生物是如何“感知”光的?
光为植物提供光合作用的能量,也调控植物的生长、发育、繁殖,如茎的伸长、开花诱 导、对病虫害的防御等。早期研究中,科学家用红光及远红光短时间交替照射莴苣的种子, 然后放在黑暗中三、四天,发现最后一次照射红光的种子绝大部分都能发芽,且生长得非常 好,而最后一次照射远红光的,绝大部分都不能发芽,因此推测种子里含有一种能区分红光 和远红光的物质。后来的研究发现这种物质就是光敏色素。
光敏色素是一类红光/远红光受体,在自然光照条件下,植物体内同时存在非活化、活 化的光敏色素(分别简写为 Pr、Pfr)。光敏色素蛋白一旦被红光激活,暴露出核定位信号, 即可参与基因表达的调控。
科研人员提取了红光处理前、后的野生型及光敏色素突变体植株的 RNA,通过比对发 现,光敏色素调控表达的基因种类发生了改变,并且部分 mRNA 发生了选择性剪接。科研 人员还发现,光敏色素还诱导了部分基因启动子的选择性使用,即转录起点发生了变化,产 生的 mRNA 比正常情况下多了一段 5’端序列。对部分不同长度的 mRNA 翻译产物定位研究 表明,较短肽链折叠的蛋白质大多定位于细胞质基质,而更长肽链折叠形成的蛋白质在胞内 的定位主要在叶绿体,也有部分蛋白质定位在细胞核、细胞膜结构等以适应环境变化带来的 “震荡”。研究光敏色素作用机理,有利于理解光信号对植物体生命活动的精密而有序的调 节过程,从而进一步理解植物对环境的适应过程。
在细菌基因组内也存在类似光敏色素的感光蛋白,可以帮助细菌产生趋光性以获得能量, 还参与昼夜节律、生物膜形成、致病性等生理过程。对各类生物的“光敏色素”的研究,从 进化角度认识生物对于光的感知,利于人类深入理解生物体适应环境的精妙之处。
(1)光敏色素的基本组成单位是_______。由于远红光诱导光敏色素发生_________ 变化,使其转化为________(Pr 或 Pfr)形式,因此最后一次照射远红光的莴苣种子,绝 大部分都不能发芽。
(2)根据资料所示,以下说法或推测正确的是_____(选填下列字母)。
a.光敏色素能同时接收红光和远红光的信号诱导,说明该受体不具有特异性
b.Pr 暴露核定位信号,可以被相应分子转运并且通过核孔的选择作用进入细胞核,发挥作用
c.光敏色素介导的基因转录过程中启动子的选择性使用是长期自然选择的结果
(3)根据文中信息,概括光敏色素介导的调控植物体生命活动的三种方式____________。
(4)对光敏色素的相关研究可以应用于_____(选填下列字母)。
a.用于培育富含花青素的蔬菜品种,促进新物种的产生
b.通过不同波长的光的组合,促进药材中特定有效成分的生成和积累
c.提高特定波长的光的循环利用效率,减少资源的浪费
d.通过研究光敏色素在不同物种的异同,为进化提供依据
e.细菌的致病性机理以及相关药物的研发
高三生物综合题困难题
生物是如何“感知”光的?
光为植物提供光合作用的能量,也调控植物的生长、发育、繁殖,如茎的伸长、开花诱 导、对病虫害的防御等。早期研究中,科学家用红光及远红光短时间交替照射莴苣的种子, 然后放在黑暗中三、四天,发现最后一次照射红光的种子绝大部分都能发芽,且生长得非常 好,而最后一次照射远红光的,绝大部分都不能发芽,因此推测种子里含有一种能区分红光 和远红光的物质。后来的研究发现这种物质就是光敏色素。
光敏色素是一类红光/远红光受体,在自然光照条件下,植物体内同时存在非活化、活 化的光敏色素(分别简写为 Pr、Pfr)。光敏色素蛋白一旦被红光激活,暴露出核定位信号, 即可参与基因表达的调控。
科研人员提取了红光处理前、后的野生型及光敏色素突变体植株的 RNA,通过比对发 现,光敏色素调控表达的基因种类发生了改变,并且部分 mRNA 发生了选择性剪接。科研 人员还发现,光敏色素还诱导了部分基因启动子的选择性使用,即转录起点发生了变化,产 生的 mRNA 比正常情况下多了一段 5’端序列。对部分不同长度的 mRNA 翻译产物定位研究 表明,较短肽链折叠的蛋白质大多定位于细胞质基质,而更长肽链折叠形成的蛋白质在胞内 的定位主要在叶绿体,也有部分蛋白质定位在细胞核、细胞膜结构等以适应环境变化带来的 “震荡”。研究光敏色素作用机理,有利于理解光信号对植物体生命活动的精密而有序的调 节过程,从而进一步理解植物对环境的适应过程。
在细菌基因组内也存在类似光敏色素的感光蛋白,可以帮助细菌产生趋光性以获得能量, 还参与昼夜节律、生物膜形成、致病性等生理过程。对各类生物的“光敏色素”的研究,从 进化角度认识生物对于光的感知,利于人类深入理解生物体适应环境的精妙之处。
(1)光敏色素的基本组成单位是_______。由于远红光诱导光敏色素发生_________ 变化,使其转化为________(Pr 或 Pfr)形式,因此最后一次照射远红光的莴苣种子,绝 大部分都不能发芽。
(2)根据资料所示,以下说法或推测正确的是_____(选填下列字母)。
a.光敏色素能同时接收红光和远红光的信号诱导,说明该受体不具有特异性
b.Pr 暴露核定位信号,可以被相应分子转运并且通过核孔的选择作用进入细胞核,发挥作用
c.光敏色素介导的基因转录过程中启动子的选择性使用是长期自然选择的结果
(3)根据文中信息,概括光敏色素介导的调控植物体生命活动的三种方式____________。
