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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
梅子金黄杏子肥，
麦花雪白菜花稀，
待到秋来九月八，
我花开后百花杀。
思考∶
小麦和菊花各自在什么季节开花
你认为影响二者开花的环境因素是什么
它们是如何影响植物开花的
问题探讨
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？
茎向上生长
是由重力因素调节的
茎和根很可能会继续横向生长；因为太空中几乎没有重力。
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。
光、温度、重力对植物生长发育都有调节作用
植物的生命活动的调节主要依靠激素调节，
同时受环境因素调节。
——光、温度、重力对植物生长发育都有调节作用。
01
02
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光
温度
重力
一、光对植物生长发育的调节
光是植物进行光合作用的能量来源，还参与调节植物的生命活动。
思考·讨论 光在植物生长发育中的调节作用
资料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。
有些植物（如早熟禾、毛蕊花）的种子在有光条件下萌发的好一些。
还有一些植物（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，储藏的营养物质也很少。
讨论1:那些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。
黑暗（对照）
黑暗
远红光
红光
光影响植物种子（莴苣）萌发
结论：红光刺激种子萌发，远红光抑制萌发。最后光照的光是决定因素。红光及远红光的作用是可相互转换的。
光本身是植物萌发过程中的一种调节因子。
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。
黑豆苗：有光条件
绿豆芽：无光条件
光影响植物的颜色和形态建成。即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。
讨论2:从豆芽到豆苗，光对植物的颜色和形态有什么影响
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。
讨论3：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。
讨论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
萌发需要光照的种子一般较小，这是对环境的适应——萌发后能立即进行光合作用，从而避免在无光条件下萌发后“饿死”；
植株在生长、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。
一、光对植物生长发育的调节
1.光对植物生长发育的两种作用
（1）光是植物进行光合作用的能量来源；
（2）在自然界中，种子萌发、植株生长、开花、衰老等都会受到到光的调控。植物的向光性生长、实际上也是植物对光刺激的反应。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？
2.光信号传导的结构基础之——光敏色素
（1）化学本质：蛋白质（色素-蛋白复合体）
（2）分布：植物的各个部位，其中在分生组织的细胞内比较丰富。
（3）吸收光的类型：主要是红光和远红光。
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。
3.光调控植物生长发育的反应机制
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（表达）
照射
转录
RNA
蛋白质
表现出生物学效应
感受信号
传导信号
发生反应
信号经过信息传递系统的传导，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）
感受信号
传导信号
发生反应
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？
思考·讨论 温度参与植物生长发育的调节
资料1:
温带地区，树木年复一年地加粗，构成一圈圈的年轮，表现出周期性的季节变化。年轮的形成的原因是：
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。
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
资料2：春化作用
一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。如冬小麦、冬大麦、惠兰等。
讨论2：有的植物需要经过春化作用才能开会，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
思考·讨论 温度参与植物生长发育的调节
3、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，但因温度过高，气孔关闭，CO2进入叶片受阻，光合作用减弱。
叶片脱落：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
（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。
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
2.重力：重力是调节植物生长发育和形态建成的重要环境因素。
（1）调节机理：植物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，造成生长素分布的不均衡，从而调节植物的生长方向。
（2）调节方式：调节植物生长发育和形态建成。
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
根的向地生长和茎的背地生长有什么意义呢？
（3）假说淀粉平衡石假说
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
引起一系列信号分子的改变
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
在根冠、胚芽鞘尖和茎的内皮层细胞中有比重比较大的淀粉体分布，受重力影响而沉积在细胞底部，起平衡石的作用。
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。
课外实践：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。
提示：实验可以用刚刚萌发的玉米粒（实际上是颖果，农业上称为种子）为材料，为了便于观察，可在培养皿中铺上湿棉花，将刚萌发的玉米粒放在其中培养。
如何设计对照？
减法：切去不同长度的根尖端，只要切去根冠就会失去向地性
加法：等切去根冠后的根尖重新长出尖端，恢复向地性
以减法原理为例设计实验：
实验组：去除根冠的刚刚萌发玉米种子
对照组：完整的刚刚萌发玉米种子
发芽的玉米粒
因变量：
根是否出现向地生长
可通过观察玉米根尖是否向下弯曲生长来对因变量进行观测
实验思路：
1.取10颗大小、萌发程度大致相同的刚刚萌发的同种玉米粒，随机分成数量相同的甲、乙两组；
2.去除甲组玉米粒的根冠,乙组玉米粒不作处理，分别放在两个含有湿棉花的培养皿中；
3.置于温度适宜的暗室中培养一段时间。
4.观测两组玉米粒根尖是否出现向地弯曲生长
预期结果、得出结论：
如果甲组玉米根尖不出现向地弯曲生长，乙组均出现向地弯曲生长，即可证明植物根向地性的感受部位在根冠。
三、植物生长发育的整体调控
高等植物是由许多细胞组成的高度复杂的有机体，它的正常生长发育需要各个器官、组织和细胞之间的协调和配合。
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
传递信息
细胞与细胞之间、器官与器官之间的协调
影响
调控激素产生和分布
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
一、概念检测
1. 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。( )
2. 请用恰当的方式表示调节植物生长发育的环境因素、植物激素和基因表达的关系。
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二、拓展应用
1. 科学家用红光和红外光依次照射的方法，对一批萬苣种子进行处理，然后置于暗处。一段时间后，这些萬苣种子的发芽情况如下表所示。
（1）由上述实验结果可以得出什么结论
答案：红光促进莴苣种子发芽，红外光抑制莴苣种子发芽。
（2）萬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，将萬苣种子置于自然光下而不是黑暗条件下，萬苣种子的发芽情况会如何？
答案：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。
2. 昙花一般夜间开花，受昼夜交替节律的影响。如果要让昙花白天开花，可尝试采取哪些措施？
答案：可尝试进行遮光处理。

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