内容正文:
艺考生
生物
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专题五 稳态和生命活动的调节
第一部分 专题突破
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第3讲 植物生命活动的调节
【思维导图】
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【考点梳理】
考点1 生长素的发现
(1)科学家的实验
达尔文实验:尖端产生某种影响。
詹森实验:尖端产生的影响可以透过琼脂片传递给下部。
拜尔实验:尖端产生的影响在其下部分布不均匀(背光侧比向光侧多)。
温特实验:尖端产生的影响是一种化学物质,称之为生长素。
郭葛等实验:生长素的化学本质是吲哚乙酸(IAA),吲哚乙酸是色氨酸经过一系列反应转变而来的。
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(2)植物向光性的原因
单侧光(外因)→横向运输→极性运输→尖端下部生长素分布不均匀:背光侧比向光侧多(内因)→背光侧比向光侧生长快→向光弯曲生长(向光性)
横向运输:向光侧→背光侧。
极性运输:生长素从形态学上端运输到形态学下端,不能倒过来运输。极性运输是一种主动运输。
形态学上端(靠近尖端处)和形态学下端(远离尖端处)是一种生理结构,跟放置的位置无关。
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(3)植物激素
①概念:在植物体内合成,从产生部位运输到作用部位,并且对植物的生长发育有显著影响的微量有机物,统称为植物激素。
植物激素一定在植物体内合成。
植物激素作为信息分子传递信息,几乎参与调节植物生长、发育过程中的所有生命活动。
②种类:生长素、赤霉素、细胞分裂素、油菜素内酯、脱落酸、乙烯等。
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(1)作用方式:作为信息分子传递信息,调节生命活动。不起催化作用,不提供能量,不直接参与细胞代谢。
(2)作用机制:生长素首先与细胞内某些蛋白质——生长素受体特异性结合,引发细胞内发生一系列信号传导过程,进而诱导特定基因的表达,从而产生效应。
(3)生理作用
细胞水平上:促进细胞伸长生长,诱导细胞分化等作用。
器官水平上:影响器官的生长发育。如促进根侧根和不定根发生,影响花、叶、果实发育等。
考点2 生长素的生理作用
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(4)作用特点
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不同器官对生长素敏感性不同:根>芽>茎。
不同植物对生长素的敏感性不同:双子叶植物>单子叶植物。
生长素的生理作用具有两重性:对于同一器官,生长素低浓度促进生长,高浓度抑制生长。
体现生长素的两重性的实例:顶端优势和根的向地性。
①顶端优势:顶芽产生的生长素向下运输到侧芽,使得顶芽生长素浓度低,优先生长;侧芽生长素浓度高,生长缓慢甚至受到抑制。
②根的向地性:高浓度抑制了根的生长,低浓度促进根的生长,体现了生长素生理作用的两重性。
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(1)植物激素的种类和作用
考点3 其他植物激素和植物生长调节剂
植物激素 合成部位 主要作用
生长素 幼嫩的芽、叶和
发育中的种子 促进生长发育 促进细胞伸长、分裂分化,促进花、叶、果实发育,促进生根
赤霉素 幼芽、幼根和
未成熟的种子 促进细胞的伸长,促进种子萌发和果实的发育
细胞分裂素 根尖 促进细胞分裂,促进芽的分化和种子萌发
油菜素内酯 促进茎、叶细胞的扩展和分裂,促进花粉管生长、种子萌发
脱落酸 根冠、萎蔫
的叶片等 抑制生长发育 抑制细胞分裂,抑制种子萌发,促进气孔关闭,促进叶和果实的衰老、脱落
乙烯 植物体的
各个部位 促进果实成熟
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促进生长发育的植物激素:生长素、赤霉素、油菜素内酯和细胞分裂素。
抑制生长发育的植物激素:脱落酸、乙烯。
促进种子萌发的激素:赤霉素和细胞分裂素。
抑制种子萌发的激素:脱落酸。
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(2)植物激素的相互作用
