5.4 环境因素参与调节植物的生命活动（导学案）生物人教版2019选择性必修1

5.4 环境因素参与调节植物的生命活动（导学案） 1.说明光对植物生长发育的调节作用，简述温度、重力等参与调节植物生命活动。 2.阐明环境因素的调节与植物的适应性之间的关系。 3.举例说明植物生命活动的调节具有复杂性和整体性。 学习重点：光对植物生长发育的调节作用及植物生长发育调控的复杂性和整体性。 学习难点：植物生长发育调控的复杂性和整体性。 一、光调控植物的生长发育 1.实例：（1）光照影响植物的___________和形态变化。（2）___________影响植物的开花。 2.机理：（1）直接作用对象：接受光信号的分子，如___________色素。（2）作用过程：受到光刺激时， ______________发生变化，这一变化的信息经过信息传递系统传导到细胞核内，影响________________。 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 1.温度：（1）生命活动的节奏随__________。（2）昼夜温差,影响植物__________。（3）植物的所有生理活动都是在一定的__________内进行。（4）决定植物分布的__________。 2.重力：（1）具体表现：根的__________和茎的背地生长。（2）影响机制：植物的根、茎中有感知重力的物质和细胞，可以将重力信号转换成运输__________的信号，造成__________不均衡，从而调节植物的生长方向。 三、植物生长发育的整体调控 1.调控机制：基因表达调控、激素调节和__________调节共同构成的调控网络。 2.具体表现：（1）基因表达调控：植物的各项生命活动都处在基因适时__________的调控之下。 （2）激素调节：①激素作为__________，会影响基因的表达。②激素的产生和分布是__________调控的结果。 （3）环境因素：影响激素的产生、__________。 参考答案：一1.（1）种子萌发 （2）昼夜长短 2.（1）光敏 光敏色素的结构 特定基因的表达 二、1.（1）季节变化 （2）代谢 （3）温度范围 （4）地域性 2.（1）向地生长 生长素 生长素分布 三、1.环境因素 2（1）选择性表达 （2）信息分子 基因表达 （3）分布 任务一：光对植物生长发育的调节 1.植物能够对光作出反应的原因是什么？ (1)植物可以感知光信号。 (2)植物具有能够接受光信号的分子，光敏色素是其中的一种。 (3)光敏色素是一类蛋白质，分布在植物的各个部位，其中在分生组织的细胞内比较丰富。 2.植物对光作出反应的过程是怎样的？ 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。 3.光对植物种子萌发有哪些调控作用？举例说明。 需光种子（如烟草、莴苣）：有光才能萌发（适应：种子小，萌发后需立即光合作用）； 避光种子（如洋葱、番茄）：光抑制萌发； 中性种子（如早熟禾）：光促进萌发但不必需。 4.光如何影响植物形态和颜色？以豆芽为例说明。 黑暗环境：豆芽茎细长、无叶绿素（黄白色）； 见光后：合成叶绿素变绿，茎形态改变（光促进叶绿素合成并调控形态建成）。 5. 什么是光周期现象？植物开花类型有哪些？ 光周期：昼夜相对长度调控开花（如菠菜需长日照，菊需短日照）； 类型： 长日照植物（日照>12h，如唐菖蒲）； 短日照植物（日照<12h，如菊花）； 日中性植物（对日照不敏感，如天竺葵）。 6. 光调控植物生命活动如何体现适应性？ 需光种子避免在无光下萌发“饿死”； 开花时间匹配季节，保障繁殖（如短日照植物在秋季开花）； 形态变化优化生存（如豆苗见光后合成叶绿素进行光合作用）。 任务二：参与调节植物生命活动的其他环境因素 1. 温度如何参与调节植物生长发育？举两例说明。 年轮形成：春夏季高温→细胞分裂快、体积大→浅色带；秋冬季低温→细胞分裂慢、体积小→深色带； 春化作用：低温诱导开花（如冬小麦），避免冬季前开花无法结果。 2. 重力如何调节植物根和茎的生长？ 机制： 根：正向重力性（向地生长→深扎根吸收水/无机盐）； 茎：负向重力性（背地生长→伸向天空利于光合作用）； 应原理：平衡石细胞中淀粉体沿重力方向沉降→信号转换→生长素不对称分布。 3. 植物生长发育的整体调控涉及哪些层面？