Question

2017年诺贝尔生理医学奖授予了节律时钟(由若干蛋白质组分构成)调控装置的发现者。植物的节律时钟控制很多生理过程，如向性生长和光合作用等。

(1)研究显示：向日葵幼苗白天表现出向光性，但在夜间却能重新转向东方。在单侧光下，向日葵幼苗表现出向光性，植物向光性除与背光侧和向光侧生长素分布不均匀有关，还可能与___________(物质)分布不均匀有关。为了揭示向日葵幼苗夜间重新转向东方的机理，科学家提出了两种假设：①环境昼夜交替引起该现象(外因)；②植物自身存在昼长和夜长均恒定的生物时钟(内因)。下列实验设计有助于区分上述两种假设的是___________。(多选)

A．在温度不同的暗室内分别测定幼苗顶芽的转向速率

B．在装有全天候定向光照的温室内观察是否出现节律性转向

C．在若干个光照强度不同的温室内分别测定幼苗顶芽的转向速率

D．在夏至(昼长夜短)和秋分(昼夜等长)夜间分别测定大田幼苗顶芽转向速率

(2)为了探究节律时钟对光合作用的影响，科学家构建了TOC和ZTL两种拟南芥突变株(两者的节律时钟周期分别为20和28小时，昼夜时长为1︰1)，并测定两者在不同条件下(T20和T28)光合作用的相关指标。其中T20和T28表示室内控制光照/黑暗循环周期分别为20和28小时(光照与黑暗时长为1︰1)。测定结果如图所示。

①植物的干重能反映光合作用的强度，因此科学家在研究中比较了两种突变株的干重。作为光合作用强度的观测指标还可以采用___________。

②据图分析实验数据，植物干重增加的原因是：___________

(3)控制动物节律有关的中枢位于___________。

Answer

（背光侧和向光侧）生长抑制物质 B D 单位时间内二氧化碳吸收量和氧气释放量 当拟南芥体内的节律时钟和外界的光照/黑暗循环周期相吻合时，植物体内叶绿素的含量较高，这有利于光合作用的进行，进而增加植物的干重 下丘脑

【解析】

植物的向光性与生长素的运输有关，由于在单侧光下，胚芽鞘的生长素进行了横向运输，使背光侧生长素的浓度大于向光侧，生长素浓度高的一侧促进生长快，所以出现向光弯曲生长的特性。有研究证明，植物的向光性还可能和植物体内抑制生长的物质分布不均有关。据图分析影响植株干重的外界因素除了CO2浓度、温度和光照强度外，还有昼夜时长。分析实验数据可得出的结论是当拟南芥体内的节律时钟和外界的光照/黑暗循环周期相吻合时，植物体内叶绿素的含量较高，这有利于光合作用的进行，进而增加植物的干重。

（1）植物的向光性是由于向光侧和背光侧生长不均衡所出现的现象，除了与背光侧和向光侧生长素分布不均匀有关外，还可能与（背光侧和向光侧）生长抑制物质分布不均匀有关。为了揭示向日葵幼苗夜间重新转向东方的机理，区分上述两种假设，可在装有全天候定向光照的温室内观察是否出现节律性转向，如果出现节律性转向，则说明是内因导致的向光性；若在夏至(昼长夜短)和秋分(昼夜等长)夜间分别测定大田幼苗顶芽转向速率，二者的转向速率不同，则说明是外因导致的向光性，故BD符合题意，AC不符合题意。

（2）①植物的干重能反映光合作用的强度，作为光合作用强度的观测指标除了比较干重外，还可以采用CO2吸收量和O2释放量来表示。②据图分析实验数据，T20组在室内控制光照/黑暗循环周期在20小时的情况下，植物体中的叶绿素含量和植物干重量均高于T28组，而在室内控制光照/黑暗循环周期在28小时的情况下，植物体中的叶绿素含量和植物干重量均高于T20组，说明当拟南芥体内的节律时钟和外界的光照/黑暗循环周期相吻合时，植物体内叶绿素的含量较高，这有利于光合作用的进行，进而增加植物的干重。

（3）动物体中的下丘脑与生物节律的控制有关。