5.4 环境因素参与调节植物的生命活动课件-2024-2025学年高二上学期生物人教版选择性必修1

第五章 植物生命活动的调节 环境因素参与调节植物的生命活动 光是植物进行光合作用的能量来源。对于植物，光只是提供能量吗？ 高等植物的生长发育受环境因素调节，光、温度、重力对植物生长发育的调节作用尤为重要。 光对植物生长发育的调节 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的好一些。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。 烟草种子 烟草种子 毛蕊花种子 资料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？ 资料1 红光促进莴苣种子发芽，但这种作用被远红光所逆转。 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？ 不是；光本身是植物萌发过程中的一种调节因子。 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。 黑暗中的幼苗下胚轴较长，使幼苗尽快出土；一旦见光，子叶展开，上胚轴快速生长，长成豆苗，以接受光照。 光下培育 黑暗培育 资料2 黑暗条件茎伸长，出现弯钩，不含叶绿素 光照茎伸长减慢，弯钩伸展，合成叶绿素 讨论2：从豆芽到豆苗，光对植物的颜色和形态有什么影响？ 光既促进叶绿素的合成从而使豆苗变绿，也影响豆苗的形态。 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。 菠菜 菊 水稻 白天长度超过13小时才开花 白天短于一定时长才开花 黄瓜 向日葵 棉花 到底是日照长度还是黑暗时间长度影响植物开花？ 资料3 长日照植物和短日照植物 资料3 决定短日照植物和长日照植物开花的时间长度究竟是连续的光照时间还是连续的黑暗时间长度？ 短日照植物 长日照植物 开花 不开花 不开花 开花 不开花 开花 不开花 开花 不开花 开花 开花 不开花 开花情况 推测：一个周期中连续黑暗时间决定是否开花。 资料3 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。 总结综合分析以上资料： 资料1：光参与调节许多植物的种子萌发过程。 资料2：光影响植物的颜色和形态。 资料3：某些植物开花与黑暗时长有关。 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的适应的？ 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”； 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。 资料4 结合温特的实验，你由此可以得出什么结论？ 光信号在植物体内被转换为化学物质信号。 植物如何接收到光信号，并在体内转换为化学信号？ 1 植物感受光信号的结构基础 一 光对植物生长发育的影响 植物具有接受光信号的分子--光受体。 相关信息 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。 光敏色素是植物体内感受红光和远红光作用的光受体。 感光区域 酶活性区域 化学本质：蛋白质（色素-蛋白复合体） 一 光对植物生长发育的影响 1 植物感受光信号的结构基础 光敏色素的分布： 植物的各个部位，其中在分生组织的细胞内比较丰富。 吸收光的类型 : 主要是红光和远红光。 Pr构象不具有生物学效应，Pfr构象具有生物学效应。 一 光对植物生长发育的影响 2 光信号转换为化学信号过程 感受信号 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 传导信号 细胞核内特定基因的转录变化（表达） 发生反应 RNA 蛋白质 表现出 生物学效应 翻译 转录 光 照射 二 参与调节植物生命活动的其他环境因素 1 温度对植物生长发育的影响 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： 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； 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：树木的年轮与季节的温度变化有什么直接关系？ 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。 二 参与调节植物生命活动的其他环境因素 1 温度对植物生长发育的影响 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？ 这样可以避免出现冬季来临之前开花，从而无法正常结果的情况。 冬小麦 蕙兰 二 参与调节植物生命活动的其他环境因素 冬小麦的春化作用： 二 参与调节植物生命活动的其他环境因素 温度影响植物生长发育的其他实例： 落叶树的叶片在秋冬季变黄、脱落。 叶片变黄与叶绿素和类胡萝卜素的相对含量有关，秋冬季节温度降低，叶绿素降解，叶片呈现出类胡萝卜素的主体颜色。 秋冬日照时间缩短、气温降低时，脱落酸的生成会增加，促使叶柄基部的离层产生，乙烯通过增加纤维素酶和果胶酶的活性，使离层细胞壁物质逐步分解，从而导致离层细胞间的分离。 二 参与调节植物生命活动的其他环境因素 温度影响植物生长发育的其他实例： 植物分布的地域性很大程度由温度决定。 西双版纳热带季雨林 亚热带常绿阔叶林 落叶阔叶林 针叶林 植物的地域性分布 二 参与调节植物生命活动的其他环境因素 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都是在一定的温度范围内进行的。 4. 植物分布的地域性很大程度上就是由温度决定的。 温度 种子萌发 开花结果 叶的衰老、脱落 影响 参与调节植物的生长发育 植株生长 温度影响植物生长发育： 二 参与调节植物生命活动的其他环境因素 2 重力对植物生长发育的影响 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 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。 