①多种激素共同调控植物的生长发育和对环境的适应。
协同作用:生长素主要促进细胞核的分裂,细胞分裂素主要促进细胞质的分裂,作用效果相似。
拮抗作用:在调控种子萌发的过程中,赤霉素促进萌发,脱落酸抑制萌发,二者作用效果相反。
相互作用:当生长素浓度升高到一定值时,会促进乙烯的合成;乙烯含量的升高会反过来抑制生长素的作用。
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②决定植物器官生长发育的是激素的相对含量。
黄瓜茎端的脱落酸与赤霉素的比值较高时,有利于分化形成雌花,比值较低则有利于分化形成雄花。
生长素>细胞分裂素:有利于根的分化。
生长素<细胞分裂素:利于芽的分化。
③不同种激素的调节往往表现出一定的顺序性。
总之,植物生长、发育是由多种激素相互作用形成的调节网络调控的。
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(3)植物生长调节剂
①概念:人工合成的对植物的生长发育有调节作用的化学物质。
优点:原料广泛、容易合成、效果稳定。
②类型
分子结构和生理效应与植物激素类似:如吲哚丁酸(IBA)。
分子结构与植物激素完全不同,但生理效应类似:如α-萘乙酸(NAA)、矮壮素等。
③应用:防止果实和叶片的脱落、促进结实、培育无子果实、促进扦插枝条生根等。
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④探索生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度。
预实验的意义:可以为进一步的实验摸索条件,也可以检验实验设计的科学性和可行性。
常用的生长素类调节剂:NAA、2,4-D、吲哚丙酸、IBA。
原理:适当浓度的2,4-D可以促进插条生根,浓度过高时会抑制生根,甚至会杀死双子叶植物。
处理插条的方法:
方法 时间 NAA浓度
浸泡法 长 小
沾蘸法 短 大
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1.光对植物生长发育的调节
(1)光的作用
间接作用:光作为能量来源,通过影响光合作用间接影响植物的生长发育。
直接作用:光作为一种信号,影响、调控植物生长、发育的全过程。
(2)光敏色素——接受光信号的分子
本质:蛋白质(色素-蛋白复合体)。
分布:植物的各个部位,其中在分生组织的细胞内比较丰富。
功能:主要吸收红光、远红光。
考点4 环境因素参与调节植物的生命活动
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(3)光调控植物生长发育的反应机制
光既能作为植物细胞的能量来源,又能通过影响光敏色素等蛋白质的结构,引起光信号传导,改变植物激素水平和基因表达水平。
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2.参与调节植物生命活动的其他环境因素
(1)温度
春化作用:经历低温诱导促使植物开花的作用。
温度可以通过影响种子萌发、植株生长、开花结果和叶的衰老、脱落等生命活动,从而参与调节植物的生长发育。
植物分布的地域性很大程度上就是由温度决定的。
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(2)重力
重力是调节植物生长发育和形态建成的重要环境因素。
根的向地性和茎的背地性。
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。
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3.植物生长发育的整体调控
植物生长发育的调控,是基因表达调控、激素调节和环境因素调节共同构成的网络。
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典例示范一
(2021·珠海一模)下图是不同浓度生长素(IAA)对某植物幼苗茎切段长度及其中乙烯含量影响的实验结果。据实验结果分析错误的是 ( )
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A.不同浓度生长素对茎切段长度的作用效果可能相同
B.一定浓度的生长素可以促进茎切段中乙烯的生成
C.上图结果体现了生长素对茎切段伸长作用的两重性
D.乙烯含量的增高可能抑制了生长素促进茎切段伸长
【答案】 C
