5.4 环境因素参与调节植物的生命活动（优质精讲课）-【上好课】2024-2025学年高二生物同步精品课堂（人教版2019选择性必修1）

人教版高中生物选修一 第五章第四节 环境因素参与调节植物的生命活动 学习目标、重难点 核心素养 1.光在植物生长、发育过程中的调节作用。 2.明确温度、重力等其他因素也参与调节植物的生长发育。 3.阐明环境因素的调节与植物的适应性之间的关系。 1.生命观念:通过植物激素、环境因素以及基因表达之间的关系,认识植物生命活动调节的复杂性和整体性。 2.科学思维:基于实例分析,对比分析光、温度、重力等环境因素参与调节植物生命活动。 重点: 1.环境因素对植物生长发育的调节作用及其机制。 2.植物生长发育调控中的环境因素相互作用与整体性。 难点:理解光对植物生长发育的调节作用及其与环境因素之间的相互作用。 2 梅子金黄杏子肥,麦花雪白菜花稀。 问题探讨 待到秋来九月八，我花开后百花杀。 冲天香阵透长安，满城尽带黄金甲。 ——唐.黄巢《不第后赋菊》 ——宋.范成大《夏日田园杂兴》 思考·讨论： 小麦和菊花是在什么季节开花？影响开花的环境因素是什么？它们是如何影响植物开花的？ 光、温度、重力 冬小麦花朵在5月上旬开放,春小麦花朵在6月中旬开放，秋菊的开花时间在9月中旬和下旬 一、光对植物生长发育的调节 思考：光是植物进行光合作用的能量来源，对于植物还有其他的作用吗？？ 请阅读P105页思考·讨论思考相关问题 种子体积小，储藏的营养物质少，萌发后需要立即光合作用制造有机物。 不是,推测：光本身是植物萌发过程中的一种调节因子。 少数植物的种子在有光条件下才能萌发；如烟草、莴苣 有些植物的种子在有光条件下萌发的更好；如早熟稻、毛蕊花 有些植物种子的萌发，受光的抑制。如洋葱、番茄 研究发现，萌发需要光的种子一般比较小，储藏的营养物质也很少。 资料1 讨论:从适应性角度理解，为何体积较小的种子萌发需要光照？ 一、光对植物生长发育的调节 毛蕊花 烟草种子 讨论1:那些需要光才能萌发的种子是需要光照给种子萌发提供能量吗？ 结论1：光影响种子萌发 5 一、光对植物生长发育的调节 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。 对比豆芽是在黑暗下和见光下的培养，你发现二者有什么区别？ 豆芽一旦见光，就会发生形态变化并长成豆苗。 见光 讨论2：从豆芽到豆苗，光对植物的颜色形态有什么影响？ 光既促进叶绿素的合成从而使豆苗变成绿色，也会影响豆苗的形态。 结论2：光影响植物的颜色和形态建成 ①很多植物开花与昼夜长短有关。 资料3 ②有些植物开花与昼夜长短无关。 黄瓜 向日葵 棉花 菠菜白天长度超13小时才开花 菊、水稻白天短于一定时长才开花 一、光对植物生长发育的调节 光周期：是指一日之内光照时间长短的变化，即在白昼与黑夜循环中日照长短的变化。 纬度超过60°地区，多为长日照植物 许多热带、亚热带和温带春秋季开花的植物 资料3：植物开花条件： 决定是否开花的因素是：一个周期中连续黑暗时间。 菠菜 —— 白天超过13 h（长日植物） 菊、水稻 —— 白天短于一定时长（短日植物） 黄瓜、棉花、向日葵 —— 和昼夜长短无关 【思考】到底是日照长度还是黑暗时间长度影响植物开花？ 一、光对植物生长发育的调节 （日中性植物） 结论3：有些植物开花与昼夜时长有关。 一、光对植物生长发育的调节 结论2：光影响植物的颜色和形态建成 结论1：光影响种子萌发 结论3：有些植物开花与昼夜时长有关。 ②光作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程。 ① 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？ 植株 生长 开花 衰老 种子 萌发 均受到 光的调控 1. 光的作用 资料4：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。