5.4 环境因素参与调节植物的生命活动-【优选课】2024-2025学年高二生物同步备课课件（人教版2019选择性必修1）

第4节 环境因素参与调节植物的生命活动 第5章 植物生命活动的调节 种子萌发后，根向地生长、茎背地生长 问题探讨 茎会弯曲向上生长，根则弯曲向下生长 茎和根的生长是受哪种因素调节的？ 如果把它推倒，根和茎又会怎么生长呢？ 受重力因素调节的 茎和根很可能会继续横向生长；因为太空中几乎没有重力。 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。 《不第后赋菊》 梅子金黄杏子肥,麦花雪白菜花稀。 宋.范成大 《夏日田园杂兴》 唐.黄巢 小麦和菊花在什么季节开花？但现在一年四季都可以看到色彩斑斓的菊花，是人工调控花期的结果，你认为自然状态下影响植物开花的因素有哪些，如何影响植物开花？ 冬小麦花朵在5月上旬开放,春小麦花朵在6月中旬开放，秋菊开花时间在9月中旬和下旬 光、温度、重力、水肥、土壤、植物激素 一、光对植物生长发育的调节 高等植物生长发育是受环境因素调节的，光、温度、重力对植物生长发育调节尤为重要。 光是植物进行光合作用能量来源，对于植物还有其他作用吗？ 一、光对植物生长发育的调节 一、光对植物生长发育的调节 资料1： 少数植物（如烟草和莴苣）的种子需在有光条件下才能萌发; 有些植物（如早熟禾、毛蕊花）种子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。 不萌发 早熟禾、毛蕊花 有光比无光萌发更好 洋葱、番茄 萌发 烟草、莴苣 萌发 光抑制种子萌发 结论1：光影响种子萌发 烟草 莴苣 早熟禾 毛蕊花 洋葱 番茄 番茄种子 讨论: 1. 那些需光才能萌发的种子是需要光照给种子萌发提供能量吗？ 不是。推测：光本身是植物种子萌发过程中的一种调节因子。 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，它的细胞中不含有叶绿素，茎（实际上很大一部分是下胚轴）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。 豆芽 豆苗 讨论: 2. 从豆芽到豆苗，光对植物的颜色和形态有什么影响？ 光既促进叶绿素合成从而使豆苗变成绿色，也会影响豆苗形态。 一、光对植物生长发育的调节 资料3 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，比如黄瓜、棉花、向日葵等。 很多植物开花与昼夜长短有光 讨论: 3. 有些植物根据昼夜长短“决定”是否开花，是哪种环境因素在起作用？这与植物激素的分泌有关系吗？ 是光照时长(黑暗时长)在起作用；与植物激素的分泌有关。 ①长日照植物：每天光期长于一定临界长度并经过一定天数才能开花。 我国地处北半球，春天日长逐渐增加，在春天开花的植物如洋葱、甜菜、胡萝卜、莴苣、菠菜、冬小麦等多为长日照植物。 拓展：光调节植物开花(日照长短) ②短日照植物：每天光期短于一定临界长度并经一定天数后才能开花。 我国秋天开花的植物如水稻、棉花、菜豆、大豆、秋菊等多为短日照植物。 ③日中性植物：任何日照长度条件下都能开花， 例如番茄、黄瓜、茄子等。 12 拓展：光调节植物开花（具体机制） 推测: 一个周期中连续黑暗时间决定是否开花。 无论是长日照植物还是短日照植物，感受光周期刺激的部位都是叶片。 13 一、光对植物生长发育的调节 讨论: 4. 种子发芽，植株生长、开花接受光的调控，是如何体现植物对环境适应的？ （1）萌发需要光照的种子一般较小，这是对环境的适应——萌发后立即进行光合作用，从而避免在无光条件下萌发后“饿死”。 （2）植物在生长、开花过程中，跟随着光照的节奏，能保证生命活动正常进行，能保证正常地繁衍后代，这也是植物对环境的适应。 科学家将长日照植物枝条嫁接到短日照植物枝干上，给予短日照条件，发现嫁接过去的长日照植物枝条居然在短日照条件下开花了。 接受光信号——光敏色素 可得出什么结论？ 光信号在植物体内被转换为化学物质信号 一、光对植物生长发育的调节 光的调控 种子萌发 植株生长 植物开花 植物衰老 均受到 在自然界中，种子的萌发、植株的生长、开花、衰老，等等，都会受到光的调控。植物的向光性生长，实际上也是植物对光刺激的反应。光作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程。 1.