第5章 第3节 植物对多种环境信号做出反应（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中生物学选择性必修1 稳态与调节（浙科版2019）

第三节　植物对多种环境信号做出反应 课程内容标准 核心素养对接 概述其他因素参与植物生命活动的调节，如光、重力和温度等。 1． 通过分析讨论，明确光、重力和温度等环境因素对植物生命活动的调节的过程。(生命观念) 2．构建植物生长发育的调控模型。(科学思维) [对应学生用书P111] 1．向性运动是植物受到光、重力等有方向性的环境刺激而引起的生长运动，是植物对环境信号的一种生长反应。 2．向重力性就是植物在重力影响下，保持一定方向生长的特性。植物的茎总是背离重力方向而向上生长，具有负向重力性；根总是顺着重力方向而向下生长，具有正向重力性。 二、植物的生殖受到光周期及温度的调控 1．光周期即一天24 h内昼夜的相对长度。生物体对光周期的生理反应，称为光周期现象。 2．光周期对植物的影响 (1)有些植物只有当日长超过一定小时数时才能开花，这样的植物称为长日植物。 (2)有些植物只有当日长短于一定小时数时才能开花，这样的植物称为短日植物。 (3)有些植物只要它们已经接受了正常生长发育所需的足够的光照就能开花，被称为日中性植物。 3．科学研究表明，控制植物开花及其他光周期现象的是夜长——暗期的长度，而非日长。因此短日照植物实际是长夜植物，而长日照植物实际是短夜植物。 4．光敏色素 (1)存在部位：叶片细胞。 (2)调节过程 一旦暗期被照光，特别是被红光打断，光敏色素就能捕获到这个信号，从一种形式转变成另一种形式。这种转变起着开关的作用，不仅控制着开花，还控制着诸多植物体其他重大生理过程，如种子萌发、分枝形成等。 (3)光周期作为信号控制很多植物的开花，这是长期进化的结果。 5．温度 (1)还有一些植物的开花主要受温度的影响，如冬小麦。对这类植物来说，秋冬季的低温是开花所必需的条件。这种低温诱导植物开花的过程，称为春化作用。 (2)低温对开花的影响，一般可在种子萌发或在植株生长的任何时期实现。 (3)感受低温刺激的部位一般在茎尖。许多实验证明，在春化过程中形成一种春化素，不过这种物质至今还没被分离出来。春化作用也可能与赤霉素有关。 (4)低温作为信号，影响这些植物的开花，也是进化的结果。 1．判正误(对的画“√”，错的画“×”) (1)生长素不直接参与细胞代谢只能给细胞传达促进生长的信息。(×) (2)单侧光能影响生长素的横向运输但不影响生长素的极性运输。(√) (3)生长素和乙烯对植物侧芽细胞的伸长都起着一定的调节作用。(√) 2．微思考 (1)参与调节植物的生命活动的环境因素有哪些？ 提示　光、温度、重力等。 (2)植物体感受光周期变化的部位是哪里？感光物质是什么？ 提示　叶片；光敏色素。 [对应学生用书P112] 任务驱动一　向性运动是植物对环境信号做出的生长反应 根据下图的处理和结果，分析讨论： 1．在图中A、B、C、D四处，生长素浓度比较高的是哪些位置？为什么？细胞生长较快的是哪些位置？ 提示　在图中A、B、C、D四处，生长素浓度比较高的是C、D，因为是近地侧，由于重力作用，生长素向下运输。细胞生长较快的是A、D，均表现为促进生长。 2．从图中我们也可以判断出茎和根哪个部分对生长素反应更敏感？ 提示　根由于根对生长素的敏感性强，远地侧较低的生长素含量促进了该侧细胞的生长，近地侧较高的生长素含量抑制了该侧细胞的生长，从而使根表现出向地性。 植物的向重力性 (1)植物茎的背地性和根的向地性 重力→→ (2)植物的向重力性假说 根横放时，平衡石沉降到细胞底部，刺激内质网释放Ca2＋到细胞质中，Ca2＋和特定蛋白质相结合，激活细胞底部的钙泵和生长素泵。