5.3 植物对多种环境信号做出反应（教学课件）生物浙科版选择性必修1

5.3 植物对多种环境信号做出反应 学习目标 生命观念 能举例说明植物对光、重力、温 度等环境信号的响应方式，建立 "植物通过内部调节响应外界信 号、实现稳态与环境适应”的稳 态与平衡观、结构与功能观。 科学思维 能通过分析向重力性、光周期的 经典实验推导调控机制，准确区 区分易混概念，提升演绎推理、 归纳概括的逻辑思维能力。 科学探究 能基于植物响应环境信号的规 律，设计花期调控的实验方案， 掌握变量控制、实验设计的科学 探究方法。 社会责任 能运用本节课知识为园艺生产、 作物种植提出合理化建议，理解 生物技术对农业生产的价值，树 立科技兴农的责任意识。 情境目录 情境目录：菊花花期人工调控实现全年供货 第三部分：迁移应用与总结 - 成都世园会花期调控方案设计 导入：主情境与挑战 鲜切花生产基地的全年供货需求 第二部分：菊花花期精准调控 - 解码光周期现象与春化作用 第一部分：温室菊花株型调控 探秘植物的向性运动 导入：主情境与挑战 课前准备：核心知识点回顾 知识链接：植物激素的种类与生理作用 核心提问：植物的生长发育仅仅依靠内部激素就能完成吗? 1 分钟 (提示核对默写答案) 平衡状态： 内外因素共同作用 Gibberelim Cytokinin 内部激素调节 外部环境信号 逻辑过渡：植物激素是内部调节的“信使”，但植物的生命活动必须与外部 环境相适应。外部环境信号（如光、温度、重力）是如何触发内部激素变化的? 主情境：大型鲜切花生产基地的挑战 春节 五一 国庆 情人节 真实需求：国内某大型鲜切花花生产基地主打菊花品类，需要实现全年任意节日 (如春节、五一、国庆、情人节)都有足量盛开的菊花上市供应。 核心问题：如何利用植物响应环境信号的规律，调控菊花 的株型与花期，满足全年供货需求? 破局思路 株型调控 花期调控 (解决生长方向问题) (解决开花时间问题) 情境感知：温室菊花的生长现象 现象观察： 现象①：单侧光照射下，菊 花茎向光弯曲，株型歪斜。 现象②：倒伏的菊花茎段向 上弯曲，恢复直立生长。 现象③：菊花根顺着重力方 向，向盆底土壤深层生长。 单侧光 光照方向 重 力 正向重性 根向下生长 驱动问题：这些生长现象的刺激源有什么共同特点? 为什么生长方向和刺激方向相关? 概念辨析：向性运动 核心概念：植物体受到单一方向的外界刺激而引起的定向运动。 刺激源 常见类型 单向刺激（如单侧 光、重力）。 向光性（茎的正向光性） 向性 运动 响应方式 向重力性 根的正向重力性 茎的负向重力性 重力 易混辨析：向性运动与感性运动的区别 关键问题：向性运动和植物的其他应激反应（如含羞草叶片闭合）有什么区别? 对比维度 向性运动 (生长运动) 感性运动 (非生长运动) 刺激方向性 刺激有方向性 刺激无方向性（如触碰） 运动方向决定因素 运动方向与刺激方向相关 运动方向与刺激方向无关 是否可逆 属于生长运动（不可逆） 属于膨压变化（可逆） 结论：向性运动是植物适应环境空间分布的重要机制。 深度探究：根是如何感受重力信号的? 实验资料①：切除根冠的玉米根失去向重力生长特性 逻辑推导: 根冠是感受重力信号的关键部位。 追问：根冠内部究竟是什么结构？ 在起作用？ 造粉体（淀粉体） 在细胞内沉降感 受重力 深度探究：平衡石假说 实验资料②：淀粉体缺失的拟南芥突变体对重力信号不敏感。 机制解析（平衡石假说）： 感受器：根冠细胞内的“淀粉体”（平衡石）。 过程：重力改变→淀粉体下沉→压迫内质网等细胞器→触发信号转导→改变生长素分布。 结论：植物通过特定细胞结构（淀粉体）将物理信号（重力）转化为化学信号。 正常状态（重力向下） 细胞壁 重 力 向 下 内质网 细胞器 淀粉体 (平衡石) AUXIN 流动 正常状态（重力向下） 重力改变 淀粉体下沉 （物理信号） 压迫内质网 → 触发信号转导 生长素分布改变 （化学信号） 水平放置后 机制推导：为什么根向下、茎向上？ 