【重点归纳】 本题考查植物激素的相关知识和识图能力。关键在于理解图中随着生长素浓度的变化对茎切段长度及其中乙烯含量的影响。生长素低浓度促进生长,高浓度抑制生长,这体现了生长素生理作用的两重性;判断生长素是促进生长还是抑制生长,一定要跟空白对照组进行比较。
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【详解】 A.由曲线图可知,随着生长素浓度的增加,茎切段的长度先增加后减少,呈现倒“U”曲线,但都是促进作用,故不同浓度的生长素对茎切段长度的作用效果可能相同,A正确;B.由曲线图可知,随着生长素浓度的增加,生成乙烯的含量也随着增加,故一定浓度的生长素可以促进乙烯的生成,B正确;C.与不加生长素比较,加了生长素的茎切段长度都增加,只体现了促进作用,没有体现抑制作用,体现不了两重性,C错误;D.由曲线图可知,生长素对茎切段的伸长具有促进作用,而随着乙烯含量的增高,茎切段的长度增加减少,故乙烯含量的增高可能抑制了生长素促进茎切段伸长,D正确。故选C。
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变式训练一
1.(2021·佛山一模)胺鲜酯是一种新型植物生长调节剂。科研人员通过实验,探究胺鲜酯对菠菜根系生长的影响,结果如下表所示。以下说法错误的是( )
施用方式 胺鲜酯浓度/(mg·kg-1) 根长/cm 根系表面积/cm2
底施 0 1302 116
5 1700 165
10 2566 234
喷施 0 1226 104
5 359 30
10 218 18
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A.该实验的自变量是胺鲜酯的浓度和施用方式
B.与底施相比,喷施对菠菜根系生长有抑制作用
C.喷施实验结果表明胺鲜酯对菠菜根系生长具有两重性
D.表中促进菠菜根系生长的最佳处理方式是底施10
mg·kg-1的胺鲜酯
【答案】 C
【详解】 人为改变的变量称为自变量,该实验的自变量是胺鲜酯的浓度和施用方式,A正确;与底施相比,在同等条件下喷施时,根长、根系表面积数值都减小,因此喷施对菠菜根系生长有抑制作用,B正确;喷施实验结果表明胺鲜酯对菠菜根系生长具有抑制作用,C错误;表中底施胺鲜酯浓度为0 mg·kg-1、5 mg·kg-1、10 mg·kg-1,这三个浓度相比较,促进菠菜根系生长的最佳处理方式是底施10 mg·kg-1的胺鲜酯,D正确。
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2.(2021·广东省二模)某学校兴趣小组以豌豆完整植株为材料,研究生长素(IAA)浓度对侧芽生长的影响,结果如下图。下列叙述正确的是 ( )
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A.Ⅰ组与Ⅱ组对照,说明去顶可以解除顶端优势
B.Ⅰ组与Ⅱ组对照,说明侧芽的生长受抑制是顶芽产生
IAA影响的结果
C.Ⅲ组去顶后在切口涂抹的IAA浓度大于Ⅰ组顶芽产生的
IAA浓度
D.Ⅱ组与Ⅲ组对照,说明IAA在豌豆植株内的运输方向是
只能从形态学上端到形态学下端
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【答案】 A
【详解】 Ⅰ组的顶芽完整,Ⅱ组去顶芽,Ⅱ组的侧芽长度明显高于Ⅰ组,说明去顶可以解除顶端优势,A正确;Ⅰ组与Ⅱ组、Ⅲ组对照,Ⅲ组去顶后在切口涂抹的IAA,说明侧芽的生长受抑制是顶芽产生IAA影响的结果,B错误;Ⅲ组侧芽长度明显大于Ⅰ组,说明Ⅲ组去顶后在切口涂抹的IAA浓度小于Ⅰ组顶芽产生的IAA浓度,C错误;Ⅱ组与Ⅲ组对照,说明IAA在豌豆植株内的运输方向能从形态学上端到形态学下端,但由于缺乏从形态学下端到上端的对照实验,故不能得出IAA在豌豆植株内的运输方向只能从形态学上端到形态学下端的结论,D错误。
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3.(2021·深圳一模)将一盆植物固定在一个以较快速度匀速旋转的圆形转盘外侧,然后置于光照均匀的环境下一段时间,结果发现该植物的茎尖向圆盘中心生长,根尖向圆盘外侧生长。下列分析合理的是( )
A.该植物茎尖的生长与光导致的生长素分布不均有关
B.茎尖生长素较多的部位是远离圆心侧,根尖则相反
C.该植物根尖的生长情况体现了生长素作用的两重性
D.该植物的茎尖与根尖比较,茎尖对生长素更加敏感
