5.4 环境因素参与调节植物的生命活动（课件）-2024-2025学年高二生物同步高效备课课件（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 是由重力因素调节的。 根和茎很可能会继续横向生长，因为太空中几乎没有重力。 种子萌发后，根向地生长、茎背地生长。 1.茎和根的生长是受哪种因素调节的？ 2.如果将该幼苗横放在太空中的“天宫二号”内，它的根、茎可能会怎样生长？为什么？ 如果将幼苗横过来，茎会弯曲向上生长，根则弯曲向下生长。 问题探讨 光是植物进行光合作用的能量来源。 对于植物来说，光只是起提供能量的作用吗？ 通过以上学习我们知道，高等植物的生命活动除了依靠激素调节，同时受环境因素调节。光、温度、重力对植物生长发育的调节作用尤为重要。 考点一 光对植物生长发育的调节 4 有光： 不萌发 早熟禾、毛蕊花 无光萌发较弱 洋葱、番茄 萌发 烟草、莴苣的种子 萌发 光抑制种子萌发 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?是影响生长素分布？ 有光萌发更好 无光： 不是。推测：光本身是植物萌发过程中的一种调节因子。 光对种子萌发的影响： 2.从豆芽到豆苗，光对植物的颜色和形态有什么响影? 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。 资料2 光对植物形态构建的影响： 绿豆芽： 无光条件 绿豆苗： 有光条件 豆芽是在黑暗的环境中培育的，它的细胞中不含叶绿素，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。 ① 很多植物的开花与昼夜长短有关； 白天长度超过13小时才开花 ② 很多植物的开花与昼夜长短无关。 白天短于一定时长才开花 菠菜 菊 水稻 黄瓜 向日葵 棉花 光对植物开花的影响： 与植物激素的分泌有关系吗？ 光的影响体现植物对环境的适应 7 处理 火龙果 开花朵数 补光6小时 54 补光5小时 47 补光4小时 44 不补光 9 结论：植物开花与光照时长有关。 光对植物开花的影响： 是光照时长( 黑暗时长)在起作用；与植物激素的分泌有关。 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? 植物的开花与日照长度无关，而是需要一定时长的持续夜长。因此，短日植物实际是长夜植物，而长日植物实际是短夜植物。（了解） 9 萌发需要光照的种子一般较小，这是对环境的适应，萌发后能立即进行光合作用，从而避免在无光条件下萌发后“饿死”；植株在生长、开花过程中，跟随着光照的节奏，能保证生命活动正常进行，能保证正常地繁行后代，这也是植物对环境的适应。 思考 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的适应的？ 光对植物生长发育的作用 （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； 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。 植株 生长 开花 衰老 种子 萌发 均受到 光的调控 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 1952年，美国农业部的科学家用单色光处理莴苣种子发现，红光（波长在660 nm左右）促进种子萌发，而远红光（波长在730 nm左右）抑制种子萌发；如果用红光和远红光交替处理，则两种波长的光对种子萌发的影响可以相互逆转，种子萌发率高低取决于最后一次曝光波长。 上述结果说明，吸收红光和远红光的光受体可能是具有两种存在形式的单一色素。后来，人们成功地分离出这种色素，称之为光敏色素。 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。 （生理失活型） （生理激活型） 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 光敏色素结构变化 细胞核 影响特定基因表达 （DNA→mRNA） 翻译 生物学效应(蛋白质) 光信号转换过程 信息传递系统 光调控植物生长发育的反应机制示意图 光敏色素与光合色素的作用有什么区别？还有哪些方面不同？ 光照射 ①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 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 课堂检测 1.水稻是一种短日照植物（即只有日照长度短于一定的时长才开花的植物）。2022年中国空间站实验舱“问天”成功进入太空，一个月后，水稻幼苗在空间站生长状态良好。这是我国在国际上首次完成水稻“从种子到种子”全生命周期空间培养实验。下列叙述错误的是（ ） A.光在水稻“从种子到种子”的全生命周期培养中起调节作用 B.空间站的微重力环境可能导致植物激素分布改变，影响植物生长发育进程 C.实验舱水稻幼苗长出后需要连续光照，以促进其生长发育和开花结实 D.该实验可为探索更多适应空间生命保障要求的粮食作物生产提供指导 C 2.图为光调控植物生长发育的反应机制示意图，下列叙述错误的是（ ） A.光敏色素作为信号受体感受刺激 B.光敏色素只分布在叶肉细胞的叶绿体的 膜结构上 C.光敏色素通过控制细胞核中基因的表达 调控植株的生长 D.光敏色素感受光源后，结构发生变化， 体现了细胞中物质结构与功能相适应的原理 B 3.植物光敏色素是一类色素—蛋白复合体，有红光吸收型(Pr)和远红光吸收型(Pfr)。无活性的Pr在细胞质中合成，接受红光刺激后可转化为有活性的Pfr并转移到细胞核内，影响特定基因的表达，从而表现出生物学效应。下列叙述错误的是( ) A.光敏色素分布在植物的各个部位，分生组织中尤为丰富 B.光敏色素接受光刺激后传递信号，影响相关基因的表达 C.Pfr和Pr活性不同是由于其空间结构不同 D.在光合作用中，光敏色素能够吸收、传递、转化光能 D B 4.光敏色素分布在植物的各个部位，其受到光照射时，可以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。下列说法正确的是（ ） A．光敏色素可以将光能转化成活跃的化学能 B．受到光照射，光敏色素的结构会发生改变 C．光敏色素与光合色素吸收的光完全相同 D．光敏色素与光合色素分布的位置相同 除了光，温度和重力等环境因素也会参与调节植物的生长发育，温度和重力是如何参与植物生命活动调节呢？ 考点二 参与调节植物生命活动的其他环境因素 23 温带地区，树木年复一年的加粗，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 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 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。 