三者关系如何？ 三级调控网络： 基因表达（根本调控，如种子休眠基因SD6/ICE2）； 激素调节（信息传递，如低温诱导脱落酸合成）； 环境因素（触发信号，如光/温/重力改变激素分布）。 关系：环境因素→影响基因表达和激素合成→激素作为信号分子→调控基因表达→器官水平响应。 4. 太空微重力环境下，植物的根和茎如何生长？为什么？ 根茎均无定向生长（横向或随机生长）； 原因：无重力信号→淀粉体不沉降→生长素均匀分布→无弯曲生长。 5.描述植物生长发育过程中是如何实现调控的。 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。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。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。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。 1．种子萌发受多种内外因素共同调节。下列叙述正确的是（　　） A．种子萌发过程中自由水与结合水的比例下降 B．种子的萌发均需光诱导，感光受体是光敏色素 C．在调控种子萌发的过程中赤霉素与脱落酸起协同作用 D．种子萌发时，根的向地生长与根冠感受重力信号有关 【答案】D 【分析】种子萌发过程中自由水含量增加，代谢速率增强；赤霉素促进种子萌发，脱落酸抑制萌发。 【详解】A、种子萌发时细胞代谢活动增强，自由水含量增加，自由水与结合水的比例上升，A错误； B、并非所有种子的萌发都需要光诱导，比如水稻、玉米等种子的萌发不需要光，B错误； C、赤霉素促进种子萌发，脱落酸抑制萌发，二者为拮抗作用而非协同，C错误； D、种子萌发时，根的向地生长是因为根冠能感受重力信号，导致生长素分布不均，从而使根向地生长，D正确。故选D。 2．植物体的生长、发育和繁殖都处在植物激素的调控当中。下列叙述正确的是（　　） A．苹果果实发育初期细胞分裂素增多，果实成熟时乙烯增多 B．干旱条件下梧桐树合成脱落酸减少，进而减缓叶片的衰老和脱落 C．单侧光会刺激胚芽鞘尖端合成生长素，并引起生长素分布不均匀 D．叶片中的光合色素感受光周期，通过植物激素将信息传递到开花部位 【答案】A 【详解】A、细胞分裂素促进细胞分裂，在果实发育初期增多；乙烯促进果实成熟，在成熟时增多，描述正确，A正确； B、干旱会促进脱落酸合成，加速叶片脱落以减少水分流失，而非减少脱落酸，B错误； C、单侧光引起生长素横向运输导致分布不均，但不会促进其合成，C错误； D、光周期由光敏色素感知，并通过激素传递信息，D错误。故选A。 3．土壤板结会限制乙烯的扩散，导致转录因子E1在植物根部积累，E1促进生长素合成基因的表达，抑制根的伸长。同时，E1还能促进脱落酸的合成，使根皮层细胞径向扩张，导致根增粗。下列说法错误的是（　　） A．乙烯、生长素和脱落酸均可由根部细胞产生 B．E1在植物根部积累导致生长素浓度过高而抑制根的伸长 C．与野生型相比，脱落酸合成缺陷型植株的根部在板结土壤中表现为长且细 D．在板结土壤中，植物根部形态的变化受环境、激素和基因表达的共同调节 【答案】C 【详解】A、乙烯可由植物体各部位产生，生长素可由根尖等部位合成，脱落酸在根冠等部位合成，三者均可由根部细胞产生，A正确； B、E1促进生长素合成基因的表达，导致生长素浓度过高，抑制根的伸长，符合题干描述，B正确； C、脱落酸缺陷型植株无法合成脱落酸，根皮层细胞无法径向扩张（无法增粗），但E1仍促进生长素合成，抑制根的伸长，因此根部应表现为“短且细”，而非“长且细”，C错误； D、根部形态变化由土壤环境（板结）、激素（乙烯、生长素、脱落酸）及基因表达（E1调控）共同调节，D正确。故选C。 4．拟南芥的向光性是由蓝光激发的。隐花色素CRY蛋白和向光素PHOT为拟南芥的两种蓝光受体，利用CRY蛋白缺失突变体（cry）、PHOT缺失突变体（phot）和野生型拟南芥进行试验，实验结果如图所示。下列叙述错误的是（　　） A．隐花色素CRY蛋白可能会抑制拟南芥的生长 B．拟南芥的向光性可能与PHOT有关 C．蓝光可能对CRY蛋白的空间结构有影响 D．PHOT的作用机理可能是调控生长素在拟南芥中均匀分布 【答案】D 【详解】A、对比野生型和cry突变体（CRY蛋白缺失），在蓝光下，cry突变体（无CRY蛋白 ）比野生型长得高。