2024届高考生物二轮专题复习与测试专题二细胞代谢高考命题热点三环境胁迫对农作物的影响课件

专题二细胞代谢[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响环境胁迫，是对植物生存生长不利的各种环境因素的总称。逆境问题主要涉及环境条件对植物细胞代谢的影响，主要考查角度及原理分析如下：角度影响原理主要表现光照主要指不合乎植物生长要求的光照强度和光质条件，通过影响光反应来影响农作物的光合作用影响植物叶绿素的合成；对类囊体薄膜造成损伤气体CO2作为光合作用的反应物，CO2浓度低于CO2补偿点会通过影响暗反应影响光合作用强度光合作用原料CO2不足导致暗反应速率下降[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响续上表温度低温逆境和高温逆境，主要通过影响酶的活性和气孔开放程度来影响细胞代谢叶绿体的结构和酶的功能受到破坏，引起气孔关闭影响CO2的吸收水分水分胁迫包括干旱和水淹两种情况。干旱时气孔关闭，影响CO2吸收而影响暗反应，进而影响光合作用。农作物被水淹时，根细胞进行无氧呼吸产生酒精，对细胞造成毒害盐分矿质营养和盐分对光合作用的影响主要包括：①影响叶绿体中物质和结构的形成，如叶绿素(Mg)；②盐胁迫影响根系吸水，进而会影响气孔开放程度；③重金属盐会影响叶绿素的合成和光合作用有关酶的活性[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响(2023·山东卷)水淹时，玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足，使液泡膜上的H＋转运减缓，引起细胞质基质内H＋积累，无氧呼吸产生的乳酸也使细胞质基质pH降低。pH降低至一定程度会引起细胞酸中毒。细胞可通过将无氧呼吸过程中的丙酮酸产乳酸途径转换为丙酮酸产酒精途径，延缓细胞酸中毒。下列说法正确的是(

)A．正常玉米根细胞液泡内pH高于细胞质基质B．检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成C．转换为丙酮酸产酒精途径时释放的ATP增多以缓解能量供应不足D．转换为丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]增多以缓解酸中毒[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响解析：玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足，使液泡膜上的H＋转运减缓，引起细胞质基质内H＋积累，说明细胞质基质内H＋转运至液泡需要消耗能量，为主动运输，逆浓度梯度，液泡中H＋浓度高，正常玉米根细胞液泡内pH低于细胞质基质，A项错误；玉米根部短时间水淹，根部氧气含量少，部分根细胞可以进行有氧呼吸产生CO2，检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成，B项正确；转换为丙酮酸产酒精途径时，无ATP的产生，C项错误；丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]与丙酮酸产乳酸途径时消耗的[H]含量相同，D项错误。答案：B[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响1．(2023·广东模拟预测)为应对干旱、高盐、低温等不利环境因素，植物在长期进化过程中形成了一系列胁迫响应机制。CIPK基因在响应上述非生物胁迫时具有重要作用。为了探究OsCIPK12基因(水稻的CIPK基因之一)是否与水稻的干旱耐受性相关，研究人员通过转基因技术得到了三个OsCIPK12基因过表达株系(T4、T8、T11)，并对转基因植株进行了抗逆性实验，部分结果如图1、2所示。图3为水稻气孔开闭机制示意图，当组成气孔的细胞——保卫细胞吸水时，气孔打开，反之气孔关闭。据此分析回答下列问题：[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响(1)上述实验中，通过构建OsCIPK12过表达株系来探究OsCIPK12基因响应干旱胁迫的机制，体现了自变量控制的________(“加法”或“减法”)原理。(2)已知可溶性糖可作为细胞的渗透调节物质，结合实验结果推测，OsCIPK12过表达株系水稻抗旱性比野生型的________，原因可能是____________________________________________________________________________________，从而确保光合作用的正常进行。[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响(3)植物在响应干旱胁迫的过程中，____________________________________(填主要相关植物激素)的含量会增加以促进气孔关闭。综合上述实验可说明，植物生长发育的调控，是由______________________调节共同完成的。解析：(1)上述实验中，通过构建过表达OsCIPK12株系来探究OsCIPK12基因响应干旱胁迫的机制，是添加了OsCIPK12基因，该过程属于加法原则。