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。 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？ 一、光对植物生长发育的调节 接受光信号——光敏色素 一、光对植物生长发育的调节 2. 植物具有接受光信号的分子——光敏色素 (1)化学本质： (2)分布： (3)吸收光的类型： 蛋白质(色素—蛋白复合体) 植物的各个部位，其中在分生组织的细胞内比较丰富。 主要是红光和远红光（长光波）。 光敏色素 感光区域 酶活性区域 结论2：萌发率高低取决于最后一次光照，红光萌发率高，远红光则萌发率低 结论1：莴苣种子红光——萌发，远红光逆转以上效果。 一、光对植物生长发育的调节 资料：红光和远红光对莴苣种子萌发的影响 问题： 你能从上述实验中得出什么结论? 思考：光敏色素感知光信号后，细胞发生了什么反应，各个反应与细胞的哪些结构有关？ Q1：光敏色素感知红光和远红光有什么不同？ 光敏色素的结构发生可逆性变化 生理钝化型 生理激活型 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。可以认为，环境中的红光、蓝光，对于植物的生长发育来说，是非常关键的。（教材P106）。 相关信息 12 感受信号 传导信号 发生反应 光照射 ①光敏色素被激活结构发生变化 ②信号经过转导，传递到细胞核内 DNA ③细胞核内特定基因的转录变化 RNA 翻译 ④表现出 生物学效应 3.光调控植物生长发育的反应机制 (1)感受信号： (2)传导信号： (3)发生反应： (4)表现出生物学效应： 一、光对植物生长发育的调节 细胞水平：伸长、分裂、分化、衰老等 器官水平：种子萌发、生长、开花、结果等 光敏色素vs光合色素？？？ 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 细胞核内特定基因 转录表达变化 相应mRNA 翻译出特定蛋白质 化学本质 作用 分布 合成条件 光合色素 光敏色素 不是蛋白质 蛋白质 吸收、传递、转化光能 光的受体，信号分子 叶绿体类囊体薄膜 各个器官，尤其是分生组织细胞中 叶绿素的合成需要光照 有无光均可 【拓展应用】菊花属于短日照植物，只有在日照短于10个小时才开花。但现在一年四季我们都可以看到色彩斑斓的菊花。请你结合本节课所学知识，分析调控菊花花期的机制。 一、光对植物生长发育的调节 原理：通过遮光处理延长黑暗期，促进花芽分化。 ‌方法：如果想要延迟花期，可以增加光照时间至每天14小时以上；而想要提前花期，则需要减少光照时间至10小时以内。 1．光作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程。下列有关说法不正确的是(　　) A．多数植物的种子在有光的条件下才能萌发 B．光敏色素是一类蛋白质，在受到光照刺激时，结构会发生改变 C．有些植物的开花与昼夜长短有关系 D．植物的向光性生长是植物对光刺激的反应 趁热打铁 A 除了光，温度、重力等环境因素也会参与调节植物的生长发育。温度和重力因素是如何参与植物生命活动的调节的呢？ 二、参加调节植物生命活动的其他环境因素 阅读教材107页资料1、资料2的相关内容，思考： 1、 树木的年轮与季节的温度变化有什么直接关系？ 2、 有的植物需要经过春化作用才能开花，这对于它们适应环境有什么意义？ 3、资料1和资料2分别能得出什么结论？ 二、参加调节植物生命活动的其他环境因素 资料1：温带地区，树木年复一年地加粗，构成一圈圈的年轮，表现出季节周期性变化。年轮形成的原因是： ①在春夏季细胞分裂快、细胞体积大，在树干上形成颜色较浅的带； ②在秋冬季细胞分裂慢、细胞体积较小，树干上形成颜色较深的带。 宽带 细带 思考·讨论： 1. 