这说明隐花色素CRY蛋白可能会抑制拟南芥的生长，A正确； B、对比野生型和phot突变体（PHOT缺失），phot突变体（无 PHOT）在蓝光下向光性表现弱（或不明显 ）。说明拟南芥的向光性可能与PHOT有关，B正确； C、蓝光是一种信号，CRY蛋白是蓝光受体，蓝光激发CRY蛋白，可能会改变CRY蛋白的空间结构（像很多蛋白受信号刺激会变构）。从而实现信号传递，C正确； D、植物向光性的原理是单侧光导致生长素分布不均（向光侧少，背光侧多），使植物向光弯曲生长。phot突变体向光性异常，说明PHOT参与向光性调控。 那么PHOT的作用机理更可能是调控生长素的不均匀分布，而不是均匀分布，D错误。故选D。 5．光敏色素A（由phyA控制合成）和光敏色素B（由phyB控制合成）在植株的光受体中起主导作用。为探究光敏色素家族基因phyA、phyB在不同光照下对拟南芥种子萌发的影响，用白光、红光和远红光对野生型（WT）、phyA基因缺失突变体（phyA⁻）、phyB基因缺失突变体（phyB⁻）的拟南芥种子进行处理，在适宜条件下培养并统计萌发率，实验结果如图所示。下列叙述错误的是（    ） A．光敏色素A和B由基因控制合成，接受光照时又会影响特定基因的表达 B．该实验的不同组别光照持续的时间、实验温度、水分和氧气等条件都要相同 C．不同光照条件下，phyA对种子萌发的影响程度均小于phyB D．phyB在白光和红光条件下抑制拟南芥种子萌发，远红光组作用相反 【答案】D 【详解】A、phyA、phyB都是色素-蛋白复合体，phyA基因、phyB基因控制phyA、phyB的合成，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，A正确； B、光照持续的时间、实验温度、水分和氧气等条件都是无关变量，需要相同并适宜，B正确； C、从不同光照条件下不同突变体与野生型的种子萌发率差异可以看出，phyA对种子萌发的影响程度均小于phyB，C正确； D、与野生型相比，白光和红光组phyB基因缺失突变体种子萌发率变低，可推知光敏色素蛋白phyB在白光和红光照射下能够促进种子萌发，D错误。 故选D。 6．植物细胞膜上的感光受体——光敏色素有两种形式。无活性的Pr和有活性的Pfr，光照会促进Pr→Pfr的转化。科研人员对光照和脱落酸（ABA）如何影响水稻种子萌发进行了相关研究，图1、图2分别是在黑暗和白光照射下实验测得的结果，突变体1和2为不同的光敏色素突变体。下列分析错误的是（    ） A．本实验的自变量是ABA浓度和不同类型的水稻 B．光敏色素的化学本质是色素-蛋白复合体 C．据图推测光照可以减弱ABA对种子萌发的抑制效果 D．光敏色素突变体2可能没法转变成Pfr，所以对ABA更敏感 【答案】A 【详解】A、结合题意分析可知，本实验的自变量是有无光照、不同类型的水稻、ABA浓度，A错误； B、光敏色素是一类色素一蛋白质复合体，B 正确； C、不同浓度ABA 处理下野生型植株在光照条件下的种子萌发率都大于黑暗条件下，推测光信号减弱了ABA对种子萌发的抑制效果，C正确； D、分析实验可知，光照下光敏色素感受光信号转变成有活性的Pfr形式，Pfr降低了水稻种子对ABA的敏感性，而突变体2不能转变成Pfr，所以对ABA更敏感， D 正确。故选A。 大豆是一种光周期敏感作物，产量受日照长短变化影响较大。籽重是决定大豆产量的关键性状之一。为探究控制大豆籽重的关键基因及其光周期效应机制，科研人员展开如下研究。 (1)光不仅作为信号调节大豆种子的发育，还为植物的光合作用提供 。 (2)已知S是一种介导蔗糖从种皮转运到胚的载体蛋白，在长日照条件下，可能与D基因表达的D蛋白存在相互作用。为研究正常植株中D蛋白与S蛋白对大豆种子积累有机物的作用，研究人员设计下图所示流程，获得下表结果。 组别 导入载体 荧光检测情况 黄色荧光 红色荧光 1 　nY和cY 　- 　+ 2 　nY-D和S-cY 　+ 　+ 3 　nY-d和S-cY 　- 　+ 4 　Ⅰ、 　- 　+ 5 　Ⅱ、 　- 　+ ①I和II导入的载体分别为 。 ②若第2组出现 荧光，则说明D蛋白和S蛋白在大豆种子质膜中存在相互作用。 ③为进一步确定D蛋白调控籽重的机制，用C蔗糖处理正常植株和突变体植株的种子12小时，检测种皮和胚中C蔗糖含量。