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【答案】 C
【详解】 该植物置于光照均匀的环境中,转盘转动会导致生长素分布不均匀,植物远离圆心侧的生长素浓度高,圆心侧生长素浓度低,从而导致茎尖向圆盘中心生长,A错误;植物茎尖和根尖都是远离圆心侧的生长素浓度高,圆心侧生长素浓度低,B错误;生长素浓度高会抑制根生长,该植物根尖远离圆心侧生长素浓度高抑制生长,圆心侧生长素浓度低促进生长,导致根尖向圆盘外侧生长,体现了生长素作用的两重性,C正确;该植物的茎尖与根尖比较,根尖对生长素更加敏感,D错误。
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典例示范二
为了探究生长素的作用,将去尖端的玉米胚芽鞘切段随机分成两组,实验组胚芽鞘上端一侧放置含有适宜浓度IAA的琼脂块,对照组胚芽鞘上端同侧放置不含IAA的琼脂块,两组胚芽鞘下端的琼脂块均不含IAA。两组胚芽鞘在同样条件下,在黑暗中放置一段时间后,对照组胚芽鞘无弯曲生长,实验组胚芽鞘发生弯曲生长,如图所示。根据实验结果判断,下列叙述正确的是 ( )
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A.胚芽鞘b侧的IAA含量与b'侧的相等
B.胚芽鞘b侧与胚芽鞘c侧的IAA含量不同
C.胚芽鞘b'侧细胞能运输IAA而c'侧细胞不能
D.琼脂块d'从a'中获得的IAA量小于a'的输出量
【答案】 D
【重点归纳】 本题考查了生长素的运输、植物弯曲生长的内因。解答本题的关键是抓住问题的实质:①有生长素的可能生长;②琼脂块中的生长素只能沿着与胚芽鞘的接触面向下运输;③生长素分布均匀,则直立生长;生长素分布不均匀,多的一侧比少的一侧长得快,则会弯曲生长。
【详解】 根据题意可知,琼脂块a不含生长素,所以胚芽鞘b侧和c侧均不含生长素;琼脂块a'含生长素,所以胚芽鞘b'侧含生长素,而c'侧不含生长素;故A、B错误。胚芽鞘细胞均能运输生长素,故C错误。生长素在运输过程中会被消耗和水解,所以琼脂块d'从a'中获得的IAA量小于a'的输出量,故D正确。
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变式训练二
(2020·深圳一模)为了探究向光性是否都是由生长素分布不均匀所致,科学家对向光弯曲生长的绿色向日葵下胚轴(a)和黄化燕麦胚芽鞘(b)进行生长素含量测定,结果如下表。相关叙述,不合理的是 ( )
A.植物的向光性有利于其适应环境的变化
B.胚芽鞘尖端在黑暗环境下也能合成IAA
C.向光性的原因是向光侧生长素分布较多
D.向光侧可能积累了较多的生长抑制物质
器官 IAA分布/%
向光一侧 背光一侧
a 51 49
b 49.5 50.5
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【答案】 C
【详解】 植物的向光性有利于其适应环境的变化,生长素向背光侧运输,使背光侧生长加快,A正确;达尔文父子(胚芽鞘尖端套上不透明的帽子)及温特实验(黑暗条件下进行)均证明胚芽鞘尖端在黑暗环境下也能合成IAA,B正确;向光性的原因是背光侧生长素分布较多,导致背光侧生长较快,向光弯曲,C错误;向光侧可能积累了较多的生长抑制物质,导致向光侧生长较慢,D正确。
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典例示范三
(2022·广州一模)下列关于植物激素的叙述,正确的是 ( )
A.赤霉素促进种子休眠
B.脱落酸延缓叶片衰老
C.生长素促进果实成熟
D.植物的生长发育受多种激素共同调节
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【答案】 D
【重点归纳】 本题考查了各种植物激素在器官水平上的作用。生长素促进花、叶、果实发育,促进生根;赤霉素促进种子萌发和果实的发育;细胞分裂素促进芽的分化和种子萌发;脱落酸抑制种子萌发,促进气孔关闭,促进叶和果实的衰老、脱落;乙烯促进果实成熟。
【详解】 A.赤霉素抑制种子休眠,A错误;B.脱落酸是植物生长抑制剂,它能够抑制细胞的分裂和种子的萌发,能促进叶片和果实的衰老和脱落,B错误;C.生长素可以促进植株的生长,能促进果实的发育,乙烯促进果实成熟,C错误;D.植物的生长发育受到赤霉素、细胞分裂素和生长素等多种激素的共同调节,D正确。
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变式训练三