于是横放的根的下侧生长素浓度高于上侧。而根对生长素十分敏感，下侧高浓度的生长素反而抑制细胞生长，导致下侧生长速度比上侧慢，于是根向下弯曲。 根横放时，淀粉体下沉到细胞近地侧的内质网上，诱导内质网释放Ca2＋到细胞质基质，Ca2＋与调钙蛋白结合后活化Ca2＋泵和IAA泵(均为ATP驱动泵)，使根近地侧积累较多的Ca2＋和IAA，导致根的近地侧的和背地侧的生长速度不一样。下列说法不合理的是(　　) A．淀粉体能导致IAA分布不均 B．重力能导致根的向地生长 C．Ca2＋和IAA运输到近地侧的方式为主动运输 D．根的向地性不能体现生长素的两重性 D　[淀粉体下沉到细胞近地侧的内质网上，诱导内质网释放Ca2＋到细胞质基质，Ca2＋与调钙蛋白结合后活化Ca2＋泵和IAA泵，从而导致近地侧和远地侧生长素分布不均匀，因此，A正确；生长素从远地侧向近地侧运输，是因为淀粉体受重力的作用，沉积在下方，从而最终激活IAA泵向近地侧运输IAA，致使近地侧和远地侧生长素分布不均，且近地侧表现为抑制，远地侧表现为促进，近地侧生长速度慢，远地侧生长速度快，因而根体现为向地生长，B正确；Ca2＋和IAA运输到近地侧都需要消耗ATP，因而都属于主动运输过程，C正确；根据上述分析，可以看出根的向地性能体现出生长素作用的两重性，D错误。] 下图为研究植物茎的负向重力性和根的向重力性实验示意图，下列有关叙述正确的是(　　) A．生长素在根部“③→④”的运输不需要消耗ATP B．生长素对②处和⑥处的作用效果不同 C．相关现象说明茎对生长素的敏感性高于根 D．两种现象均能体现生长素作用的两重性 B　[生长素的极性运输是一种主动运输，需要消耗ATP，A错误；根对生长素更敏感，生长素对②处和⑥处的作用效果分别是抑制和促进，B正确，C错误；生长素对茎的生长只表现为促进作用，不能体现生长素作用的两重性，D错误。] 任务驱动二　植物的生殖受到光周期及温度的调控 　一些种子(如莴苣)需要在一定光照条件下才能萌发，这类种子称为需光种子。在研究莴苣种子的萌发时，科研人员利用红光(R)和远红光(FR)反复照射进行实验，得到如下结果，根据实验结果分析讨论： 照射 萌发率/% R 70 R＋FR 6 R＋FR＋R 74 R＋FR＋R＋FR 6 R＋FR＋R＋FR＋R 76 R＋FR＋R＋FR＋R＋FR 7 注：在26℃下连续地以1 min的红光和4 min的远红光照射。 1．接收光信号的物质是什么？其化学本质是什么？ 提示　光敏色素　是一类蛋白质。 2．在本实验中，光和温度分别属于什么变量类型？ 提示　光属于自变量；温度属于无关变量。 3．根据实验结果，推测对莴苣种子萌发起抑制作用的是哪种光？为什么？若用红光和远红光交替多次处理，则种子的萌发率取决于哪种光？ 提示　根据表格中数据可知，第1、3、5次实验最后一次处理用的都是红光(R)，其萌发率都较高，第2、4、6次实验最后一次处理用的都是远红光(FR)，其萌发率都很低，说明对莴苣种子萌发起抑制作用的光是远红光；若用红光和远红光交替多次处理，则种子的萌发率取决于最后一次处理用的是哪种波长的光。 1．光周期对植物开花的影响 (1)植物体感受光周期变化的部位是叶片，叶片细胞中有一种色素称为光敏色素。 (2)光信号的调节过程 一旦暗期被照光，特别是被红光打断，光敏色素就能捕获到这个信号，从一种形式转变成另一种形式。这种转变起着开关的作用，不仅控制着开花，还控制着诸多植物体其他重大生理过程，如种子萌发、分枝形成等。 2．温度对植物开花的影响 (1)低温诱导植物开花的过程，称为春化作用。 (2)低温对开花的影响，一般可在种子萌发或在植株生长的任何时期实现。 (3)感受低温刺激的部位一般在茎尖。许多实验证明，在春化过程中形成一种春化素，不过这种物质至今还没被分离出来。春化作用也可能与赤霉素有关。 (4)低温作为信号，影响这些植物开花，也是进化的结果。 赤霉素和光敏色素能协调调节拟南芥主根的生长。某小组以野生型拟南芥植株(WT)、光敏色素A(phyA)缺失突变体和光敏色素B(phyB)缺失突变体为材料，研究在黑暗和光照条件下，赤霉素合成抑制剂——多效唑(PAC)对拟南芥幼苗主根生长的影响，实验结果如图所示，下列分析错误的是(　　) A．光敏色素可能不参与黑暗条件下PAC调控主根生长的过程 B．在光照和黑暗条件下，PAC调控主根生长的效果存在差异 C．phyA介导的光信号对PAC调控主根生长的影响不明显 D．phyB介导的光信号能增强PAC对主根生长的抑制效果 D　[据图分析，在全黑暗条件下，三种植物的主根相对长度随PAC浓度的变化而变化的情况相似，差异不大，说明光敏色素可能不参与黑暗条件下PAC调控主根生长的过程，A正确；结合两幅图分析可知，在光照和黑暗条件下，PAC调控主根生长的效果存在差异，B正确；全光照条件下，phyA缺失突变体与野生型的曲线差异不大，说明phyA介导的光信号对PAC调控主根生长的影响不明显，C正确；据图分析可知在一定的PAC浓度范围内phyB介导的光信号增强PAC对主根生长有促进效果，D错误。] [借题发挥] 1．(长句专练)说出光对植物的调节过程。 提示　在受到光照射时，光敏色素的结构会发生变化，这一变化的信息会经过信息传递系统传导到细胞核内，影响特定基因的表达，从而表现出生物学效应。 2．(批判性思维)植物体内只有光敏色素吗？ 提示　不是，光敏色素主要吸收红光和远红光。植物体内除了光敏色素，还有感受蓝光的受体。 对绿色开花植物光合作用最有效的一组光是(　　) A．红光和黄绿光　 B．黄光和蓝紫光 C．红光和橙光 D．红光和蓝紫光 D　[叶绿体中的色素主要为叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素a主要吸收波长在蓝紫光和红橙光之间的光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。所以对绿色开花植物光合作用最有效的一组光是红光和蓝紫光。] 知识网络构建 关键知识积累 1．生物体对光周期的生理反应，称为光周期现象。 2．控制植物开花及其他光周期现象的是夜长——暗期的长度，而非日长。 3．光敏色素存在部位：叶片细胞。 4．低温诱导植物开花的过程，称为春化作用。 [对应学生用书P116] 1．自然界中，植物开花需要光信息刺激，当日照时间达到一定长度时，植物才能开花，下列相关说法错误的是(　　) A．植物对日照时间的感知跟光敏色素有关，其信息类型是化学信息 B．该现象说明信息的来源可以是外界环境 C．日照时间对植物开花的调节本质上是对基因程序性表达的调控 D．可以通过人为地控制光照时间达到使花卉分批上市的目的 A　[植物对日照时间的感知虽然跟光敏色素有关，但是该信息是借助光传递的，信息类型属于物理信息，A错误；题目中的现象说明信息的来源(光)可以是外界环境，B正确；日照时间长短的变化是环境因素，外界环境因素的变化通过影响植物的代谢进而影响植物的开花，而植物代谢的调节本质上是由基因来调控的，C正确；植物信息传递可以用于生产和生活，根据题意知可以通过人为地控制光照时间控制植物开花的时间，达到使花卉分批上市的目的，D正确。] 2．植物的生长发育受多种激素的调节，以下对植物激素及其类似物的认识错误的是(　　) A．