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新教材 选择性必修1 稳态与调节
第5章 植物生命活动的调节
5.4 环境因素参与调节植物的生命活动
光是植物进行光合作用的能量来源。
对于植物来说，光只是起提供能量的作用吗？
光还会调节植物生长发育，光是如何调节的呢？
一、光对植物生长发育的调节
思考 .探索 光对植物生长发育的调节
资料1 少数植物（如烟草、莴苣）的种子需要在有光条件下才能萌发；有些植物（如早熟禾、毛蕊花）的种子在有光条件下萌发得更好；还有些植物（如洋葱、番茄）的种子萌发，则受光的抑制。研究发现，萌发需要光的种子一般较小，储存的营养物质也很少。
结论：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1结论：光参与调节许多植物的种子萌发过程。
思考：光在种子萌发中起了什么作用？影响生长素分布？提供能量？
推测：光本身是植物萌发过程中的一种调节因子。
光参与调节许多植物的种子萌发过程。
思考 .探索 光对植物生长发育的调节
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。
从豆芽到豆苗，光对植物的颜色和形态有什么影响
豆芽（黑暗培育）
豆苗（见光培育）
结论：光影响植物的颜色和形态建成。
思考 .探索 光对植物生长发育的调节
资料3 很多植物的开花与昼夜长短有关。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，如黄瓜、棉花、向日葵等。
植物开花条件：
菠菜 —— 白天超过13 h
菊、水稻 —— 白天短于一定时长
黄瓜、棉花、向日葵 —— 和白天长度无关
结论：植物开花与光照时长有关。
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
思考 .探索 光对植物生长发育的调节
资料3 很多植物的开花与昼夜长短有关。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，如黄瓜、棉花、向日葵等。
是光照时长(黑暗时长)在起作用；与植物激素的分泌有关。
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？
思考 .探索 光对植物生长发育的调节
【拓展】光影响植物的开花(光周期现象)
在一个昼夜周期中，日照长度大于一定数值才能开花的植物，如菠菜、小麦、胡萝卜等。
①长日照植物:
在一个昼夜周期中，日照长度小于一定数值才能开花的植物，如高粱、玉米、水稻等。
②短日照植物:
③日中性植物:
无论是长日照植物还是短日照植物，感受光周期刺激的部位都是叶片。
对日长短不敏感的植物，如黄瓜、辣椒。
思考 .探索 光对植物生长发育的调节
资料4 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，这些莴苣种子的发芽情况如下表所示。
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
红光促进莴苣种子发芽，但这种作用被远红光所逆转。若反复使用红光和远红光，其作用效果取决于最后一次处理的光质。
结论：
思考 .探索 光对植物生长发育的调节
(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？
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。
思考 .探索 光对植物生长发育的调节
结论：莴苣种子红光——萌发，远红光逆转以上效果。
资料4 红光和远红光调节莴苣种子萌发的不同作用
思考 .探索 光对植物生长发育的调节
推测：一个周期中连续黑暗时间决定是否开花。
资料5 光调节植物开花的具体机制
思考 .探索 光对植物生长发育的调节
证实结论：一个周期中连续黑暗时间决定是否开花。
资料5 光调节植物开花的具体机制
思考 .探索 光对植物生长发育的调节
结论：取决于最后一次照射光的颜色，红光有效，远红光无效。
资料6 红光和远红光调节植物开花的不同作用
思考 .探索 光对植物生长发育的调节
结论：光信号在植物体内被转换为化学物质信号。
资料7 光信号在植物体内的转换
思考 .探索 光对植物生长发育的调节
资料1：光参与调节许多植物的种子萌发过程。
资料2：光影响植物的颜色和形态建成。
资料3：某些植物开花与黑暗时长有关。
资料4：红光促进莴苣种子萌发，远红光可逆转此效应。
资料5：黑暗时长可被红光打断，远红光可逆转此效应。
资料6：光信号在植物体内转换为化学信号。
综合分析以上资料
科学问题：光是如何调节植物生长发育的？
子问题1：红光和远红光对植物种子萌发和开花调控作用不同的分子机理是什么？
子问题2：光信号在植物体内转换为化学信号的具体过程是什么？
提出下一步待研究的科学问题
光敏色素
感光区域
酶活性区域
子问题1：红光和远红光作用的分子机理——光敏色素
子问题1：红光和远红光作用的分子机理——光敏色素
接受光信号的分子之一——光敏色素
主要是红光和远红光。
①化学本质：
蛋白质（色素——蛋白复合体）
②分布：
分布在植物体的各个部位，其中在分生组织的细胞内比较丰富。
③吸收光的类型：
相关信息：植物体内除了光敏色素，还有感受蓝光的受体。可以认为，环境中的红光、蓝光，对于植物的生长发育来说，是非常关键的。
感受信号
传导信号
发生反应
信号经过转导，传递到细胞核内
表现出生物学效应
翻译
RNA
光敏色素被激活，结构发生变化
DNA
细胞核内特定基因的转录变化（表达）
阳光
