第三课时　素养提升课——破译新情境•系统实验知能

素养提升课——破译新情境 ·系统实验知能 第三课时 目录 一、 二、 破译新情境——抽象、理性的学科情境要读懂 系统实验知能——实验方案的补充及评价 一、破译新情境——抽象、理性的学科情境要读懂 新情境问题　 生长素作用的“酸生长”学说  [科普科研材料] “酸生长”学说是指由生长素启动的一个酸化过程。细胞膜上存在着非活化的质子泵(H＋-ATP酶)，生长素可使其活化，活化了的质子泵消耗能量(ATP)，将细胞内的H＋泵到细胞壁中，导致细胞壁所处溶液的pH下降。 在酸性条件下，H＋一方面使细胞壁中对酸不稳定的键(如氢键)断裂，更为重要的是，H＋使细胞壁中的某些多糖水解酶(如纤维素酶)活化或增加，从而使连接木葡聚糖与纤维素微纤丝之间的键断裂，细胞壁松弛，细胞内部的压力下降，导致细胞吸水体积增大，进而发生不可逆增长。 某科学家提出酸生长理论的生化机制和遗传学证据，即SAUR是生长素调控细胞生长的主要响应基因。当没有生长素信号时，AUX/IAA(转录抑制因子)与ARF(转录激活因子)相结合，从而抑制SAUR的转录；当生长素信号存在时，生长素受体(SCFs复合体)与生长素结合后，与AUX/IAA的结合能力大大增强，导致AUX/IAA与ARF结合减少，引起SAUR的转录。SAUR蛋白直接与H＋-ATP酶局部PP2C.D相互作用，抑制PP2C.D磷酸酶的活性，解除其对H＋-ATP酶的抑制，促进H＋-ATP酶的磷酸化，活性增强，导致H＋泵到细胞壁中，从而实现促进细胞的生长。 [内蕴知识解读] (1)生长素可以促进根系生长，但高浓度的生长素通过促进乙烯的生物合成，从而又抑制了根的伸长，这说明生长素具有____________的作用。用单侧光照射燕麦幼苗时，由胚芽鞘的________产生生长素，由于生长素的横向运输和__________，使尖端下部的生长素向光侧比背光侧含量________。 (2)H＋通过____________方式跨膜进入细胞壁，H＋的增多使细胞壁松弛，导致细胞吸水的主要原因是_________________________。 (3)概述某科学家对“酸生长”学说进行的理论解释。(限100字以内) 答案：(1)在浓度较低时促进生长，在浓度过高时抑制生长　尖端　极性运输　少　(2)主动运输　细胞壁松弛，细胞内部的压力下降，导致细胞吸水　(3)没有生长素信号时，SAUR不转录，有生长素信号时，SAUR 转录，SAUR 蛋白直接与 H＋-ATP 酶的 PP2C.D 结合，增强 H＋-ATP 酶的活性，使H＋泵到细胞壁中，实现细胞生长。   [迁移创新训练] 1．科学家提出“酸生长理论”，认为生长素能够促进H＋向细胞外主动运输，使细胞壁周围pH下降，软化细胞壁从而促进生长。下列有关叙述错误的是(　 ) A．生长素的调节依赖于细胞膜上和细胞内的受体识别来传递信息 B．将胚芽鞘切段放入酸性缓冲液中也能表现促进细胞伸长的效果 C．在生长素作用下，H＋通过协助扩散的方式进入细胞壁 D．细胞壁在酸性条件下发生结构改变导致细胞壁松弛，细胞膨胀，引起细胞生长 √ 解析：由图可知，生长素的调节需要和细胞膜上以及细胞内受体结合，调节生命活动，A正确； 将胚芽鞘切段放入酸性缓冲液，H＋进入细胞壁，软化细胞壁从而促进细胞伸长，B正确； H＋通过主动运输的方式进入细胞壁，C错误； 细胞壁在酸性条件下发生结构改变，导致细胞膨胀，引起细胞生长，D正确。 2．“酸生长理论”认为生长素能够促进H＋向细胞外运输，使细胞壁周围pH下降，软化细胞壁从而促进植物生长。我国科学家证实生长素可以诱导细胞膜上类受体蛋白激酶(TMK)激活质子泵，将大量H＋泵至细胞外，这为解释“酸生长理论”提供了证据。下列相关叙述错误的是(　 ) A．将植物茎切段放入pH较低的环境中将有利于茎切段的生长 B．长期氧气供应不足可能会影响植物细胞壁的酸性化和细胞的伸长 C．