(2)已知可溶性糖可作为细胞的渗透调节物质，干旱胁迫下，保卫细胞内积累了较多可溶性糖，细胞的渗透压/浓度提高，维持气孔的开放，保证对CO2的吸收，故过表达OsCIPK12株系水稻抗旱性强。(3)植物在响应干旱胁迫的过程中，脱落酸的含量会增加，故脱落酸也被称为逆境激素；植物生长发育的调控，是由激素调节、基因表达和环境因素共同完成的。[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响答案：(1)加法(2)强干旱胁迫下，保卫细胞内积累了较多可溶性糖，细胞的渗透压/浓度提高/细胞吸水，维持气孔的开放，保证对CO2的吸收(3)脱落酸激素调节、基因表达和环境(因素)[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响2．(2023·湖北模拟)气候变暖是当前植物面临的常见非生物胁迫，植物在进化过程中逐渐形成了复杂的调控机制以权衡生长发育和免疫防御。为研究在气候变暖的环境条件下植物免疫防御能力的变化，选取拟南芥开展了相关实验。回答下列问题：(1)拟南芥的最适生长温度为23℃，用28℃处理模拟气候变暖的环境条件。用Pst菌株感染拟南芥后培养一段时间，检测拟南芥叶片中的Pst菌株数量(Log10CFU)及拟南芥体内水杨酸的含量，结果如图1所示。①该实验中，自变量是温度，因变量是______________________。②水杨酸是拟南芥体内的一种发挥防御功能的植物激素。据图分析，气候变暖会________(填“提高”或“降低”)植物的免疫能力，判断依据是___________________________________________________________________________。[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响(2)为探究植物免疫防御能力发生变化的机制，进一步检测了不同温度处理下野生型拟南芥体内CBP基因(水杨酸信号通路相关基因)的相对表达量。此外，分别选取生长状况类似的野生型拟南芥和CBP基因过表达拟南芥，检测其在不同温度处理下的水杨酸含量，结果如图2所示。①结合实验结果推测，气候变暖可能是通过____________________从而影响拟南芥的免疫防御能力。[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响②此外，再分别选取生长状况类似的野生型拟南芥和CBP基因过表达拟南芥，检测其在不同温度条件及不同感染状态下的水杨酸含量，该实验目的是________________________________________________________________________。[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响(3)植物生长发育的调控由环境变化、基因表达调控和激素调节共同完成。结合上述研究，解释在气候变暖的环境条件下植物免疫防御能力发生变化的调控机制：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)①图1左侧纵坐标因变量为菌株数量，右侧纵坐标因变量为水杨酸含量。②从图1中可以看出，在28℃条件下菌株数量和水杨酸含量均下降，水杨酸是发挥防御功能的一种植物激素，菌株数量增加，水杨酸含量下降说明植物的免疫能力降低。(2)①据图2左侧结果可知，28℃下CBP基因的表达量下降。②据图2右侧结果可知，CBP基因过表达时，具有防御功能的激素水杨酸的含[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响量显著增加，因此开展实验的目的是为了进一步证明气候变暖可能通过降低CBP基因的表达量使拟南芥的免疫防御能力下降。(3)由图1可知，气候变暖的环境变化会降低植物激素(水杨酸)的含量，进而降低植物的免疫防御能力。从图2可知，气候变暖可能通过降低基因的表达量来影响植物的免疫防御能力，结合以上的研究结果，可得出调控机制为：植物响应环境变化(温度)，调控相关基因(CBP基因)表达，影响体内相关激素(水杨酸)含量，进而实现对病原体入侵的免疫防御功能。答案：(1)①菌株数量和水杨酸含量②降低与23℃条件下相比，28℃条件下用Pst菌株处理后的拟南芥叶片中的菌株数量显著增多，且体内的水杨酸含量降低[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响(2)①降低CBP基因的表达量②进一步证明气候变暖可能通过降低CBP基因的表达量使拟南芥的免疫防御能力下降(3)植物响应环境变化(温度)后，调控相关基因(CBP基因)表达，影响体内相关激素(水杨酸)含量，进而实现对病原体入侵的免疫防御功能(基因表达与激素含量不分先后顺序)[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响3．(2023·广东模考)植物生长发育与光信号密切相关。农业生产中，高低作物间作模式会导致“荫蔽胁迫”，低位作物主要通过光敏色素B(phyB)感知该环境中红光与远红光比值(R∶FR)的降低，从而引发一系列生物学效应，降低了作物产量和品质。下图为光调控幼苗下胚轴伸长的反应机制部分示意图，据图分析回答下列问题：注：PIFs是一类具有调控基因转录作用的蛋白质、ROT3、BZR1和ARF6均为基因。