5.4 环境因素参与调节植物的生命活动（教学课件）生物人教版选择性必修1

选择性必修1《稳态与调节》 第5章 植物生命活动调节 第4节 环境因素参与调节植物的生命活动 目录 课堂小结 探究新知 04 素养目标 03 02 二.参与调节植物生命活动的其他环境因素 一. 光对植物生长发育的调节 01 课堂练习 重点难点 课堂导入 05 06 素养目标 核心素养 生命 观念 认识光、温度、重力等环境信号参与调节植物生长发育，理解植物与环境相互作用，建立稳态与平衡观、整体观。 科学 思维 结合光敏色素、向地性等实例，分析环境信号如何转化为植物内部调节信号，构建环境—激素共同调控植物生命活动的逻辑模型。 科学 探究 能基于生活现象（如菊花秋开、幼苗向光、根向下生长）提出问题，分析实验现象，推理环境因素对植物的调节机制。 社会 责任 能运用本节知识解释农业生产中调控光照、温度调控作物开花、萌发的措施，学以致用，体会生物学在农林业的价值。 重点难点 教学重点： ①光对植物生长发育的调节（光敏色素）；温度、重力对植物生命活动的调节。 教学难点： ①光敏色素感受光信号的传导过程。 10 20 环境因素参与调节植物的生命活动： 环境因素：单侧光 环境因素：重力 温度、水肥、土壤等 还有哪些环境因素影响植物的生命活动？ 课堂导入 这些环境因素是如何影响植物的生命活动的？ 学 结论： 推测：光本身是植物萌发过程中的一种调节因子。 【资料1】探究影响莴苣种子萌发的因素： 光照有利于莴苣种子的萌发，提高发芽率 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? 2.那些需要光才能萌发的种子，光起什么作用？ 种子刚萌发时无叶片，无法利用光能进行光合作用。 探究新知 一、光对植物生长发育的调节 1 光对种子萌发的影响 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（如早熟禾和毛蕊花）的种子在有光条件下萌发得好一些，还有一些植物（如洋葱和番茄）的种子萌发，则受光的抑制。研究发现，萌发的需要光的种子一般比较小，储藏的营养物质也很少。 有些植物种子萌发，则会受到光的抑制（番茄、洋葱、西瓜等） 番茄种子 洋葱种子 西瓜种子 有些植物种子需要在有光条件下才能萌发（烟草、莴苣、草莓等） 烟草种子 莴苣种子 草莓种子 萌发需要光照的种子一般较小，对于植物的生长有什么适应意义吗？ 较小的种子储存的营养物质较少，有光条件下才萌发，使得较小的种子萌发后能立即进行光合作用，从而避免在无光条件下萌发后“饿死”。 探究新知 一、光对植物生长发育的调节 1 光对种子萌发的影响 有些植物种子萌发受到光的抑制在自然界中具有多重意义，包括适应环境变化、保护种子、调节萌发时间、减少竞争压力以及进化意义等。这些机制共同构成了植物在复杂生态环境中成功繁衍后代的重要策略。 思考: 从豆芽到豆苗，光对植物的颜色和形态有什么响影? 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。 黄豆种子 探究新知 一、光对植物生长发育的调节 2 光对植株生长的影响 【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。 【资料3】很多植物的开花与昼夜长短有光。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，比如黄瓜、棉花、向日葵等。 有的植物的开花与昼夜长短有关: 有的植物的开花与昼夜长短无关： 长日照植物 短日照植物 白天短于一定时长 白天超过一定时长 日中性植物 对日长不敏感 探究新知 一、光对植物生长发育的调节 3 光对植物开花的影响 【思考】到底是日照长度还是黑暗时间长度影响植物开花？ 决定是否开花的因素是：一个光周期中 。 连续黑暗时间 探究新知 一、光对植物生长发育的调节 3 光对植物开花的影响 光周期：是指一日之内光照时间长短的变化，即在白昼与黑夜循环中日照长短的变化。为什么短日照植物 光对植物开花的影响 光信号在植物体内被转换为化学物质信号。 思考: 嫁接过去的长日照植物枝条在短日照条件下开花了?是什么因素引起的？ 植物能够对光作出反应，表明植物可以感知 ，并据此调整生长发育。 那么植物是怎样感受到光照的呢？ 光信号 【资料4】科学家将长日照植物枝条嫁接到短日照植物枝干上，给予短日照条件，发现嫁接过去的长日照植物枝条居然在短日照条件下开花了。 探究新知 一、光对植物生长发育的调节 3 光作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程。 植物能够对光作出反应，表明植物可以感知光信号，并据此调整生长发育，那么植物是怎样感受到光照的呢？ 阅读教材第106页，观察图5-12，并思考下列问题: (1)结合上述资料，试总结光的作用有哪些？ (2)光调控植物生长发育的机制分为几个阶段? (3)各阶段与细胞的哪一部分结构相关? (4)光敏色素与光合色素的作用有什么区别? 1.主动运输 探究新知 一、光对植物生长发育的调节 (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 （生理失活型） （生理激活型） 相关信息（P106）： 植物体内除光敏色素，还有感受蓝光的受体。