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，是树木生长对一年中不同时期环境温度反应的结果。 思考：经过春化作用才开花的意义是什么？ 意义：这样可以避免出现在冬季来临之前开花从而无法正常结果的情况。 资料2 有些植物在生长需要经历一段时期的低温之后才能开花（春化作用）。冬小麦、冬大麦、蕙兰就是这样。 二、参加调节植物生命活动的其他环境因素 冬小麦：9-10月播种，经过冬天后，来年春天开花结果。 这种经历低温诱导促使开花的作用，叫做春化作用 大多数植物都在春天开花，夏天积累有机物，秋天成熟。春、秋两季气温差不多，为什么不在秋天。 3. 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 二、参加调节植物生命活动的其他环境因素 光合作用：夏日正午光照充足，但因蒸腾作用强，气孔关闭，CO2进入叶片受阻，光合作用反而弱。 叶片变黄、脱落：落叶树的叶片在秋冬季变黄、脱落。 植物的生命活动追随季节的步伐 植物的代谢有 旺盛和缓慢之分 季节轮回、气温周期性变化 昼夜交替、气温午高夜低 二、参加调节植物生命活动的其他环境因素 气温白天高，光合作用强，晚上低，呼吸作用弱，有利于储存营养物质 20 二、参加调节植物生命活动的其他环境因素 植物的所有生理活动均在一定温度范围内进行。 参与调节植物的生长发育 温度 影 响 植株 生长 开花结果 叶的衰老脱落 种子 萌发 植物分布的地域性很大程度上就是由温度决定的。 [总结:把握本质]植物的所有生理活动都是在一定的温度范围内进行的。温度对植物生命活动的影响本质上主要是通过对酶活性的影响带来的 1.温度 是谁决定？ 植物的地域性发布 1．俗话说得好“务农不误时”，冬小麦是在头一年秋季播种萌发，以营养体(长出根、茎、叶的植物体)过冬，第二年夏初开花和结实。春天播下去的冬小麦虽然麦苗高度很快能赶上秋天播种的小麦，但不能开花结实。下列叙述错误的是(　　) A．冬小麦开花与否只与播种时间有关 B．经低温作用的冬小麦体内可能产生了影响开花的物质 C．越冬期小麦与春天拔节期相比，体内脱落酸浓度更高 D．低温影响冬小麦开花是长期进化的结果 趁热打铁 A 二、参加调节植物生命活动的其他环境因素 2、重力 （1）重力是调节植物生长发育和形态建成的重要环境因素。 思考：根的向地生长和茎的背地生长有什么意义呢？ 根向地生长，可以深扎根，利于吸收水分和无机盐； 茎背地生长，可以将枝条伸向天空，利于吸收阳光进行光合作用 （2）植物感受重力的机制： 具有感受重力的物质和细胞，将重力信号转换成运输生长素的信号。 根的向地性 茎的背地性 调 节 造成生长素分布不均，调节植物的生长方向。 重力 根 茎 （3）淀粉—平衡石假说: 植物对重力的感受是通过体内一类富含“淀粉体”的细胞，即平衡石细胞来实现的。 重力方向改变 平衡石细胞中的“淀粉体”会沿着重力方向沉降 引起一系列信号分子的改变 如通过影响生长素的运输导致生长素沿着重力刺激的方向不对称分布 对植物生长产生影响 二、参加调节植物生命活动的其他环境因素 淀粉体如何把它的重力、方向转化为根的生长方向？ 植物的根、茎中具有感受重力的物质和细胞 将重力信号转换成运输生长素的信号 影响生长素的运输，导致生长素沿着重力刺激的方向不对称分布（近地侧浓度高） 重力 根对生长素敏感 根的近地侧生长受抑制 茎的近地侧生长较快 茎对生长素较不敏感 根向地生长 茎背地生长 思考：请根据淀粉—平衡石假说解释根的向地性和茎的背地性产生原因？ 二、参加调节植物生命活动的其他环境因素 外因：重力引起生长素在植物体内分布不均匀。 内因：根、茎进对生长素的敏感程度不同。 提示 【拓展】合作探究： 验证:植物根的向地性感受部位在根冠。 现提供发芽的玉米种子，请设计实验验证该结论(只要写出实验思路)。 