[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响(1)图中四种激素在调控下胚轴伸长方面表现为________作用。(2)phyB的化学本质是______________。已知phyB存在非活化(Pr)和活化(Pfr)两种形式。正常光照环境下，R∶FR较高，phyB主要以________形式存在，其可进入细胞核，通过调控____________________，从而调节幼苗下胚轴的伸长。(3)荫蔽胁迫下，phyB主要以__________形式存在，由此________(填“减弱”或“增强”)对PFs的抑制作用，导致幼苗下胚轴过度伸长。已知“荫蔽胁迫”导致了萌发后生长阶段的下胚轴、叶柄及茎秆的过度伸长，这有利于植物________________，以适应“荫蔽胁迫”环境。据此分析，高低作物间作模式下低位作物产量降低的原因可能是_____________________________________________________________________________________________________。[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响(4)请用箭头表示“荫蔽胁迫”下调节植物生长发育的环境因素，植物激素和基因表达三者之间的关系。解析：(1)据图可知，四种激素均能促进植物幼苗下胚轴伸长，表现为协同作用。(2)光敏色素是一类蛋白质(色素－蛋白复合体)。结合题干信息，PIFs是一种调控基因转录的蛋白质，PIFs与BZR1、ARF6基因的启动子结合，促进基因的转录，从而增加BZR1蛋白与ARF6蛋白的合成量，促进下胚轴的伸长。正常光照下，R∶FR增高，非活化Pr转化为活化Pfr，以活化的形式存在，Pfr抑[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响制PIFs的作用，抑制下胚轴过度伸长。(3)荫蔽胁迫下，R∶FR降低，Pfr转化为Pr，Pfr的减少降低了对PIFs的抑制作用，导致下胚轴过度伸长。例如玉米－大豆间作模式下，下胚轴、叶柄和茎秆的过度伸长，有利于大豆植株在“胁迫”下捕获更多光能，而正是由于植物将更多的能量供给下胚轴、叶柄及茎秆的生长，影响了叶片面积、分枝数以及生殖器官的生长发育，而导致大豆的产量降低。(4)结合题干及所学知识可知，植物生长发育的调控中，激素作为信息分子会影响基因的表达；激素的产生和分布是基因表达调控的结果，也受环境因素的影响；植物通过光敏色素响应环境变化调控基因表达及激素的产生和分布，因此环境因素、植物激素和基因表达三者之间的关系为：

。[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响答案：(1)协同(2)蛋白质(色素—蛋白复合体)活化(Pfr)

BZR1、ARF6基因的表达(3)非活化(Pr)减弱获得更多光照更多的(营养)物质和能量供给下胚轴、叶柄及茎秆生长(4)[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响4．(2023·湖北模拟预测)红薯下侧叶片光合作用合成的糖类主要运输到地下的块根，用于分解供能或储存。图1是红薯叶肉细胞光合作用的过程，甲～戊表示相关物质，①～⑥表示相关生理过程。图2是某生物兴趣小组测得不同光照条件和温度下红薯的CO2吸收速率。镉(Cd)是一种土壤中污染范围广的重金属，H2S是一种气体信号分子。研究人员为研究镉对红薯光合作用的影响，以及H2S对镉胁迫红薯光合作用的缓解作用，进行了相关研究，实验结果如图3(注：CK为对照组)。请回答下列问题：[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响(1)若在红薯形成块根时期，摘除一部分块根，继续培养一段时间后，下侧叶片光合速率的变化是________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。红薯块根去皮后易褐变与细胞内的多酚氧化酶有关。用开水焯过的红薯褐变程度下降，原因是___________________________________________________________________________________________________________________________。(2)分析图1可知，光合作用的____________________阶段需要消耗水，而水的产生发生于________阶段。R酶的作用是____________________。(3)图1中，H＋运出类囊体的方式是______________。若要将提取的物质丁进行分离，通常使用的化学试剂是____________________。[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响(4)为了得到图2所示的实验结果，实验的设计条件应包含____________。A．保持光照强度不变B．保持温度不变C．保持大气湿度一致D．保持二氧化碳浓度不变E．选择足够多发育程度一致的红薯植株F．选取不同种类的植物进行对照实验(5)分析图2，10℃时，影响轻度遮光组红薯植株光合速率的环境因素主要是______。