实验资料③：相同浓度生长素对根的生长起抑制作用、对茎的生长起促进作用（根对生长素更敏感）。 逻辑推演（水平放置的植物）：重力导致生长素向近地侧运输，近地侧浓度＞远地侧浓度。 近地侧高浓度度促进生长，近地侧 近地素→浓度 生长快→向上弯曲（负向重力性） 远地侧生长快 生长素（Auxin）浓度 高（High） •低（Low） 近地侧高浓度促进生长， 重力导致近地侧生长快 →向上弯曲（负向重力性） 近地侧高浓度抑制生长， 远地侧生长快揖侧生长快 →向下弯曲(正向重力性) 热点拓展：空间站失重环境下的水稻根 热点拓展：太空中的植物生长 关键问题：为什么中国空间站失重环境下的 水稻根没有明显向地生长的特性? 科学解释： 微重力环境导致根冠细胞内的淀粉体无法 正常沉降。 缺乏重力信号引导，生长素分布均匀。 根失去正向重力性，呈现随机方向生长。 意义：验证了重力信号在植物株型发育中的 决定性作用。 问题解决：温室菊花株型周正的应对措施 回归情境：如何保证温室菊花株型周正? 定期旋转花盆 设立支架防倒伏 挑战回顾：单侧光导致向光弯曲 挑战回顾：单侧光导致向光弯曲 挑战回顾：重力导致倒伏后向上弯曲。 挑战回顾：重力导致倒伏后向上弯曲。 应对向光性：定期旋转花盆方向，或采用顶部 均匀散射光源补光，避免单侧光刺激。 应对向重力性：设立支架防倒伏，若发生倒伏需及 时扶正，避免茎段因负向重力性发生不可逆弯曲。 总结：通过人工干预环境信号，调控植物向性运动，实现株型标准化。 第二部分：菊花花期精准 调控（光周期现象与春化 作用） 情境感知：菊花花期的奥秘 自然状态：菊花仅在秋季（昼短夜长）盛放 人工干预：种植户夏季给菊花罩黑布遮光 ? 春节花市菊花 人工干预：冬季给菊花补光 驱动问题： 菊花是典型短日照植物，为什么遮 光和补光操作可以改变它的开花时间? 植物是如何感知昼夜长短变化的? 概念引入：光周期现象 核心概念：植物对昼夜长短规律性变化的反应，称为光周期现象。 逻辑关联：光周期是植物判断季节变化的最可靠环境信号。 12 临界日长 短日植物 长日植物 日中性植物 12小时 临界日长 14小时 临界日长 14小时 12小时 12 12 日照长度短于临界日长才 开花（如菊花、大豆）。 日照长度长于临界日长才 开花（如天仙子、菠菜）。 开花与日照长短无关 （如黄瓜、番茄）。 第18页 深度探究：植物感受光周期的部位在哪里? A. 全株短日照处理 (12小时光/12小时黑) B. 仅叶片短日照 /茎尖长日照) 仅茎尖短日照 /叶片长日照) D. 全株长日照 (16小时光/8小时黑) 开花 开花 不开花 不开花 全株长日照 全株短日照处理 仅叶片短日照 仅茎尖短日照 / 茎尖长日照 / 叶片长日照 逻辑推导: 感受光周期信号的部位是叶片，而不是发生开花反应的茎尖。 机制推导：从叶片到茎尖的信号传递 关键问题：叶片感受信号后，如何让茎尖开花? 信号转导路径: 感受信号：叶片中的光敏色素（一种蛋白质）吸收特定波长的光，结构发生变化。 传递信号：产生开花素（化学信号），通过维管束运输到茎尖。 生理响应：诱导茎尖分生组织分化为花芽，最终开花。 →生理响应-- Far-redin 光 (花芽分化) 感受信号 花芽分化 维管束 (光敏色素激活) 茎尖分生组织 开花素 传递信号 (开花素运输) 结论：环境信号（光）→感受器（光敏色素）→内部激素/化学物质变化→生理响应。 深度探究：控制开花的是日长还是夜长? 短日照 不开 花 暗期打断实验处理 菊花 短日照 + 暗期中给予1分钟闪光 开花 1分钟闪光 天仙子 逻辑推导： 1分钟闪光并未显著改 变总日照长度，但彻底 破坏了连续的暗期（夜 长）。 结论：决定植物开花的 核心因素是连续暗期的 长度（夜长），而非日 长。 