可认为，环境中红光、蓝光，对植物生长发育来说，是非常关键的。 光信号传导的结构基础——光敏色素 探究新知 一、光对植物生长发育的调节 4 白天太阳光中，红光比远红光多 一、光对植物生长发育的调节 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 翻译 激活 光敏色素被激活结构发生变化 信号经过信息传递系统的传导 传递到细胞核内 细胞核内特定基因的转录变化 转录 RNA 蛋白质 表现出生物学效应 光信号 感受信号 传导信号 发生反应 （4）光调控植物生长发育的反应机制 探究新知 ①光敏色素是光的受体，光仅是一种信号。 ②光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素，能吸收、传递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。 除了光，温度和重力等环境因素也会参与调节植物的 生长发育，温度和重力是如何参与植物生命活动调节呢？ 光敏色素与光合色素的作用有什么区别？还有哪些方面不同？ 光敏色素与光合色素 思考 探究新知 一、光对植物生长发育的调节 树木的年轮与季节的温度变化有什么直接关系? 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？ 关于温度参与调节植物生长发育的实例，你还能举出一些吗？ 请同学们阅读课本107页资料1和资料2，讨论以下问题： 1.主动运输 探究新知 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 ①春夏季： ， 在树干上形成颜色较浅的带； ②秋冬季： ， 树干上形成颜色较深的带。 年轮的形成，是树木对一年中不同时期环境温度反应的结果。 树木的年轮与季节的温度变化有什么直接关系？ 形成原因 细胞分裂快、细胞体积大 细胞分裂慢、细胞体积较小 探究新知 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 温度参与植物生长发育调节 1 资料1：温度变化使树干出现年轮 树木在不同季节因为气温降水等的环境不同其生命活动也随之变化；春夏降雨多，气温相对较高，植物生命活动旺盛处于生长期，植物从根部吸收的以水分为主的养分较多，形成层中的导管，筛管发育较粗，细胞分裂快、细胞体积大，在树干上形成颜色较浅的带；而秋冬季节，植物生命活动缓慢，细胞分裂慢、细胞体积小，在树干上形成颜色较深的带。处于生长期发育的，称为早材或春材，处于生长季节后期发育的，称为晚材或秋材 温度参与植物生长发育调节 冬小麦：9-10月播种，经过冬天后，来年春天开花结果。实践：在春季播种冬小麦，会使得麦苗夏季旺长却不开花或者开花太晚，造成减产。冬小麦需要经历一段时间的低温诱导方可开花 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。 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？ 春化作用 ：经历低温诱导促使植物开花的作用。 温度参与植物生长发育调节 探究新知 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 1 资料2：温度影响冬小麦开花 关于温度参与调节植物生长发育的实例，你还能举出一些吗 光合作用：夏日正午光照充足，但气温高，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。 温度参与植物生长发育调节 探究新知 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 1 温度和重力因素是如何参与植物生命活动的调节的呢？ 植物分布的地域性很大程度上就是由 决定的。 西双版纳热带季雨林 温带常绿阔叶林 落叶阔叶林 针叶林 温度 温度参与植物生长发育调节 探究新知 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 1 重力 A B C D 远地侧 近地侧 根向地生长可以深扎根，利于吸收水分和无机盐。 重力是调节植物形态建成和生长发育的重要环境因素。 水平横放一株植物，一段时间后，根向地生长，茎背地生长 根的向地生长这有什么意义？ 重力对植物生长发育的调节 探究新知 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 2 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 你能解释重力对植物生长调节的机制吗？ (1)根向地生长，茎背地生长的原因 重力对植物生长发育的调节 探究新知 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 2 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。 ①平衡石细胞: (2)淀粉—平衡石假说 重力对植物生长发育的调节 探究新知 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 2 重力方向改变 如影响生长素的运输，导致生长素沿着重力刺激的方向不对称分布 对植物生长产生影响 根尖中平衡石细胞示意图 平衡石细胞 引起一系列信号分子的改变 平衡石细胞的"淀粉体"会沿着重力方向沉降 ②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。 重力对植物生长发育的调节 探究新知 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 2 IAA IAA IAA ①根尖垂直放置时 生长素运往根冠。 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。 伸长区 根冠 淀粉粒 (3)请用“淀粉—平衡石假说”解释根的向地性。 重力对植物生长发育的调节 探究新知 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 2 ④低浓度的生长素_____远地侧根尖生长。根尖向 弯曲生长。 ①水平放置时，淀粉体沿着重力方向沉降到 侧，导致该侧压力大。 近地 抑制 促进 ②压力大的一侧运输更多 至伸长区 生长素 ②根尖水平放置时 地 重力对植物生长发育的调节 探究新知 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 2 ③高浓度的生长素_____近地侧根尖生长。 根横放时，淀粉体下沉在细胞近地侧的内质网上，诱导内质网释放Ca2+到细胞质基质，Ca2+与钙调蛋白结合后活化Ca2+泵和IAA泵（均为ATP驱动泵），使近地侧积累较多的Ca2+和IAA。 高等植物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,是基因表达调控、激素调节和环境因素调节共同完成的 影响 基因表达调控 植物细胞里储存着全套基因 在基因适时选择性表达 调控 植物的生长发育繁殖、 休眠 激素调节 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 调控激素产生和分布 环境因素调节 环境变化 植物响应 调控基因表达及激素产生、分布 器官和个体水平上的变化 植物生长发育的整体调控 探究新知 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 3 组别 处理 预期结果 对照组 实验组1 实验组2 减法原理 加法原理 已有的研究表明，植物的根是靠根冠中的细胞感受重力， 从而引起根的向地生长。真的是这样吗？我们能否设计实验进行验证？ 自变量: 是否有根冠 因变量: 根是否出现向地生长 不做处理 有向地性 切去根冠 失去向地性 待切去尖端后的 根尖重新长出尖端 恢复向地性 实验：验证植物根的向地性感受部位在根冠 探究新知 二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 4 1.温度参与了植物生长和开花等生命活动的调节。 4.植物生长发育由基因表达、激素和环境因素共同调节。 2.重力参与了植物生长发育和形态建成等的调节。 （“淀粉—平衡石”假说） 3.加法原理或减法原理均可用来证明自变量对因变量的影响。 课堂小结 1.下面关于光调控高等植物生长发育反应机制的叙述，错误的是（　　） A. 光敏色素的本质是蛋白质 B. 光通过影响光敏色素的结构影响特定基因的表达 C. 光敏色素主要吸收红光、蓝光 D. 光作为信号，影响、调控植株的生长、开花等 光敏色素主要吸收红光和远红光使光敏色素结构发生变化，影响细胞核中特定基因的表达进而调控植物生长发育 C 课堂练习 2.光、温度和重力对植物的生长发育起着重要的调节作用， 有关叙述错误的是（　　） A. 光敏色素能感受光刺激并发生结构改变从而传递信号 B. 冬小麦需要经历春化作用才能开花是因为低温的影响 C. 重力影响水平放置植物生长素的极性运输，导致茎背地生长 D. 植物年轮的形成主要是因为温度影响了细胞分裂的速度 课堂练习 重力影响 水平放置植物生长素的横向运输，导致近地侧生长素浓度高，从而出现茎 背地生长 C 3.下列关于植物生命活动调节的叙述，错误的是（　　） A. 植物激素作为信息分子，可直接参与细胞的代谢过程 B. 年轮的形成和植物的春化作用均体现了温度对植物生长发育的调节 C. 受到光照射时，光敏色素的结构会发生变化，影响特定核基因的表达 D. “淀粉—平衡石假说”认为平衡石细胞将重力信号转变成运输生长素 的信号 课堂练习 植物激素作为信息分子，起着信息传递的调节作用，不直接参与细胞的代谢过程 A B　 布置作业 拓展实践： ① 查找光周期调控植物开花实例（如菊花短日照开花），手绘光敏色素感受光信号的调节简图，并撰写科普文字。 ② 搜集农业生产中利用光、温度调控作物生长的案例，结合案例简述环境因素调控植物生长的实践价值。 课后作业 光温重力作信号，感知环境变化； 光敏色素传信息，调控生长节律。 顺应自然巧调控，助力农作生产。 选择性必修1《稳态与调节》 $