40℃后，重度遮光组曲线回升的主要原因是_______________________________________________________________________________________。[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响(6)据图3分析可知，由于镉对红薯光合作用中的过程________(填写图1中的数字序号)造成直接影响，从而使其光合速率下降。H2S对镉胁迫红薯光合作用的缓解作用主要表现为_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)若在红薯形成块根时期，摘除一部分块根，则下侧叶片光合作用合成的糖类运输到地下的块根受到抑制，下侧叶片光合作用的产物积累会抑制光合速率的进行，即下侧叶片光合速率的变化是减小；酶作用的发挥需要适宜的温度等条件，用开水焯过的红薯，其中的多酚氧化酶受到高温影响活性下降，影响了褐变过程。(2)由图1可知，①③④⑤阶段消耗水，②阶段生成水，[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响即光合作用的光反应(①②)和暗反应(③④⑤⑥)阶段需要消耗水，光合作用的光反应阶段产生水；由④过程可知，R酶用于催化暗反应中CO2的固定。(3)图1中，H＋运出类囊体是由高浓度往低浓度运输，需要载体蛋白的协助，运输方式是协助扩散；丁为参与光合作用的色素，分离叶绿体中色素的方法是纸层析法，用到的分离试剂是层析液。(4)图2研究的是不同光照条件和温度下红薯的CO2吸收速率，实验的自变量是光照强度和温度，因变量是CO2的吸收速率，其余无关变量应保持相同且适宜，包括如大气湿度一致、二氧化碳浓度不变、选择足够多发育程度一致的红薯植株等，本实验只研究光照条件和温度对红薯光合速率的影响，不需要选取其他种类的植物进行对照，C、D、E正确。(5)根据曲线图和横坐标轴分析可知，10℃时不同光照强度下红薯的光[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响合速率有差别，且此后随温度增加，光合速率增加，故影响轻度遮光组红薯植株光合速率的环境因素主要是温度和光照强度；40℃后，温度过高，呼吸酶活性降低，导致呼吸速率减弱，CO2释放速率降低，从而导致重度遮光组曲线回升。(6)镉主要影响叶绿素(参与光反应过程)的含量和R酶(催化暗反应)的活性，则依据图1可知镉对红薯光合作用中①④过程造成直接影响；结合图3柱状图分析可知，H2S对镉胁迫红薯的叶绿素含量升高，吸收更多的光能，促进了光反应，一定程度上提高了镉胁迫下红薯的光合速率，缓解了镉胁迫对红薯光合作用的影响。但不能提高镉胁迫下R酶的活性。[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响答案：(1)减小高温环境使多酚氧化酶的活性下降，影响了褐变过程(2)光反应和暗反应光反应催化暗反应的CO2固定(3)协助扩散层析液(4)CDE(5)温度(和光照强度)温度过高，呼吸酶活性降低，呼吸减弱，CO2释放速率降低(6)①④使叶绿素含量升高，吸收更多的光能，促进了光反应，一定程度上提高了镉胁迫下红薯的光合速率[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响5．(2023·广东韶关二模)黄瓜属于浅根性蔬菜作物，对盐渍、高温、干旱等逆境条件适应性较差。为探讨在干旱胁迫下，钙与脱落酸对黄瓜幼苗光合作用的影响，科学家将幼苗分成A、B、C三组，A组正常栽培；B、C组分别用脱落酸(ABA)、CaCl2＋ABA喷施叶片处理后，在干旱胁迫条件下栽培，一周后测定了相关指标，结果如下表。回答下列问题：分组气孔导度(mmol·m－2·s－1)净光合速率(μmolCO2·m－2·s－1)游离氨基酸(μg·g－1)SOD活性(U·mg－1pro)A组0.5414.51.8316.1B组0.348.02.4813.8C组0.399.02.1614.5注：SOD(超氧化物歧化酶)具有抗氧化作用，可清除植物在不利环境下产生的自由基等。[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响(1)内源脱落酸是一种植物激素，其作用是促进叶和果实的衰老和脱落、______________(至少答出一点)等。(2)据表分析，本实验中A组作为________组；B、C组黄瓜幼苗的净光合速率明显低于A组的原因是干旱胁迫使__________下降，导致暗反应所需的CO2不足；胁迫下的黄瓜幼苗通过增加细胞中游离氨基酸的含量来提高______________，以吸收更多土壤中的水分来抵抗干旱胁迫。(3)已知Ca2＋在植物抗逆过程中能防止膜脂过氧化，具有稳定膜结构的作用，请从表找出支持该结论的证据：________________，使清除自由基的效果更明显。[高考命题热点三]环境胁迫对农作物的影响(4)进一步研究发现：干旱胁迫一周后与处理前比较，植物的地下部分与地上部分干重的比值明显提高，其意义是________________________________以抵御干旱胁迫带来的伤害。(5)本实验叶面喷施ABA的浓度是1.0mg·L－1，为了进一步探究提高干旱胁迫下黄瓜幼苗净光合速率的最适ABA浓度，请你写出实验设计思路_________________________________________________________