下列关于植物激素之间关系的叙述,错误的是 ( )
A.在植物的生长发育和适应环境变化的过程中,某种激素
的含量会发生变化
B.植物生长发育和适应环境的过程中一般需要多种激素
共同参与
C.生长素主要促进细胞质的分裂,细胞分裂素主要促进细
胞核的分裂
D.当生长素浓度升高到一定值后会促进乙烯的合成,乙烯
含量升高后又会抑制生长素的作用
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【答案】 C
【详解】 植物不同的生长发育阶段,发挥主要作用的植物激素不同,所以在植物的生长发育和适应环境变化的过程中某种激素的含量会发生变化,A正确;在植物的生长发育和适应环境变化的过程中,多种激素共同起作用,B正确;生长素主要促进细胞核的分裂,细胞分裂素主要促进细胞质的分裂,C错误;当生长素浓度升高到一定值时,就会促进乙烯的合成,乙烯含量的升高反过来会抑制生长素的作用,D正确。故选C。
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真题回顾
1.(2020·全国Ⅲ卷)取燕麦胚芽鞘切段,随机分成三组,第1组置于一定浓度的蔗糖(Suc)溶液中(蔗糖能进入胚芽鞘细胞),第2组置于适宜浓度的生长素(IAA)溶液中,第3组置于IAA+Suc溶液中,一定时间内测定胚芽鞘长度的变化,结果如图所示。用KCl代替蔗糖进行上述实验可以得到相同的结果。下列说法不合理的是( )
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A.KCl可进入胚芽鞘细胞中调节细胞的渗透压
B.胚芽鞘伸长生长过程中,伴随细胞对水分的吸收
C.本实验中Suc是作为能源物质来提高IAA作用效果的
D.IAA促进胚芽鞘伸长的效果可因加入Suc或KCl而提高
【答案】 C
【详解】 K+、Cl-是植物所需要的矿质离子,可被植物细胞主动吸收,进入细胞后能使细胞渗透压上升,A正确;水是细胞生命活动所需的重要物质,胚芽鞘伸长生长的过程伴随着细胞的吸水过程,B正确;由题干信息可知,用KCl代替蔗糖可得到相同的实验结果,而KCl不能作为能源物质,因此不能说明蔗糖作为能源物质来提高IAA的作用效果,C错误;由以上分析可知,IAA+Suc组胚芽鞘伸长率明显高于IAA组,而KCl代替Suc也可达到相同结果,因此说明IAA促进胚芽鞘伸长的效果可因加入Suc或KCl而提高,D正确。
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2.(2022·广东卷)我国自古“以农立国”,经过悠久岁月的积累,形成了丰富的农业生产技术体系。下列农业生产实践中,与植物生长调节剂使用直接相关的是 ( )
A.秸秆还田 B.间作套种
C.水旱轮作 D.尿泥促根
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【答案】 D
【解析】 农田生态系统中秸秆还田有利于提高土壤的储碳量,该过程主要是利用了物质循环的特点,与植物生长调节剂无直接关系,A不符合题意;采用间作、套种的措施可以提高植物产量,其原理是保证作物叶片充分接收阳光,提高光能利用率,与植物生长调节剂无直接关系,B不符合题意;水旱轮作改变了生态环境和食物链,使害虫难以生存,能减少病虫害的发生,与植物生长调节剂无直接关系,C不符合题意;尿泥促根与生长素(类似物)密切相关,与题意相符,D符合题意。故选D。
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3.(2021·全国甲卷)生长素具有促进植物生长等多种生理功能。下列与生长素有关的叙述,错误的是 ( )
A.植物生长“顶端优势”现象可以通过去除顶芽而解除
B.顶芽产生的生长素可以运到侧芽附近从而抑制侧芽生长
C.生长素可以调节植物体内某些基因的表达从而影响植
物生长
D.在促进根、茎两种器官生长时,茎是对生长素更敏感的
器官
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【答案】 D
【解析】 顶端优势产生的原因是顶芽产生的生长素向下运输,枝条上部的侧芽部位生长素浓度较高,侧芽对生长素浓度比较敏感,因而使侧芽的发育受到抑制,可以通过摘除顶芽的方式解除植株顶端优势,A、B正确;生物的性状是由基因控制的,生长素能引起生物性状的改变,是通过调控某些基因的表达来影响植物生长的,C正确;根、茎两种器官对生长素的反应敏感程度有明显差异,其中根对生长素最敏感,D错误。