生长素能促进H＋的运输，因此生长素浓度越高，促进植物茎切段生长的效果越好 D．将TMK基因敲除的胚芽鞘放入适宜浓度的生长素溶液中，其生长速度慢于正常胚芽鞘 解析： “酸生长理论”认为生长素能够促进H＋向细胞外运输，使细胞壁周围pH下降，软化细胞壁从而促进植物生长，所以将植物茎切段放入pH较低的环境中将有利于茎切段的生长，A正确； √ 生长素能够促进H＋向细胞外主动运输，主动运输需要能量，如果长期氧气供应不足，有氧呼吸速率减慢，能量供应不足，会影响H＋向细胞外的运输，进而会影响植物细胞壁的酸性化和细胞的伸长，B正确； 在一定浓度范围内生长素浓度越高，促进植物茎切段生长的效果越好，但生长素浓度过高会抑制植物的茎切段生长，C错误； 将TMK基因敲除的胚芽鞘放在适宜浓度的生长素溶液中，由于TMK基因已经被敲除，无法通过生长素诱导H＋通过质子泵泵出细胞，生长速度慢于正常胚芽鞘，D正确。 二、系统实验知能——实验方案的补充及评价 “五看法”把握评价、 修订或完善实验设计  [专题提能训练] 1．向光性应答反应是植物有效获取光能的重要方式，不同植物向光机理不同。研究表明玉米胚芽鞘的向光性不是由生长素分布不均引起的，而是由MBOA(抑制生长的物质)分布不均引起的。某生物实验小组为了验证该结论，设计了如图所示实验装置，并完成部分实验设计方案。 (1)请在对应图中完善实验设计方案。 (2)按补充完整的方案进行实验，需要统计实验结果的数据有________。 解析：本实验验证玉米胚芽鞘的向光性不是由生长素分布不均引起的，而是由MBOA(抑制生长的物质)分布不均引起的，自变量为是否具有单侧光，因变量为琼脂块中生长素含量和MBOA(抑制生长的物质)含量，因此需要统计甲、乙、丙、丁的生长素含量和MBOA含量(图示完善见答案)。 答案：(1) (2)甲、乙、丙、丁中生长素含量和MBOA含量 2．(2024·合肥模拟)植物激素是植物正常生长发育不可缺少的调节性物质，人类对于植物激素的研究已经取得了大量的科研成果。某校生物兴趣小组用溶液培养法研究生长素(IAA)和赤霉素(GA3)对玉米胚芽鞘生长的影响，得到如下实验结果。 (1)图中“？”处理方法是____________。据上图推断IAA和GA3混合使用后表现出____________。 (2)实验中用激素处理胚芽鞘时，应将IAA加在胚芽鞘尖端而不是加到培养液中，原因是_______________________________________。若实验中使用的IAA浓度为m，则改用高于m浓度的IAA时，玉米胚芽鞘的长度______________(填“会”“不会”或“不一定”)增加。 (3)用一般的理化方法很难检测出琼脂块中生长素的含量。现将某琼脂块放在去除尖端的玉米胚芽鞘上，若胚芽鞘能够生长，说明该琼脂块中含有一定量的生长素。该实验存在缺陷，补救措施为________ ______________________________________________________。 解析：(1)图中“？”处理方法是加等量蒸馏水，作为空白对照；结合图示可知，IAA和GA3混合使用后胚芽鞘长度比对照组明显增多，且高于单独使用GA3组和单独使用IAA组，因此说明IAA和GA3具有协同作用。 (2)生长素被吸收后在胚芽鞘中的运输是极性运输，因此应将IAA加在胚芽鞘尖端而不是加到培养液中；生长素对胚芽鞘的生长具有低浓度促进，高浓度抑制的作用，因此增加生长素的浓度，不一定会增加胚芽鞘的长度。 (3)增加一组将空白琼脂块放在去除尖端的玉米胚芽鞘上的实验，以排除琼脂块本身的干扰。 答案：(1)加等量蒸馏水(或不加激素)　协同作用　(2)生长素被吸收后在胚芽鞘中的运输是极性运输(或只能由形态学上端运输到形态学下端)　不一定　(3)增加一组将空白琼脂块放在去除尖端的玉米胚芽鞘上的实验   $$