若实验结果为 ，则支持“D蛋白抑制S蛋白功能，进而抑制蔗糖从种皮到胚的转运”。 (3)请结合本研究阐释“我国春大豆主产区是东北地区，而非长江以南地区”的原因 。 【答案】(1)能量 (2) nY和S-cY、nY-D和cY 质膜处为叠加的红色和黄色（或“质膜处为橙色”） 正常植株种皮中的13C蔗糖含量高于突变体，但胚中的13C蔗糖含量低于突变体 (3)春季，自北向南，日照时间变长（或“大豆为短日照植物”）；长江以南地区在春季日照时间长，D基因对大豆籽重起抑制作用；而东北地区此季节日照时间短，D基因对大豆籽重不起作用 【解析】（1）光不仅作为信号调节大豆种子的发育、还为植物的光合作用提供能量。 （2）①通过表格对比，可以得到I和Ⅱ导入的载体分别为nY和S-cY、nY-D和cY； ②因为nY和cY不能自组装发出黄色荧光，但它们分别连接的蛋白相互靠近时，nY和cY这两部分在空间上彼此靠近，才能被激发出荧光，所以若第2组出现质膜处为叠加的红色和黄色（或“质膜处为橙色”）则说明D蛋白和S蛋白在大豆种子质膜中存在相互作用； ③为进一步确定D蛋白调控籽重的机制，用13C蔗糖处理正常植株和突变体植株的种子12小时，检测种皮和胚中13C蔗糖含量。若实验结果为正常植株种皮中的13C蔗糖含量高于突变体，但胚中的13C蔗糖含量低于突变体则说明D蛋白和S蛋白在大豆种子质膜中存在相互作用。 “我国春大豆主产区是东北地区，而非长江以南地区”的原因：春季，自北向南，日照时间变长（或“大豆为短日照植物”）；长江以南地区在春季日照时间长，D基因对大豆籽重起抑制作用；而东北地区此季节日照时间短，D基因对大豆籽重不起作用。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 5.4 环境因素参与调节植物的生命活动（导学案） 1.说明光对植物生长发育的调节作用，简述温度、重力等参与调节植物生命活动。 2.阐明环境因素的调节与植物的适应性之间的关系。 3.举例说明植物生命活动的调节具有复杂性和整体性。 学习重点：光对植物生长发育的调节作用及植物生长发育调控的复杂性和整体性。 学习难点：植物生长发育调控的复杂性和整体性。 一、光调控植物的生长发育 1.实例：（1）光照影响植物的___________和形态变化。（2）___________影响植物的开花。 2.机理：（1）直接作用对象：接受光信号的分子，如___________色素。（2）作用过程：受到光刺激时， ______________发生变化，这一变化的信息经过信息传递系统传导到细胞核内，影响________________。 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 1.温度：（1）生命活动的节奏随__________。（2）昼夜温差,影响植物__________。（3）植物的所有生理活动都是在一定的__________内进行。（4）决定植物分布的__________。 2.重力：（1）具体表现：根的__________和茎的背地生长。（2）影响机制：植物的根、茎中有感知重力的物质和细胞，可以将重力信号转换成运输__________的信号，造成__________不均衡，从而调节植物的生长方向。 三、植物生长发育的整体调控 1.调控机制：基因表达调控、激素调节和__________调节共同构成的调控网络。 2.具体表现：（1）基因表达调控：植物的各项生命活动都处在基因适时__________的调控之下。 （2）激素调节：①激素作为__________，会影响基因的表达。②激素的产生和分布是__________调控的结果。 （3）环境因素：影响激素的产生、__________。 任务一：光对植物生长发育的调节 1.植物能够对光作出反应的原因是什么？ 2.植物对光作出反应的过程是怎样的？ 3.光对植物种子萌发有哪些调控作用？举例说明。 4.光如何影响植物形态和颜色？以豆芽为例说明。 5. 什么是光周期现象？植物开花类型有哪些？ 6. 光调控植物生命活动如何体现适应性？ 任务二：参与调节植物生命活动的其他环境因素 1. 温度如何参与调节植物生长发育？举两例说明。 2. 重力如何调节植物根和茎的生长？ 3. 植物生长发育的整体调控涉及哪些层面？三者关系如何？ 4. 太空微重力环境下，植物的根和茎如何生长？为什么？ 5.描述植物生长发育过程中是如何实现调控的。 