5.4 环境因素参与调节植物的生命活动课件-2023-2024学年高二上学期生物人教版（2019）选择性必修1

1.桃花和菊花各自在什么季节开花？ 思考： 2.你认为影响二者开花的环境因素是什么？ SZ-LWH SZ-LWH 问题●探讨 SZ-LWH SZ-LWH 古代有很多诗人来描绘不同植物的开花，比如课件展示的两首诗，请问桃花和菊花各自在什么季节开花呢？你认为影响二者开花的因素是什么？那么这节课我们就来学习第四章四节环境因素参与植物的生命活动。 1 第4节 环境因素参与调节植物的生命活动 第5章　植物生命的调节 SZ-LWH SZ-LWH 教 公 师 开 课 SZ-LWH SZ-LWH 资料1 少数植物（如烟草和莴苣）的种子需要在有光的条件下才能萌发，有些植物(如早熟禾、毛蕊花)的种子在有光条件下萌发得好一些，还有一些植物（如洋葱、番茄）的种子萌发，则受光的抑制。研究发现，萌发需要光的种子一般较小，储藏的营养物质也很少 任务一：分析光对植物生长发育的作用 资料2　豆芽是在黑暗的环境中培育的，细胞中不含叶绿素，茎比在光下要长很多。豆芽一旦见光，就会发生形态变化并长成豆苗。 资料3　很多植物的开花与昼夜长短有关。例如，菠菜只有白天长度超过13小时才开花；菊、水稻则要在白天短于一定的时长才开花。当然，也有不少植物的开花与昼夜长短没有关系，如黄瓜、棉花、向日葵等。 SZ-LWH SZ-LWH 一、光对植物生长发育的调节 SZ-LWH SZ-LWH 首先大家通过这些资料分析光可以调节植物的哪些方面？ 说明光可以调控种子的萌发、植物的颜色、结构和植物的开花，接下来我们继续进一步探究光是如何调控这些生长发育的机制。 3 资料1 少数植物（如烟草和莴苣）的种子需要在有光的条件下才能萌发，有些植物(如早熟禾、毛蕊花)的种子在有光条件下萌发得好一些，还有一些植物（如洋葱、番茄）的种子萌发，则受光的抑制。研究发现，萌发需要光的种子一般较小，储藏的营养物质也很少 (1)光在种子萌发中起到了什么作用？是需要光照给种子萌发提供能量吗？ 推测：光本身是植物萌发过程中的一种调节因子。 不是。 SZ-LWH SZ-LWH 一、光对植物生长发育的调节 SZ-LWH SZ-LWH 资料一表明光参与许多植物的种子的萌发过程，那么接下来请大家思考光在种子萌发中起到了什么作用？光是为种子萌发提供能量吗？因为许多种子萌发时是没有叶绿素的，无法进行光合作用。那么光在种子萌发中起到什么样的作用？大家可以大胆推测一下：光本身是植物萌发过程中的一种调节因子。 4 结论：莴苣种子红光——萌发，远红光逆转以上效果。 资料4：红光和远红光调节莴苣种子萌发的不同作用 以上结果可得出什么结论？ 1 2 3 4 5 SZ-LWH SZ-LWH 一、光对植物生长发育的调节 SZ-LWH SZ-LWH 在此基础之上，科学家做了以下实验来探究红光和远红光对莴苣种子萌发的调节作用是否相同？通过实验现象的分析，可以得到什么结论？ 5 长日照植物 短日照植物 资料5：光调节植物开花（日照长短） SZ-LWH SZ-LWH 一、光对植物生长发育的调节 SZ-LWH SZ-LWH 通过资料3说明植物开花与光照时长有关，但是后续科学家又进行了实验，发现光调节植物开花并不是光照长度与临界值关系那么简单，请同学们阅读活动单上的资料5，思考以下问题：决定植物开花的是一天中连续光照时长还是连续黑暗时长，并给予相应的解释。 6 连续黑暗时间决定是否开花。 决定植物开花的是一天中连续光照时长还是连续黑暗时长？ 资料4：光调节植物开花的具体机制 SZ-LWH SZ-LWH 一、光对植物生长发育的调节 SZ-LWH SZ-LWH 但是以下实验说明光调节植物开花似乎并不是光照长度与临界值关系那么简单的，这个实验显示对于短日照植物来说在长日照下不开花，在短日照下开花，和预期是相符的，但奇怪的是在短日照条件下，在暗期给予瞬时的光照之后，短日照植物就不开花了。虽然在暗器条件中给予一个 瞬时光照，但是24h中，光照时间仍是小于临界值的，同理长日照植物也是如此，说明决定植物开花的是一天中连续黑暗时长。只要是最长的连续黑暗时间长于临界值，短日照植物就会开花，长日照植物就不会开花。 7 4.光信号在植物体内的转换 资料6　科学家在短日照条件下分别培养短日照植物和长日照植物，前者开花，后者不开花。