光对植物生长发育的两种作用： (1)光是植物进行__________的____________； (2)光作为一种_____，_____、____植物生长、发育的全过程； 光合作用 能量来源 信号 影响 调控 光是如何调控植物生长发育的呢？ 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（其中的一种） (1) 化学本质: 蛋白质(色素—蛋白复合体) (2) 分布: 植物的各个部位，其中在分生组织的细胞内比较丰富。 (3) 吸收光的类型: 主要是红光和远红光。 相关信息（P106）： 光敏色素主要吸收红光和远红光。植物体内除光敏色素，还有感受蓝光的受体。可认为，环境中红光、蓝光，对植物生长发育来说，是非常关键的。 思考： 光敏色素感知光信号后，细胞发生了什么反应，各反应与细胞哪些结构有关？ 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 一、光对植物生长发育的调节 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 (1)感受信号： (2)传导信号： (3)发生反应： (4)表现出生物学效应： 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 光敏色素vs光合色素？？？ 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 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、参与调节植物生命活动的其他环境因素 茎 根 A A’ B B’ 二、参与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 讨论： 1.树木的年轮与季节温度变化有什么直接关系? 是树木生长对一年中不同时期环境温度反应的结果。 思考·讨论 温度参与植物生长发育的调节 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 思考·讨论 温度参与植物生长发育的调节 资料2：有些植物在生长期需要经历一段时期的低温之后才能开花。这种经历低温诱导促使植物开花的作用，称为春化作用。冬小麦、冬大麦、蕙兰等就是这样的。 讨论： 2.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？ 这样可避免出现在冬季来临之前开花从而无法正常结果的情况。 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 思考·讨论 温度参与植物生长发育的调节 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？ 讨论： 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。 气孔 举例2 思考·讨论 温度参与植物生长发育的调节 讨论： 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 举例2 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？ 叶片变黄、脱落: 落叶树的叶片在秋冬季变黄、脱落。 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 1. 温度参与植物生长发育的调节 ①随着季节轮回、气温周期性变化，植物发芽、开花、落叶、休眠，生命活动的节奏追随着季节的步伐。 ②随着昼夜交替，气温午高夜低，植物的代谢也会有旺盛和缓慢之分。 ③植物的所有生理活动均在一定温度范围内进行，温度通过影响种子萌发、植株生长、开花结果和叶的衰老、脱落等调节植物的生长发育。 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 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 1. 温度参与植物生长发育的调节 ④植物分布的地域性很大程度上就是由温度决定的。 西双版纳热带季雨林 温带常绿阔叶林 落叶阔叶林 针叶林 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 A 趁热打铁 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 2. 