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4.(2021·广东卷)乙烯可促进香蕉果皮逐渐变黄、果肉逐渐变甜变软的成熟过程。同学们去香蕉种植合作社开展研学活动,以乙烯利溶液为处理剂,研究乙烯对香蕉的催熟过程,设计的技术路线如图。下列分析正确的是 ( )
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A.对照组香蕉果实的成熟不会受到乙烯影响
B.实验材料应选择已经开始成熟的香蕉果实
C.根据实验安排第6次取样的时间为第10天
D.处理组3个指标的总体变化趋势基本一致
【答案】 C
【解析】 对照组香蕉果实的成熟会受到乙烯影响,因为对照组香蕉会产生内源乙烯,A错误;实验材料应尽量选择未开始成熟的香蕉果实,这样内源乙烯对实验的影响较小,B错误;图示表明每两天取样一次,共6次,为了了解香蕉实验前本身的还原糖量、淀粉量、果皮色素量,应该从0天开始,故第6次取样的时间为第10天,C正确;处理组3个指标的总体变化趋势不一致,应该是还原糖量增加,淀粉量下降,果皮黄色色素增加,D错误。
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5.(2020·海南卷)植物体内乙烯生物合成的基本途径如下:
甲硫氨酸 S-腺苷甲硫氨酸
1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC) 乙烯
其中,①代表ACC合成酶,淹水会诱导ACC合成酶基因的表达或激活该酶活性;②代表ACC氧化酶,缺氧会抑制该酶活性。下列有关叙述错误的是 ( )
A.细胞中合成的乙烯通过自由扩散方式运输
B.植物体内乙烯的合成受自身基因组控制
C.抑制ACC合成酶和ACC氧化酶的活性,可以促进果实成熟
D.陆生植物淹水后,植物体内合成的ACC增多
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【答案】 C
【解析】 乙烯跨膜运输的方式为自由扩散,A正确;据图分析可知,甲硫氨酸经过一系列过程合成乙烯的过程需要多种酶的催化,而酶是由基因控制合成的,说明植物体内乙烯的合成受自身基因组控制,B正确;抑制ACC合成酶和ACC氧化酶的活性,会抑制乙烯的合成,导致果实成熟延迟,C错误;陆生植物淹水后,植物体内合成的ACC增多,进而增加乙烯的生物合成,促进果实成熟,D正确。
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6.(2019·海南卷)生长素及其类似物能够调节植物的生长发育。下列相关叙述错误的是 ( )
A.棉花栽培过程中去除顶芽可促进侧芽生长,提高棉花产量
B.给果树适宜喷施适量的NAA有利于保果,提高果实产量
C.用适宜浓度的IAA处理未受粉番茄雌蕊,可得到大量正
常的番茄种子
D.带有芽和幼叶的柳条扦插时容易生根,是因为芽和幼叶
均能产生IAA
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【答案】 C
【解析】 棉花栽培过程中去除顶芽可降低侧芽的生长素含量,解除顶端优势,促进侧芽生长,提高棉花产量,A正确;给果树适宜喷施适量的NAA有利于保果,提高果实产量,若浓度过高会造成落果,B正确;用适宜浓度的IAA处理未受粉番茄雌蕊,可得到无子番茄,C错误;芽和幼叶均能产生IAA,可以促进生根,因此带有芽和幼叶的柳条扦插时容易生根,D正确。
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7.植物激素通常与其受体结合才能发挥生理作用。喷施某种植物激素,能使某种作物的矮生突变体长高。关于该矮生突变体矮生的原因,下列推测合理的是 ( )
A.赤霉素合成途径受阻 B.赤霉素受体合成受阻
C.脱落酸合成途径受阻 D.脱落酸受体合成受阻
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【答案】 A
【解析】 赤霉素具有促进细胞伸长的功能,该作用的发挥需要与受体结合后才能完成,故喷施某种激素后作物的矮生突变体长高,说明喷施的为赤霉素,矮生突变体矮生的原因是缺乏赤霉素而非受体合成受阻(若受体合成受阻,则外源激素也不能起作用),A正确,B错误;脱落酸抑制植物细胞的分裂和种子的萌发,与植物矮化无直接关系,C、D错误。故选A。
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