这两组作为对照，其结果是符合预期的。然后将长日照植物的枝条嫁接到短日照植物的枝干上，仍然给予短日照的条件，发现这个嫁接过去的长日照植物枝条居然在短日照条件下开花了。 结论：光信号在植物体内被转换为化学物质信号。 由此，你可以得出什么结论？ SZ-LWH SZ-LWH 一、光对植物生长发育的调节 SZ-LWH SZ-LWH 紧接着科学家又做了一组实验，说明什么？那是不是可以推断在短日照的条件下，短日照的枝干产生了某种物质，它作为一种化学信号转移到了长日照植物的枝条中，促使其开花。 8 科学问题：光是如何调节植物生长发育的？ 子问题1：植物如何感受光照呢？ 子问题3：光信号在植物体内转换为化学信号的具体过程是什么？ 提出下一步待研究的科学问题 子问题2：红光和远红光对植物种子萌发作用不同的分子机理是什么？ SZ-LWH SZ-LWH 一、光对植物生长发育的调节 SZ-LWH SZ-LWH 现在我们汇总刚才的几个资料，思考得到以上有关光对植物生长发育的调节相关结论以后，说明光可以调节植物的生长发育，那么光是如何调节植物的生长发育呢？那么这个问题太宽泛了，我们可以细化为以下三个问题，现在请大家结合教材阅读导学案，寻找科学家经过实验设计，实施实验之后所得到的这些问题的答案。 9 分布： 子问题1：植物如何感受光照呢？ 植物接受光信号的分子——光敏色素（其中的一种） 发色团（感知光） 本质： 功能： 蛋白质 植物各个部位，分生组织的细胞内较多 接收光信号 SZ-LWH SZ-LWH 一、光对植物生长发育的调节 SZ-LWH SZ-LWH 对于第一个字问题，科学家发现植物感受光信号的受体是一种色素和蛋白质所组成的复合体，叫做光敏色素。他有两个样机，每个样机都有一个感光区域和一个煤火性区域。感光区域感受光信号之后可以影响酶活性区域。从而使光线好和植物体内的化学反应联系起来 10 子问题2：红光和远红光作用的分子机理——光敏色素 非活化态 活化态 SZ-LWH SZ-LWH 一、光对植物生长发育的调节 SZ-LWH SZ-LWH 苞米色素有两种分子结构，一种是pr，另外一种是pr他们的区别在于感光区域的发射团会根据受到的光照条件不同而呈现出顺势和反式两种不同的结构基因表达合成的光敏色素是这种pr结构的宏观可以使pr转变成p fa，远红光呢会使这种转变反向的发生在黑暗的条件下，tr也会缓慢的转变，回到pr的形式但是通常只有pr会引发下游的生物学效应所以我们在刚才的实验当中都发现在实验当中都发现，如果最后一次照射是红光光敏色素就会以pf的形式存在，植物就会表现出光照的效果但是如果最后一次是远红光的照射，那么光敏色素就以pr的形式存在植物就仿佛没有受到光照一样 11 3 光调控植物生长发育的反应机制 感受信号 传导信号 发生反应 受到 光照射 光敏色素被激活，结构发生变化 信号经过转导，传递到细胞核内 DNA 细胞核内特定基因的转录变化 RNA 翻译 表现出 生物学效应 光信号 激活 光敏色素 信息传递系统 细胞核 影响特定基因表达 （DNA→mRNA） 翻译 生物学效应（蛋白质） 参照教材图5－12，尝试用文字和箭头构建光信号转换过程模型。 SZ-LWH SZ-LWH 一、光对植物生长发育的调节 SZ-LWH SZ-LWH 第二个子问题光信号在植物体内转化为化学信号的具体过程刚才我们提到多米色素感光区域，感受光之后会通过改变其结构引起酶活性区域的变化影响细胞内的化学反应其实这样就已经把光信号转换为了化学信号这就是感受信号的阶段请大家对光敏色素从感光到发生开花等生物学效应之间的信号转导过程进行合理的推测，然后用图形的方式表示出来 12 光的调控 种子萌发 植株生长 开花 衰老 均受到 ① 光作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程。 ②光是植物进行光合作用的能量来源； 植物是如何感受到光照？ 光是如何调控植物生长发育的呢？ 1 光的作用 SZ-LWH SZ-LWH 一、光对植物生长发育的调节 SZ-LWH SZ-LWH 13 思考·讨论 树木的年轮与季节的温度变化有什么直接关系? 有的植物需要经过春化作用才能开花，这对于它们适应所生存的环境有什么意义？ 关于温度参与调节植物生长发育的实例，你还能举出一些吗？ 