5.4 环境因素参与调节植物的生命活动教学设计-2025-2026学年高二上学期生物人教版选择性必修1

该高中生物学教学设计聚焦光、温度、重力对植物生命活动的调节机制，通过播放“天宫二号”植物培养实验视频导入，以“太空中植物生长与地球差异”等问题链引导学生对比环境因素变化，搭建新旧知识联系的学习支架。 亮点在于情境导入激发探究兴趣，问题链驱动深度思考，任务驱动（绘制光信号传导示意图、设计根冠重力感受实验）促进小组合作，结合“淀粉—平衡石假说”等资料分析培养生命观念与科学思维，实验设计与当堂测试提升探究实践能力，助力教师高效落实核心素养，帮助学生构建“生物与环境相适应”的认知体系。

《5.4 环境因素参与调节植物的生命活动》教学设计 一、教学依据 本节课选自人教版高中生物学选择性必修1《稳态与调节》，主要内容为光、温度、重力等环境因素对植物生命活动的调节机制，涉及植物感知环境信号并作出适应性反应的生理过程。 二、核心素养聚焦 生命观念：阐述植物通过感知环境信号调节自身生长发育的机制，形成“生物与环境相适应”的生命观念。 科学探究：通过问题引导、实验设计、数据分析等活动，培养学生提出假设、设计实验、分析结果的能力。 三、教学目标 1. 学生能够解释光、温度、重力三种环境因素如何调节植物的生长发育，并举例说明。 2. 学生能够设计一个简单的实验，验证“根的向地性感受部位在根冠”，并说明实验原理。 3. 学生能够分析光周期现象与植物开花的关系，并解释其在农业生产中的应用。 四、教学重点 光作为环境信号对植物种子萌发、形态建成和开花的调节机制。温度和重力对植物生长发育的调节作用及其生物学意义。 五、教学难点 光信号通过光敏色素传导并影响基因表达的分子机制。植物通过“淀粉—平衡石假说”感知重力信号的生理过程。 六、教具准备 多媒体课件（PPT） 视频资料：植物向光性、根向地性实验录像 当堂测试题纸 七、教学过程 （一）情境导入（5分钟） 情境：播放“天宫二号”中植物培养实验的视频片段。 问题： 1. 太空中植物的根和茎如何生长？与地球上有何不同？ 2. 你认为哪些环境因素在太空中发生了变化？这些变化如何影响植物？ （二）问题链设计（10分钟） 问题链： 1. 光对植物种子萌发有哪些影响？是不是所有种子都需要光？ 2. 豆芽见光后为什么会变绿？光在这里起什么作用？ 3. 为什么菠菜在长日照下开花，菊花在短日照下开花？ 4. 植物是如何“知道”光照时间长短的？ 5. 年轮是怎样形成的？与温度有何关系？ 6. 根为什么向地生长？茎为什么背地生长？ （三）任务驱动与小组探究（15分钟） 任务一：光信号传导机制探究 资料1：莴苣种子在光照一段时间后的发芽率明显高于黑暗条件。 资料2：烟草种子在光照/黑暗条件下的发芽率明显高于完全黑暗条件(实验结果如下表)。 处理 发芽率(%) 全黑暗 6.67 光照/黑暗 91.00 资料3：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。一段时间后统计发芽率，结果如下： 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 资料4：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。 资料5：植物开花条件：菠菜——白天光照时长超过13 h；菊、水稻——白天短于一定光照时长；黄瓜、棉花、向日葵——和白天光照时长无关。 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 资料6：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。这两组作为对照，其结果是符合预期的。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。 小组阅读资料1-6，讨论光对种子萌发、形态建成和开花的影响。 绘制光信号通过光敏色素影响基因表达的示意图。 任务二：设计验证根冠为重力感受部位的实验 资料7：目前主流观点解释根的向地性经常用“淀粉—平衡石假说”。其假说内容如下图。 研究表明：平衡石细胞和感受重力的部位在根冠。根冠感受到重力方向后，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？ 提供“切除根冠”与“保留根冠”的对比实验设计表。小组完成实验设计，并说明预期结果与结论。 项目 处理 预期结果 减法原理 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 根失去向地性 加法原理 切去不同长度的根尖端后又长出尖端 恢复向地性 （四）小组汇报与互相质疑（10分钟） 每组选派代表汇报任务成果。 任务1汇报： 根据资料1-2可知，影响生长素分布出现的结果应该是植物表现出一种不对称的生长状态，而种子萌发不是这种情况，所以不是光通过影响生长素的分布来影响种子萌发的。许多种子萌发时是没有叶绿素的，不能进行光合作用，所以也不是提供能量。光本身是植物种子萌发过程中的一种调节因子。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，从而调节种子萌发。根据资料3可得，红光促进莴苣种子萌发，红外光逆转以上效果。