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5.4 环境因素参与调节植物的生命活动
【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。
1.茎和根的生长是受哪种因素调节的？
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？
茎和根很可能会继续横向生长；
因为太空中几乎没有重力
是由重力因素调节的
光是植物进行光合作用的能量来源。
对于植物，光只是提供能量吗？
环境因素参与调节植物的生命活动。
资料1:
少数植物的种子需要在有光的条件下才能萌发（如烟草和莴苣）。
萌发需要光的种子一般较小，储存的营养物质也很少。
有些植物的种子在有光条件下萌发得好一些（如早熟禾、毛蕊花）。
一些植物的种子萌发，则受光的抑制（如洋葱、番茄）。
思考：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。推测：光本身是植物萌发过程中的一种调节因子。
【探究1】光对植物生长发育的调节
【探究1】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。
思考：从豆芽到豆苗，光对植物的颜色和形态有什么影响
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。
【探究1】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。
《金版》P129方法规律
【探究1】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。
思考：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
是黑暗时长在起作用；
与植物激素的分泌有关。
【探究1】光对植物生长发育的调节
思考：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。
【探究1】光对植物生长发育的调节
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
【探究1】光对植物生长发育的调节
1.光对植物生长发育的作用
（1）光是植物进行光合作用的能量来源；
在自然界中，种子萌发，植株生长、开花、衰老等等，都会受到光的调控。植物的向光性生长，实际上也是植物对光刺激的反应。
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）光作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程。
【探究1】光对植物生长发育的调节
2.光信号传导的结构基础之一——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。
光敏色素
感光区域
酶活性区域
【探究1】光对植物生长发育的调节
2.光信号传导的结构基础之一——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。
【探究1】光对植物生长发育的调节
2.光信号传导的结构基础之一——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
光敏色素主要吸收红光和远红光。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。
《报》第14期P2 2 P3 2、7、8
拓展应用：
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：
1.由上述实验可得什么结论？
红光促进莴苣种子发芽；
红外光抑制莴苣种子发芽；
结论：取决于最后一次照射光的颜色
拓展应用：
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：
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
辨析光合色素和光敏色素
(1)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。
(2)接受光照有本质区别。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，被接受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。
(3)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，如胚芽鞘尖端、根尖等。
(4)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，但黄花幼苗的光敏色素比绿色幼苗多20～100倍。
[典例]　下列关于光在植物生长发育调节中的作用的说法，错误的是(　　)
A．种子萌发需要光，并由分生组织细胞感光
B．光是合成叶绿素的必要条件
C．许多植物的花期受光照日夜周期变化的影响
D．植物的向光性是对光照刺激的反应
【探究1】光对植物生长发育的调节
3.光调控植物生长发育的反应机制
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）
【探究1】光对植物生长发育的调节
3.光调控植物生长发育的反应机制
光
光敏色素被激活，结构发生变化
照射
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（表达）
转录
RNA
翻译
蛋白质
表现出生物学效应
感受信号
传导信号
发生反应
【探究1】光对植物生长发育的调节
3.光调控植物生长发育的反应机制
“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开”。这主要是那种环境因素影响的？
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。
①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。
②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。
【探究2】参与调节植物生命活动的其他因素
思考：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。
【探究2】参与调节植物生命活动的其他因素
思考：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。
2.温度参与植物生长发育的调节的具体表现
【探究2】参与调节植物生命活动的其他因素
（1）随着季节轮回，气温________，植物_____、_____、______、______，生命活动的节奏追随着季节的步伐；
（2）随着昼夜交替，气温________，植物的_____也会有_______和______之分；
（3）植物的所有生理活动都是在_______________进行；
（4）温度可以通过影响_______、________、________和________、_____等生命活动，从而参与调节植物的生长发育；
（5）植物分布的_______很大程度上就是由温度决定的；
周期性变化
发芽
开花
落叶
休眠
午高夜低
代谢
旺盛
缓慢
一定的温度范围内
种子萌发
植株生长
开花结果
叶的衰老
脱落
地域性
【探究2】参与调节植物生命活动的其他因素
西双版纳热带季雨林
温带常绿阔叶林
落叶阔叶林
针叶林
植物的地域性分布
3.重力参与植物生长发育的调节实例
【探究2】参与调节植物生命活动的其他因素
正向重力性：根顺着重力方向向下生长（根的向地性）
负向重力性：茎背着重力方向向上生长（茎的背地性）
形态学上端
形态学上端
形态学下端
茎
【探究2】参与调节植物生命活动的其他因素
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，利于进行光合作用。
外因:
内因：
重力
重力引起生长素在植物体内分布不均;
根和茎对生长素浓度的敏感性不同。
根对生长素敏感，浓度高抑制生长；茎对生长素不敏感，浓度高促进生长。
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。
【探究2】参与调节植物生命活动的其他因素
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
【探究2】参与调节植物生命活动的其他因素
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。
【探究2】参与调节植物生命活动的其他因素
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。
【拓展】植物生长发育的整体调控
根冠不切除（对照）
根冠全切除
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
向性运动的原因
【探究2】参与调节植物生命活动的其他因素
【探究3】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。
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。
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。
3.环境因素调节
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。
【探究3】植物生长发育的整体调控
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
小结
甲. 根冠不切除（对照）
乙. 根冠全切除
丙. 根冠下半部分切除
丁. 根冠上半部分切除
设计实验，验证植物根向地性的感受部位在根冠（参考提示）
如果进一步验证是钙离子在这一过程中发挥作用，请说出实验思路（提示）
EDTA的作用是去除与其临接部位的 Ga 2+
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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练习与应用

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