重力参与植物生长发育的调节 （1）重力是调节植物生长发育和形态建成的重要环境因素。 水平横放一株植物，一段时间后，根向地生长，茎背地生长。 生长素多 促进作用大 生长素多 抑制作用 思考：根向地生长，茎背地生长，有什么意义？ 深扎根，吸收更多水分和无机盐，茎背地可吸收更多阳光 （2）重力调节植物生长方向的机制： 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 2. 重力参与植物生长发育的调节 植物的根、茎中具有感受重力的物质和细胞，可以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，从而调节植物的生长方向。 茎 根 A A’ B B’ （2）重力调节植物生长方向的机制： 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 2. 重力参与植物生长发育的调节 “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。 平衡石细胞 淀粉体 （2）重力调节植物生长方向的机制： 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 2. 重力参与植物生长发育的调节 “淀粉—平衡石假说” Ⅰ. 根尖垂直放置时 IAA IAA IAA ① 生长素运往根冠。 ② 淀粉体均匀分布在平衡石细胞底部内质网上，内质网两侧压力相当，运往根冠的生长素均匀地运往伸长区。 伸长区 根冠 淀粉粒 （2）重力调节植物生长方向的机制： 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 2. 重力参与植物生长发育的调节 “淀粉—平衡石假说” Ⅰ. 根尖水平放置时 ① 淀粉体沉降到近地侧，该侧内质网压力更大。 ② 压力大的一侧运输更多生长素至伸长区。 ③ 高浓度生长素抑制近地侧根尖生长。 ④ 低浓度生长素促进远地侧根尖生长。根尖向地弯曲。 拓展：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，使近地侧积累较多的Ca2+和IAA。 三、植物生长发育的整体调控 三、植物生长发育的整体调控 1. 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。 基因 选择性表达 细胞 器官 个体的生长、发育、繁殖、休眠 影响 环境 影响 影响 调控 调控 响应 调控 激素 传递信息 三、植物生长发育的整体调控 2. 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。 ②激素调节 激素作为信息分子，会影响细胞的基因表达，从而起到调节作用。同时，激素的产生和分布是基因表达调控的结果，也受到环境因素的影响。 ③环境因素调节 植物响应环境变化，调控基因表达以及激素产生、分布，最终表现在器官和个体水平上的变化。 ①基因表达调控 植物细胞里储存着全套基因，但是某个细胞的基因如何表达则会根据需要作调整。植物的生长、发育、繁殖、休眠，都处在基因适时选择性表达的调控之下。 课外实践 设计实验，验证植物根向地性的感受部位在根冠 已有的研究表明，植物的根是靠根冠中的细胞感受重力，从而引起根的向地生长。真的是这样吗？我们能否设计实验进行验证？ 发芽的玉米粒 提示：实验可以用刚刚萌发的玉米粒（实际上是颖果，农业上称为种子）为材料。为便于观察，可在培养皿中铺上湿棉花，将刚萌发的玉米粒放在其中培养。为验证到底是否是根冠感受重力，引起根的向地生长，应该怎样设计实验组、对照组？ 课外实践 设计实验，验证植物根向地性的感受部位在根冠 【设计实验】 自变量: 是否有根冠 因变量: 根是否出现向地生长 实验思路： 处理 预期结果 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 硝酸银灼烧根尖 结果类似 处理 预期结果 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 根冠完整组 根冠切除组1 根冠切除组2 10小时后结果 课外实践 设计实验，验证植物根向地性的感受部位在根冠 【实验结果】 1. 一颗小小的望天树种子可以生长发育成参天大树。判断下列相关表述是否正确。 （1）它的生长发育完全由植物激素控制。（ ） （2）调控它生长发育的环境因素有光照、温度、重力等。（ ） （3）它的生长发育是基因表达调控的结果。（ ） 一、概念检测 ✖ ✔ ✔ 练习与应用 2. 