请同学们阅读课本107页资料 1 和 资料2，讨论以下问题： 还有什么环境因素参与植物生命活动的调节的呢？ SZ-LWH SZ-LWH 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 SZ-LWH SZ-LWH 14 颜色较浅的带 颜色较深的带 资料1：年轮的形成 思考：树木的年轮与季节的温度变化有什么直接关系？ 年轮的形成，是树木对一年中不同时期环境温度反应的结果。 ？ ？ SZ-LWH SZ-LWH 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 SZ-LWH SZ-LWH 一圈年轮颜色较浅的带形成的原因是什么？颜色较深的带形成的原因是什么？一圈年轮就是包括颜色较浅的带和颜色较深的带。所以树木的年轮与季节的温度变化有什么直接关系呢 说明温度可以影响植物的生长发育，接下来我们再看材料二 15 冬小麦：9-10月播种，经过冬天后，来年春天开花结果。 资料2：温度影响冬小麦开花 实践：在春季播种冬小麦，会使得麦苗夏季旺长却不开花或者开花太晚，造成减产。 思考 ：有的植物需要经过春化作用才能开花，这对于它们适应所生存的环境有什么意义？ 冬小麦 可以避免出现植物在冬季来临之前开花从而无法正常结果的情况。 SZ-LWH SZ-LWH 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 SZ-LWH SZ-LWH 有一种小麦叫做冬小麦。之所以叫冬小麦，是因为他必须在秋季进行播种。经历一个冬季，才能在来年的春天开花结果。那么请大家思考一下，我们知道冬天的温度是很低的。甚至可能会冻伤。那为什么不在春天去播种冬小麦呢？ 其实早就有农民伯伯尝试过，在春季播种冬小麦了。结果发现卖苗在夏季旺长却不开花，或者开花太晚。我们知道农民种植小麦是希望收获它的种子的。那么不开化或者晚开花，最终就会造成减产。原来冬小麦需要经历一段时间的低温诱导后才能开发。我们把这种现象叫做春化作用。 现在大家进行一下一步的思考，春化作用，对于植物适应环境有什么积极的意义吗？ 大多数植物是在春天开花，夏天果实逐渐成熟，然后在秋天进行收获了。但是一年当中春秋两季的温度是差不多的，所以植物不能再一遇到适宜温度的时候就开花，而是要去区分这个适宜温度是春天还是秋天好。那么如果这个适宜温度之前出现了一定时间的低温，那么此时的适宜温度就是春天。就可以正常开花，如果这个适宜温度以前没有出现一定时间的低温。那么此时就是秋天就不会开花。好了，通过这个现象，我们发现温度对某些植物开花与否也起着调节作用。 16 关于温度参与调节植物生长发育的实例，你还能举出一些吗？ ①植物“午休”现象，气孔关闭； ②叶片变黄、脱落； ③植物分布的地域性 总结：温度参与植物生长发育的调节 西双版纳热带季雨林 温带常绿阔叶林 落叶阔叶林 针叶林 SZ-LWH SZ-LWH 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 SZ-LWH SZ-LWH 通过以上两个事例，我们发现温度对植物的生长和开花等生命活动都具有调节作用。大家思考一下，还有其他温度调节植物生命活动的例子吗？除此之外，我国从南到北的植物的分布也受到温度的影响。大家再思考思考，温度对植物生命活动的影响本质是什么？ 17 种子萌发后，根向地生长、茎背地生长。如果将幼苗横过来，茎会弯曲向上生长，根则弯曲向下生长。 1. 茎和根的生长是受哪种因素调节的？ 思考·讨论： 由重力因素调节的。 茎向上生长 2. 重力又是如何调节生长素的分布呢？ ①植物的根、茎中具有感受重力的物质和细胞 ②将重力信号转换成运输生长素的信号，造成生长素分布的不均衡，调节植物的生长方向 SZ-LWH SZ-LWH 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 SZ-LWH SZ-LWH 18 IAA IAA IAA Ⅰ.根尖垂直放置时 伸长区 根冠 淀粉粒 (1)请用“淀粉—平衡石假说”解释根的向地性。 Ⅱ.根尖水平放置时 SZ-LWH SZ-LWH 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 SZ-LWH SZ-LWH 关于这个现象的原因，我们在学习。