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。 有些植物在生长期需经历一段时期低温之后才能开花。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。 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。 冬小麦：9~10月播种，经过冬天后，来年春天开花结果。 实践：在春季播种冬小麦，会使麦苗夏季旺长却不开花或者开花太晚，造成减产。结论：冬小麦需要经历一段时间的低温诱导方可开花（春化作用）。 现象： 拟南芥需要经历一段时期的低温之后才能开花。 （春化作用） 温度影响拟南芥开花 讨论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？ 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。 气孔张开 温度参与植物生长发育的调节的具体表现 （1）随着季节轮回，气温________，植物_____、_____、______、______，生命活动的节奏追随着季节的步伐。 （2）随着昼夜交替，气温________，植物的_____也会有_______和______之分。 （3）植物的所有生理活动都是在_______________进行； （4）温度可以通过影响_______、________、________和________、_____等生命活动，从而参与调节植物的生长发育。 （5）植物分布的_______很大程度上就是由温度决定的； 周期性变化 发芽 开花 落叶 休眠 午高夜低 代谢 旺盛 缓慢 一定的温度范围内 种子萌发 植株生长 开花结果 叶的衰老 脱落 地域性 西双版纳热带季雨林 温带常绿阔叶林 落叶阔叶林 针叶林 植物的地域性分布很大程度上由温度决定 重力参与植物生长发育的调节 根顺着重力方向向下生长（根的向地性） 茎背着重力方向向上生长（茎的背地性） 根的向地生长主要受重力影响；根向地生长可以深扎根，利于吸收水分和无机盐。 重力 A B C D 远地侧 近地侧 根、茎中具有感受重力的物质和细胞 调节植物的生长方向 将重力信号转换成运输生长素的信号 造成生长素分布不均衡 重力 A B C D 远地侧 近地侧 根部： 生长素浓度：A B 生长素的效应： ＞ A促进B抑制 茎部： 生长素浓度：C D 生长素的效应： ＞ C促进弱D促进强 水平横放一株植物，一段时间后，根向地生长，茎背地生长。 根对生长素敏感，浓度高抑制生长； 茎对生长素不敏感，浓度高促进生长。 淀粉体会随着重力沉降 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。 (1)平衡石细胞: ①垂直时淀粉体对平衡石细胞底部内质网压力均等， ②水平时不均等。 资料： 淀粉—平衡石假说 重力方向改变 如影响生长素的运输，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 根尖中平衡石细胞示意图 淀粉——平衡石假说总结 平衡石细胞 引起一系列信号分子的改变 平衡石细胞的"淀粉体"会沿着重力方向沉降 课堂检测 A 1.关于环境因素参与植物生命活动调节的说法，不合理的是（       ） A．树木年轮的形成也是光参与植物生长发育的一个实例 B．冬小麦必须要经历春化作用才能开花 C．植物茎的背地生长是由于重力参与了植物生命活动的调节 D．“淀粉—平衡石假说”认为是重力方向的改变引起平衡石细胞中的“淀粉体”沿着重力方向沉降，最终引起了植物体内一系列信号分子的改变，造成重力对植物生长的影响 考点三 植物生长发育的整体调控 35 高等植物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,是基因表达调控、激素调节和环境因素调节共同完成的。 植物激素 基因 环境因素 植物生命活 动的调节 生长素 细胞分裂素 赤霉素 脱落酸 乙烯 光 温度 重力 改变分布情况 相互影响 影响 表达 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。真 的是这样吗?如何通过设计实验来进行验证? 根冠 分生区 伸长区 成熟区 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 提示 验证实验：验证植物向地性的感受部位在根冠 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 减法原理 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 加法原理 温度参与了植物生长和开花等生命活动的调节。 重力参与了植物生长发育和形态建成等的调节。“淀粉——平衡石”假说是普遍承认的一种解释植物感知重力的方式。 加法原理或减法原理均可用来证明自变量对因变量的影响。 植物生长发育由基因表达、激素和环境因素共同调节。 本节小结 课堂检测 B A.图中a、b、c依次代表植物激素、基因和环境因素 B.单侧光照可以影响生长素在胚芽鞘伸长区的横向运输体现c改变a的分布 C.赤霉素调控萌发大麦种子α-淀粉酶基因表达体现a对b的影响 D.a的产生和分布是b调控的结果，也受到c的影响 1.植物的生长发育的调控，是由基因表达调控、激素调节和环境因素调节共同完成的(三者关系如图所示)。下列说法不正确的是（ ） 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。( ) 2. 请用恰当的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。 × √ √ 课后习题 1. 科学家用红光和红外光依次照射的方法，对一批萬苣种子进行处理，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。 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。 (1) 由上述实验结果可以得出什么结论? 【提示】 1. 科学家用红光和红外光依次照射的方法，对一批萬苣种子进行处理，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。 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) 萬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？ 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。 【提示】 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？ 可尝试进行遮光处理。 【提示】 $$