜。据此，依据实验设计遵循的对照原则和单一变量原则和题干中给出的不完善的实验设计可推知，补充完善的实验设计如下： ①植物培养和处理：取野生型和纯合突变体种子，萌发后在含水量等适宜条件下培养一周，然后将野生型植株均分为A、B两组，将突变体植株均分为C、D两组，A、C组为对照，B、D组干旱处理4小时。 ②测量指标：每组取3-5株植物的叶片，在显微镜下观察、测量并记录各组的叶绿体的大小及数量，取其平均值。 ③预期结果：本实验为验证性实验，其结论是已知的，即干旱处理能够提高野生型中激素X的含量，但不影响纯合突变体中X的含量，所以预期的结果是：B组叶绿体的大小及数量高于A组，C、D两组叶绿体的大小及数量无差异且均明显低于A、B两组。 2024年甘肃省高考生物第17题以“胎萌突变体”的相关生理特性为情境，考查植物光合色素的提取、影响光合作用的因素等必备知识，考查“理解能力、实验与探究能力、获取信息的能力”等关键能力。原题如下： 拓展：种子的胎萌 1.胎萌名称的由来 就大多数植物而言，种子萌发是指种子在母体上发育成熟并脱离母体后，从外界环境中吸水至胚轴突破种皮期间所发生的一系列生理生化过程。但是，自然界中也存在另一些植物类型，其种子在母体上经过一定程度的发育后，于果实脱离母体前已萌发成幼苗，由于与哺乳类动物的胎生现象相似，于是被称为种子的胚胎萌发。有胚胎萌发现象的植物则被称为胎萌植物。     动物界的哺乳动物都是胎生的，而植物界的被子植物却包括开花、结果、果熟蒂落，然后种子再在适宜的条件下萌发，长成幼苗。但是，有少数被子植物也好象哺乳动物的胎儿在母体中发育那样，当种子成熟时，并不马上离开母体，而是在果实中萌发，长成幼苗。人们把这一类植物称为胎生植物或“胎萌植物”。 世界上最有名的胎生植物是热带海滩的红树林植物，如红树科的红树、秋茄树、海萍、木榄、角果木；马鞭草科的海榄雌；紫金牛科的桐花树等。 2.胎生的过程 种子成熟后，几乎没有休眠期，不离开母体就在果实中开始萌发。首先是胚根突破种皮，很快又突破果皮，挺出果实以外；继而下胚轴迅速生长、增粗、变绿，和胚根一起形成一个末端尖的棒状体，宛如一个苹果挂在树枝上；而子叶却留在种子里，充当吸器从母体中吸收营养物质。 在各个植物种类之间，子叶的形状多少有些不同。海莲的子叶是4瓣，是由两片子叶分裂而来的：秋茄树的子叶是完全合生的，而合生的子叶又分化为子叶吸器和子叶筒两个部分，这时胚芽还很小。幼苗长到一定程度就从子叶处脱离，离开母体，好像是“分娩”了。 3.种子胎萌的生理机制 自然界中大多数植物种胚在母株上的发育过程是：受精卵形成后，经过胚胎发生形成胚根、胚芽、胚轴、子叶等胚性器官。积累贮藏物质，然后经过成熟干燥，胚生长出现暂时停顿，进入静止或休眠状态，种子即发育成熟。成熟的种子脱离母株后，处于静止状态的种子遇适宜环境条件或处于休眠状态的种子休眠被打破后重新吸水，即进入萌发阶段。因此，成熟干燥是一个代谢开关，使种子由发育状态转变为萌发状态。胎萌种子则完全不同，发育时不经过成熟干燥过程，未成熟即已在母株上萌发，显然胎萌可能是植物长期适应某种环境的结果。     胎萌种子与一般种子的一个显著区别就是在发育后期不发生成熟干燥，保持较高的含水量，较高的含水量是诱导胎萌的原因。因为与胎萌相关的变化启动前，胎萌胚与野生型胚的含水量处在同一水平，而且将未成熟的野生型胚暴露在高含水量下也不能诱导其萌发。也有研究表明，美国红树种胚在发育后期不脱水，所以不能诱导脱落酸(ABA)合成从而导致胎萌。另外，通过直接向大麦、野燕麦胚直接提供水分，可使休眠的品种发生胎萌。有的研究人员发现玉米的胎萌突变，但他们对胎萌的解释却截然不同。