知道了，其实是重力引起了生长素在水平放置的根的近地侧和远地侧的不均等分布。近地侧的生长素分布更多，远，地侧的生长素分布更少。而根尖对生长素是非常敏感的，我以根的近地侧的生长。速度就会比远地侧生长速度要慢，所以一段时间之后，根就会出现向下弯曲生长的现象。也就是会出现向地性。 问题1 但是我们有没有思考过，根是怎么感受到重力的作用，进而使生长素发生重新的不均等分布的呢？ 原来植物的根、茎 根处于垂直放置的时候，身体会均匀的分布在平衡细胞的底部。对其底部的内质网产生均等的压力，但是如果根水平放置的时候，电粉沿着重力的方向沉降到平衡时细胞的侧面。这样就会对处于平衡时细胞底部的内质网产生不均等的压力。这种不均等的压力会影响影生长素的分布，压力大的部位生长素分布多。相反，压力小的部位生长素分布少。因此当根处于垂直位置的时候，平衡时，细胞底部的内质网受到均等的压力。从根管运往伸长区的生长素，再根两侧的运输量是相等的。所以根两侧的生长速度也是相同的，根的生长就不会发生弯曲。但是当根水平放置的时候，平衡石细胞底部的内质网在近地侧受到的压力就会大于远地侧所受到的压力。造成更换滤网伸长区的生长素在近地侧就比远地侧更多。然而根对生长素是比较敏感的，所以根的近地侧相对，高浓度的生长素抑制生长而远地侧。低浓度的生长素会促进它的生长进而使根出现向地生长的特点 19 光敏色素是一类能接受光信号的分子，主要吸收红光和远红光，具有非活化态（Pr）和活化态（Pfr）两种类型。农田中玉米-大豆间作时，高位作物（玉米）对低位作物（大豆）具有遮阴作用，严重时引发“荫蔽胁迫”，此时，低位植物体内的光敏色素及多种激素共同响应荫蔽胁迫。请回答下列问题。 (1)光敏色素是一类_____（化学本质）。不同的光照条件能改变光敏色素的_____，这一变化的信息会经过信息传递系统传导到_____内，影响特定基因的表达，从而表现出生物学效应。 蛋白质 空间结构 细胞核 SZ-LWH SZ-LWH 三、植物生长发育的整体调控 SZ-LWH SZ-LWH (2)自然光被植物滤过后，其中红光（R）/远红光（FR）的值会下降，原因是_____。发生荫蔽胁迫时，低位植物体内的光敏色素主要以_____形式存在。此形式的光敏色素可_____（选填“减弱”或“增强”）对光敏色素互作因子（PIFs）的抑制作用，有利于多种激素共同响应荫蔽胁迫。在调控下胚轴和茎秆伸长方面，图中四种激素之间具有_____作用。 植物叶片中的叶绿素吸收红光 非活化态（Pfr） 减弱 协同 SZ-LWH SZ-LWH 三、植物生长发育的整体调控 SZ-LWH SZ-LWH (3)荫蔽胁迫引发低位植物的下胚轴及茎秆等出现过度伸长，这有利于植物 ，以适应环境的变化。玉米-大豆间作时，受荫蔽胁迫的大豆产量明显降低，主要原因是 。 吸收更多的光照 叶片将更多的有机物供给下胚轴及茎秆等的伸长，转移至种子内的有机物减少。 SZ-LWH SZ-LWH 三、植物生长发育的整体调控 SZ-LWH SZ-LWH 22 (4)植物的生长发育受基因表达、植物激素和环境因素的共同调节，请下方的方框中用箭头表示荫蔽胁迫下三者之间的关系。（2分） 植物生长发育 控制 影响 影响 影响 SZ-LWH SZ-LWH 三、植物生长发育的整体调控 SZ-LWH SZ-LWH 环境因素 23 高等植物是由许多细胞组成的高度复杂的有机体，它的正常生长发育需要各个器官、组织、细胞之间的协调和配合。 植物生长发育的调控，是由基因表达的调控、激素调节和环境因素调节共同完成的。 植物生长发育 基因表达 植物激素 影响 调控 环境因素 光、温度、重力 改变分布 影响表达 生长素、赤霉素、乙烯 细胞分裂素、脱落酸、 SZ-LWH SZ-LWH 三、植物生长发育的整体调控 SZ-LWH SZ-LWH 研究表明：平衡石细胞和感受重力的部位在根冠。根冠感受了重力方向后，通过运输物质(生长素)的量影响根尖生长方向。如何通过设计实验来进行验证？ 项目 处理 预期结果 减法原理 加法原理 切去不同长度的根尖端后又长出尖端 __________ SZ-LWH SZ-LWH 三、植物生长发育的整体调控 SZ-LWH SZ-LWH $$