5.4.环境因素参与调节植物的生命活动课件-2026-2027学年高二上学期生物人教版选择性必修1

该高中生物学课件聚焦环境因素对植物生命活动的调节，涵盖光、温度、重力的调控作用及植物生长发育的整体调控机制。通过“根茎向地性”问题探讨结合神舟十三号情境，以及“菊花花期调控”古诗合作探究，构建从现象到调节机制的学习支架，衔接激素调节与环境因素的关联。 其亮点是以科学探究和科学思维为核心，通过验证根向地性感受部位的实验设计、光合色素与光敏色素对比分析及光敏色素转换假说提出，结合根向地性适应意义等生命观念实例。采用问题驱动与实验验证，学生能提升探究能力和理性思维，教师可高效落实重难点，助力核心素养培育。

第5章 植物生命活动的调节 第4节 环境因素参与调节植物的生命活动 教学目标 目标 01 02 03 阐明环境因素的调节与植物的适应性之间的关系。 通过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。 举例说明植物生命活动的调节具有复杂性和整体性。 2 教学目标 教学重点： 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。 教学难点： 植物生长发育调控的复杂性和整体性。 重点关注： 光对植物的调控│重力、温度对植物的影响│植物生命活动调节网络 核心素养 1.通过探究学习,了解光、温度、重力等环境因素对植物生长发育的影响中相关拓展思考的分析讨论，逐步提升科学探究能力和科学思维能力。 2.通过环境因素参与植物生命活动调节过程的学习,理解基因、激素、环境三者在调节植物生命活动中的作用,并运用相关知识指导生活实践，培养生命观念和社会责任。 情景材料 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》 黄巢[唐] ？ 合作探究：菊花本在秋天开放，但现在一年四季你都可以看到色彩斑斓的菊花，这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？ 光、温度、水肥、土壤、植物激素 问题探讨 种子萌发后，根向地生长、茎背地生长。如果将幼苗横过来，茎会弯曲向上生长，根则弯曲向下生长。 思考 1.茎和根的生长是受哪种因素调节的？ 是由重力因素调节的。 2.如果将该幼苗横放在太空中的“神舟十三号”內，它的根、茎可能会怎样生长？为什么？ 根和茎很可能会继续横向生长,因为太空中几乎没有重力。 茎的背地性 根的向地性 问题探讨 种子萌发后，根向地生长、茎背地生长。如果将幼苗横过来，茎会弯曲向上生长，根则弯曲向下生长。 思考 3.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。 茎的背地性 根的向地性 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。 一、光对植物生长发育的调节 资料1 ①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。 ②有些植物的种子在有光条件下萌发的更好（如早熟稻、毛蕊花）。 ③有些植物种子的萌发，则受光的抑制（如洋葱、番茄）。 思考1：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。 ①种子萌发时，没有叶绿素，不能进行光合作用。 ②需要光才能萌发的种子并非需要持续不断的光照，只需要给予一定时间的光照即可。 资料2 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。 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。 一、光对植物生长发育的调节 思考2：从豆芽到豆苗，光对植物的颜色和形态有什么影响? 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）。 资料3 ① 很多植物的开花与昼夜长短有关。 ② 很多植物的开花与昼夜长短无关。 黄瓜 向日葵 棉花 思考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。 一、光对植物生长发育的调节 一、光对植物生长发育的调节 【拓展】光调节植物开花的具体机制 长日照植物是指植物在生长发育过程中需要有一段时期，如果每天光照时数超过一定限度（14小时以上），花芽会形成更快，光照时间越长，开花越早，凡具有这种特性的植物即称为长日照植物。如冬小麦、大麦、油菜、菠菜、萝卜等 指只有当日照长度短于其临界日长时才能开花的植物，否则只进行营养生长。常见的有苍耳、牵牛、菊花等；作物中有水稻、大豆、玉米、烟草、麻和棉等。这类植物通常在早春或深秋开花。 一、光对植物生长发育的调节 【拓展】光调节植物开花的具体机制 讨论1.能否让秋菊在夏季开放？ 提示：可以。夏季白天对秋季进行遮光处理，让日照时间短于临界日长。 讨论2.结合上图，你觉得控制植物开花的是日照长度，还是连续夜间长度？ 提示：连续夜间长度。 一、光对植物生长发育的调节 【拓展】光调节植物开花的具体机制 讨论3.那么第1个问题中遮光的时机有没有特殊的要求？ 提示：遮光结束的时间要与黑夜紧紧挨在一起。 一、光对植物生长发育的调节 思考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？ (1)萌发需要光照的种子一般较小，这是对环境的适应—萌发后能在立即进行光合作用，从而避免在无光条件下萌发后“饿死”； (2)植株生长、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。 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。 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 一、光对植物生长发育的调节 一、光对植物生长发育的调节 思考5：光对植物的生长发育有哪些作用？ (1)光是植物进行光合作用的能量来源； (2)光作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程。 一、光对植物生长发育的调节 资料4 1937年，美国科学家弗林特和麦卡利斯在暗箱内利用不同波长的光源分别照射浸泡过的莴苣种子，种子的萌发情况如图所示。 690～780nm：远红光 622～690nm：红光 597～622nm：橙光 577～597nm：黄光492～577nm：绿光 455～492nm：蓝靛光390～455nm：紫光 结论：促进莴苣种子萌发最有效的光是 ， 抑制莴苣种子萌发最有效的光是 。 红光 远红光 红光 远 红 光 一、光对植物生长发育的调节 资料5 1952年，美国科学家博思威克等用大型光谱仪将白光分解成单色光，处理莴苣种子。他们用红光(简称R)和远红光(简称IR)交替照射莴苣种子，不同光照处理条件下，莴苣种子的发芽率如表所示。 光照处理 发芽率（%） 黑暗 8.5 红光 98 红光→远红光 54 红光→远红光→红光 100 红光→远红光→红光→远红光 43 讨论.实验数据表明，进行交替红光和远红光照射时，莴苣种子的萌发率的高低取决于哪种光波？ 