二、参加调节植物生命活动的其他环境因素 自变量: 是否有根冠 因变量: 根是否出现向地生长 可采用切除根冠的方法进行处理 可通过观察玉米根尖是否向下弯曲生长来对因变量进行观测 发芽的玉米粒 处理 预期结果 对照组 不做处理 有向地性 切去不同长度的根尖端 哪怕仅切掉0.5 mm，根依然失去了向地性 待切去尖端后的根尖重新长出尖端 恢复向地性 减法原理 加法原理 以上实验设计应用了什么实验原理呢？ SZ-LWH SZ-LWH 自变量、因变量 二、参加调节植物生命活动的其他环境因素 SZ-LWH SZ-LWH 2．根据“淀粉—平衡石假说”，在垂直放置的根中，平衡石停留在根冠细胞的基部，导致由中柱运来的IAA在根冠均等分布(如图1)；在水平放置的根中，平衡石停留在根冠细胞的近地侧，导致根冠远地侧的IAA向近地侧运输(如图2)。下列分析错误的是(　　) A．重力是调节植物生长发育和形态建成的重要环境因素 B．在水平放置的根中，近地侧伸长慢的原因是其IAA浓度高于远地侧 C．IAA在根部既能从伸长区向根冠运输，也能从根冠向伸长区运输 D．平衡石细胞中的淀粉体最终将重力信号转换成合成生长素的信号 D 趁热打铁 SZ-LWH SZ-LWH 植物生长发育的调控，是由基因表达调控、激素调节和环境因素调节共同完成的。阅读课本P108，尝试构建三者的关系。 三、植物生长发育的整体调控 传递信息 器官和个体水平上的变化 细胞与细胞之间、器官与器官之间的协调 激素的产生、分布 基因适时选择性表达 植物的生长、发育、繁殖、休眠等。 调控 表现 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。 课堂小结 1．自然界中，植物开花需要光信号刺激，植物对日照时间的感知与光敏色素有关，下列说法错误的是(　　) A．光敏色素是一种接受光信号的分子，化学本质是色素—蛋白复合体 B．光敏色素只分布在植物分生组织的细胞内 C．日照时间对植物开花的调节本质上是影响特定基因的表达 D．可以通过人为控制光照时间达到使花卉分批上市的目的 课后训练 B 2．如图是某光照条件下光促进与抑制拟南芥种子萌发的作用光谱，有关说法错误的是(　　) A．不同波长的光对拟南芥种子萌发所起的调控作用不同 B．波长Ⅰ和Ⅱ区域的光照对拟南芥种子萌发的作用效果较为显著 C．图中显示蓝光比红光对拟南芥种子萌发的抑制作用显著 D．随着波长的增加，光对拟南芥种子萌发表现出短波长促进种子萌发，长波长抑制种子萌发的特点 C 课后训练 3．下面为探究白菜经三种不同方式处理后植株的开花情况的实验。由该实验可得出的结论是(　　) 实验1：低温处理，不另外施加赤霉素；实验结果：白菜开花 实验2：未经低温处理，另外施加赤霉素；实验结果：白菜开花 实验3：未经低温处理，不另外施加赤霉素；实验结果：白菜不开花 A．赤霉素能促进花的发育 B．赤霉素能解除种子休眠 C．赤霉素必须经低温诱导才能合成 D．白菜必须经低温环境处理才能开花 A 课后训练 课后训练 4．绿色植物倒伏后，它的茎秆能部分恢复直立状态。下列说法错误的是(　　) A．引起这种现象的原因是受重力影响 B．根茎中分布有感受重力的物质和细胞 C．重力信号可以转化成生长素合成的信号影响其含量 D．重力能影响植物的生长发育、形态建成 C 5.科学家用红光和红外光依次照射的方法，对一批莴苣种子进行处理，然后置于暗处。一段时间后，这些萬苣种子的发芽情况如下表所示。 由上述实验结果可以得出什么结论? (2 )莴苣种子对红光的反应远比红外光敏感, 如果经过红光和红外光处理后，将萬苣种子置于自然光下而不是黑暗条件下，萬苣种子的发芽情况会如何？ 组别 光照射处理方式 发芽情况 对照组 无光照 不发芽 组1 红光 发芽 组2 红光→红外光 不发芽 组3 红光→红外光→红光 发芽 组4 红光→红外光→红光→红外光 不发芽 红光促进莴苣种子发芽，红外光抑制莴苣种子发芽。 莴苣种子会发芽，因为自然光包含红光和红外光，莴苣种子对红光更敏感，因此在自然光照射下会发芽。 课后训练 Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$