用恰当方式表示调节植物生长发育的环境因素、植物激素和基因表达的关系。 植物激素 基因表达 环境因素 影响 产生、分布 影响 影响 41 练习与应用 二、拓展应用 1. 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，这些莴苣种子的发芽情况如表所示： 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 （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，将莴苣种子置于自然光下而不是黑暗条件下，莴苣种子的发芽情况会如何？ 红光促进莴苣种子发芽，红外光抑制莴苣种子发芽。 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。 （1）由上述实验结果可以得出什么结论? 练习与应用 二、拓展应用 2. 昙花一般夜间开花，受昼夜交替节律的影响。如果要让昙花白天开花，可尝试采取哪些措施？ 可以人工改变光照时间，如白天让昙花避光（遮光处理）生长，晚上给予适当光照。 43 复习与提高 一、选择题 1. 园林工人为使灌木围成的绿篱长得茂密、整齐，需要对绿篱定期修剪，其目的是（ ） A. 抑制侧芽生长 B. 抑制顶端优势 C. 抑制向光性生长 D. 抑制其开花结果 2. 用适宜浓度的生长素处理未受粉的番茄雌蕊柱头，可得到无子番茄，这种果实细胞中的染色体数目为（ ） A. 与卵细胞染色体数目一样 B. 是受精卵染色体数目一半 C. 与体细胞中染色体数目一样 D. 比受精卵染色体数目多一倍 B C 3. 以下关于植物激素的说法，错误的是（ ） A. 植物激素能促进植物生长 B. 植物激素是一类化学物质 C. 植物激素在植物体内含量很少 D. 植物激素不直接参与细胞内的代谢活动 4. 果实的生长发育和成熟，受多种激素调节。下列叙述正确的是（ ） A. 赤霉素促进果实生长 B. 乙烯抑制果实的生长和成熟 C. 脱落酸促进细胞分裂和果实脱落 D. 生长素对果实的发育和成熟没有影响 A A 复习与提高 二、非选择题 1. 研究人员进行了多种植物激素对豌豆植株侧芽生长影响的实验，结果如图所示。 （1）在保留顶芽的情况下，除了c（3）所采用的措施，还可通过喷施_________ 的化合物促进侧芽生长。 （2）比较曲线a（5）与b（4）可知，赤霉素能明显促进 __________ 。推测：在完整豌豆植株的顶芽中，赤霉素产生于_________组织。 （3）据图中信息，推测侧芽生长速度不同的原因是侧芽内 _______________________________浓度或比例的改变。 赤霉素 侧芽生长 分生 生长素与赤霉素、细胞分裂素 复习与提高 二、非选择题 2. 当干旱发生时，植物之间是否会交流信息呢？如有信息交流，是通过地上信号还是地下信号呢？为探究这些问题，研究者设计了如下实验。将11株盆栽豌豆等距排列，6〜11号植株在根部有管子相通，这样在不移动土壤的情况下，化学信息可以通过管子进行交流；1〜6号的根部不联系。 用高浓度的甘露醇浇灌（高渗透压，模拟干旱）来刺激6号植株，15 min后，测定所有植株的气孔开放度。对照组是用水浇灌6号植株。 复习与提高 二、非选择题 2. 当干旱发生时，植物之间是否会交流信息呢？如有信息交流，是通过地上信号还是地下信号呢？为探究这些问题，研究者设计了如下实验。将11株盆栽豌豆等距排列，6〜11号植株在根部有管子相通，这样在不移动土壤的情况下，化学信息可以通过管子进行交流；1〜6号的根部不联系。 （1）对照组的实验结果说明了什么？ 不受干旱胁迫时，各植株气孔开放度无显著差异。 （2）在干旱条件下，6〜8号植株与9〜11号植株相比，气孔开放度不一样？ 6～8号植株气孔开放度显著低于9～11号，且越远离6号的植株的气孔开放度越大。 （3）这些数据支持“干旱发生时，植物之间会交流信息”观点吗？如果会，是通过地上部分还是地下部分交流信息的？ 支持。植物可通过地下部分交流信息。 （4）在对6号植株进行干旱诱导后1 h，再次测定所有植株的气孔开放度，发现6～11号植株的气孔大多数都关闭了。为什么？ 对6号植株持续1h的旱胁迫，该植株根部会源源不断产生胁迫信号，通过地下通路传递给7～11号植株；这些植株根部感知到该信号，作出关闭气孔的响应，避免散失不必要水分。 植物生长发育的整体调控 选择性必修一结束！ Lavf58.20.100 Lavf58.33.100 Content Adaptive Encoding 3.0 $$