1．种子萌发受多种内外因素共同调节。下列叙述正确的是（　　） A．种子萌发过程中自由水与结合水的比例下降 B．种子的萌发均需光诱导，感光受体是光敏色素 C．在调控种子萌发的过程中赤霉素与脱落酸起协同作用 D．种子萌发时，根的向地生长与根冠感受重力信号有关 2．植物体的生长、发育和繁殖都处在植物激素的调控当中。下列叙述正确的是（　　） A．苹果果实发育初期细胞分裂素增多，果实成熟时乙烯增多 B．干旱条件下梧桐树合成脱落酸减少，进而减缓叶片的衰老和脱落 C．单侧光会刺激胚芽鞘尖端合成生长素，并引起生长素分布不均匀 D．叶片中的光合色素感受光周期，通过植物激素将信息传递到开花部位 3．土壤板结会限制乙烯的扩散，导致转录因子E1在植物根部积累，E1促进生长素合成基因的表达，抑制根的伸长。同时，E1还能促进脱落酸的合成，使根皮层细胞径向扩张，导致根增粗。下列说法错误的是（　　） A．乙烯、生长素和脱落酸均可由根部细胞产生 B．E1在植物根部积累导致生长素浓度过高而抑制根的伸长 C．与野生型相比，脱落酸合成缺陷型植株的根部在板结土壤中表现为长且细 D．在板结土壤中，植物根部形态的变化受环境、激素和基因表达的共同调节 4．拟南芥的向光性是由蓝光激发的。隐花色素CRY蛋白和向光素PHOT为拟南芥的两种蓝光受体，利用CRY蛋白缺失突变体（cry）、PHOT缺失突变体（phot）和野生型拟南芥进行试验，实验结果如图所示。下列叙述错误的是（　　） A．隐花色素CRY蛋白可能会抑制拟南芥的生长 B．拟南芥的向光性可能与PHOT有关 C．蓝光可能对CRY蛋白的空间结构有影响 D．PHOT的作用机理可能是调控生长素在拟南芥中均匀分布 5．光敏色素A（由phyA控制合成）和光敏色素B（由phyB控制合成）在植株的光受体中起主导作用。为探究光敏色素家族基因phyA、phyB在不同光照下对拟南芥种子萌发的影响，用白光、红光和远红光对野生型（WT）、phyA基因缺失突变体（phyA⁻）、phyB基因缺失突变体（phyB⁻）的拟南芥种子进行处理，在适宜条件下培养并统计萌发率，实验结果如图所示。下列叙述错误的是（    ） A．光敏色素A和B由基因控制合成，接受光照时又会影响特定基因的表达 B．该实验的不同组别光照持续的时间、实验温度、水分和氧气等条件都要相同 C．不同光照条件下，phyA对种子萌发的影响程度均小于phyB D．phyB在白光和红光条件下抑制拟南芥种子萌发，远红光组作用相反 6．植物细胞膜上的感光受体——光敏色素有两种形式。无活性的Pr和有活性的Pfr，光照会促进Pr→Pfr的转化。科研人员对光照和脱落酸（ABA）如何影响水稻种子萌发进行了相关研究，图1、图2分别是在黑暗和白光照射下实验测得的结果，突变体1和2为不同的光敏色素突变体。下列分析错误的是（    ） A．本实验的自变量是ABA浓度和不同类型的水稻 B．光敏色素的化学本质是色素-蛋白复合体 C．据图推测光照可以减弱ABA对种子萌发的抑制效果 D．光敏色素突变体2可能没法转变成Pfr，所以对ABA更敏感 大豆是一种光周期敏感作物，产量受日照长短变化影响较大。籽重是决定大豆产量的关键性状之一。为探究控制大豆籽重的关键基因及其光周期效应机制，科研人员展开如下研究。 (1)光不仅作为信号调节大豆种子的发育，还为植物的光合作用提供 。 (2)已知S是一种介导蔗糖从种皮转运到胚的载体蛋白，在长日照条件下，可能与D基因表达的D蛋白存在相互作用。为研究正常植株中D蛋白与S蛋白对大豆种子积累有机物的作用，研究人员设计下图所示流程，获得下表结果。 组别 导入载体 荧光检测情况 黄色荧光 红色荧光 1 　nY和cY 　- 　+ 2 　nY-D和S-cY 　+ 　+ 3 　nY-d和S-cY 　- 　+ 4 　Ⅰ、 　- 　+ 5 　Ⅱ、 　- 　+ ①I和II导入的载体分别为 。 ②若第2组出现 荧光，则说明D蛋白和S蛋白在大豆种子质膜中存在相互作用。 ③为进一步确定D蛋白调控籽重的机制，用C蔗糖处理正常植株和突变体植株的种子12小时，检测种皮和胚中C蔗糖含量。若实验结果为 ，则支持“D蛋白抑制S蛋白功能，进而抑制蔗糖从种皮到胚的转运”。 (3)请结合本研究阐释“我国春大豆主产区是东北地区，而非长江以南地区”的原因 。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$