细胞分裂素和生长素可以对同一细胞发挥作用 B．越冬植物进入秋冬季节，赤霉素相对含量减少，脱落酸相对含量增加 C．茎的背地性生长和根的向地性生长都能体现生长素的作用具有两重性 D．在蔬菜水果上残留的植物生长调节剂如青鲜素等，会损害人体健康 C　[细胞分裂素促进细胞分裂，生长素促进细胞伸长生长，二者作用于同一个细胞并不冲突，A正确；赤霉素促进细胞伸长生长，脱落酸促进细胞衰老、脱落，结合二者的生理作用可知，对于越冬的植物，由于环境温度降低，酶活性减弱，植物生长减弱或不再生长，所以赤霉素分泌应减少，而脱落酸分泌增多，B正确；茎的背地生长中，向地侧和背地侧体现的都是生长素促进生长的作用，所以不能体现生长素的两重性，C错误；在蔬菜水果上残留的植物生长调节剂会损害人体健康，如青鲜素是一种致癌物质，D正确。] 3．南京地处亚热带地区，四季分明，植物能接受外界光照、温度变化的刺激。某些植物通过调节各激素的合成，使其冬天休眠、夏天生长，如图，有关叙述正确的是(　　) 赤霉素、细胞分裂素和脱落酸三者之间的 合成关系 A．10℃有利于过程①②③④，30℃有利于过程①③⑤⑥ B．由图可知，植物的休眠和生长都只由一种激素调节完成 C．长日照能促进过程②④，短日照能促进过程⑤⑥ D．冬天休眠时，植物体内的赤霉素和脱落酸的含量都会增加 C　[植物的生长主要与赤霉素、细胞分裂素和生长素的作用有关，而植物的休眠则与脱落酸和乙烯的作用有关，B错误；该植物冬季休眠，夏季生长，说明低温时其体内脱落酸合成较多，高温时细胞分裂素和赤霉素合成较多，A错误；冬季日照时间较短，脱落酸的含量增加，植物休眠，夏季光照时间长，赤霉素和细胞分裂素合成较多，植物生长，C正确；赤霉素的生理作用之一就是打破休眠，促进萌发，D错误。] 4．回答下列与植物激素调节的相关问题： (1)“唤醒沉睡的种子，调控幼苗的生长。引来繁花缀满枝，瓜熟蒂落也有时。靠的是阳光雨露，离不开信息分子”。其中“唤醒沉睡的种子”的激素是____________；与“瓜熟蒂落”有关的主要是________________两种激素。 (2)我国很多地区的采茶活动主要集中在春、秋两季。随着采摘批次的增加，新梢的数量大大增加，这实际上是解除了一种________________现象，以上所填写的现象产生原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)研究发现，乙烯的产生具有“自促作用”，即乙烯的积累可以刺激更多的乙烯产生，因此，这种乙烯合成的调节机制属于__________调节。植物激素调节对于植物的意义是________________________________________________________________________。 解析　(1)赤霉素具有解除种子休眠，促进种子萌发的作用，能“唤醒沉睡的种子”；乙烯具有促进果实成熟的作用，脱落酸具有促进果实衰老和脱落的作用，因此与“瓜熟蒂落”有关的两种激素是乙烯和脱落酸。 (2)采茶过程属于摘除顶芽的过程，摘除顶芽后，侧芽部位生长素来源被暂时阻断，侧芽部位生长素浓度降低，顶端优势解除，侧芽发育，新梢数量增加。 (3)据题干信息分析，乙烯的积累可以刺激更多的乙烯产生，这样使得乙烯的浓度越来越大，因此，这种乙烯合成的调节机制属于正反调节。植物激素调节在植物的生长发育和对环境的适应过程中发挥重要作用。 答案　(1)赤霉素　乙烯、脱落酸　(2)顶端优势　顶芽产生的生长素逐渐向下运输，枝条上部的侧芽附近生长素浓度高，侧芽对生长素更敏感，侧芽生长受抑制　(3)正反馈　在植物的生长发育和对环境的适应过程中发挥重要作用 学科网（北京）股份有限公司 $$