根据资料4可得，光促使叶绿素的合成从而使豆苗变成绿色，也会影响豆苗的形态。根据资料5可得决定植物是否开花的环境因素是光照时长。根据资料6可得，光信号在植物体内被转换为化学物质信号。 植物细胞中能感受光信号的分子是光敏色素。光信号通过光敏色素影响基因表达的示意图如下： 任务2汇报： 重力是调节植物生长发育和形态建成的重要环境因素 作用机理：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。 “淀粉—平衡石假说”认为，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。当根的放置方向发生改变时，平衡石细胞中的“淀粉体”就会沿着重力方向沉降，引起植物体内一系列信号分子的改变。平衡石细胞和感受重力的部位在根冠。根冠感受到重力方向后，通过运输物质(生长素)的量影响根尖生长方向。 其他小组可提问或提出改进建议。 教师引导质疑方向，如：“如果切除根冠后根仍能向地生长，说明什么？” （五）教师深化与总结（10分钟） 教师讲解要点： 光不仅是能量来源，更是信号分子，通过光敏色素影响基因表达。 温度通过影响代谢和春化作用调节植物发育。 重力通过“淀粉—平衡石假说”影响生长素分布，调节植物生长方向。 植物生长发育是基因、激素、环境三者共同调控的结果。 （六）当堂测试（5分钟） 1．(2023·江苏泰州中学高二期中)下列关于植物生命活动调节的说法，正确的是(　A　) A．对于植物来说，光既是能量来源，也是一种信号 B．植物激素是基因表达的直接产物 C．植物生长调节剂的分子结构和生理效应都与植物激素类似 D．光敏色素和光合色素都是色素－蛋白复合体，主要吸收红光和蓝紫光 解析：对于植物来说，光合作用的能量来源是光能，同时，植物体内有光敏色素，光可作为一种信号，调控植物生长发育，A正确；植物激素不是蛋白质类激素，不是基因表达的直接产物，B错误；从分子结构来看，植物生长调节剂主要有两大类：一类分子结构和生理效应与植物激素类似，如吲哚丁酸；另一类分子结构与植物激素的差别较大，但具有与植物激素类似的生理效应，如α-萘乙酸(NAA)、矮壮素等，C错误；光敏色素是色素－蛋白复合体，主要吸收红光和远红光；光合色素主要吸收红光和蓝紫光，D错误。 2．(2023·三明高二期中)科研人员研究了日照长短对菊花开花的影响，实验分组处理与结果如图。下列叙述错误的是(　C　) A．菊花感受光照时间长短的部位是叶片 B．持续每天光照总时长超过临界日长，菊花不能开花 C．持续每天光照总时长小于临界日长，菊花一定能开花 D．该研究表明，可通过人工花期调控技术实现夏季赏菊 解析：植株下部的叶片接受短日照开花，植株的顶端接受短日照不开花，说明菊花感受光照时间长短的部位是植株下部的叶片，A正确；植株接受长日照不开花，接受短日照开花，可说明菊花是短日照植物，如果持续每天光照总时长超过临界日长，则菊花不能开花，B正确；在短日照的情况下，光照打断暗期植株不开花，说明持续每天光照总时长小于临界日长，菊花也不一定能开花，C错误；该研究表明，菊花的开花与不开花和光照时间长短有关，所以可通过调控菊花的光照时间，人工调控花期实现夏季赏菊，D正确。 3．下面关于温度参与植物生长发育的调节的叙述，不正确的是(　D　) A．温度可影响种子萌发、植株生长、开花结果等生命活动 B．冬小麦在生长期需要经历一段时期的低温之后才能开花 C．温度能影响代谢的快慢 D．温度不能决定植物分布的地域性 解析：植物分布的地域性很大程度上就是由温度决定的，D错误。 4．如图是解释玉米根向重力生长原因的模型。平衡石是根冠细胞特有的结构。在垂直放置的根中，平衡石停留在根冠细胞的基部，导致经由中柱运来的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)。根据该模型，下列分析正确的是(　D　) A．IAA在根部只能从伸长区向根冠运输 B．在水平放置的根中，近地侧伸长慢的原因是IAA浓度低于远地侧 C．若把去除根冠的玉米根水平放置，仍能观察到根向地弯曲生长 D．玉米根向重力生长与平衡石在根冠细胞中的位置密切相关 解析：由题图可知，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，A错误；在水平放置的根中，近地侧伸长慢的原因是IAA浓度高于远地侧，根对生长素比较敏感，近地侧生长素浓度高，生长受到抑制，远地侧生长素浓度低，生长较快，B错误；若把去除根冠的玉米根水平放置，失去了平衡石的作用，失去向地性，C错误。 （七）布置作业 1. 完成教材P109所有课后习题。 2. 查阅资料：举例说明农业生产中如何利用“光周期现象”调控作物开花。 八、板书设计 5.4 环境因素参与调节植物的生命活动 （一）光的调节作用 1. 种子萌发：光敏色素 → 基因表达 2. 形态建成：叶绿素合成、节间伸长 3. 开花：光周期现象 （二）温度的调节作用 1. 年轮形成 2. 春化作用 （三）重力的调节作用 1. 向地性：淀粉—平衡石假说 2. 生长素分布不均 （四）整体调控：基因 + 激素 + 环境 九、教学反思（供教师使用） 本节课通过实验设计任务有效激发了学生的科学探究兴趣，但在光信号传导机制的理解上部分学生仍存在困难，需后续通过动画或模型辅助理解。小组合作环节学生参与度高，但在质疑环节需进一步引导学生提出有深度的科学问题。 学科网（北京）股份有限公司 $