(4)对光敏色素的相关研究可以应用于_____(选填下列字母)。
a.用于培育富含花青素的蔬菜品种,促进新物种的产生
b.通过不同波长的光的组合,促进药材中特定有效成分的生成和积累
c.提高特定波长的光的循环利用效率,减少资源的浪费
d.通过研究光敏色素在不同物种的异同,为进化提供依据
e.细菌的致病性机理以及相关药物的研发
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油菜素甾醇(BRs)是一类在植物中广泛存在的甾醇类化合物的总称,参与调控植物光形态建成、细胞分裂和分化、生殖发育、开花、衰老等诸多生长发育过程及其对逆境的响应过程,为研究BRs对水稻叶光合特性的影响,对A、B两个品种水稻的剑叶叶面分别喷施一定浓度的蒸馏水、2,4-表油菜素内酯(eBL)和油菜素吡咯(Brz),开花后一段时间内定期测量叶片的叶绿素含量,结果如下图
下列叙述错误的是( )
A.可推测A品种开花后15~35d,eBL组合成 NADPH的速率大于Brz组
B.eBL能延缓该水稻叶片的衰老
C.可推测Brz能减缓叶片叶绿素含量的下降趋势,而eBL作用相反
D.可推测开花后0~35d内,相较于A品种,B品种具有更强的光合能力
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下列有关说法错误的是
A.胰岛素不能在靶细胞内氧化分解提供能量
B.给摘除垂体的幼年动物饲喂生长激素,不能促进生长
C.“植物人”脑干、脊髓的中枢仍能发挥调控作用
D.学习和记忆是人脑特有的高级功能
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下列关于植物激素的叙述,正确的是( )
A.水稻开花时因天气原因未能完成正常授粉,可喷洒适宜浓度生长素溶液以减少损失
B.喷洒赤霉素能使芦苇明显增高,由此证明赤霉素能促进细胞伸长
C.脱落酸能够通过调控细胞基因组的表达促进果实的衰老与脱落
D.摘除植物的顶芽后,侧芽发育成侧枝的速度会因生长素浓度降低而减慢
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下列关于植物激素的叙述,错误的是( )
A.生长素的极性运输需要细胞提供能量
B.生长素和脱落酸都能够促进果实的脱落
C.乙烯能抑制生长素对细胞伸长的促进作用
D.赤霉素和细胞分裂素促进幼根生长的机理相同
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下列关于植物激素的叙述,错误的是( )
A.生长素的极性运输需要细胞提供能量
B.赤霉素和细胞分裂素促进幼根生长的机理相同
C.乙烯能抑制生长素对细胞伸长的促进作用
D.生长素和脱落酸都能够促进果实的脱落
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2020年初,部分东非国家遭遇了特大蝗灾,严重威胁人类的粮食安全。下列有关说法错误的是( )
A.用于蝗虫生长发育繁殖的能量,部分会通过自身呼吸作用散失
B.引入蝗虫病原微生物削弱蝗虫繁殖力的做法属于生物防治
C.蝗虫释放苯乙腈引起蝗群迁移是化学信息传递的过程
D.调查蝗虫卵的密度和跳蝻的密度都可以采用样方法
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如图表示在一个生态系统中,植物(所有生产者)光合作用积累的有机物被植食动物利用的过程。下列有关叙述错误的是
A.①⑤中的能量之和小于输入到该生态系统的总能量
B.④中的能量用于植食动物的生长、发育和繁殖等生命活动
C.冬季在温室中养家畜有利于提高家畜的产量
D.③/①值为第一营养级到第二营养级的能量传递效率
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如图为草原生态系统的能量流动图解模型,A、B、C分别表示流入各营养级生物的能量,D、E、F分别表示各营养级生物用于生长、发育和繁殖的能量,G、H、I分别表示草、兔子、狼呼吸作用消耗的能量,J、K、L分别表示流入分解者的能量。下列说法中,正确的是
A. 图中A=D,B=E,C=F
B. K中能量包括兔子尸体及狼粪便中的能量
C. 食物链中能量最少的是分解者所处的营养级
D. 第一营养级与第二营养级间的能量传递效率是E/D
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如图为草原生态系统的能量流动图解模型,A、B、C分别表示流入各营养级生物的能量,D、E、F分别表示各营养级生物用于生长、发育和繁殖的能量,G、H、I分别表示草、兔子、狼呼吸作用消耗的能量,J、K、L分别表示流入分解者的能量。下列说法中,正确的是( )
A.图中A=D,B=E,C=F
B.K中能量包括兔子尸体及狼粪便中的能量
C.食物链中能量最少的是分解者所处的营养级
D.第一营养级与第二营养级间的能量传递效率是E/D
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