一种理论认为胎萌是由于种胚发育过程中出现了成熟干燥过程的突变，即成熟干燥和胚静止状态缺失；而另一种理论认为，胎萌是由于种胚不能进入成熟干燥和静止状态，而是由于萌发过程的提前和加速运行。 ABA可促进发育后期黄皮种子胚轴20KD蛋白的合成，但不能改变种子的脱水敏感性。外源ABA对种子含水量的保持有一定积极作用，同时延缓了种子萌发率和活力指数的降低；但未能降低使种子致死的临界含水量，因为无论种子是否经过ABA处理，自然干燥14d时，都已完全丧失生活力。不同发育时期的黄皮种子对外源ABA的反应不同，子叶和胚轴也有差异。在子叶中，发育前期ABA抑制蛋白质合成，以后这种抑制作用逐渐减少；至58DAA(开花后天数时促进蛋白质合成，但种子成熟时(72DAA),促进作用消失，到85DAA时再次出现。不含ABA的WPM培养液对子叶中可溶性蛋白含量也有一定影响，但没有外加ABA的作用明显。子叶可溶性蛋白的SDS-PAGE图谱中则几乎看不出ABA的调控作用的变化。在胚轴中，从58DAA~85DAA,ABA都能促进可溶性蛋白的合成，而且从SDS-PAGE图谱中可见，ABA明显提高了20KD的热不稳定蛋白的相对含量，但对20KD的热稳定蛋白和其他蛋白的调控作用则几乎没有或看不到。     在正常性种子中，ABA对于贮藏物质特别是蛋白质的积累起重要调控作用，其中有些蛋白合成被证实与耐脱水性有关。ABA也能促进发育后期黄皮种子的蛋白质特别是胚轴中20KD热不稳定蛋白的合成，但未能改变该种子对脱水的敏感性。因此，ABA对黄皮种子蛋白质合成的作用机制和功能可能与正常性种子不同。 种子胎萌可能是由于种子中缺乏ABA或虽然ABA含量正常但种胚对ABA不敏感或敏感性降低而造成的。种子缺乏ABA可能是由于ABA的生物合成受到抑制。虽然ABA的生物合成途径目前仍不清楚，但一些证据表明，在高等植物中可能是以类胡萝卜素为前体的间接途径。因此，类胡萝卜素生物合成途径中某一反应步骤被抑制或从类胡萝卜素向ABA的转化受抑制，都会导致种子中ABA的缺乏。类胡萝卜素的合成受抑制，将抑制种子中ABA的合成，并导致种子胎萌。vp2、vp5、vp7、vp8、vp9(研究发现，玉米种子的胎萌突变属隐性突变，由VP基因控制。研究得较多的有6种突变的品种，其基因分别用vp1、vp2、vp5、vp7、vp8、vp9表示)幼苗中ABA的含量也低于野生型，而且在水分胁迫下ABA含量不会增加。这说明低的ABA水平不是由于ABA的分解增加，而是由于合成下降。 4.对农业生产的影响及研究意义 栽培植物发生胚萌将给农业生产造成较大损失。种子胚萌可能与种胚缺乏ABA有关。ABA的缺乏主要是由于ABA的生物合成受抑制，并且不同的胚萌种子受抑制的位点可能不一致。研究这类种子胚萌的机理，可为阐明ABA生物合成的途径及调控提供线索。种胚对ABA不敏感或敏感性降低也可能导致胎萌，研究这类种子胚萌的机理，有助于阐明ABA在抑制种子萌发，促进种子发育上的作用。 教材落点：     高中生物学选择性必修一第99页“拓展应用”第1题所描述的现象，也属于本文介绍的“胎萌”，教材原题及解答如下： 许多研究表明，脱落酸在高温条件下容易降解。在自然界中存在这样一种现象：小麦、玉米在即将成熟时，如果经历持续一段时间的干热之后又遇大雨的天气，种子就容易在穗上发芽。请尝试对此现象进行解释。这是因为脱落酸能促进种子休眠，抑制发芽。持续一段时间的高温，能使种子中的脱落酸降解。没有了脱落酸，这些种子就不会像其他种子那样休眠了。然后，大雨天气又给在穗上的种子提供了萌发所需要的水分，于是种子就会不适时地萌发。（Ｐ99“拓展应用”T1） 学科网（北京）股份有限公司 $$