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到细胞核内
细胞核内特定基因的转录变化
照
射
转
录
RNA
蛋白质
表现出生物学效应
感受信号
传导信号
翻译
光调控植物生长发育的反应机制
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？
思考：
光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素，是能吸收、传递并转化光能的物质；分布在叶绿体的类囊体薄膜上。
光敏色素是一类蛋白质，是接受光信号的分子；分布在植物体的各个部位。
植株
生长
开花
衰老
种子
萌发
均受到
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。
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
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。
温度和重力因素是如何参与植物生命活动的调节的呢
【资料1】 温带地区，树木年复一年地加粗，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：在春夏季细胞分裂快、细胞体积大，在树干上形成颜色较浅的带；在秋冬季细胞分裂慢、细胞体积较小，树干上形成颜色较深的带。
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。
思考·讨论 温度参与植物生长发育的调节
结论：植物的生长受到温度的调节。
【资料2】 思考：冬天温度低，有时会冻伤麦苗，为何不能在春天播种冬小麦呢？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。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。拟南芥需要经历一段时间的低温方可开花（春化作用）。
有的植物需要经过春化作用才能开花，经过春化作用才开花的意义是什么？
意义：这样可以避免出现在秋季开花从而无法正常结果的情况。
思考·讨论 温度参与植物生长发育的调节
结论：某些植物的开花也受到温度的调节。
结论：温度对植物的多种生命活动具有调节作用。
思考：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，但因蒸腾作用强，气孔关闭，CO2进入叶片受阻，光合作用反而弱。
保卫细胞
气孔张开
叶片变黄、脱落: 落叶树的叶片在秋冬季变黄、脱落。
热带季雨林
温带常绿阔叶林
落叶阔叶林
寒带针叶林
温度对植物生长发育的调节
(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)植物的所有生理活动都是在一定的温度范围内进行。
(4)温度可以通过影响种子萌发、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。
(5)植物分布的地域性很大程度上就是由温度决定的。
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。
讨论1：茎和根的生长是受哪种因素调节的？
讨论2：如果将该幼苗横放在太空中的“天宫二号”内，它的根、茎可能会怎样生长？为什么？
是由重力因素调节的。
会继续横向生长，因为太空中几乎没有重力。
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。
原因：①生长素在近地侧分布多于远地侧②重力使生长素沉降？
重力对植物生长发育的调节
重力是调节植物生长发育和形态建成的重要环境因素。
根向地性、茎背地性原因分析：
植物的根、茎中具有感受重力的物质和细胞
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
调节植物的生长方向
“淀粉—平衡石假说”
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。
重力方向改变
平衡石细胞中的“淀粉体”会沿着重力方向沉降
对植物生长产生影响
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
引起一系列信号分子的改变
向地性的机理——根尖垂直放置时
向地性的机理——根尖水平放置时
胚芽鞘的向光性
根的向地性
光敏色素是感光分子
胚芽鞘尖端感光，生长素发生横向运输，分布不均等，使得尖端以下部位向光侧生长慢，背光侧生长快
根冠存在一种感受重力的分子或结构
引起生长素的重新分布，分布不均的生长素传递到伸长区后，使根出现向地性
向地性的原因
根冠：根尖顶端
分生区：细胞分裂
伸长区：细胞伸长
根毛区：吸收物质
根尖的结构
设计实验，验证植物根向地性的感受部位在根冠
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？
发芽的玉米粒
自变量：
因变量：
根冠的有无
根的生长方向
对照组：
完整的刚刚萌发玉米粒
实验材料：
刚刚萌发的玉米粒
实验组：
完整的刚刚萌发玉米粒
设计实验，验证植物根向地性的感受部位在根冠
预期结果：
对照组植物根具有向地性、
实验组植物根失去了向地性。
处理 预期结果
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 结果类似
——减法原理
设计实验证明根冠感受重力
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