提示：萌发率高低取决于最后一次使用的光波。 红光促进种子萌发，远红光可逆转红光的作用。而与交替的次数无关。 一、光对植物生长发育的调节 针对博思威克等的实验结果，你能提出哪些可能的假说？ 假说一：植物中存在吸收红光和远红光的两种色素，两种色素以互相拮抗的方式调控种子萌发。 假说二：植物存在一种色素，有两种状态，它能够在红光吸收型和远红光吸收型之间相互转换。 1959年，巴特勒等用分光光度计从黄化的植物中检测到了吸收红光和远红光且可相互转化的色素，经提取发现是一种色素蛋白。 资料6 1.光信号传导的结构基础-——光敏色素(其中的一种) (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 一、光对植物生长发育的调节 植物体内还有感受蓝光的受体 一、光对植物生长发育的调节 1.光信号传导的结构基础-——光敏色素(其中的一种) (4) 结构: （生理失活型） （生理激活型） 种子发芽、 植株开花等 发色团 （感知光） 具有受体活性。含非蛋白色素发色团 具酶活性。两个结构域相互作用，使光与细胞内反应联系起来 一、光对植物生长发育的调节 1.光信号传导的结构基础-——光敏色素(其中的一种) (4) 结构: 讨论：用红光（R）、远红光（FR）按R→FR→R→FR→R→FR→R交替处理莴苣种子,分析此过程中光敏色素的转变形式。 提示：Pr→Pfr→Pr→Pfr→Pr→Pfr→Pr→Pfr 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 2.光调控植物生长发育的反应机制 (1)感受信号：光敏色素被激活，其结构发生变化。 (2)传导信号：信号经过转导传递到细胞核内。 (3)发生反应：细胞核内特定基因转录变化。 (4)表现出生物学效应：相应mRNA翻译出特定蛋白质。 辨析光合色素和光敏色素 光合色素 光敏色素 化学本质 不同 绿色植物的光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素，不是蛋白质 光敏色素是由色素参与组成的一种蛋白质复合体 分布不同 光合色素主要分布在叶肉细胞的叶绿体中 光敏色素分布在植物的各个器官中，尤其在分生组织细胞中更多 作用不同 光合色素能吸收并转化光能储存在有机物中，是自然界各种生物的能量和物质基础 光敏色素是光的受体，光仅是一种信号，被接收后经信息传递系统传导到细胞核，影响基因表达，从而达到调节植物的生长发育 合成条件 不同 光是叶绿素合成的必要条件，黑暗培养的黄化苗不含叶绿素 黄化幼苗的光敏色素比绿色幼苗多20～100倍 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: 资料1 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：温度高，细胞分裂快、细胞体积大，在树干上形成颜色较浅的条带； ② 秋冬季：温度降低，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。 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。 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 1.温度参与植物生长发育的调节: 冬小麦 “今年麦盖三层被，来年枕着馒头睡。” 资料3 光合作用: 夏日正午光照充足，但因温度过高，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。 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）植物所有生理活动都是在一定的温度范围内进行。 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温度通过影响酶的活性进而影响种子萌发、植株生长、开花结果和叶的衰老、脱落等生命活动，从而参与调节植物的生长发育； （2）植物分布的地域性很大程度上就是由温度决定的。 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: 西双版纳热带季雨林 温带常绿阔叶林 落叶阔叶林 针叶林 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）调节方式：重力是调节植物生长发育和形态建成的重要环境因素。 重力 A B C D 远地侧 近地侧 请分析A、B、C、D四处，生长素浓度比较高的是哪些？为什么？细胞生长较快的是哪些？ 提示：生长素浓度比较高的是B、D处。由于重力作用，生长素横向运输。细胞生长较快的是A、D处，均为促进生长。 思考：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。 思考：重力对生长素的影响是发生在________（尖端/尖端以下） 尖端 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: （2）调节机理：植物根茎中具有感受重力的物质和细胞，这是一类富含淀粉体的细胞，又叫平衡石细胞，这些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，从而使植物生长的快慢受到调控，影响植物生长的方向。 ②根尖垂直放置时，淀粉体均匀分布在平衡石细胞底部的内质网上，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 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: （2）调节机理—淀粉—平衡石假说 机理：垂直时淀粉体对平衡石细胞底部内质网压力均等，水平时不均等。 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: （2）调节机理—淀粉—平衡石假说 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 2.重力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 （2）调节机理—淀粉—平衡石假说 ＜ ＜ 探究·实践 验证植物根向地性的感受部位在根冠 设计实验：验证植物根向地性的感受部位在根冠。 是否有根冠 自变量: 切除根冠（减法原理） 处理方法： 因变量: 根是否出现向地生长 根尖是否向下弯曲生长 观测指标： 发芽的玉米粒 探究·实践 验证植物根向地性的感受部位在根冠 设计实验：验证植物根向地性的感受部位在根冠。 处理 预期结果 对照组 实验组 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 不做处理，水平放置 根向地生长 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 减法原理 三、植物生长发育的整体调控 1.植物生长发育的调控，是由 、___________________ 和____________共同完成的。 基因表达调控 激素调节 环境因素调节 环境因素 植物激素 基因表达 分布 影响 影响 产生分布 影响 调节植物 生长发育 2.