21 概念深化：重新定义“短日”与“长日” 易混点突破: 短日植物 = 长夜植物：必须经历长于临界暗期的连续黑夜才能开花。暗期被打断则不开花。 长日植物 = 短夜植物：必须经历短于临界暗期的黑夜才能开花。暗期被打断反而促进开花。 短日 长夜 闪光打断暗期 长夜 闪光 两个短夜 记忆口诀：看夜长，重连续。闪光打断暗期，长夜变短夜。 回归情境：菊花全年供货的花期调控方案 目标1：夏季（昼长夜短）国庆前盛开 措施：遮光处理（罩黑布） 人为延长连续暗期， 满足长夜需求 目标2：冬季（昼短夜长）情人节后上市（推迟开花） 措施：夜间补光 （或闪光打断暗 期），破坏连续长夜，抑制花芽分化 使其继续营养生长， 临近目标花期再停止补光 总结：精准控制连续暗期长度，是实现花期自由的关键。 补充环境信号：温度与春化作用 核心概念：某些植物必须经历一段时间的持续低温，才能由营养生长阶段转入生殖生长阶段（开花）的现象。 典型植物：冬小麦、白菜、萝卜等（多为秋播春开花植物）。 感受部位：茎尖生长点（与光周期感受部位叶片不同）。 生态意义：避免在严冬来临前开花结实，确保在适宜的春季繁衍后代，是植物对温度环境的长期适应。 茎尖生长点 低温处理 感受低温信号 号的部位 对比总结：光周期 vs 春化作用 共同点 光周期 信号类型: 光信号（昼夜长短） 感受部位：叶片 核心机制：光敏色素介导 都是植物响应外部 环境信号，调控开花 （生殖生长）的重要 机制，体现了植物 与环境的适应。 春化作用 信号类型：温度信号（持续 低温） 感受部位：茎尖生长点 核心机制：解除开花抑制基因 25 第三部分：迁移应用与课堂总结 情境拓展：成都世园会四类植物同步盛开的挑战 迁移应用：成都世园会“国庆专属花境” 任务背景：2025年成都世界园艺博览会需要打造“国庆专属花境”，要求在10月1日同步盛开。 挑战：如何在自然日照逐渐变短的9月份，让这四类习性迥异的植物在国庆节同一天完美绽放? 石竹 菊花 长日植物（短夜植物） 短日植物（长夜植物） 成都世园会 观赏冬小麦 矮牵牛 需春化作用（需持续低温） 日中性植物（开花与日照无关） 10月1日 方案设计：光周期调控策略 菊花（短日植物） 目标：国庆前开花 现状：9月自然日照（长日/短夜） 策略：提前进行遮光 处理，延长连续暗期 × 结果：促使其提前花芽分化 石竹（长日植物） 目标：国庆前开花 现状：9月自然日照（短日/长夜） 策略：夜间进行 人工补光（或暗 期闪光打断) 结果：促使开花 第28页：方案设计：菊花与石竹的调控策略 方案设计：温度与常规调控策略 观赏冬小麦（需春化） 矮牵牛（日中性植物） 七月 八月 六月 九月 十月 2 3 国庆 6 16 18 10 23 21 21 24 25 20 29 目标：国庆前开花。 目标：国庆前开花。 现状：夏季/初秋自然环境无持续低温。 现状：开花不受光周期限制。 策略：在幼苗期将其放入冷库进行人工低 温处理（春化处理），满足其开花前提条 件，随后移出正常光照培养。 策略：无需光周期干预，只需根据其从播 种到开花的固定生长周期，倒推播种时 间，保证充足水肥即可。 第29页 课堂总结：植物稳态是内外因素共同作用的结果 光 重力：根冠（淀粉体/平衡石） 信号感受部位 光周期: 叶片（光敏色素） 重力 环境信号类型 低温(春化)：茎尖生长点 温度 … 令地 向性运动：定向刺激引发的生长运动 植物对多种 响应类型 ⚠易混：≠非生长型的感性运动 环境信号的响应 重力：根冠（淀粉体/平衡石） 生理调控：光周期现象、春化作用 信号感受部位 (开花调控等) 光周期：叶片（光敏色素） 向性运动方向与刺激方向相关 低温(春化)：茎尖生长点 ⚠易混：根正向重力性、茎负向重力性 核心规律 光周期调控核心是夜长 ⚠ 易 混：短日=长夜、长日=短夜 植物通过内外协同调节响应信号， 适应环境 $