设计实验证明根冠感受重力
三、植物生长发育的整体调控
1、基因表达调控
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。
植物的生长、发育、繁殖、休眠等都处在基因适时选择性表达的调控之下。
2、激素调节
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。同时，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。
对于多细胞植物体来说，细胞与细胞之间、器官与器官之间的协调，需要通过激素传递信息。
三、植物生长发育的整体调控
3、环境因素调节
在个体层次，植物生长、发育、繁殖、休眠，实际上是植物响应环境变化，调控基因表达以及激素产生、分布，最终表现在器官和个体水平上的变化。
三、植物生长发育的整体调控
植物生长发育的整体调控
温度参与了植物生长和开花等生命活动的调节。
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”假说是普遍承认的一种解释植物感知重力的方式。
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。
植物生长发育由基因表达、激素和环境因素共同调节。
小结
习题巩固
一颗小小的望天树种子可以生长发育成参天大树。判断下列相关表述是否正确。
(1) 它的生长发育完全由植物激素控制。( )
(2) 调控它生长发育的环境因素有光照、温度、重力等。 ( )
(3) 它的生长发育是基因表达调控的结果。( )
×
√
√
复习与提高
1. 园林工人为使灌木围成的绿篱长得茂密、整齐，需要对绿
篱定期修剪，其目的是（ ）
A.抑制侧芽生长 B.抑制顶端优势
C.抑制向光性生长 D.抑制其开花结果
B
2. 用适宜浓度的生长素处理未受粉的番茄雌蕊柱头，可得到
无子番茄，这种果实细胞中的染色体数目为（ ）
C
A. 与卵细胞染色体数目一样 B. 是受精卵染色体数目一半
C. 与体细胞中染色体数目一样 D. 比受精卵染色体数目多一倍
3. 以下关于植物激素的说法，错误的是（ ）
A
4. 果实的生长发育和成熟，受多种激素调节。下列叙述
正确的是（ ）
A
A. 植物激素能促进植物生长
B. 植物激素是一类化学物质
C. 植物激素在植物体内含量很少
D. 植物激素不直接参与细胞内的代谢活动
A. 细胞分裂素促进果实生长
B. 乙烯抑制果实的生长和成熟
C. 脱落酸促进细胞分裂和果实脱落
D. 生长素对果实的发育和成熟没有影响
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。
顶芽
生长素
细胞分裂素
赤霉素
（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。
（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。
侧芽生长
分生
生长素与赤霉素、细胞分裂素
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，有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）。
根部不联系
根部联系
9
8
7
6
5
4
3
1
2
10
11
高渗透压刺激
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？
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。
（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？
这些数据支持该观点。植物可以通过地下部分交流信息。
（4）在对6号植株进行干旱诱导后1 h，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？
对6号植株进行持续1h的干旱胁迫，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。
填空默写
1.(选择性必修1 P97)植物激素在植物内的含量　　　　，但是在调节植物生长发育上的作用却　　　　。
2.(选择性必修1 P98)决定器官生长、发育的，往往不是________________
，而是　　　　　　　　　。
3.(选择性必修1 P99)在植物生长发育过程中，不同种激素的调节往往表现出　　　　　　　。
4.(选择性必修1 P99)植物的生长、发育，是由________________________
　　　调控的。
虽然微少
非常重要
某种激素的绝对含
量
不同激素的相对含量
一定的顺序性
多种激素相互作用形成的调
节网络
5.(选择性必修1 P100)植物生长调节剂：_____________________________
　　　　　　　　　　　　　。
6.(选择性必修1 P106)光作为一种信号，　　　　　　　　　　　　的全过程。
7.(选择性必修1 P106)光敏色素是　　　　　，分布在　　　　　　　，其中在　　　　　　　　　　　　。
8.(选择性必修1 P108)植物生长发育的调控，是由_____________________
　　　　　　　　共同完成的。
由人工合成的，对植物的生长、
发育有调节作用的化学物质
影响、调控植物生长、发育
一类蛋白质
植物的各个部位
分生组织的细胞内比较丰富
基因表达调控、激素调
节和环境因素调节

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