备课素材：龙胆花开花机理-2024-2025学年高一上学期人教版生物必修1

龙胆花开花机理 先看一道试题： 在许多植物中花的开放对于成功授粉至关重要，部分植物的花能够反复开合，主要是相关细胞膨压，即原生质体对细胞壁的压力变化引起的。龙胆花在低温（16℃）环境下30min内发生闭合，转移至正常生长温度（22℃）和光照条件下30min内重新开放，这与花冠近轴表皮细胞膨压变化有关，水通道蛋白在该过程中发挥了重要作用（水通道蛋白磷酸化后运输水的活性增强），其相关机理如图所示。 （1）水分子进出龙胆花冠近轴表皮细胞的运输方式是                    。 （2）龙胆花由低温转移至正常温度、光照条件下重新开放的过程中，花冠近轴表皮细胞膨压会逐渐                   ，整个过程可以体现出细胞膜的特点是                                                         。 （3）据图分析，龙胆花由低温转正常温度、光照条件下重新开放的机理是                                                            ，推测在常温、黑暗条件下，龙胆花开放速度会变                   。 （4）若要验证蛋白激酶GsCPK16介导了水通道蛋白的磷酸化，促进了光照下龙胆花的重新开放。请你写出简要的实验思路。（水通道蛋白磷酸化水平可测）                                                                                                                                                                                                                                                        。 答案：（1）自由扩散和协助扩散 （2）增大   具有一定的流动性和选择透过性 （3）一方面温度升高促使囊泡上的水通道蛋白去磷酸化后转移至细胞膜，另一方面光照促进Ca2+运输至细胞内，激活蛋白激酶GsCPK16，使水通道蛋白磷酸化，运输水的活性增强     慢    （4）取若干野生型龙胆花为1组，等量的GsCPK16基因敲除的龙胆花为2组，在相同光照条件下测定两组植株细胞中水通道蛋白的磷酸化水平。 解析：（1）由图可知，水分子进出龙胆花冠近轴表皮细胞的方式有两种，一种需要水通道蛋白，这种运输方式为协助扩散（易化扩散），另一种不需要水通道蛋白，这种运输方式为自由扩散。 （2）龙胆花由低温转移至正常温度、光照条件下，水分子通过自由扩散和协助扩散进行花冠近轴表皮细胞中，导致花冠近轴表皮细胞膨压逐渐增大，引起龙胆花重新开放。该过程可以体现出细胞膜的结构和功能特点是：具有一定的流动性和选择透过性的特点。 （3）磷酸化会造成蛋白质空间构象发生改变，故蛋白激酶GsCPK16使水通道蛋白磷酸化会引起水通道蛋白构象的改变。龙胆花由低温转正常温度、光照条件下，一方面温度升高促使囊泡上的水通道蛋白去磷酸化后转移至细胞膜，另一方面光照促进Ca2+运输至细胞内，激活蛋白激酶GsCPK16，使水通道蛋白磷酸化，运输水的活性增强。如果仅在常温条件下，水通道蛋白不发生磷酸化，运输水的功能不会增强，龙胆花开放速度会变慢。 （4）通过对照实验，敲除GsCPK16基因去验证蛋白激酶GsCPK16介导了水通道蛋白的磷酸化。 此题以龙胆花开闭为情境物质的跨膜运输。 考查植物的生理往往会想到光合作用和呼吸作用，但有时综合化的考查不一定局限于这两项生理活动，上题便是如此，龙胆花的开花机理与跨膜运输联系更密切。 1.花冠轴表皮细胞能够吸水 植物开花花冠轴表皮细胞能够吸水，‌这一过程依赖于细胞的渗透吸水作用。‌渗透吸水是指细胞通过渗透作用吸收水分的过程，‌这一过程仅发生在活细胞中。‌渗透作用涉及水分子（‌或其他溶剂分子）‌透过半透膜，‌从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散。‌在植物开花过程中，‌花冠轴表皮细胞作为活细胞，‌能够进行渗透吸水，‌从而帮助花朵开放和吸引传粉昆虫。 花冠是花朵的重要组成部分，‌由若干片花瓣组成，‌位于花萼的内层或上方，‌排列成一轮或多轮。‌花冠的形态、‌排列与联合情况的不同常使花冠形成多种特定的形状，‌成为某些分类群的明显特征。‌花冠的开放不仅美观，‌而且通过其鲜艳的颜色吸引昆虫前来传粉，‌对于植物的繁殖至关重要。 在植物开花过程中，‌花冠轴表皮细胞的吸水能力对于花朵的形态维持和吸引传粉者具有重要作用。‌这些细胞通过渗透吸水作用吸收水分，‌有助于花朵的膨胀和展开，‌进而促进花的开放。‌这一过程不仅增加了花朵的美观性，‌还通过增加花朵的体积和鲜艳的颜色来吸引更多的传粉昆虫，‌从而提高植物的繁殖成功率。 2.蛋白质磷酸化过程 蛋白激酶（PK）催化蛋白质磷酸化过程的酶。蛋白质的磷酸化过程是信息传递在细胞内传递的最后环节．导致离子通道蛋白及通道门的状态变化。 3.细胞的膨压发生变化 当水进入植物细胞后，使细胞产生向外施加在细胞壁上的压力，称为膨压。如图所示： 植物感受刺激，产生反应有两种基本方式，即感性和向性。有些植物受到没有一定方向的外界刺激（环境因素强弱改变的刺激），引起部分器官的运动，称为感性运动。植物感受到来自单一方向的刺激时，器官生长的方向就发生改变，向着刺激的来源生长或背着刺激的来源生长，这种定向生长运动称为向性运动。 例如，含羞草受到机械刺激时会引起感震运动，对它的生长很有利，是它对自然条件的一种适应，含羞草的部分小叶受到震动后会合拢垂下，是生物对外界刺激做出的一种反应。这全靠它叶子的“膨压作用”，在含羞草叶柄的基部有一个“水臌鼓”薄壁细胞组织叶褥，里面充满水分。当用手触碰含羞草时，叶子震动了，叶褥下部像充了气的皮球似地瘪下去，上部像打足气的皮球似的鼓起来。由此可知，引起震感运动的生理原因是叶柄基部叶褥细胞的膨压发生变化。如图所示： 又如，气孔的开闭与保卫细胞的形态特征有关，保卫细胞通常呈肾形或哑铃形。对于肾形的保卫细胞来说，位于气孔内侧的细胞壁较厚，坚韧而有弹性；外侧的细胞壁较薄，可胀缩；而哑铃形的保卫细胞，其两端壁薄，中间壁厚。气孔的开闭与保卫细胞细胞壁的厚薄均匀程度密切相关。气孔开闭的动力则来自保卫细胞膨压的变化，当保卫细胞内的水分增加时，细胞膨压增大，肾形的保卫细胞位于孔口边的胞壁厚，保卫细胞膨胀时向孔口一边弯曲，引起气孔张开。哑铃型的保卫细胞两端球型部分胞壁薄，中部胞壁坚厚。当细胞膨压提高、体积增大时，其两端向外膨胀，两个保卫细胞向对方挤压，迫使位于中部的气孔张开。而当膨压明显减小时，则正好相反，气孔趋向关闭。 学科网（北京）股份有限公司 $$