二 参与调节植物生命活动的其他环境因素 植物感受重力的机制： 植物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，造成生长素分布的不均衡，从而调节植物的生长方向。 “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。 二 参与调节植物生命活动的其他环境因素 “淀粉—平衡石假说 ” 重力 重力 重力方向发生改变 平衡石细胞中的“淀粉粒”会沿着重力方向沉降 引起一些列信号分子的改变 对植物生长产生影响 已有的研究表明，平衡石细胞位于植物的根冠中，我们能否设计实验进行验证？ 自变量: 因变量: 根冠的有无； 根是否出现向地性； 观测指标: 根尖是否向下弯曲生长； 无关变量: 光照、材料的长势等； 实验步骤： 1.取大小、萌发程度大致相同的刚刚萌发的同种玉米粒若干,随机均分成甲、乙两组； 取材、分组、编号 2.去除甲组玉米粒的根冠,乙组玉米粒不作处理,分别放在两个含有湿棉花的培养皿中； 对照组、实验组设置 3.置于温度适宜的暗室中培养一段时间； 无关变量的控制 4.观测两组玉米粒根尖是否出现向地弯曲生长；记录实验现象并分析得出实验结论。 观察实验现象并记录结果进行分析 三 植物生长发育的整体调控 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。 植物细胞里储存着全套基因 基因适时选择性表达 植物的生长、发育、繁殖、休眠等。 调控 激素是信息分子 传递信息 细胞与细胞之间、器官与器官之间的协调 影响 调控激素产生和分布 环境变化 植物生长发育 基因表达 激素 调节 环境因素 植物响应环境变化 调控基因表达以及激素的产生、分布 器官和个体水平上的变化 三 植物生长发育的整体调控 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 种子萌发、植物生长和开花都接受光的调控,下列说法错误的是(　　) A.烟草的种子在有光的情况下才能萌发的原因是需要光照提供能量 B.菠菜只有光照时长超过13小时才开花,所以菠菜通常在春天进行种植 C.植物是通过光敏色素等接受光信号的分子感受到光照的 D.红光和蓝光对植物生长发育非常关键 A 小麦需要日照长度达到一定值才能开花,下面相关说法错误的是 (　　) A.小麦细胞内的光敏色素能感知光信号 B.光信号在细胞内通过信息传递系统被传导到细胞核 C.和小麦类似的植物通常在春末夏初开花 D.长日照能提高细胞核内与开花有关的基因数量 D (多选)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.光敏色素只分布在植物分生组织的细胞内 D.植物的向光性生长是植物对光刺激的反应 BD 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 下列与年轮的形成有关的描述，错误的是(　　) A.多年生木本植物年轮的形成主要与气温的变化有关 B.春夏季温度较高，细胞分裂快，细胞体积大，在树干上形成颜色浅的带 C.年轮的一环就是植物一年增长的部分 D.多年生木本植物都有年轮 D “淀粉-平衡石假说”是被普遍承认的一种解释重力对植物生长调节的机制。下列说法错误的是(　　) A.植物对重力的感受是通过平衡石细胞来实现的 B.根尖中的平衡石细胞位于根尖的分生区 C.平衡石细胞中的“淀粉体”会沿着重力方向沉降 D.平衡石细胞可将重力信号转化为运输生长素的信号 B 将豌豆的幼苗水平放置，它的根会向下弯曲。若将根冠全部切除，实验过程及现象如表，下列描述错误的是(　　) A.甲组为对照组，乙组为实验组 B.依实验现象可知，决定根向地生长的部位是根冠 C.此实验应在黑暗条件下进行 D.由表可知在重力作用下根冠产生了抑制近地端细胞生长的物质 D (多选)下列关于植物生长发育的整体调控的叙述，正确的是(　　 ) A.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 B.激素的产生和分布是基因表达调控的结果 C.激素的产生和分布不受环境因素影响 D.光照、温度等环境因子的变化对植物激素的合成和分解具有调节作用 ABD 当干旱发生时，植物之间是否会交流信息呢？如果有信息交流，是通过地上信号还是地下信号呢？为了探究这些问题，有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（如下图）。 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。结果如下图所示。 (1)对照组的实验结果说明了什么？ (2)在干旱条件下，6〜8号植株与9〜11号植株相比，气孔的开放度有什么不一样？ 对照组的结果说明，在不受干旱胁迫时，各植株的气孔开放度无显著差异。 在干旱条件下，6-8号植株的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“当干旱发生时，植物之间会交流信息”这一观点吗？如果会，是通过地上部分还是地下部分交流信息的？ 这些数据支持该观点。植物可以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。这是为什么？ 对6号植株进行持续1h的干旱胁迫，该植株根部会源源不断地产生胁迫信号，通过地下通路传递给7~11号植株；这些植株的根部感知到该信号，作出关闭气孔的响应，以避免散失不必要的水分。 一、概念检测 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。 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，这些萬苣种子的发芽情况如下表所示。 （1）由上述实验结果可以得出什么结论? 红光促进莴苣种子发芽，红外光抑制莴苣种子发芽。 (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。 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。 Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$