植物细胞中储存着本物种全套的基因，但某个细胞如何表达，会受_____ _____________影响。 激素 和环境因素 3.对于多细胞生物来说，细胞与细胞，器官与器官之间的协调，需要信息分子—激素来传递信息，进而影响靶细胞（靶器官）特定基因的表达，而激素的产生和分布也是基因表达调控的结果，也受环境因素的影响。 植物生长发育 基因表达调控 激素 调节 环境因素调节 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 影响 调控激素产生和分布 传递信息 细胞与细胞之间、器官与器官之间的协调 环境变化 植物响应 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 37 植物生长发育的整体调控 植物激素 基因表达 环境因素 相互 影响 影响 表达 改变分布情况 生 细 赤 脱 乙 长 胞 霉 落 烯 素 分 素 酸 裂 素 光 温 重 度 力 三、植物生长发育的整体调控 小结 【练一练】 1.下面关于光调控植物生长发育的反应机制的说法，不正确的是（ ） A.光敏色素的本质是蛋白质 B.光敏色素主要吸收红光、蓝光 C.光通过影响光敏色素的结构影响特定基因的表达 D.光作为一种信号，影响、调控植株的生长、开花等 B 【练一练】 2.光敏色素分布在植物的各个部位，其受到光照射时，细胞核可以接收信 息传递系统传导的信息，启动特定基因的表达，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 B 【练一练】 3.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( ) 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 C 【练一练】 4.下列关于环境因素对植物生命活动调节的叙述，错误的是( ) A.年轮是由不同季节的温度不同引起植物细胞分裂快慢和细胞体积大小不 同而产生的 B.重力信号可转换成运输生长素的信号，造成生长素分布的不均衡 C.温度可以通过影响种子萌发、植株生长、开花结果等生命活动参与调节 植物的生长发育 D.植物的所有生理活动都是在一定的温度范围内进行的，植物分布的地域 性由光照决定 D 【练一练】 5.“淀粉体—平衡石假说”认为植物依靠内含淀粉体的细胞感受对重力的单一方向的刺激，使横放的茎、根等部位发生生长素的横向运输。植物光合作用产生的葡萄糖经由聚合转变成淀粉，再以淀粉粒的形式储存于淀粉体中。下列叙述错误的是( ) A.淀粉体可感受重力的方向 B.淀粉体最终将重力信号转变成运输生长素的信号 C.植物根部的向地生长体现了生长素作用的两重性 D.根的远地侧生长素分布较多，生长较快，而使根向地生长 D 【练一练】 6.高等植物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， 下列有关叙述错误的是( ) A.种子中不含光合色素，萌发的种子在合成光合色素之前不能接收光信号 B.“淀粉—平衡石假说”认为，生长素沿平衡石细胞中淀粉体沉降的方向运输 C.植物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 D.植物体内，不同激素在代谢上存在相互作用，共同调控植物的生长发育 A 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，这些莴苣种子的发育情况如下表所示。 （1）由上述实验结果可以得出什么 结论？ （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？ 提示：红光促进葛营种子发芽，红外光抑制种子发芽。 提示：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。 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）比较曲线a、b、c与d可知 __________对侧芽的生长有抑制 作用，其中起作用的主要激素是 __________，而且____________ （激素）能解除这种激素的抑制 作用。在保留顶芽的情况下，除 了c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与b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。 顶芽 生长素 细胞分裂素 赤霉素 侧芽生长 分生 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。 （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。 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，由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）。 复习与提高 二、非选择题 2.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，15min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？ 提示：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。 复习与提高 二、非选择题 2.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，15min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。 （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？ 提示：在干早条件下，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。 复习与提高 二、非选择题 2.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，15min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。 （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？ 提示：这些数据支持该观点。植物可以通过地下部分交流信息。 复习与提高 二、非选择题 2.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，15min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。 （4）在对6号植株进行干旱诱导后1h，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？ 提示：对6号植株进行持续1h的干早胁迫， 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。 $